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Lageranordnung für Molekularpumpen
Die Erfindung bezieht sich auf Pumpen zur Herstellung hoher Vakua, die unter dem Namen Molekularpumpen in verschiedenen Ausführungsformen bekannt sind. Die Arbeitsweise dieser Pumpen beruht darauf, dass dem Gas bzw. den Gasmolekülen durch äussere Reibung an einem rotierenden Körper ein Bewegungsimpuls in Richtung vom Hochvakuum zu einem Vorvakuum hin erteilt wird.
Eine bekannte und besonders vorteilhafte Ausführungsform einer solchen Molekularpumpe ist in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt. Bei dieser Pumpe bestehen die zusammenwirkenden Teile des rotierenden Körpers und des Gehäuses aus Scheiben mit nutartigen Ausschnitten, die in Richtung der Achse des rotierenden Körpers miteinander abwechseln, und zumindest die Nuten der Scheiben des einen Teiles haben zwei seitliche, zur Achse des rotierenden Körpers geneigte Begrenzungsflächen, die mit der Stirnfläche der Scheiben des andern Teiles einen in der Bewegungsrichtung des rotierenden Körpers sich verengenden keilförmigen Raum bilden.
Bei Molekularpumpender angegebenen Art begrenzen die die Lager für die Pumpenwelle aufnehmenden Lagerschilde den bzw. die Druckräume der Pumpe, die mit der Vorvakuumpumpe in Verbindung stehen. In den Druckräumen besteht also selbst nur ein sehr niedriger Druck. Bei Pumpen dieser Art besteht die Gefahr, dass sich das zur Schmierung der Lager dienende Öl oder Fett durch die Lagerreibung erwärmt, Ö1oder Fettdämpfe in die Druckräume gelangen, an den kälteren Teilen der Pumpe zu einem Film kondensieren und der Film an den Wandungen der Pumpe entlangkriechend bis in die Saugseite der Pumpe, d. h. in die Hochvakuumseite, gelangt, hier verdampft und durch seinen Dampfdruck das Vakuum verschlechtert.
Um das Eindringen vonÖ1ìängs der Pumpenwelle aus den Lagern der Pumpe in eine Molekularpumpe zu verhindern, ist es bereits bekannt, die Welle innerhalb des Lagers mit einem schraubenförmigen Gewinde zu versehen, dessen Richtung in bezug auf die Drehzahl so gewählt ist, dass das dem Lager nach aussen geführte Öl wieder nach aussen zugeführt wird. Die Steigung des Gewindes soll dabei so gewählt werden, dass eine Schmierung des Lagers erreicht, aber das Eindringen des Öles in die Pumpe verhindert wird.
Mit solchen Mitteln ist aber das Eindringen von Öl in die Pumpe kaum zu verhindern, und erst recht nicht das Eindringen von Öldämpfen. Diese Gefahr vermeidet die Lageranordnung gemäss der Erfindung.
Erfindungsgemäss ist au der Innenseite jedes die Druckseite einer Molekularpumpe begrenzenden Lagerschildes ein die Bohrung des Lagerschildes einschliessendes, die Welle mit geringem Spalt umgebendes und mit Kühlkammern versehenes Gehäuse befestigt, das mit einer Rückleitung für das aus dem Lager austretende Öl ausgerüstet ist. Das Gehäuse ist vorzugsweise durch eine senkrecht zur Welle der Pumpe stehende Wand unterteilt, die eine Bohrung zum Durchstecken der Welle aufweist und an der tiefsten Stelle des Gehäuses eine Verbindung zwischen beiden Kammern belässt. Vorteilhaft ist die Welle innerhalb des Gehäuses zweifach abgestuft, um ein Wandern des Öles längs der Welle auszuschliessen. An der tiefsten Stelle des Gehäuses ist eine Abflussleitung für das Öl angeordnet, das durch eine Pumpe im Kreislauf durch das Lager gedrückt wird.
Mit der Lageranordnung der Erfindung ist erreicht, dass beim Austritt des Öles in den Druckraum der Pumpe sich bildende Öldämpfe im wesentlichen in der ersten Kammer des Gehäuses kondensieren und das Kondensat mit dem am Boden der Kammer sich ansammelnden Öl abfliesst. Soweit Dämpfe in die zweite Kammer gelangen, kondensieren diese endgültig in dieser Kammer und das Kondensat fliesst ebenfalls mit dem am Boden der Kammer sich sammelnden Öl ab.
Nach der Erfindung ist weiter die Kühlkammer so ausgebildet, dass sie das Gehäuse umgibt. und die An- schlussstutzèn der Molekularpumpe zum Anschluss der Vorvakuumpumpe sind am Pumpengehäuse so ange-
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ordnet, dass sie an der tiefsten Stelle des Pumpengehäuses unter der Kühlkammer liegen. Man erhalt so gleichzeitig auch eine dem Druckraum der Pumpe zugewendete gekühlte Fläche, die in Verbindung mit der Anordnung der Stutzen den Vorteil bringt, dass aus dem Rezipienten abgesaugte Dämpfe an der Oberfläche der Kühlkammer kondensieren und das hievon abtropfende Kondensat unmittelbar in die Saugleitung der Vorvakuumpumpe gelangt. Es wird so vermieden, dass die abgesaugten Dämpfe an andern Stellen der Pumpe kondensieren und als Eilm in die Saugseite der Pumpe gelangen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen Fig. l einen Längsschnitt durch eine Molekularpumpe der in der Einleitung erwähnten Art, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Abwicklung der genuteten Scheiben beider Pumpenteile und Fig. 3 einen Längsschnitt ähnlich Fig. l in vergrössertem Massstab unter Fortlassung des mittleren Teiles einer mit einer Lageranordnung gemäss der Erfindung ausgerüsteten Pumpe.
Das zylindrische Gehäuse 1 der Molekularpumpe ist an der Stirnseite durch die Lagerschilde 2 und 3 abgeschlossen und trägt in seiner Mitte einen Stutzen 4 zum Anschluss der zum evakuierenden Gerät führenden Saugleitung. Weitere mit 5 bezeichnete Stutzen dienen zum Anschluss der zu einer Vor vakuumpumpe führenden Druckleitung. In den Lagerschilden 2 und 3 ist die Welle 6 des rotierenden Teiles der Pumpe gelagert. Der Wellenzapfen 7 durchsetzt die Scheibe 3 und ist entweder mit dem antreibenden Motor unmittelbar gekuppelt oder trägt ein geeignetes Antriebselement. Eine Dichtung 8 verhindert das Eindringen von Gasen in die Pumpe.
Die Welle 6 trägt mehrere Scheiben 9, im Ausführungsbeispiel acht Scheiben, die mit der Welle drehfest verbunden sind. Diese Scheiben liegen mit geringem Spiel zwischen den mit 1ù bezeichneten Scheiben, die fest im Mantel 1 des Gehäuses sitzen und in ihrer Mitte eine Bohrung für denDurchtritt der Welle 6haben. Die feststehenden Scheiben 10 sind im Pumpengehäuse so angeordnet, dass in der Mitte der Pumpe ein Saugraum 11 und an den Enden je ein Druckraum 12 gebildet werden. Die Scheiben 9 haben, wie Fig. 2 zeigt, am äusseren Umfang mit 13 bezeichnete Ausschnitte oder Nuten. Die einzelnen Nuten sind durch die zahnartigen Teile 14 voneinander getrennt. Ähnliche Nuten 15 weisen die am Gehäuse befestigten Scheiben 10 an ihrem äusseren Umfang auf. Die sie trennenden Zähne sind mit 16 bezeichnet (Fig. 2).
Die neue Lageranordnung für eine solche Pumpe zeigt die Fig. 3. An der Innenseite der beiden Lagerschilde 2 und 3 ist ein zylindrisches Gehäuse 17 befestigt, das aus einem Mantel 18 und einem Boden 19 mit einer Bohrung 20 für den Durchtritt der Welle 6 besteht. Die Welle selbst ist im Durchmesser zweimal abgesetzt. Der mit 21 bezeichnete Teil ist über eine Buchse 22 in dem ringförmigen Ansatz 23 der beiden Schilde 2 und 3 gelagert. Der abgestufte Teil 24 der Welle liegt innerhalb des Gehäuses 17. Das Gehäuse selbst ist durch eine hierin befestigte, senkrecht zur Welle 6 stehende Wand 25 mit einer Bohrung 26 für den Wellenteil 24 in zwei mit 27und 28bezeichnete Kammern unterteilt. Die Wand 25 endet dicht oberhalb der tiefsten Stelle des Gehäuses, so dass beide Kammern 27 und 28 miteinander in Verbindung stehen.
Die Bohrung 26 umgibt mit geringem Spiel den Wellenabsatz 24.
Der Mantel 18 ist von einem zweiten Mantel 29 mit Flansch 30 umgeben, der zwischen den Mänteln 18 und 29 gelegene Ringraum ist mit 31 bezeichnet. Zur Befestigung des Gehäuses 17dienen Schrauben 32und zur Dichtung die mit 33 und 34 bezeichneten Dichtungsringe. Die äussere Kammer 31 hat ein Zuflussrohr 35 und ein Abflussrohr 36 für das Kùhlmittel, z. B. Wasser. Das Rohr 35 ist mit einer Kühlwasserleitung verbunden, das Rohr 36 führt zu einem Abfluss. Zur Ölzuführung dient ein Rohr 37 und zur Ableitung des Öles aus den Kammern 27 und 28 ein Rohr 38. Das Rohr 37 ist mit einer Pumpe 39 verbunden, die Öl durch das Lager drückt, die Leitung 38 ist mit dem Vorratsbehälter der Pumpe 39 verbunden.
In der Zeichnung sind der Übersichtlichkeit halber zwei Pumpen, je eine für jedes Lager, dargestellt.
Bei der praktischen Ausführung wird nur eine Pumpe verwendet, die beide Lager mit Öl versorgt, Das den Lagern 22 von der Pumpe 39 zugeführte Öl sammelt sich in der Kammer 28 und fliesst durch die Leitung 38 wieder ab. Etwaige Öldämpfe, die sich in der Kammer 28 bilden, kondensieren in dieser, da der Mantel 18 durch das Kühlwasser in der Ringkammer 31 auf niedriger Temperatur gehalten ist. Soweit Öldämpfe durch den Spalt 26 noch in die Kammer 27 gelangen, kondensieren sie in dieser Kammer und das Konden- sat fliesst in die Kammer 28 zurück und durch die Leitung 38 ab.
Öldämpfe, die aus dem zu evakuierenden Gefäss abgesaugt werden und in den Druckraum 12 gelangen, kondensieren an der Oberfläche des Mantels 29. Das Kondensat läuft längs der Oberfläche zum tiefsten Punkt des Mantels 29 und tropft hier ab. Unter der tiefsten Stelle des Mantels sind abweichend von Fig. 1 die Stutzen 5 für den Anschluss der Vorvakuumpumpe angebracht, so dass das abtropfende Kondensat unmittelbar in die Stutzen 5 gelangt und von da ausweiter zur Vorvakuumpumpe.