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Die Erfindung betrifft ein Statorelement für einen Hochvakuumpumpe sowie eine Hochvakuumpumpe.
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Viele Hochvakuumpumpen sind heutzutage zweistufig aufgebaut, wobei die erste Stufe durch eine Turbomolekularpumpe ausgebildet ist, an die sich in Förderrichtung eine Molekular- oder Gasreibungspumpe anschließt. Eine Turbomolekularpumpe weist mehrere in einem Gehäuse angeordnete Rotorelemente auf, wobei jedes Rotorelement mehrere Rotorflügel aufweist. Zwischen den einzelnen Rotorelementen sind mit dem Gehäuse fest verbundene Statorelemente angeordnet, die mehrere Statorflügel aufweisen. Als sich an die Turbomolekularpumpe anschließende Molekular- oder Gasreibungspumpe ist beispielsweise eine Holweck-Stufe vorgesehen. Die Holweck-Stufe weist beispielsweise einen mit dem in Strömungsrichtung letzten Rotorelement verbundenen Zylinder auf. Der Zylinder ist von einem oder mehreren Gewindegängen umgeben. Die Förderquerschnitte einer Molekular- oder Gasreibungspumpe sind hierbei kleiner als die mittlere freie Weglänge der zu fördernden Gase. Dies hat zur Folge, dass die Gasteilchen im Wesentlichen nur an die Wände jedoch nicht gegeneinander stoßen.
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Eine derartige Holweck-Stufe ist beispielsweise in
DE 19 632 375 beschrieben, wobei diese Holweck-Stufe mehrere konzentrisch zueinander angeordnete jeweils fest mit dem letzten Rotorelement verbundene zylindrische Elemente aufweist. Zwischen diesen sind nicht rotierende Elemente mit Gewindegängen angeordnet, sodass durch Rotation der zylindrischen Elemente ein Gastransport in den Gewindegängen erfolgt. Die Einleitung des geförderten Gases in die Holweck-Stufe erfolgt hierbei durch Öffnungen in dem letzten Rotorelement oder eine Lochscheibe, die mit dem Rotor verbunden ist und die zylindrischen Elemente der Holweck-Stufe trägt. Da das Gas somit durch die Löcher in der Scheibe in die Holweck-Stufe gelangt, treten Strömungsverluste auf, die eine Durchsatzverminderung mit sich bringen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Statorelement für eine Hochvakuumpumpe sowie eine Hochvakuumpumpe zu schaffen, mit der eine Durchsatzverbesserung erzielt werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Statorelement gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Hochvakuumpumpe gemäß Anspruch 11.
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Das erfindungsgemäße Statorelement ist unmittelbar in axialer Förderrichtung dem letzten Rotorelement einer Hochvakuumpumpe, insbesondere einer Turbomolekularpumpe, nachfolgend angeordnet. Hierbei kann dem erfindungsgemäßen Statorelement in Förderrichtung wiederrum eine Molekular- oder Gasreibungspumpe nachgeordnet sein. Das erfindungsgemäße Statorelement weist ein Gehäuseelement auf, das mit dem Gehäuse der Hochvakuumpumpe, insbesondere der Turbomolekularpumpe verbunden ist. Anstelle eines Gehäuseelementes selbst kann es sich auch um ein mit dem Gehäuse verbundenes oder von einem weiteren Gehäuse umgebenes Trägerelement handeln. An der Innenseite dieses Gehäuse- bzw. Trägerelementes sind Statorstege angeordnet. Die Statorstege erstrecken sich hierbei, im Unterschied zu den Statorflügeln der einzelnen zwischen den Rotorelementen angeordneten Statorelementen, vorzugsweise nur über die gesamte wirksame Breite der Rotorelemente, und ragen von der Innenseite des Gehäuseelementes nach innen bis zu einem insbesondere zylindrischen Rotoransatz. Vorzugsweise sind die Statorstege im Gegensatz zu herkömmlichen zwischen Rotorelementen angeordneten Statorflügeln nach innen offen. Ferner sind die Statorstege vorzugsweise entsprechend eines Stegs eines Gewindegangs schräg bzw. teil-spiralförmig angeordnet. Hierdurch kann eine aktive Pumpwirkung der Statorstege realisiert werden, die einer Rückströmung, wie sie bei herkömmlichen Statorflügeln auftritt, entgegenwirkt und ferner die Förderwirkung unterstützt.
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Bereits durch eine derartige Anordnung und Ausgestaltung der Statorflügel kann eine Durchsatzverbesserung erzielt werden. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass bei montiertem Statorelement die Statorsteg einen zylindrischen Rotoransatz umgeben, wobei der zylindrische Rotoransatz vorzugsweise mit dem letzten Rotorelement verbunden ist und somit ebenfalls rotiert.
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In bevorzugter Ausführungsform besteht ein wesentlicher Aspekt der Erfindung darin, dass die Ausgestaltung der Statorflügel derart gewählt ist, dass die Wechselwirkung bei Holweck-Stufen zwischen den sich gegenüberliegenden Gewindewänden und dem zylindrischen Element verringert, oder sogar vermieden wird. Erfindungsgemäß ist vorzugsweise ein großer Förderquerschnitt im Gewinde vorgesehen, der die Pumpwirkung, insbesondere in dem inneren Rotoransatz-nahen Bereich unterstützt.
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Vorzugsweise verlaufen die Statorstege in Umfangsrichtung entlang der Innenseite des Gehäuseelementes. Hierbei handelt es sich vorzugsweise bei jedem einzelnen Statorsteg um einen Teil-Gewindegang, der sich jedoch nur um einen Teil des Umfangs erstreckt. In Umfangsrichtung weisen die Statorstege vorzugsweise eine Länge von mindestens einem Sechstel, insbesondere mindestens einem Fünftel und besonders bevorzugt mindestens einem Viertel des gesamten Umfangs auf. Die Statorstege weisen hierbei jedoch stets eine Länge auf, die geringer als die Hälfte, insbesondere geringer als ein Drittel des gesamten Umfangs beträgt. Die Statorstege weisen hierbei zur Längs- bzw. Förderrichtung der Pumpe eine Neigung auf.
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Vorzugsweise weisen die Statorstege eine radiale Tiefe auf, die größer ist als die mittlere freie Weglänge der zu fördernden Gasteilchen. Insbesondere beträgt die radiale Tiefe mindestens das 1,2-Fache, vorzugsweise das 1,5-Fache und insbesondere mindestens das 2,5-Fache der mittleren freien Weglänge der zu fördernden Gasteilchen. Hierdurch kann der Durchsatz weiter verbessert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die radiale Tiefe der Statorstege somit mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 15 mm und besonders bevorzugt mindestens 20 mm. Die maximale radiale Tiefe beträgt hierbei maximal 40 mm, insbesondere maximal 30 mm und besonders bevorzugt maximal 20 mm.
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Zur weiteren Durchsatzerhöhung ist die Durchtrittshöhe bzw. der Abstand zwischen zwei benachbarten Statorstegen groß gewählt und beträgt vorzugsweise 30 bis 60%, insbesondere 45 bis 55 % der Flügeltiefe.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass sich benachbarte Statorstege in Umfangsrichtung um mindestens 10 bis 70%, vorzugsweise 20 bis 70% und besonders bevorzugt 30 bis 60% überlappen.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Statorelement derart ausgebildet ist, dass sämtliche, zwischen zwei benachbarten Statorstegen vorgesehene Eintrittsöffnungen in derselben Eintrittsebene liegen. Die aus dem letzten Statorelement der Turbomolekularpumpe austretenden Gasteilchen treten somit unmittelbar in eine der Eintrittsöffnungen der Statorstege ein. Die vorzugsweise in einer Eintrittsebene liegenden Eintrittsöffnungen weisen in Umfangsrichtung vorzugsweise eine Öffnungsweite von mindestens 10 bis 15% des Umfangs auf. In Umfangsrichtung sind vorzugsweise mindestens vier, insbesondere sechs und besonders bevorzugt acht Statorstege vorgesehen. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Statorstege eine sich radial nach innen verringernde Tiefe aufweisen. In Förderrichtung nimmt die Tiefe in den Statorstegen somit vorzugsweise ab. Hierbei weisen die Statorstege vorzugsweise den gleichen Innendurchmesser auf, so dass ein gleichbleibender geringer Abstand zu dem zylindrischen Rotoransatz realisiert ist.
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Sämtliche vorstehend beschriebene bevorzugte Ausgestaltungen des Statorelementes bewirken, insbesondere bei unterschiedlichen Kombinationen dieser Merkmale, eine Verbesserung des Durchsatzes.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Hochvakuumpumpe, die insbesondere eine Turbomolekularpumpe aufweist, wobei dem in Förderrichtung letzten Rotorelement ein Statorelement mit Statorstegen, wie vorstehend beschrieben, nachgeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass sich das Statorelement unmittelbar an das letzte Rotorelement anschließt, wobei insbesondere zwischen dem letzten Rotorelement und dem erfindungsgemäßen Statorelement kein herkömmlicher Stator einer Turbomolekularpumpe vorgesehen ist. Ferner ist es bevorzugt, dass mit dem letzten Rotorelement ein zylindrischer Rotoransatz verbunden ist, der von dem Statorelement, bzw. den einzelnen Statorstegen des Statorelementes, umgeben ist. Dieser mitrotierende zylindrische Rotoransatz dient zur Abdichtung der Innenseiten der einzelnen Statorstege, um die Menge an rückströmendem Gas möglichst gering zu halten und den Fördermechanismus in zylindernahem Bereich zu unterstützen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: Eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochvakuumpumpe.
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2: Eine schematische perspektivische geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsform des Statorelementes.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Hochvakuumpumpe eine Turbomolekularpumpe 10 auf. Diese weist in einem Gehäuse 12 einen auf einer Lagerung 14 angeordneten Rotor 16 auf. Der Rotor 16 weist mehrere Rotorelemente 18 auf, die jeweils mehrere Rotorflügel aufweisen. Zwischen den Rotorelementen 18 sind Statorelemente 20 angeordnet, die über Statorringe 22 in dem Gehäuse 12 fixiert sind. Mit Hilfe der Turbomolekularpumpe 10 erfolgt ein Fördern des Gases durch einen Pumpeneinlass 24 in Förderrichtung 26.
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Mit dem Gehäuse 12 der Turbomolekularpumpe 10 ist ein Gehäuseelement 28 verbunden. Das Gehäuseelement 28 weist an seiner Innenseite 30 Statorstege 32 auf. Die Statorstege 32 sind unmittelbar benachbart zu dem in Förderrichtung 26 letzten Rotorelement angeordnet, sodass zwischen dem letzten Rotorelement 18 und den Statorstegen 32 kein weiteres Zwischenelement, insbesondere kein Statorelement vorgesehen ist.
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Mit dem letzten Rotorelement 18 ist ein zylindrisch ausgebildeter Rotoransatz 38 fest verbunden, sodass der Rotoransatz 38 zusammen mit dem Rotor 16 rotiert. Die Statorstege 32 umgeben den Rotoransatz 38.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuseelement 28 einen Flansch 34 auf, über den das Gehäuseelement 28 mittels Schrauben 36 mit dem Gehäuse 12 der Turbomolekularpumpe verbunden ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der Innenseite 30 des Gehäuseelementes 28 sechs Statorstege (2) regelmäßig verteilt angeordnet. Die entsprechend eines Teil-Gewindegangs geneigten Statorstege 32 erstrecken sich jeweils über ca. ein Viertel bis ein Drittel des gesamten Umfangs, wobei sich benachbarte Statorstege 32 jeweils um ca. 55 überdecken.
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Die Statorstege 32 weisen eine radiale Tiefe t (1) auf, die größer ist als die mittlere freie Weglänge der zu fördernden Gasteilchen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe t 10 bis 20 mm. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform nimmt die Tiefe t in Förderrichtung ab. So ist die Tiefe t1 des Bereichs der Statorstege 32, der unmittelbar an das letzte Rotorelement angrenzt, tiefer als die Tiefe t2 in einem hiervon weiter entfernten Bereich. Die Neigung bzw. Ausrichtung der einzelnen Statorstege 32 zueinander ist derart gewählt, dass eine Durchtrittshöhe h (2) zweier benachbarter Startorflügel 32 mindestens 30 bis 60% der Flügeltiefe t beträgt.
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Zwischen zwei benachbarten Statorstegen ist jeweils eine Eintrittsöffnung 40 ausgebildet. Vorzugsweise liegen sämtliche Eintrittsöffnungen 40 in einer gemeinsamen Eintrittsebene, die unmittelbar an die untere Flügelebene des in Förderrichtung 26 letzten Rotorelementes 18 anschließt. In Umfangsrichtung weisen die Eintrittsöffnungen 40 eine Öffnungsweite von 10 bis 15% des gesamten Umfangs auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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