Der Einsatz von Magnetlagern in Turbomolekularvakuum- pumpen ist bekannt (vgl. EP 414 127 A1) und hat sich bewährt. Die genannte Schrift offenbart Magnetlager, die aus miteinander verzahnten Stator-und Rotormagnet- ringpaketen bestehen. Bei Magnetlagern dieser Art und damit auch bei den damit ausgerüsteten Maschinen ist der Montageaufwand sehr hoch. Außerdem bereiten Ände- rungen der Länge des Rotors, welche bei Temperaturbe- lastungen auftreten, Lagerprobleme.

Aus der DE-A 38 18 556 ist eine Maschine mit den Merk- malen der eingangs genannnten Art bekannt. Es handelt sich um eine Turbomolekularvakuumpumpe mit zwei passi- ven, radial stabilen und axial labilen Magnetlagern.

Die Mittel zur Regelung der axialen Lage des Rotors be- stehen zum einen darin, dass der Arbeitspunkt der Ma- gnetlager derart gewählt wird, dass er in Bezug auf den labilen Punkt in Richtung Hochvakuumseite verschoben ist, und zum anderen darin, dass ein von den Magnetla- gern unabhängiges Hubsystem vorgesehen ist, mit dem die durch die Verschiebung des Arbeitspunktes wirkenden axialen Kräfte ständig kompensiert werden. Bei einer Lösung dieser Art sind sowohl die Regelung als auch die dazu notwendigen Mittel aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine mit den eingangs erwähnten Merkmalen zu schaffen, die im Vergleich zu den Lösungen nach dem Stand der Technik einfacher ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich- nenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Bei einer Maschine nach der Erfindung sind verzahnte Magnetringpakete nicht mehr vorhanden, so dass der Mon- tageaufwand reduziert ist. Ein von den Magnetlagern un- abhängiges Hubsystem zur Regelung der axialen Lage des Rotors ist nicht mehr erforderlich. Die Lagerung insge- samt besteht aus weniger voneinander verschiedenen Ein- zelteilen, so dass Fertigungstiefe, Lagerhaltung und Logistik vereinfacht sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Figuren 1 bis 10 erläutert werden.

Es zeigen -Figuren 1 und 2 eine schematische Darstellung von Maschinen mit Rotoren, die sich jeweils in ei- ner erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetlage- rung abstützen, -Figur 3 eine Turbomolekular-/Molekularvakuumpumpe mit der erfindungsgemäßen Lagerung, -Figuren 4 bis 7 Teilschnitte durch Magnetlager nach der Erfindung mit unterschiedlich gestal- teten Mitteln zur Axialregelung und -Figuren 8 bis 10 Beispiele für Gestaltungen der Magnetlager mit Dämpfungsmitteln.

Bei den in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestell- ten Maschinen 1 ist das rotierende System 2 in zwei Ma- gnetlagern 3,4 aufgehängt. Jedes der Magnetlager 3,4 besteht aus zwei Ringpaketen 5,6 (Lager 3) bzw. 7,8 (Lager 4). Das jeweils innere Ringpaket 5,7 ist orts- fest montiert, die äußeren Ringpakete 6,8, die das je- weils innere Ringpaket konzentrisch und berührungsfrei (Spalt 9) umgeben, sind Bestandteile des rotierenden Systems 2. Der Aufbau ist insgesamt rotationssymme- trisch. Ein Antriebsmotor ist nicht dargestellt.

Das rotierende System 2 ist auf beiden Stirnseiten mit zentralen Ausnehmungen 11,12 versehen. Die Wandungen dieser Ausnehmungen bilden Aufnahmen 13,14 für die ro- tierenden Magnetringpakete 6,8. Bei der Aufnahme 14 handelt es sich um eine rohrförmige Armierung aus nicht magnetisierbarem Werkstoff, z. B. CFK, welche vorzugs- weise über einen Presssitz am rotierenden System 2 be- festigt ist. Ein die Ausnehmung 12 umgebender Abschnitt der Armierung 14 trägt auf seiner Innenseite das Ma- gnetringpaket 8.

In die Ausnehmungen 11,12 ragen ortsfeste Träger 15, 16 mit Aufnahmen 17,18 für die ortsfesten Magnetring- pakete 5,7 derart hinein, dass die äußeren Ringpakete 6,8 die inneren Pakete 5,6 konzentrisch umfassen. Die in den Figuren jeweils unteren Träger 16 weisen eine zentrale Bohrung 19 für einen Wellenstumpf 20 des ro- tierenden Systems 2 auf, dessen Stirnseite ein Axial- sensor 21 zugeordnet ist.

Der Axialsensor 21 ist Bestandteil der Mittel zur Axialregelung des Magnetlagers 4. Ein oder mehrere Spu- len 23 mit jeweils einem U-förmigen, zum Ringpaket 8 hin offenen Joch 24 erzeugen die mit gestrichelten Li- nien und Pfeilen 25 angedeuteten Magnetfelder. In den Figuren 1 und 2 sind jeweils zwei das Ringpaket 8 umge- bende Spulen 23 vorgesehen. Ihre Jochbauteile 24 sind durch eine Distanzscheibe 26 aus nicht-ferritischem Werkstoff voneinander getrennt.

Der Steuerung der Spulen bzw. der von den Spulen 23 er- zeugten Magnetfelder in Abhängigkeit der vom Sensor 21 gelieferten Signale dient ein Regler 27. Im Spalt 28 zwischen den jeweils äußeren, rotierenden Ringpaketen 6,8 und den Spulen 23 bzw. Stirnseiten der Schenkel der Jochbauteile 24 werden die der Axial-Regelung die- nenden Magnetkräfte wirksam.

Die Ringpakete 5 bis 8 bestehen jeweils aus in axialer Richtung magnetisierten Ringen, die derart polwechselnd (beispielhaft angedeutet im Lager 3 nach Figur 1) ange- ordnet sind, dass die Ringpakete 5,6 bzw. 7,8 der Ma- gnetlager 3,4 einander abstoßen. Vorzugsweise sind so viele Außen-und Innenringpaare vorgesehen, dass jedes der Magnetringpakete auf beiden Seiten mit dem gleichen Magnetpol endet. Bei der Lösung nach Figur 1 bilden die Ringpakete 5,6 bzw. 7,8 jeweils zwei konzentrisch zu- einander angeordnete Zylinder. Die Abmessungen der Ma- gnetringe der Magnetringpakete 5,7 bzw. 6,8 sind zweckmäßig jeweils identisch. Bei der Lösung nach Figur 2 verändern sich die Durchmesser der einander zugewand- ten Umfangsflächen der Ringe beider Ringpakete 5,6 bzw. 7,8 der Lager 3,4 stufenweise (gleichsinnig), so dass auch der Spalt 9 Stufenform hat. Auch der Spalt 28 im Lager 4 kann (anders als in Figur 2 dargestellt) Stufenform haben.

Im oberen Lager 3 kann der Querschnitt des rotierenden Magneten kleiner gehalten werden als im Lager 4. Dies spart Kosten für Magnetmaterial.

In Lager 4 ist es erforderlich, dass der Spalt 28 zwi- schen Polflächen der Jochbauteile und den Magneten, die über den konstanten Innendurchmesser des CFK-Rohres ge- halten werden, klein ist, damit das Axiallager auf die Magneten wirken kann.

Die Ringe der Magnetringpakete 5 bis 8 sind fest in ih- ren Aufnahmen 13,14,17,18 gehaltert. Beiden Stirn- seiten eines jeden Magnetringes liegen kreisringförmige Distanzscheiben 31 an, die aus nicht ferritischen Werk- stoffen bestehen, damit die magnetischen Kräfte vor- zugsweise in den Spalten 9 bzw. 28 wirksam werden. Hat der Werkstoff der Distanzringscheiben 31 zusätzlich elektrisch gut leitende Eigenschaften (z. B. Kupfer), wird gleichzeitig eine Dämpfung der Rotorbewegungen er- zielt.

Zusätzlich zu den Distanzscheiben können die einander zugewandten Flächen der Ringe der Ringpakete gekapselt sein, um die Magnetwerkstoffe vor aggressiven Gasen (z. B. Wasserstoff bei Reibungsvakuumpumpen) zu schüt- zen. Als Beispiel sind in Figur 2 gestufte Hülsen 32, 33 für die jeweils ortsfesten Ringpakete 5,7 darge- stellt. Sie sind seitlich von den Ringpaketen mit den zugehörigen Aufnahmen gasdicht verbunden, z. B. ver- schweiß.

Vorzugsweise sind die Innen-und Außenringe der Ringpa- kete 5,6 bzw. 7,8 jeweils paarweise angeordnet. Zur Verbesserung der Axialregelung kann es zweckmäßig sein, dem äußeren, rotierenden Ringpaket 8 des axial aktiven Magnetlagers 4 weitere Ringe hinzuzufügen. Varianten dieser Art sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Das Ringpaket 8 weist zwei Ringe mehr als das Ringpaket 7 auf. Die beiden äußeren, mit 29 bezeichneten Ringe wur- den dem Paket 8 hinzugefügt. Dabei kann es sich um weich-ferritische Ringe handeln ; vorzugsweise sind aber zwei weitere Magnetringe hinzugefügt.

Bei der in Figur 3 dargestellten Maschine 1, eine Tur- bomolekular-/Molekularpumpe, sind im Gehäuse 35 mit dem Anschlussflansch 36 Statorschaufeln 37 montiert. Der magnetisch gelagerte Rotor 2 trägt Rotorschaufeln 38, die zwischen den Statorschaufeln 37 umlaufen und die Förderung der Gase bewirken. Bei der Pumpe 1 handelt es sich um eine Compound-Pumpe. An den mit Schaufeln aus- gerüsteten Abschnitt schließt sich ein Molekularpumpen- abschnitt 39 an.

Der Rotor 2 ist in den beiden Magnetlagern 3 und 4 auf- gehängt. Das Magnetlager 3 befindet sich auf der Hoch- vakuumseite. Der Träger 15 des ortsfesten Magnetringpa- ketes 5 mit seiner Aufnahme 17 ist Bestandteil eines Lagersterns 41.

Das Magnetlager 4 befindet sich auf der Vorvakuumseite der Pumpe 1. Beide Lager haben etwa die gleiche Stei- figkeit. Der Schwerpunkt des rotierenden Systems 2 ist mit 42 bezeichnet.

Die Pumpe 1 ist mit Notlauflagern oder Fanglagern 44, 45 ausgerüstet. Das hochvakuumseitige Fanglager 44 be- findet sich in der Rotorausnehmung 11. Das vorvakuum- seitige Fanglager 45 ist unterhalb des Magnetlagers 4 zwischen dem Wellenstumpf 20 und dem ortsfesten Träger 16 angeordnet.

Als Antriebsmotor 46 ist ein Hochfrequenzmotor mit Sta- tor 47 und Anker 48 vorgesehen. Statorseitig ist wei- terhin ein Spaltrohr 49 vorgesehen, das den Statorraum 50 vakuumdicht zur Vorvakuumseite hin abdichtet. Das Spaltrohr 49 durchsetzt den Spalt 28 zwischen den Spu- len 23 mit ihren Jochbauteilen 24 und dem rotierenden Magnetringpaket 8. Es besteht deshalb zweckmäßig aus nicht magnetisierbarem und elektrisch schlecht leiten- dem Werkstoff, z. B. CFK.

Rotorseitig ist die bereits beschriebene rohrförmige Armierung 14 vorgesehen. Sie armiert nicht nur das Ringpaket 8 sondern auch den Motoranker 48.

Um Toleranzen auszugleichen, lässt sich das Lager 4 über Justierschrauben 52 einstellen, auf denen der Trä- ger 16 des ortsfesten Ringpaketes 7 ruht. Zweckmäßig wird so justiert, dass sich das rotierende System axial im labilen Arbeitspunkt befindet. Um diesen Punkt er- folgt die axiale Regelung mit wenig Energie.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungen für das aktive Magnetlager 4. Bei der Lösung nach den Figuren 4 (ohne Magnetfeldlinien) und 5 (mit Magnet- feldlinien) bilden jeweils vier Magnetringe die Ringpa- kete 7 und 8. Nur eine Spule 23 mit ihrem U-förmigen Joch 24 ist vorgesehen. Der Abstand der Stirnseiten der U-Schenkel des Jochs 24 entspricht etwa der axialen Ab- messung eines Magnetringes des Ringpaketes 8. Zur Er- zielung einer optimalen Wechselwirkung der Magnetkräfte liegen die Stirnseiten der U-Schenkel in Höhe der Mit- ten zweier benachbarter Magnetringe des Ringpaketes 8, bei der dargestellten Ausführung in Höhe der Mitten der beiden mittleren Magnetringe.

Bei der Ausführung nach Figur 6 ist ebenfalls nur eine Spule 23 mit ihrem Joch 24 vorgesehen. Der Abstand der den Ringen des Ringpaketes 8 zugewandten Stirnseiten der Schenkel des U-förmigen Jochs 24 entspricht etwa dem doppelten der axialen Abmessung eines Magnetringes.

Figur 7 zeigt eine Lösung mit fünf Spulen 23 und Jochen 24. Das Ringpaket 8 weist sechs Magnetringe auf. Die Stirnseiten der insgesamt sechs Jochschenkel liegen et- wa in der Höhe der Mitten der Magnetringe.

Zwischen jedem der Ringe der Magnetringpakete 7,8 be- finden sich-wie bereits beschrieben-Distanz- ringscheiben 31, die je nach Werkstoff Einfluss auf die Ausbildung der Magnetfeldlinien und/oder dämpfende Wir- kung haben.

Zweckmäßige Gestaltungen der Distanzringscheiben 31, vorzugsweise zur Erzielung einer Dämpfungswirkung, so- wie ergänzende Beschichtungen der Magnetringe werden an Hand von in den Figuren 8 bis 10 dargestellten Ausfüh- rungen des Magnetlagers 3 erläutert.

Besteht der Werkstoff der Distanzringscheiben 31 aus einem für die Erzielung der Dämpfungswirkung zweckmäßi- gen Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, kann es zur Verbesserung der Dämpfungswirkung zweckmä- ßig sein, die Ränder der Distanzringscheiben 31 dort, wo das Magnetfeld in den Spalt 9 eintritt, zu verstär- ken, z. B. kontinuierlich nach außen zunehmend, und die Form der Magnetringe diesen Rändern anzupassen. In Fi- gur 8 ist diese Ausführung dargestellt. Der spaltnahe verstärkte Rand der mittleren Distanzringscheibe 31 ist mit 54 bezeichnet. Dadurch, dass die Magnetfelder mehr leitendes Material durchfluten, werden die von Wirbel- strömen erzeugten, die Dämpfung bewirkenden Gegenkräfte größer.

Bei der Ausführung nach Figur 9 sind beispielsweise die Magnetringe des Ringpaketes 5 allseitig beschichtet (Beschichtung 55). Seitlich haben sie die Funktion der Distanzscheiben 31, so dass sie bei ausreichender Dicke der Beschichtung 55 und geeigneter Werkstoffauswahl die die Magnetfeldlinien beeinflussende und/oder dämpfende Wirkung haben. Zusätzlich wird erreicht, dass die Ma- gnetringe vor aggressiven Gasen geschützt sind. Dieser Schutz kann auch dadurch erreicht werden, dass eine Hülse 32 vorgesehen ist, sei sie stufenförmig, wie be- reits zu Figur 2 beschrieben, oder zylindrisch, wie beispielsweise in Figur 10 (Ringpaket 5) dargestellt.

Die Distanzringscheiben 31 (bzw. Beschichtung 55) der Magnetringe müssen ausreichend dick sein, um ihre Zwek- ke zu erfüllen, zumal auch die gewünschte Steifigkeit des Lagers von der Dicke der Distanzscheiben abhängt.

Bei Reibungspumpen mittlerer Größenordnung hat sich ei- ne Dicke im Bereich von 0,25 mm bis 1,0 mm als zweckmä- ßig erwiesen.

Weiterhin hat sich die Verwendung von spiralförmig ge- wickelten Folienspulen 23 als zweckmäßig erwiesen, da ihr Raumbedarf relativ klein ist.