Quecksilberdampfstrahlpumpe mit Lichtbogen. Die Verwendung des Lichtbogens zur Dampferzeugung in Quecksilberdampfstrahl- pumpen bietet den erheblichen Vorteil, dass die Pumpe viel ökonomischer als Pumpen mit Aussenheizung arbeiten. Ferner lässt sich die Dampfdichte weiter treiben, so dass die Pumpe gegen ein schlechteres Vorvakuum arbeiten kann.
Ein weiterer Vorteil des Licht bogens besteht darin, dass er bei einem Sprung =des Gefässes sofort erlöscht, so dass eine ge fährliche Quecksilberdampfbildung verhindert wird, während bei Pumpen mit Aussenheizung bei einem Bruch des Gefässes das Queck silber zu dem Heizkörper gelangt und eine gesundheitsschädliche Dampferzeugung in dem Arbeitsraum eintritt.
Die bis jetzt bekannten Pumpen mit Lichtbogen bestehen in der Hauptsache aus zwei Barometerverschlüssen, welche die Queck silberelektroden bilden, und einem Kondens- raum; an dessen Ende der durch den Kon- densraum gegangene und kondensierte Queck silberdampf entnommen wird.
Diese Pumpen weisen erhebliche Nach- teile auf. Durch die Ausbildung der Elek troden als Barometerverschlüsse sind die Elektrodenspiegel von dem jeweiligen Atmo sphärendruck und dem im Pumpeninnern .herrschenden Druck abhängig. Ausserdem ändern sich die Niveauverhältnisse der Queck silberelektroden durch die ständige Entnahme von Quecksilber am Ende des Kondensraumes. Der Lichtbogen brennt aus diesen Gründen unstetig und muss des öfteren nachreguliert werden. Ein weiterer Übelstand der bekannten Pumpen ist noch darin zu erblicken, dass die Pumpenwandung dort, wo sie mit der Kathode in Berührung steht, wegen der hoben Tem peratur, welche letztere während des Betriebes annimmt, leicht springt.
Durch die Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen durch Schaffung einer Pumpe mit sich selbsttätig nachregulierendem Lichtbogen. Dies wird erfindungsgemäss da durch erreicht, dass der im Kondensraum niedergeschlagene Quecksilberdampf den Elek troden wieder zugeführt wird, welch letztere aus in dem Dampfraum der Pumpe einge- schlossenen, mit Quecksilber gefüllten Be hältern bestehen, welche mit Bezug zuein ander derart angeordnet sind, dass zurRegelung der Niveauverhältnisse das Quecksilber von einem Behälter in den andern überfliessen kann.
Bei einer derartigen Ausbildung der Elek troden sind die Elektrodenspiegel vom Atmo sphärendruck und dem im Pumpeninnern herrschenden Druck vollständig unabhängig. Eine äussere Nachregulierung der Elektroden spiegel ist ferner nicht mehr erforderlich, weil die (xesamtinasse des in der Pumpe zir kulierenden Quecksilbers konstant bleibt und ein selbsttätiger Ausgleich zwischen beiden Behältern durch Überströmen des Queck silbers von einem in den andern Behälter stattfindet, sobald die Spiegelschwankungen einen vorbestimmbaren Betrag überschreiten.
Die Kathode ist die während des Betriebes am stärksten erhitzte Elektrode. Befindet sich die Quecksilbermasse, durch welche die Kathode gebildet ist, in Berührung mit der Aussen wand der Pumpe, so tritt leicht ein Bruch der Pumpenwandung ein und die Pumpe kommt ausser Betrieb. Um diesen Übelstand zu vermeiden, werden die beiden Elektroden zweckmässig als zylindrische Gefässe ausge bildet, die koaxial ineinander angeordnet sind und von denen das innere die Kathode bildet, während die kühlere Anode aus dein ring förmigen Aussenbehälter besteht.
Um eine grosse Stetigkeit des Lichtbogens zu erzielen, müssen grosse Schwankungen der Quecksilberspiegel in den Elektrodenbehältern und ein zu häufiges Überfliessen des Queck silbers von einem in den andern Behälter vermieden werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Kondensat der Kathode zu geführt wird, von der es zum gröliten Teil herstammt. Auf diese Weise wird das an der Oberfläche verdampfte Quecksilber sofort durch die Zufuhr von niedergeschlagenem Quecksilber wieder ersetzt. Da nur ein ge ringerer Teil des Quecksilbers von der Anode herstammt; so kann die Pumpe schon eine verhältnismässig lange Zeit betrieben werden, ehe ein Überströmen stattfindet.
Zweckmässig ist es bei dieser Anordnung, der Kathode einen geringeren Querschnitt als der Anode zu geben, damit in letzterer nur geringe Spiegelschwankungen auftreten, bevor ein Ausgleich der Elektrodenspiegel stattfindet. Es ist erforderlich, grosse, längere Zeit an dauernde Niveauschwankungen zu vermeiden, weil dadurch die Trennwandung zwischen beiden Elektroden leicht durchschlagen wird.
Ein einen gedrängten Aufbau der Pumpe zu erzielen und eine wirksame Trennung des Siedegefässes vom Kondensraum, wird die Pumpe zweckmässig nach Art der bekannten Langmuir--Pumperi U-förmig ausgebildet, wo bei ein U-Schenkel das Siedegefäss und den Verdampfungsraum und der andere den Kon densraum bildet.
Da letzterer wegen der starken Dampferzeugung eine verhältnismässig grosse Länge haben muss, zwecks Erzielung einer vollständigen Kondensation, wird durch die Art des Aufbaues der Pumpe eine ent sprechende Länge des Verdampfungsraumes bedingt, dessen Wandungen daher wirksam gegen Abkühlung geschützt werden müssen, um einen vorzeitigen Niederschlag des Queck silberdampfes zu verhindern.
Nach einer besondern Ausführungsform der Erfindung kann ein guter Schutz gegen die Abkühlung der Wandungen des Dampf raumes dadurch erreicht werden, dass der sowieso vorhandene Vorschaltwiderstand zur Regelung des Lichtbogens als Wärmeschutz benutzt wird, indem er, in Asbest oder ein ähnliches Isolationsmaterial eingebettet, zum Teil um die Glaswandung des Verdarnpfungs= raumes gelegt wird.
Auf der Zeichnung ist beispielsweise eine gemäss der Erfindung ausgebildete Konden sationspumpe im Schnitt veranschaulicht.
Die in Form koaxialer zylindrischer Gefässe vorgesehenen Elektroden a, <I>b</I> sind im Unter teil des Verdampfungsraumes c der Pumpe angeordnet und bis zum Oberrand der Tren nungswand d mit Quecksilber angefüllt. Der Quecksilberdampfraum steht durch eine Aus- flussöffnung e mit dein Kondensraum f in Verbindung, der in bekannter Weise mit einem Kühlmantel g versehen ist, durch wel- chen Kühlwasser zum Niederschlagen des Quecksilberdampfes getrieben wird.
Der zu entleerende Rezipient ist an das Rohr h an geschlossen, der Vorvakuumraum an das Rohr i. Durch ein Verbindungsrohr k steht der Kon- densraum mit der Elektrode a in Verbindung. Diese ist an den Minuspol der Stromquelle angeschlossen und bildet demnach die Kathode, während die Aussenelektrode b als Anode wirkt. Ein Teil d des Vorschaltwiderstandes umschliesst die Wandung des Verdampfungs- raumes, um eine vorzeitige Kondensation des Quecksilberdampfes an der Wandung von c zu verhindern.
Die Pumpe arbeitet wie folgt: Nachdem Einschalten des Stromes wird durch geringes Erschüttern der Pumpe die Zündung des Lichtbogens herbeigeführt. Der sich ent wickelnde Dampf wird durch' das Rohr c weitergeleitet und tritt durch die Austritts öffnung e in den Kondensraum, in welchem er die durch die ringförmige Mündungsöffnung des Rohres h eintretende Luft trifft und mit nimmt. Die mitgenommene Luft entweicht durch i, während das kondensierte Queck silber durch das Rohr k zur Kathode zurück fliesst, von der es zum grössten Teil her stammt.
Steigt nach einer gewissen Zeit der Spiegel der Kathode um einen bestimmten Betrag, so fliesst das überschüssige Queck silber zu der Anode über, der es während der Dauer des Betriebes allmählich entnom men worden war. Durch diese selbsttätige Nachregulierung wird vermieden, dass die Betriebsverhältnisse sich in der Pumpe wesent lich ändern beziehungsweise der Betrieb aus setzt.
Es kann nun vorkommen, dass Aussenluft in das Pumpeninnere eindringt, z. B. bei un vorsichtigem Abziehen eines Vakuumgefässes von der Pumpengabel, beim Springen der an der Pumpengabel verbleibenden Abschmelz- stelle usw. In diesem Falle überziehen sich die Quecksilberelektroden mit einer grauen Haut, die von einer starken lokalen Erhitzung begleitet ist und zu einem Kurzschluss der beiden Elektroden führen kann. Beim Ein treten dieser Erscheinung ist jedesmal eiT1 relativ kompliziertes Auseinandernehmen und Reinigen der Pumpe erforderlich.
Zur Beseitigung dieses Übelstandes wird einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäss eine Schaltvorrichtung vorgesehen, die infolge der beim Eintritt von Aussenluft plötz lich eintretenden Druckerhöhung im Pumpen innern selbsttätig in Wirkung tritt und das Erlöschen des Lichtbogens herbeiführt. Dieses kann durch Abschalten oder Kurzschliessen des Lichtbogens erfolgen. Zum Abschalten kann zum Beispiel das an jeder Hochvakuurn- Pumpeinrichtung vorhandene Me Leod-Mano- meter ausgebildet werden, indem die Baro metersäule zur Steuerung der Stromzuführung zu den Elektroden in an sich bekannter Weise benutzt wird.
Eine einfachere und zuverlässigere Lösung der Aufgabe besteht im Kurzschliessen des Lichtbogens durch die Quecksilbermasse der Elektroden selbst. In bequemer Weise wird dieses durch ein hochevakuiertes U-förmiges Rohr erreicht, das mit den Elektrodengefässen durch je einen seiner Schenkel verbunden ist. Das Quecksilber steht während des Nor malbetriebes in den Rohrschenkeln auf dem selben Niveau wie in dem Elektrodenbehälter. Tritt Luft in das Pumpeninnere ein, so wird die Quecksilbermasse der Elektroden infolge der Druckerhöhung in die Schenkel des U-förmigen Rohres zurückgedrängt bis zum Scheitelpunkt des Rohres, in welchem ein Kurzschluss entsteht, wodurch der Lichtbogen zum Erlöschen kommt.
Die Fig. 2 der Zeichnung veranschaulicht diese Ausführungsform der Erfindung. Diese Figur entspricht im wesentlichen der Fig. 1, mit dem Unterschied, dass an den Unterteil der Efektrodengefässe die Schenkel<I>n, an</I> eines U-förmigen Rohres p angeschlossen sind, dessen Scheitelpunkt etwas höher liegt, als der Quecksilberspiegel der Elektroden. Der durch. die Pumpe zu entleerende Rezipient ist an das Rohr h angeschlossen, der Vor vakuumraum an das Rohr i.
Erfolgt bei dieser Anordnung durch die eine oder die andere Ursache der Eintritt von Luft in das Pumpeninnere, so wird in- folge des entstehenden Überdruckes das Queck silber in den Rohrschenkeln n, in hochge trieben und vereinigt sich im Scheitelpunkt des U-Rohres. Der dadurch entstehende Kurz schluss bringt den Lichtbogen zum Erlöschen. Die Evakuierung des U-Rohres erfolgt zweck mässig gleichzeitig mit der Evakuierung der Pumpe selbst dadurch, dass es, wie punktiert angedeutet, durch ein Rohr q an den Hoch vakuumanschluss lt angeschlossen ist. Das Rohr q wirf. nach Herstellung des Vakuums abgeschmolzen.
Die Erfindung lässt sich mit denselben Vorteilen wie bei Kondensationspumpen auch bei Diffusions- und Ejektorpumpen verwenden.