Устройство для передачи вакуума через вращающийся вал

Область техники, к которой относится полезная модель: машиностроение.
Полезная модель относится к вакуумной технике, а конкретнее к устройству для передачи вакуума на столик центрифуги для удержания обрабатываемых пластин в установках фотолитографического оборудования.
Из уровня техники известны центрифуги, которые описаны в SU 1113180, SU 1210890, SU 751439, вакуумный стол центрифуги, описанный в RU 125074, установка, описанная в Учебно-методическом пособии для вузов: Е.С. МАШКИНА и др. «Литографические процессы в технологии твердотельной электронике», Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2013, с. 12-13.
В существующих центрифугах, применяемых в составе фотолитографического оборудования, передача вакуума на столик, осуществляется через фторопластовую втулку, установленную либо на свободном конце полого вала электродвигателя, либо через ту же втулку на исполнительном валу, вращение на который передается через зубчато-ременную передачу от электродвигателя.
Таким образом, для передачи вакуума в данных конструкциях требуется либо наличие электродвигателя специального исполнения с полым валом, либо ременная передача.
Такие конструкции применяются для того, чтобы иметь возможность быстрой замены фторопластовых втулок, которые быстро нагреваются за счет трения о поверхность вала и разрушаются, соответственно теряется вакуумная плотность уплотнения (см. Вакуумная техника, Справочник, Москва, «Машиностроение», 1985 г. стр. 125, рис. 8-2).
Технический результат обеспечиваемой полезной моделью заключается в сохранении стабильного вакуума в камере, через которую осуществляется вращение вала без замены пар трения при длительной работе устройства.
На рис. 1 приведена общая схема узла вращения центрифуги.
На рис. 2 приведена схема узла уплотнения новой конструкции.
Через штуцер, расположенный в корпусе подшипников, осуществляется передача вакуума. В корпусе подшипников между подшипниками вращения, установлены два зеркально расположенных уплотнения типа В2РТ, между которыми находится втулка с торцевыми и радиальными резиновыми кольцами, обеспечивающая герметичность вакуумной камеры. Далее вакуум подается через радиальное и осевое отверстие вала, установленного в корпусе, на столик.
Зеркальное расположение уплотнений позволяет более эффективно удерживать вакуум в камере, за счет пружинных свойств фторопластовых колец.
В данных уплотнениях рабочим элементом является кольцо с бортиком, выполненное в виде тарельчатой пружины из коксонаполненного фторопласта марки Ф4К20 (так как его износостойкость в 600 раз выше, чем у фторопласта ф4), запрессованное в обоймы из нержавеющей стали, и с минимальным контактом с валом (см. рис. 3).
Такие уплотнения серийно выпускаются несколькими иностранными компаниями, в том числе немецкими и китайскими.
В нашем варианте конструкции, использовано уплотнение типа В2РТ немецкой компании «Simmerring».
Производитель гарантирует работоспособность данного типа уплотнений на «сухом» ходе при линейной скорости до 30 м/с (см. Каталог Simrit, 2007 стр. 1.19).
Усредненный диаметр вала в зоне уплотнения для установок данного типа составляет 30 мм.
Формула перевода угловой скорости в линейную:
где n - угловая скорость;
V - линейная скорость;
R - радиус окружности.
Подставляя исходные значения в данную формулу, получим:
Так как для центрифуг нанесения фоторезиста максимальная скорость вращения (согласно технологическому процессу) составляет 10000 об/мин, то видим, что полученный результат превышает максимальную скорость вращения почти в два раза.