Molekularluftpumpe Bei den Molekularluftpumpen ist bekanntlich die
Leistung um so höher, je mehr sich die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors der Pumpe
der Molekulargeschwindigkeit des zu evakuierenden Gases nähert. Es liegt also das
Bedürfnis vor, die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors möglichst hoch zu treiben.
Die bisher bekanntgewordenen Molekularluftpumpen arbeiten mit einer maximalen Umfangsgeschwindigkeit
von etwa 30 m/sek. Eine weitere Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit und
damit der Leistung der Pumpen läßt sich bei diesen Konstruktionen nicht erreichen,
weil bei höherer Umfangsgeschwindigkeit die unvermeidlich stärker werdenden Schwingungen
des Rotors größere Spalte zwischen dem Rotor und den feststehenden Teilen der Pumpe
erfordern, was die Saugfähigkeit der Pumpe wieder vermindert. Die Ursache der Schwingungen
des Rotors liegt darin begründet, daß selbst bei sorgfältigster Ausführung des Rotors
und bester Auswuchtung die ihm durch seine Lagerung aufgezwungene Drehachse niemals
genau mit der tatsächlichen Trägheitsachse der rotierenden Teile zusammenfällt.
Damit ist aber bei steigender Drehzahl zwangsläufig eine Zunahme der Schwingungen
des rotierenden Systems verbunden. Die Erfindung bietet nun einen Weg, trotz dieser
Schwierigkeiten und ohne Vergrößerung der Zwischenräume zwischen dem Rotor und den
feststehenden Teilen der Pumpe zu erheblich größeren Umfangsgeschwindigkeiten zu
gelangen. Dies wird dadurch erreicht, daß man den Rotor der Pumpe als Kugel ausbildet
und diese Kugel ohne eine feste Führungsachse in Drehung versetzt. Die Kugel kann
sich dann bei der Drehung entsprechend der tatsächlichen Trägheitsachse frei einstellen,
so daß keine störenden Schwingungen entstehen. Um dabei
der Kugel
im Innern des Pumpengehäuses die richtige Lage zu sichern, empfiehlt es sich, sie
auf Luftpolstern zu lagern. Damit wird der Reibungswiderstand für die Kugel auf
einen Kleinstwert gebracht, und es verbleibt der Kugel so viel Bewegungsfreiheit,
wie es zur Einstellung auf die Trägheitsachse nötig ist. Die Drehzahl des Rotors
kann bei dieser Anordnung ohne Entstehung von nachteiligen Schwingungen gesteigert
werden bis zu den durch die Festigkeitseigenschaften des Rotorbaustoffes gegebenen
Grenzen, so daß sich eine wesentliche Steigerung der Pumpenleistung ergibt. Da die
Kugel bei der hohen Drehzahl sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte etwas
verformt, empfiehlt es sich, die Innenflächen des den Rotor umschließenden Gehäuses
der deformierten Gestalt des Rotors anzupassen, um möglichst geringe Spalte zwischen
der Kugel und den feststehenden Teilen zu erreichen. Der Antrieb des Rotors läßt
sich auf verschiedene Weise bewirken, beispielsweise durch entsprechende Führung
des das Luftpolster aufrechterhaltenden Luftstromes. Besonders zweckmäßig ist es,
die Drehung des Rotors durch ein elektrisches Drehfeld herbeizuführen, wozu naturgemäß
der Rotor aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, hergestellt sein muß. Vorteilhaft
wendet man zwei einander gegenüberliegende elektrische Drehfelder an, so daß sich
ein symmetrischer Antrieb des Rotors ergibt. Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform
einer solchen ..Molekularluftpumpe entsteht, wenn man die zur Erhaltung des Luftpolsters
erforderliche Zuführung von Luft mit Hilfe von Unterdruck bewirkt; d. h. man schließt
die Luftpolster an den Stellen, an denen die eingepreßte Luft abströmt, an die bei
solchen Anlagen ohnehin vorhandene Vorvakuumpumpe an. Durch den äußeren Luftdruck
wird hierbei dauernd Luft durch die Luftpolster hindurchgepreßt, so daß während
des Betriebs der - Rotor stets praktisch reibungsfrei auf dem Luftpolster ruht.
Um den günstigsten Luftdruck für die Luftpolster bequem einstellen zu können, empfiehlt
es sich, in die Zuführungsleitung der Luft ein Drosselventil einzubauen.
In der Zeichnung ist eine der Erfindung entsprechende -Molekularluftpumpe
durch einen schematischen Querschnitt dargestellt. In einem Gehäuse a, das im -Innern
als Grundform eine Hohlkugel bildet, befindet sich eine Metallkugel b, die den Rotor
der Molekularluftpumpe bildet und die sich im Innern des Gehäuses a beliebig drehen
kann; Auf der linken Seite des Gehäuses a befindet sich ein Rohransatz a1, der die
Verbindung zum Hochvakuum bildet. In die kugelige Innenfläche des Gehäuses a sind,
anschließend an die Hochvakuumöffnung, in bekannter Weise spiralförmig über die
Kugelfläche verlaufende Nuten a.2 eingeschnitten, deren Querschnitte sich allmählich
verengen und die sich bei cl und c2 an eine Rohrleitung c anschließen, die bei c.
mit einer Vorvakuumpumpe verbunden zu denken ist. Die Kugel b ist im Innern des
Gehäuses a praktisch reibungsfrei gehalten durch zwei Luftpolster, die symmetrisch
zur Kugelmitte in lotrechter Richtung einander gegenüber angeordnet sind. Der dazu
nötige Luftstrom wird durch zwei Rohranschlüsse d1 und dz eingeleitet, die an ein
gemeinsames Drosselventil d angeschlossen sind. Die seitlich aus den Luftpolstern
austretende Luft wird durch die Anschlüsse cl und c2 sowie durch zwei weitere Anschlüsse
c3 und c4 über den Anschluß c5 durch die Vorvakuumpumpe abgesaugt, so daß der äußere
Luftdruck dauernd die zum Tragen der Kugel b erforderliche Luft hineindrückt. Das
Drosselventil d dient dazu, den geeigneten Druck für die Luftpolster einzustellen.
Die Drehbewegung der Kugel b wird durch zwei elektrische Drehfelder herbeigeführt,
die konzentrisch zu der durch die beiden Luftpolster festgelegten Drehachse der
Kugel b angeordnet und die durch entsprechende Wicklungen ei und e2 angedeutet sind.
Da die Kugel b unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte bei der Drehung sich etwas
verformt, ist die Innenfläche des Gehäuses dieser etwas verformten Kugel angepaßt,
zu dem Zweck, über die gesamte Oberfläche einen möglichst engen Spalt zu erzielen.