DE7208909U - " Dichtungsvorrichtung für umlaufende und hin- und hergehende Welle - Google Patents

Description

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8. 3. 1972

Commissariat a. !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Dichtungsvorrichtung für umlaufende und hin- und hergehende Welle

Die Neuerung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für eine umlaufende und hin- und hergehende Welle, die insbesondere, aber nicht ausschließlich dazu bestimmt ist, die Abdichtung eines Verbindunpskanals zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Umgrenzung, durch den eine senkrechte Welle hindurchgeht, sicherzustellen. Diese Aufgabe stellt sich jedesmal, wenn ein Gegenstand gedreht und verschoben werden muß, der sich innerhalb einer Umgrenzung in überwachter Atmosphäre befindet und an einer aus der Umgrenzung hervorragenden Welle aufgehängt ist. Das ist z. B. bei Öfen für das Ziehen von Monokristallen der Fall; der Monokristall hängt an einer Spindel, die ihn aus einem Schmelze-Bad emporzieht und ihn dabei dreht. Das Bad befindet sich

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innerhalb einer Unvwandung in inerter Atmosphäre, während die die Spindel antreibenden Motoren außerhalb dieser Umwandung angeordnet sind.

Es gibt schon zahlreiche Abdichtungsvorrichtungen, die zwischen einer sich drehenden und hin- und hergehenden Welle und einer von ihr durchdrungenen Wand angeordnet werden können. Aber diese Vorrichtungen bieten einige Schwierigkeit, wenn sich die Welle mit einem Niederschlag zu bedecken droht, wie er z. B. durch Oxydation von aus dem Bad kommenden Dämpfen entstehen kann. Die Dichtungsvorrichtung zerkratzt die Welle in dem Maße, wie die Welle emporgezogen wird und kratzt den Niederschlag an der Welle ab; dieser Niederschlag fällt in das Bad zurück und oxydiert oder verschmutzt das Bad. Das ist z. B. beim Ziehen von Silizium-Monokristallen der Fall; Die Siliziumdämpfe werden in der über dem Bad befindlichen Atmosphäre mehr oder weniger oxydiert und schlagen sich als Pulver auf der kalten Welle nieder; die Dichtungsvorrichtung droht dieses Oxyd ins Silizium-Bad zurückzuwerfen, wo es neue Keime bildet und einen polykristallinen Block ergibt.

Die Neuerung soll eine Dichtungsvorrichtung für umlaufende und hin- und hergehende Wellen liefern, die besser als bisher den Erfordernissen der Praxis entspricht, insbesondere insofern, daß sie oben beschriebene Nachteile vermeidet.

Die Neuerung betrifft also eine Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einer eine Kammer begrenzenden Wand in

einer durch die Kammer hindurchgehenden, umlaufenden und hin- und hergehenden Welle, mit einem zwischen der Welle und der Wand angeordneten verformbaren Dichtungsring und mit einer Einrichtung, welche diesen Dichtungsring in einer axialen Pressung erhält derart, daß eine vorgestülpte Innenlippe des Dichtungsringes gegen die Welle anliegt und besteht darin,, daß der Dichtungsring derart geformt ist, daß er einen Leckgas-Strömungsweg zwischen einer seiner Stirnseiten und einem Kanal begrenzt, der in der Wand angeordnet ist und mit einem Bereich verbunden werden kann, in dem der Druck niedriger als der an dieser Stirnseite herrschende Druck ist, wobei der Leckgas-Stromweg an der dem Dichtungsring zugewandten Seite der Kammer angeordnet ist. Das Gas, das entlang dem Dichtungsweg zum Leckkanal strömt, schleppt daher die durch die Lippe abgeschabten Teilchen zur genannten Zone, verhindert also deren Rückkehr in die Kammer; wenn diese Kammer mit ausreichendem Druck gefüllt ist, kann es genügen, den Leckkanal zur Außenluft zu öffnen; sonst muß er mit einer Absaugvorrichtung verbunden werden.

Eine besondere Ausführungsform der Neuerung, die besonders vorteilhaft ist, wenn das Innere der Umgrenzung einem Unterdruck ausgesetzt sein kann, besteht darin, daß der Dichtungsring an einem kuppeiförmigen zusätzlichen Dichtungsring anliegt, der die axiale Pressung überträgt und mit zwei zylindrischen Rändern versehen ist, deren einer an der Welle und deren anderer an der Wand anliegt.

Eine noch andere, besondere Ausführungsform der Neuerung besteht darin, daß sie eine Hülse, die an der Wand be-

festigt und mit einer einen Leckgas-Stromweg bildenden Mündungsverschraubung versehen ist, ferner Halteeinrichtungen, die von der Hülse in leckdichter Berührung mit der Außenseite der Wand gehalten werden und die Welle hindurchgehen lassen, enthält und daß diese die Dichtung aufrechterhaltenden Halteeinrichtungen eine zweite Hülse enthalten, die an der ersten Hülse abnehmbar befestigt ist, und einen Ring enthält, der die Welle zentriert und auf den Abstreif-Dichtring mittels einer kuppeiförmigen Dichtung die genannte Axialkraft ausübt.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar in

Fig. 1 im Längsschnitt in einer Achsebene -und in

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung des Dichtungsringes der Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung soll eine leckdichte Verbindung zwischen der Wand einer mit inertem Gas erfüllten Kammer (z. B. der Kammer eines Ofens für das Ziehen von Monokristallen) und einer Welle (z. B. der Spindel zum Ziehen der Kristalle), die aus der Kammer in die Außenluft herausragt, bilden. Der untere Teil der senkrechten Welle 10 erstreckt sich in die von der Wand 12 begrenzte Kammer hinein. Diese Kammer enthält ein (nicht gezeichnetes) Schmelze-Bad in inerter Atmosphäre. Der über die Wand 12 hervorragende obere Teil der Welle ist mit einem Motor 1*1, der die Welle dreht, und mit einem Mechanismus verbun-

den, mittels dessen man die Welle in Richtung ihrer Achse verschieben kann, um einen Monokristall zu ziehen.

Die von der Wand 12 getragene Dichtungsvorrichtung enthält eine Hülse 16, die auf dieser Wand durch (nicht gezeichnete) abnehmbare Mittel befestigt ist und unter der eine z. B„ aus Messing bestehende Seitenabschluß-Buchse befestigt ist. Dichtungsringe 20 und 22 vor· kreisrundem Querschnitt bewirken, daß die Verbindung zwischen der Seitenabschluß-Buchse 18 einerseits und der Wand 12 und der Hülse 16 andererseits leckdicht ist. Die Seitenabschluß-Buchse ist mit einer Bohrung 2k von solchem Durchmesser versehen, daß die Welle 10 ohne Reibung frei durch sie hindurchgehen kann. Auf die kegelstumpfförmige obere Fläche der Seitenabschluß-Buchse 18 ist ein Sockelring 26 aufgepaßt, auf dem sich der Abstreif-Dichtungsring 28 abstützt. Dieser Abstreif-Dichtungsring - er wird weiter unten näher beschrieben - wird unter axialem Druck gegen den Sockelring 26 gehalten durch eine Gruppe von Bauteilen, zu der ein mit zylindrischen Rändern versehener Sicherheits-Dichtungsring 30, ein Preßring 32 und eine Hülse Jk gehören. Eine Reihe Schrauben 36 (von denen eine in Fig. 1 sichtbar ist) halten die Hülse Jk fest. Eine zwischen der Hülse Jk und der W_elle 10 angeordnete Lagerbuchse 38 aus Lagermetall zentriert die Welle.

Der mit zylindrischen Rändern versehene Ring 30 spielt eine Sicherheitsrolle und erhält die Dichtheit aufrecht, wenn der Ofen relativ zur Umgebung inneren Unterdruck hat; dieser Dichtungsring kann aus elastischem Stoff, z. B. aus Perbunan sein.

Der Abstreifring 28 aus einem Werkstoff von geringem Reibungskoeffizienten (z, B. Polytetrafluoräthylen) soll an seiner Unterseite von einem Leckgasstrom bespült werden. Er hat vorzugsweise die in Fig. 2 dargestellte Form; Der dort gezeigte Dichtungsring nimmt die Form einer Kuppel mit a^wärtsgerichteter Höhlung an; er hat eine vorgestülpte Innenlippe 40, deren Querschnitt etwa die Form eines rechtwinkligen Dreiecks hat und die sich an die Welle anlegt, und am Außenumfang einen Schlitzrand 42, der auf dem Sockelring 26 aufliegt. Eine radiale Nut 44 (oder eine Reihe solcher radialen Nuten) verbindet den zwischen dem Sockelring 26, dem kugelförmigen Teil des Dichtungsringes 28 und der Welle 14 befindlichen Raum mit einem Kanal 46, der in der Hülse 16 angeordnet ist. Dieser Kanal ist an seiner Mündung mit einer Verschraubung 48 versehen, die zur Außenluft hin offen sein kann (im Falle, daß im Ofen Überdruck gegenüber der Außenluft herrscht) oder mit einer Stelle von im Verhältnis zum Ofen-Inneren leichten Saugdruck verbunden sein kann. Oft empfiehlt sich, zwischen der Mündung 48 und der Saugstelle einen Absetztopf anzuordnen, der den vom Leckgasstrom mitgeschleppten Staub auffängt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ergibt sich aus der oben gegebenen Beschreibung; Angenommen, im Ofen herrsche gegenüber der Außenluft leichter Überdruck, dann genügt es, die Mündung zur Außenluft hin offen zu lassen, ggf. mit einem vorgeschaltetem Absetz-Topf, der nach jeder Benutzung der Einrichtung gereinigt wird. Der ringförmige Gasfilm steigt durch den zwischen der Welle 10 und den Bauteilen 18 und 26 befindlichen Spalt senkrecht entlang der Welle 14 empor und fließt dann radial zur Mündung 48; er nimmt

dabei den durch den Abstreif-Dichtungsring von der Welle abgekratzten Staub mit, so daß dieser nicht in den Ofen zurückfallen kann, und befördert ihn nach außen. Die Gasmenge kann man einstellen, indem man den Querschnitt der Mündung endet. Man vermeidet auf diese Welse, daß der mit zylindrischen Rändern versehene Ring beschmutzt wird, und verhindert, daß Staub (z. B. Siliziumoxyd) in den Ofen zurückfällt. Die Vorrichtung läßt sich zwischen den Ofen-Benutzungen sehr einfach durch Einblasen von Druckluft in die Verschraubung 48 reinigen.

Auch wenn der Ofen gegenüber der Außenluft nicht überdruck, sondern Unterdruck hat, funktioniert die Vorrichtung; man braucht die Verschraubung ^+8 nur an einer Stelle, in der Unterdruck herrscht, anzuschließen (z. Bv an eine Saugpumpe). Es versteht sich von selbst, daß auch diese Abwandlung und ebenfalls alle diejenigen, die innerhalb des Rahmens der Äquivalente bleiben, vom Musterschutz erfaßt werden.

Claims (1)

1. Ansprüche

   1. Vorrichtung zur Abdichtung zwischen einer eine Kammer begrenzenden Wand in einer durch die Kammer hindurchgehenden, umlaufenden und hin- und hergehenden Welle, mit einem zwischen der Welle und der Wand angeordneten verformbaren Dichtungsring und mit einer Einrichtung, welche diesen Dichtungsring in einer axialen Pressung erhält derart, daß eine vorgestülpte Innenlippe des Dichtungsringes gegen die Welle anliegt, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtungsring (28) derart geformt ist, daß er einen Leckgas-Strömungsweg zwischen einer seiner Stirnseiten und einem Kanal (k6) begrenzt, der in der Wand (12) angeordnet ist und mit einem Bereich verbunden werden kann, in dem der Druck niedriger als der an dieser Stirnseite herrschende Druck ist, wobei der Leckgas-Stromweg an der dem Dichtungsring (z. B. 28) zugewandten Seite der Kammer angeordnet ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (28) an einem kuppeiförmigen zusätzlichen Dichtungsring (30) anliegt, der die axiale Pressung überträgt und mit zwei zylindrischen Rändern versehen ist, deren einer an der Welle (1O) und deren anderer an der Wand (12) anliegt»

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckgas-Stroraweg (k6) durch eine in der Wand (12) feste MUndungsverschraubung (k8) dann, wenn die Kammer ge-

   -O-

   genüber dem Außenluftdruck Überdruck hat, mit der Außenlui't verbunden ist.

   h. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch eine in der Wand feste Mündungsverschraubung (^8) mit e'^:iier Ansaugeinrichtung verbunden ist.

   ι. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mündungsverschraubung (-*8) und der Außenluft ein abnehmbarer Staubabscheider-Topf angeordnet ist.

   6,. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Hülse (i6), die an der Wand (i2) befestigt und mit einer einen Leckgas-Stromweg bildenden Mündungsverschraubung (^B) versehen ist, ferner Halteeinrichtungen, die von der Hülse (i6) in leckdichter Berührung mit der Außenseite der Wand (12) gehalten werden und die Welle (1O) hindurchgehen lassen, enthält und daß diese die Dichtung aufrechterhaltenden Halteeinrichtungen eine zweite Hülse (3*0 enthalten, die an der ersten Hülse (i6) abnehmbar befestigt ist, und einen Ring (38) enthält, der die Welle (1O) zentriert und auf den Abstreif-Dichtring (28) mittels einer kuppeiförmigen Dichtung die genannte Axialkraft ausübt.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstreif-Dichtring (28) die Form einer Kuppel annimmt, deren Höhlung dem Leckgas-Stromweg zugewandt und die an ihrem Umfang mit mindestens einer radialen Nut (Ά) versehen ist, durch die das Gas entweicht.