Pompa Udara Molekuler oleh Wolfgang Gaede
Pada peringatan 80 tahun kematian Wolfgang Gaede oleh Guido Pfefferle dan Gerhard Voss
Cara kerja bagian dalam pompa udara molekuler dalam gambar sejarah
Wolfgang Gaede meninggal pada tanggal 24 Juni 1945, di Munich. Dengan artikel ini, penulis memperingati ulang tahun ke-80 kematiannya dan, untuk pertama kalinya, mempublikasikan gambar yang mengungkapkan cara kerja bagian dalam pompa udara molekuler oleh penerus E. Leybold.
Paten Pompa Vakum Molekuler Gaede
Kantor Paten Kekaisaran [Berlin] - Paten No. 239213 Dr. Wolfgang Gaede di Freiburg im Breisgau - Pompa Vakum Berputar - Dipatenkan di Kekaisaran Jerman sejak 3 Januari 1909
Judul Paten No. 239213 mungkin tidak terdengar sangat spektakuler pada awalnya. Namun, di balik nama " Rotating Vacuum Pump " terdapat tonggak sejati dalam teknologi vakum: pompa udara molekuler.
Dalam spesifikasi paten yang disebutkan di atas, Wolfgang Gaede menulis: "Pompa udara molekuler hanya memanfaatkan gesekan antara gas yang dipompa dan permukaan padat yang bergerak cepat untuk mengangkut gas. Penggunaan 'cairan penyegel', seperti merkuri atau oli, tidak diperlukan. " Dalam terminologi saat ini, ini berarti: pompa udara molekuler Wolfgang Gaede adalah pompa vakum kompresi kering pertama di dunia.
Gambar 1 [3] menunjukkan, di sebelah kiri, pompa udara molekuler yang dibuat oleh Leybold menurut paten Gaede, di sini ditampilkan mengevakuasi tabung sinar-X. Secara alami, pompa rotary vane dari Leybold digunakan sebagai pompa vakum awal.
Prinsip Kerja Pompa Udara Molekuler
Dalam tesis habilitasinya [1], Wolfgang Gaede memperkenalkan istilah " gesekan eksternal gas ", yang menggambarkan interaksi molekul gas dengan permukaan padat yang bergerak cepat. Pompa udara molekulernya beroperasi berdasarkan prinsip ini. Representasi skematis prinsip pengoperasian pompa dapat ditemukan dalam Komunikasi Awal tentang Pompa Vakum Tinggi Baru, yang diterbitkan pada tahun 1912 oleh E. Leybold's Nachfolger [2].
"Gambar 2" yang disertakan dalam [2] direproduksi dalam artikel ini sebagai Gambar 2. Hal ini disertai dengan teks asli berikut: "Alur dengan kedalaman b dan lebar a dipotong ke dalam silinder A, yang berputar di sekitar sumbu a. Pada jarak h ', A dikelilingi oleh rumah silinder B. Di satu sisi, sisir lamella C, yang terpasang pada rumah B, menonjol ke dalam alur." [Dalam Gambar 1 (kiri), gas diangkut dari n ke m ketika rotor A berputar searah jarum jam dengan kecepatan tinggi di sekitar sumbu a. Hilangnya aliran gas yang tidak diinginkan terjadi ketika gas mengalir kembali dari m ke n melalui celah antara C dan A. Dalam realisasi teknis pompa, celah ini tidak boleh lebih dari beberapa ratus milimeter lebar.] [Untuk mencapai vakum tinggi terbaik, gas harus dikompresi secara signifikan antara saluran masuk pompa (sisi vakum tinggi) dan saluran keluar (sisi vakum awal). Hal ini dicapai dengan prinsip berikut:] "Alur individu dihubungkan secara berurutan, sehingga bukaan m terhubung ke n₁, m₁ ke n₂, dan sebagainya. Akibatnya, tekanan gas terus menurun dari ujung rotor ke arah pusat."
Desain Teknis oleh Leybold
Gambar 3 [3] menunjukkan desain teknis pompa udara molekuler Leybold di bagian longitudinal sepanjang sumbu rotor a. Housing B, yang ditampilkan dengan tinta pada Gambar 3, mendukung rakitan atas K dan dikencangkan dengan cara "kedap udara". Rotor A, yang terbuat dari silinder kuningan padat, terhubung secara kaku ke sumbu a. Alur D dibubut ke dalam silinder kuningan, di mana sisir lamella C (hatching gelap) memanjang. Selain itu, S menunjukkan inlet pompa di sisi vakum tinggi, sementara H menandai katrol yang digunakan untuk menggerakkan sumbu a. Perlu dicatat bahwa rahasia sejati pompa terletak di dalam rakitan atas K. Ini berisi sistem saluran distribusi gas yang kompleks - yang tidak ada gambar atau fotonya.
Lihat Di Dalam Pompa Leybold
Untuk menjelajahi pengoperasian bagian dalam pompa udara molekuler, kami pertama-tama melepaskan empat sekrup yang mengamankan rakitan atas K. Setelah dikendurkan, rakitan tersebut dapat diangkat dari rumah B - dan kami benar-benar terkejut. Tidak ada gasket antara rakitan dan housing, hanya kuningan pada kuningan dengan sedikit gemuk.
Gambar 4 menunjukkan sisi bawah rakitan atas terbalik K dan sisi atas rumahan B. Kami akan melihat lebih dekat sisi bawah K pada Gambar 6. Di sisi atas B, Anda dapat melihat serangkaian slot yang terhubung ke bagian dalam B -dan dengan demikian juga ke alur di rotor. Selain itu, sisir lamella C dipasang di sisi atas B, sejajar dengan sumbu longitudinal pompa. Lubang untuk sekrup pemasangan juga terlihat pada Gambar 4. Setelah melepas komponen E, F, G, dan H yang ditunjukkan pada Gambar 3, kami dapat mengekstrak dan mengukur rotor A. Menurut pengukuran kami, diameternya adalah 100,00 + 0,01 mm. Untuk menunjukkan interaksi antara sisir lamella dan rotor, kami memasukkan sisir yang dibubut dari satu bagian kuningan ke dalam alur rotor. Hal ini dapat dilihat secara lebih rinci pada Gambar 5.
Agar mekanisme berfungsi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, presisi mekanis halus dan kemampuan pengulangan dalam ratusan milimeter sangat penting. Leybold sudah mampu mencapai tingkat presisi ini pada tahun 1912.
Dengan Gambar 6, yang menunjukkan bagian bawah rakitan atas K secara rinci, kita bergerak lebih dekat ke fungsi internal "rahasia" pompa udara molekuler. Dengan menggunakan cairan pembersih logam, kami melacak saluran internal.
Hal ini memungkinkan kami mengikuti jalur gas yang kompleks antara sisi vakum tinggi (HV) dan sisi vakum awal (FV) secara rinci: Inlet di sisi vakum tinggi (konektor HV S, kiri atas pada Gambar 6) terhubung ke posisi 1 pada Gbr. 6. Dari sana, rotor mengangkut gas ke posisi 2 di sebelah kanan. Ini berarti bahwa rotor - bila dilihat dari sisi berlabel K ( E. Leybold's Nachfolger, Coeln and Berlin, German Imperial Patent ) - harus berputar berlawanan arah jarum jam.
Melalui saluran yang terlihat berisi solder lunak, gas bergerak dari 2 kanan ke 2 kiri, kemudian melalui rotor ke 3 kanan, melalui saluran di K ke 3 kiri, melalui rotor ke 6 kanan, melalui saluran di K ke 6 kiri, melalui rotor ke 4 kanan, melalui saluran di K ke 4 kiri, melalui rotor ke 7 kanan, melalui saluran di K ke 7 kiri, melalui rotor ke 5 kanan, melalui saluran di K ke kiri 5, melalui rotor ke kanan 8, dan terakhir melalui saluran di K ke kiri 8, dari mana mencapai alur annular (posisi FV) yang terhubung ke pompa vakum awal.
Maaf atas penjelasan yang panjang - tetapi setelah 113 tahun, penjelasan itu harus ditulis dan didokumentasikan. Dengan demikian, kami dapat secara eksperimental mengonfirmasi pernyataan Wolfgang Gaede bahwa gas diekstrak dari pusat pompa. Struktur sistem saluran internal yang tepat dalam K mungkin hanya dapat ditentukan secara non-destructive menggunakan sinar-X. Penting untuk dicatat bahwa alur yang terhubung ke pompa vakum awal mengelilingi area vakum tinggi dalam dalam cincin.
Desain ini memastikan bahwa kebocoran udara dari lingkungan (1000 mbar) ke alur (0,1 mbar) dicegat oleh pompa vakum awal. Perbedaan tekanan antara alur annular dan posisi 1 biasanya 10.000 kali lebih kecil daripada perbedaan tekanan antara atmosfer sekitar dan alur. Akibatnya, kebocoran dari alur ke posisi 1 jauh lebih kecil daripada dari lingkungan ke dalam alur. Singkatnya: Alur annular melindungi area vakum tinggi dari kebocoran udara yang berasal dari atmosfer sekitar.
Epilog
Leybold dapat menganggap diri mereka beruntung karena dua pompa udara molekuler asli disimpan di Arsip Gaede. Keadaan beruntung ini menginspirasi gagasan untuk mengembalikan salah satu pompa ke kondisi kerja. Hal ini berhasil dicapai, tetapi masih ada pekerjaan yang harus dilakukan untuk sepenuhnya mengoptimalkan pengoperasian pompa.
Referensi
[1] Tesis Habilitasi Wolfgang Gaede: Friksi Eksternal Gas Universitas Freiburg im Breisgau, 1912 [2] Komunikasi Awal tentang Pompa Vakum Tinggi Baru (Pompa Udara Molekuler) menurut Dr. Gaede E. Leybold's Nachfolger, Cöln a[m] Rh[ein], 1912 [3] Daftar Harga Khusus No. VI tentang Pompa Udara Molekuler menurut Dr. Gaede E. Leybold's Nachfolger, Cöln a[m] Rh[ein], 1912
Penulis:
Guido merica
Email Prototyping dan Peralatan: guido.pfefferle@leybold.com
Dr. Gerhard Voss
Gaede Arsip Cologne
