Wolfgang Gaede'nin Moleküler Hava Pompası
Guido Pfefferle ve Gerhard Voss tarafından Wolfgang Gaede'nin 80. yıl dönümünde
Tarihi görüntülerde bir moleküler hava pompasının iç çalışması
Wolfgang Gaede 24 Haziran 1945 tarihinde Münih'te öldü. Yazarlar bu makale ile ölümünün 80. yıl dönümünü kutluyor ve ilk kez E. Leybold'un haleflerinin moleküler hava pompasının iç çalışmalarını ortaya çıkaran resimler yayınlıyor.
Gaede'nin Moleküler Vakum Pompasının Patenti
İmparatorluk Patent Ofisi [Berlin] - Patent No. 239213 Dr. Wolfgang Gaede Freiburg im Breisgau - Döner Vakum Pompası - 3 Ocak 1909 tarihinden itibaren Alman İmparatorluğu'nda patentlidir
Patent No. 239213'ün başlığı başlangıçta özellikle olağanüstü görünmeyebilir. Ancak " Döner Vakum Pompası " adının arkasında vakum teknolojisinde gerçek bir kilometre taşı yatıyor: moleküler hava pompası.
Yukarıda belirtilen patent spesifikasyonunda Wolfgang Gaede şöyle yazıyor: "Moleküler hava pompası, gazı taşımak için yalnızca pompalanan gaz ile hızlı hareket eden katı bir yüzey arasındaki sürtünmeyi kullanır. Cıva veya yağ gibi bir 'sızdırmazlık sıvısı' kullanılması gerekmez. " Günümüz terminolojisinde bu, Wolfgang Gaede'nin moleküler hava pompasının dünyanın ilk kuru sıkıştırmalı vakum pompası olduğu anlamına gelir.
Şekil 1 [3], solda, Gaede'nin patentine göre Leybold tarafından üretilen moleküler hava pompasını göstermektedir, burada bir X-ray tüpünün boşaltılması gösterilmektedir. Doğal olarak, ön vakum pompası olarak Leybold'un döner paletli pompası kullanılır.
Moleküler Hava Pompasının Çalışma Prensibi
Wolfgang Gaede, yetkilendirme tezinde [1] gaz moleküllerinin hızlı hareket eden katı bir yüzeyle etkileşimini tanımlayan " gazların dış sürtünmesi " terimini tanıttı. Moleküler hava pompası tam da bu prensibe göre çalışır. Pompanın çalışma prensibinin şematik bir gösterimi, 1912 yılında E. Leybold's Nachfolger [2] tarafından yayınlanan Yeni Yüksek Vakum Pompası Hakkında Ön İletişim'de bulunabilir.
[2]'de yer alan "Şekil 2", bu makalede Şekil 2 olarak tekrarlanmıştır. Buna şu orijinal metin eşlik eder: "A ekseni etrafında dönen A silindirine b derinliğinde ve a genişliğinde oluklar kesilmiştir. H ' mesafesinde A silindirik bir gövde B ile çevrilidir. Bir tarafta bir lamel tarağı C, gövde B'ye takılıdır ve olukların içine taşar." [Şekil 1'de (solda), rotor A a ekseni etrafında yüksek hızda saat yönünde döndüğünde gaz n'den m'ye taşınır. Gaz C ile A arasındaki boşluktan m'den n'ye geri aktığında istenmeyen bir gaz akışı kaybı meydana gelir. Bu nedenle pompanın teknik uygulamasında bu boşluk milimetrenin birkaç yüzde birinden fazla olmamalıdır.] [Mümkün olan en iyi yüksek vakumu elde etmek için, gaz pompa girişi (yüksek vakum tarafı) ve çıkışı (ön vakum tarafı) arasında önemli ölçüde sıkıştırılmalıdır. Bu aşağıdaki prensiple yapılır:] "Bireysel oluklar seri olarak bağlanır, böylece açıklık m n₁, m₁ ile n₂, vb.'ye bağlanır. Sonuç olarak, gaz basıncı rotorun uçlarından merkeze doğru sürekli olarak azalır."
Leybold'un Teknik Tasarımı
Şekil 3 [3], Leybold'un moleküler hava pompasının rotor ekseni a boyunca uzunlamasına bir kesitteki teknik tasarımını göstermektedir. Şekil 3'te taralı olarak gösterilen gövde B, üst tertibat K'yı destekler ve buna "hava geçirmez" şekilde sabitlenir. Masif bir pirinç silindirden imal edilen rotor A eksene a sabit bir şekilde bağlıdır. Pirinç silindirin içine, lamel tarağının C (koyu tarama) uzandığı oluklar D frezelenmiştir. Ek olarak, S pompanın yüksek vakum tarafındaki girişini gösterirken, H a eksenini tahrik etmek için kullanılan kasnağı belirtir. Pompanın gerçek sırrının üst tertibatta K bulunduğuna dikkat edilmelidir. Çizimleri veya fotoğrafları bulunmayan karmaşık bir gaz dağıtım kanalları sistemi içerir.
Leybold Pompanın İçine Bakış
Moleküler hava pompasının iç çalışmasını keşfetmek için önce üst montajı K sabitleyen dört vidayı çıkardık. Gevşetildikten sonra montaj B muhafazasından kaldırılabildi ve biz gerçekten şaşırdık. Montaj ile muhafaza arasında conta yoktu, sadece biraz gresle pirinç üzerinde pirinç vardı.
Şekil 4, hem ters çevrilmiş üst tertibat K'nın alt tarafını hem de muhafaza B'nin üst tarafını göstermektedir. Şekil 6'da K'nın alt tarafına daha yakından bakacağız. B'nin üst tarafında, B'nin içine ve dolayısıyla rotordaki oluklara bağlanan bir dizi yuva görülebilir. Ek olarak, lamelli tarak C, pompanın uzunlamasına eksenine paralel olarak hizalanmış olarak B'nin üst tarafına monte edilmiştir. Montaj vidaları için delikler de Şekil 4'te görülebilir. Şekil 3'te gösterilen E, F, G ve H bileşenlerini çıkardıktan sonra, A rotorunu çıkarıp ölçebildik. Ölçümlerimize göre çapı 100,00 + 0,01 mm'dir. Lamel tarak ile rotor arasındaki etkileşimi göstermek için tek bir pirinç parçasından frezelenmiş tarak parçasını rotorun oluklarına yerleştirdik. Bu, Şekil 5'te daha ayrıntılı olarak görülebilir.
Mekanizmanın Şekil 2'de gösterildiği gibi çalışması için, hassas mekanik hassasiyet ve milimetrenin yüzde birinde tekrarlanabilirlik mutlaka gereklidir. Leybold bu hassasiyet seviyesine 1912 yılında ulaşabiliyordu.
Üst tertibat K'nın alt tarafını ayrıntılı olarak gösteren Şekil 6 ile moleküler hava pompasının "gizli" iç çalışmasına yaklaşıyoruz. Metal temizleme sıvısı kullanarak iç kanalları takip ettik.
Bu, yüksek vakum (HV) ve ön vakum (FV) tarafları arasındaki karmaşık gaz yolunu ayrıntılı olarak izlememizi sağladı: Yüksek vakum tarafındaki giriş (HV konektörü S, Şekil 6) Şekil 6'daki konum 1'e bağlıdır. Oradan rotor gazı sağdaki konum 2'ye taşır. Bu, rotorun -K ( E. Leybold's Nachfolger, Coeln and Berlin, German Imperial Patent ) etiketli tarafından bakıldığında- saat yönünün tersine dönmesi gerektiği anlamına gelir.
Yumuşak lehimle doldurulmuş görünür kanaldan gaz 2 sağdan 2 sola, ardından rotordan 3 sağa, K'daki bir kanaldan 3 sola, rotordan 6 sağa, K'daki bir kanaldan 6 sola, rotordan 4 sağa, K'deki bir kanaldan 4 sola, rotordan 7 sağa, K'deki bir kanaldan 7 sola, rotordan 5 sağa geçer, soldaki K'den 5'e bir kanal üzerinden, sağdaki rotordan 8'e ve son olarak soldaki K'dan 8'e bir kanal üzerinden, buradan ön vakum pompasına bağlı olan halka oluğa (FV konumu) ulaşır.
Uzun açıklama için özür dileriz, ancak 113 yıl sonra yazılıp belgelenmesi gerekiyordu. Böylece Wolfgang Gaede'nin gazın pompanın merkezinden çıkarıldığına dair ifadesini deneysel olarak doğrulayabildik. K cinsinden iç kanal sisteminin tam yapısı muhtemelen sadece röntgen kullanılarak tahribatsız olarak belirlenebilir. Ön vakum pompasına bağlı oluğun bir halka içinde iç yüksek vakum alanını çevrelediğini unutmamak önemlidir.
Bu tasarım, ortamdan (1000 mbar) oluğa (0,1 mbar) giden hava sızıntısının ön vakum pompası tarafından kesilmesini sağlar. Halka oluk ve konum 1 arasındaki basınç farkı tipik olarak ortam atmosferi ile oluk arasındaki basınç farkından 10.000 kat daha küçüktür. Sonuç olarak, oluktan konum 1'e sızıntı, ortamdan oluğa sızıntıdan çok daha azdır. Özetle: Halka oluk, yüksek vakum alanını ortam atmosferinden gelen hava sızıntısına karşı korur.
Epilog
Leybold, Gaede Arşivinde iki orijinal moleküler hava pompasının korunduğu için şanslı olduğunu düşünebilir. Bu şanslı durum, pompalardan birini çalışma durumuna geri getirme fikrine ilham verdi. Bu başarıyla gerçekleştirildi, ancak pompanın çalışmasını tam olarak optimize etmek için hala yapılması gereken çalışmalar var.
Referanslar
[1] Wolfgang Gaede Yetkilendirme Tezi: Freiburg Üniversitesi, Breisgau, 1912 [2] Dr. Gaede E. Leybold's Nachfolger, Cöln a[m] Rh[ein], 1912'ye göre Yeni Yüksek Vakum Pompası (Moleküler Hava Pompası) Hakkında Ön İletişim [3] Dr. Gaede E. Leybold's Nachfolger, Cöln a[m] Rh[ein], 1912'ye göre Moleküler Hava Pompaları Hakkında Özel Fiyat Listesi No. VI
Düzenleyen:
Guido Pfefferle
Prototipleme ve Takımlama E-postası: [email protected]
Dr. Gerhard Voss
Gaede Arşivi Köln
E-posta: [email protected]
