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Die Erfindung betrifft einen Statorscheibe insbesondere für eine Kompressionsstufe einer Turbomolekularpumpe.
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Eine übliche Turbomolekularpumpe weist einen sich drehenden Rotor mit mehreren Rotorscheiben mit einer Vielzahl von Rotorflügeln auf. Innerhalb eines Gehäuses der Turbomolekularpumpe ist zwischen jeweils zwei Rotorscheiben ein Statorscheibe angeordnet, wobei zwei benachbarte Statorscheiben durch einen Statorringe auf Abstand gehalten werden. Dabei weist eine Statorscheibe mehrere Flügel auf, die an deren jeweiligem Ende mit einem Innenring bzw. einem Außenring verbunden sind. Um die Kosten für eine Statorscheibe zu reduzieren, werden diese aus einem Blech gefertigt. Hierzu wird der Flügel aus dem Blech ausgeschnitten, wobei ein kleiner Steg als Verbindung zum Innenring bzw. Außenring verbleibt. Um diesen Steg wird der Flügel verdreht. Die einzige Verbindung zwischen dem Flügel und dem Innenring bzw. Außenring besteht über den verdrehten Steg. Hierdurch ist die Stabilität der Statorscheibe erheblich reduziert. Insbesondere bei einer Schockbelüftung und den dabei auftretenden großen Druckgradienten muss ein Verbiegen der Statorscheibe verhindert werden, um eine Beschädigung der Pumpe zu vermeiden. Somit ist die Fertigung einer Statorscheibe aus einem Blech nur für kleine Statoren möglich oder die Dicke des verwendeten Bleches muss so weit erhöht werden, dass ein Verbiegen der Statorscheibe bei einer Schockbelüftung verhindert wird. Dies führt allerdings zu steigenden Materialkosten, einem vergrößerten Platzbedarf der einzelnen Statorscheiben sowie einem Verlust an Performance.
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Aufgabe der Erfindung ist es die Stabilität einer Statorscheibe zu verbessern. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Statorscheibe, insbesondere zur Verwendung in einer Kompressionsstufe einer Turbomolekularpumpe weist einen Innenring und einen Außenring auf. Der Innenring ist mit dem Außenring über eine Vielzahl von Flügeln miteinander verbunden. Die Übergänge von den Flügeln zum Innenring und/oder Außenring sind dabei im Wesentlichen geschlossen, so dass im Bereich der geschlossenen Übergänge eine Verbindung zwischen dem jeweiligen Flügel und dem Innenring und/oder Außenring vorhanden ist. Hierbei ist bevorzugt, dass die Übergänge über eine in radialer Sicht betrachtete Breite der Flügel mehr als 70 Prozent und besonders bevorzugt mehr als 90 Prozent geschlossen sind. Jedoch können bei einer Verbesserung der Materialeigenschaften (Festigkeit, Materialstärke, etc.) Übergänge, die weniger als 70 Prozent geschlossen sind, die erforderliche Stabilität bereits gewährleisten.
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Da der Innenring einen kleineren Radius aufweist und dadurch inhärent eine höhere Stabilität besitzt, kann es ausreichend sein nur die Übergänge von den Flügeln zum Außenring im Wesentlichen geschlossen auszubilden. Die größte Stabilität der Statorscheibe wird jedoch erreicht, wenn die Übergänge von den Flügeln zum Innenring und zum Außenring im Wesentlichen geschlossen sind.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Übergänge vom Flügel zum Innenring über eine geringere Breite geschlossen sind als die Übergänge von den Flügeln zum Außenring bei der selben Statorscheibe, da wie oben dargelegt der Innenring inhärent eine größere Stabilität aufweist.
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Insbesondere handelt es sich bei der Statorscheibe um eine Statorscheibenhälfte. Hierdurch ist es möglich beim Zusammensetzten der Pumpe die Statorscheibenhälfte um einen Rotor anzuordnen. Hierbei bilden zwei Statorscheibenhälften eine Statorscheibe.
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Zur weiteren Erhöhung der Stabilität der Statorscheibe ist es bevorzugt die Übergänge von den Flügeln zum Innenring und/oder zum Außenring vollständig geschlossen auszubilden, d.h. die Übergänge über die gesamte in radialer Sicht betrachtete Breite der Flügel geschlossen sind. Hierdurch wird auch eine mögliche Rückwärtsströmung innerhalb der Pumpe reduziert, da es nicht mehr erforderlich ist, dass die Außen und/oder Innenseite des Flügels mit einem Statorgehäuse abschließt.
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Insbesondere ist die Statorscheibe einstückig ausgebildet, wodurch die Kosten für ein aufwendiges Zusammensetzen von Bauteilen entfallen und eine weitere Erhöhung der Stabilität erreicht wird. Handelt es sich bei der Statorscheibe um eine Statorscheibenhälfte, so ist entsprechend die Statorscheibenhälfte einstückig ausgebildet.
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Durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Stabilität können die Statorscheiben insbesondere einen vergrößerten Durchmesser von mehr als 20 cm und vorzugsweise mehr als 25 cm aufweisen. Somit ist es möglich eine große Statorscheibe zu schaffen für Pumpen mit Saugvermögen von mehr als 600 Liter pro Sekunde.
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Insbesondere sind die Übergänge zumindest abschnittsweise und insbesondere vollständig gebogen. Die Übergänge weisen somit mindestens eine Biegung auf. Bevorzugt weist diese Biegung insbesondere einen Radius von 1 bis 8 mm und besonders bevorzugt einen Radius von 1 bis 5 mm auf. Hierbei reduzieren größere Radien die Steifigkeit der Statorscheibe. Dahingegen können zu kleine Radien von unter 1mm Knickstellen erzeugen. Somit ist es insbesondere vorgesehen, dass die Übergänge stetig und/oder unterbrechungsfrei in den Innenring und/oder den Außenring übergehen, wodurch Knickstellen zur Stabilisierung der Statorsscheibe vermieden werden. Hierzu weisen die Übergänge bevorzugt mindestens zwei entgegengesetzt gebogene Abschnitte auf, wodurch der Übergang unterbrechungsfrei vom jeweiligen Flügel in den Innen- und/oder den Außenring übergeht.
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Bevorzugt wird die Statorscheibe aus einem Blech, insbesondere einem Aluminiumblech, geformt, wobei besonders bevorzugt die Formung durch eine Prägung erfolgt. Handelt es sich bei der Statorscheibe um eine Statorscheibenhälfte, so wird entsprechend jede Statorscheibenhälfte jeweils aus einem Blech geformt. Das Blech weist dabei eine Dicke von weniger als 3 mm und bevorzugt eine Dicke von weniger als 2 mm auf. Durch die Verringerung der Materialstärke und das danach anzuwendende Fertigungsverfahren können Kosten reduziert werden.
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Insbesondere weisen die Flügel jeweils eine Vorder- und eine Hinterkante auf. So ist insbesondere die Vorderkante nach unten oder oben verkippt und entsprechend die Hinterkante zur Bildung eines Flügels nach oben oder unten verkippt. Dabei sind die Übergänge auf beiden Seiten, also im Bereich des nach oben verkippten Anteils des Flügels und im Bereich des nach unten verkippten Anteils des Flügels, im Wesentlichen und bevorzugt vollständig geschlossen. Bevorzugt sind die Flügel der Statorscheibe jedoch so angeordnet, dass diese nur in Richtung einer Oberseite von der Statorscheibe wegweisen. Hierbei ist es unerheblich, welche der beiden Seiten der Statorscheibe als Oberseite bezeichnet wird. Erheblich ist nur, dass kein wesentlicher Teil des Flügels auf der der entsprechenden Oberseite abgewandten Seite liegt und insbesondere unterhalb der von dem Innenring und dem Außenring gebildeten Ebene. Hierzu wird nur die Vorderkante oder die Hinterkante verkippt. Die nichtverkippte Kante verbleibt entsprechend in der von dem Innenring und dem Außenring gebildeten Ebene. Hierdurch ist insbesondere die Unterseite der Statorscheibe im Bereich der Flügel im Wesentlichen eben. Hierdurch sind die Statorscheiben insbesonsondere stapelbar, was auch zu einer Reduzierung der Lagerkosten führt.
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Zur weiteren Erhöhung der Stabilität der Statorscheibe weist insbesondere der Innenradius des Innenrings eine Bördelung auf. Bevorzugt weist der Außenradius des Außenrings zusätzlich oder alternativ eine Bördelung auf. Durch die Bördelung des Innenrings und/oder des Außenrings weisen diese eine größere Anlagefläche auf, sodass sich die Statorscheiben beim Zusammenbau einfacherer zentrieren lassen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Statorscheibe mit den zuvor beschriebenen Merkmalen, wobei die Herstellung die Schritte umfasst: Schneiden der Flügel, Prägen der Übergänge und Kippen der Flügel. Diese Schritte können gleichzeitige erfolgen durch einen gemeinsamen Verfahrensschritt. Jedoch ist es auch möglich, dass die Schritte konsekutiv ausgeführt werden oder dass mindestens zwei Schritte in einem Verfahrensschritt zusammengefasst werden, so dass z.B. das Prägen der Übergänge und das Kippen der Flügel gleichzeitig erfolgen.
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Das Verfahren ist entsprechend der vorausgenannten Merkmale bevorzugt weitergebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Statorscheibenhälfte,
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2 die Seitenansicht eines Statorscheibenhälfte,
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3 eine Detailansicht des geschlossenen Übergangs von einem Flügel zum Außenring,
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4 eine Detailansicht des geschlossenen Übergangs von einem Flügel zum Außenring einer weiteren Ausführungsform und
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5. eine weitere Ausführungsform in radialer Sicht.
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Der erfindungsgemäße Statorscheibe ist ausgebildet als Statorscheibenhälfte 10 und weist einen Innenring 12 sowie einen Außenring 14 auf. Innenring 12 und Außenring 14 sind verbunden durch eine Vielzahl von Flügeln 16. Der Übergang 18 von Innenring 12 zum jeweiligen Flügel 16 ist dabei geschlossen ausgebildet. Ebenso ist der Übergang 20 vom jeweiligen Flügel 16 zum Außenring 14 geschlossen ausgebildet. Hierbei sind die Übergänge 18 und 20 vollständig geschlossen ausgebildet.
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Vollständig geschlossen ist dabei ein Übergang, falls er sich in radialer Sicht über die vollständige Breite L (s. 5) des jeweiligen Flügels 16 erstreckt. In 5 ist eine Ausführungsform gezeigt in radialer Sicht, bei der sich der Übergang über die Länge l erstreckt, wobei l kleiner ist als die gesamte Breite L des jeweiligen Flügels. Dabei ist der Übergang in 5 im Wesentlichen geschlossen, falls l/L > 70%.
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Zur weiteren Versteifung der Statorscheibe weist der Innenradius bzw. die Innenkante 22 des Innenrings 12 eine Bördelung 24 auf. Auch der Außenradius bzw. die Außenkante 26 des Außenrings 14 ist mit einer Bördelung 28 versehen.
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In 2 ist eine Seitenansicht der Statorscheibenhälfte 10 gezeigt. Die Flügel 16 weisen eine Vorderkante 30 und eine Hinterkante 32 auf. Bei der dargestellten Statorscheibenhälfte 10 ist nur die Vorderseite 30 aus der Ebene 34 gebildet durch den Innenring 12 und den Außenring 14 verkippt. Insbesondere sind alle Flügel ausschließlich in eine Richtung verkippt. Die Hinterkante verbleibt im Wesentichen in der Ebene 34. Hierdurch ist die Unterseite 36 im Bereich der Flügel 16 eben. Die Flügel 16 sind ausschließlich in Richtung der Oberseite 38 verkippt.
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In 3 ist eine Detailansicht des Übergangs 20 vom jeweiligen Flügel 16 zum Außenring 14 dargestellt. Der Übergang 20 weist dabei einen gebogenen Abschnitt 40 auf, der stetig und unterbrechungsfrei in die Vorderkante 30 übergeht. Der gebogene Abschnitt 40 weist einen Radius R auf, wobei R in der dargestellten Ausführungsform ca. 5 mm beträgt. Der gebogene Abschnitt 40 geht auf der der Vorderkante 30 abgewandten Seite in einen ungebogenen Abschnitt 42 über. Dieser ungebogene Abschnitt 42 schließt mit dem Außenring 14 ab, wobei der Übergang vom ungebogenen Abschnitt 42 zum Außenring 14 nicht stetig erfolgt. Beim Übergang 18 vom jeweiligen Flügel 16 zum Innenring 12 kann auf gleiche Weise ein abschnittsweise gebogener Übergang vorgesehen sein (s. 2), der einen ungebogenen Abschnitt aufweist und nicht kontinuierlich in Innenring 12 übergeht. Es ist jedoch auch möglich den Übergang 18 vom jeweiligen Flügel 16 zum Innenring 12 derart auszubilden, dass dieser zwei entgegengesetzt gebogene Abschnitte aufweist und kontinuierlich in den Innenring 12 übergeht.
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In 4 ist die Detailansicht einer weiteren Ausführungsform gezeigt, die ebenfalls einen ersten gebogenen Abschnitt 40 aufweist. An diesen schließt sich jedoch ein zweiter gebogener Abschnitt 44 an, wobei die Biegung der gebogenen Abschnitte 40 und 44 in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Durch den zweiten gebogenen Abschnitt 44 wird ein stetiger und unterbrechungsfreier Übergang zum Außenring 14 geschaffen. In gleicher Weise kann der Übergang 18 kontinuierlich in den Innenring 12 übergehen. Alternativ kann ein ungebogener Abschnitt vorgesehen sein am nicht gezeigten Übergang 18 vom jeweiligen Flügel 16 zum Innenring 12, so dass der Übergang 18 nicht kontinuierlich in den Innenring 12 übergeht.
