-
Diffusionspumpe mit hoher Pumpgeschwindigkeit Diese Erfindung betrifft
eine Diffusionspumpe mit hoher Pumpgeschwindigkeit.
-
Diffusionspumpen mit hoher Pumpgeschwindigkeit benötigen eine verhältnismäßig
weite Eintrittstläche für das gepumpte Gas. Die gesamte Eintrittsfläche muß durch
den Dampffächer der Pumpflüssigkeit (z. B. Öl) bedeckt sein. Bei größeren Pumpen
muß der Eintrittsspalt relativ groß sein, so daß auch der Dampf der erwähnten Flüssigkeit
eine verhältnismäßig lange Bahn durchlaufen muß, bevor er an der Kondensationsfläche
kondensiert.
-
Diese Verhältnisse sind aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich, die
die Hochvakuumstufe einer Diffusionspumpe darstellt. Es ist aus dieser Figur ersichtlich,
daß der Querschnitt des Dampffächers dicht bei der Kondensationswand am kritischsten
ist, da hier infolge der Ausbreitung des Öldampfes auf eine große Fläche die Dampfdichte
am kleinsten ist. In der Figur bezeichnet 1 die Düse und 2 die Kondensationswand.
DiePfeile3zeigen dieRichtungdes eindringendenGases und die Pfeile 4 die Richtung
des aus der Düse 1 heraustretenden Dampfes. Infolge des übermäßigen Dampfdruckes
wird ein Teil des Dampfes in Richtung des Pfeiles 5 gegen das eindringende Gas abgelenkt.
Der übrige Dampf teilt sich in zwei Zonen 6 und 7 auf, wo 6 eine Hochdampfdruckzone
und 7 die Zone der niedrigsten Dampfdichte ist. Die Zone 8 ist die Zone des höchsten
Druckes des gepumpten Gases, die in Richtung des Pfeiles 9, also gegen die Zone
7, wo die Dampfdichte am kleinsten ist, wirkt. Aus der Bedingung, daß die Dampfdichte
im ganzen Fächer größer als die Druckdifferenz in der erwähnten Pumpstufe sein muß,
folgt, daß, je größer der Eintrittsspalt ist, desto kleiner die Dampfdichte im erwähnten
kritischen Querschnitt ist und desto größer auch die Gefahr ist, daß diese Pumpstufe
aussetzen wird. Es ist zwar möglich, den Dampfdruck zu steigern, so daß die Gesamtdichte
des Dampfes ansteigt, dadurch steigt aber auch in unzulässiger Weise die Dampfdichte
dicht bei der Düse, wo der Dampf in den freien Raum heraustritt. Da infolgedessen
dicht bei der Düse ein verhältnismäßig hoher Dampfdruck entsteht, wird ein Teil
des Dampfstrahls auch in Richtung gegen die eindringenden Gasmoleküle abgelenkt,
wie der Pfeil 5 in Fig 1 zeigt, und ein Teil der Moleküle wird in den auszupumpenden
Raum zurückgeschlagen. Es ist also klar, daß die optimale Funktion der Diffusionsstufe
der Pumpe einen verhältnismäßig niedrigen Öldampfdruck benötigt, was jedoch bei
einer normalen Konstruktion nicht in der ganzen Fläche des Öldampffächers erzielt
werden kann, falls die Entfernung zwischen der Düse und der Kondensationswand groß
ist. Es kann jedoch gesagt werden, daß ein breiter Dampffächer im wesentlichen zwei
Zonen enthält. Die erste liegt bei der Düse, -,vo der Dampfdruck groß ist und also
Voraussetzungen für die Aufrechterhaltung einer großen Druckdifferenz an der Stufe
bestehen. In der zweiten Zone ist der Dampfdruck klein, und hier besteht also die
Voraussetzung für die Erzielung eines hohen Endvakuums, falls die Druckdifferenz
an der Stufe klein ist.
-
Um bei Diffusionspumpen mit hoher Pumpgeschwindigkeit zu einer verhältnismäßig
kleinen Entfernung zwischen der Hochvakuumdfise und der Kondensationswand zu gelangen,
wurde vorgeschlagen, das Pumpengehäuse durch eine konzentrische Zwischenwand in
Form eines sich über die ganze Höhe des Pumpengehäuses erstreckenden Zylinders in
zwei Zonen zu unterteilen, im zentralen Teil eine mehrstufige Diffusionspumpe der
üblichen Ausführung unterzubringen und in der äußeren ringförmigen Zone eine weitere
ringförmig gestaltete mehrstufige Diffusionspumpe vorzusehen. Die Hochvakuumdüse
der beiden Diffusionspumpen befand sich dabei in geringer Entfernung unter der oberen
Kante der zylindrischen Trennwand. Der Strahl des gepumpten Gases wurde dabei in
zwei Zonen aufgeteilt. Der eine Teil gelangte in den zentralen Teil des Gehäuses,
der andere Teil in den ihn umgebenden ringförmigen Raum. Die Trennwand in Form eines
Zylinders wurde gekühlt und wirkte somit als Kondensationswand. Der aus den Düsen
der zentralen Diffusionspumpe ausströmende Öldampf strahlte ausschließlich gegen
die zylindrische Trennwand, während bei der in der äußeren Zone untergebrachten
hohlzylindrischen Diffusionspumpe der aus den Düsen austretende Dampf auf der Innenseite
der hohlzylindrischen Diffusionspumpe gegen die
gekühlte zylindrische
Zwischemvand strahlte und der auf der Außenseite der hohlzylindrischen Diffusionspumpe
aus den Düsen austretende Öldampf auf der Außenwandung des Gehäuses auftraf. Eine
derart ausgebildete Diffusionspumpe für hohe Punipleistungen besitzt durch die Unterbringung
zweier voneinander vollkommen unabhängiger Systeme innerhalb des Pumpengehäuses
außerordentlich große Abmessungen in der Breite, außerdem benötigt eine solche Pumpe
auch eine sehr große Heizleistung.
-
Die Erfindung bezweckt, eine Diffusionspumpe für hohe Pumpgeschtvindigkeiten,
bei der der Strahl des gepumpten Gases in mehrere Zonen aufgeteilt ist, jede dieser
Zonen eine eigene Hochvakuumstufe besitzt und in den Strahl des gepumpten Gases
Hilfskondensationswände eingesetzt sind, derart zu gestalten, daß mir ein einziges
Pumpenaggregat erforderlich ist, um die breiten Abmessungen der Diffusionspumpe
wesentlich zu verringern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dicht unterhalb
der am obersten Ende des Pumpenaggregats gelegenen, die Hochvakuumstufe bildenden
Diffusionsdüse eine Hilfsdüse vorgesehen ist und sich die in Strömungsrichtung des
abgepumpten Gases verlaufenden Trennwände nur bis zu dieser Hilfsstufe erstrecken,
wobei die Diffusionsdüse gegen die Hilfskondensationswände und die Hilfsdüse gegen
die von der Wandung des Pumpengehäuses gebildete Hauptkondensationswand arbeitet.
-
Zweckmäßig ist oberhalb der Hilfsdüse eine Abschirmwand in Form eines
Hohlkegels angebracht, auf der die die Diffusionsdüse außen umgebenden, gleichzeitig
die Hilfskondensationswand bildenden Trennwände aufsitzen und die mit Durchbrechungen
versehen ist. Die Hilfsdüse arbeitet in den Gasstrahl zwischen der Hilfskondensationswand
und der Wand des Pumpengehäuses, ihr wird durch die Durch= brechengen der Abschirmwand
außerdem das durch die Diffusionsdüse gepumpte Gas aus dem zwischen den Hilfskondensationswänden
gelegenen Raum zugeleitet.
-
Bei einer anderen Ausführungsform bilden die Trennwände im oberen
Ende des der Führung des Dampfes der Pumpflüssigkeit zur Diffusionsdüse dienenden
Rohres einen Becher, der kleineren Durchinesser besitzt als das Rohr, und wird der
Ringraum zwischen der Wandung des Rohres und der Wandung dein ihm sitzenden Bechers
von einer an sich bekannten ringförmigen, die Diffusionsdüse bildenden Haube überdeckt.
Vom unteren Teil des Bechers führen dicht über die Hilfsdüse Kanäle zum Raum zwischen
dem Rohr und der Wandung des Pumpengehäuses. Die Diffusionsdüse wirkt hierbei einerseits
nach außen gegen die Wand des Pumpenkörpers und andererseits nach dem Innern des
Bechers gegen ein in dessen Achse von oben eingreifendes Kondensationsrohr.
-
In der Zeichnung sind in den Fig.2 und 3 zwei Ausführungslieispiele
der Diffusionspumpe gemäß der Erfindung dargestellt, welche nur die Hochval:uunistufe
veranschaulichen. Unterhalb dieser I-Tochvakuutiistufe können noch andere Stufen
vorgesehen sein, welche für die Erfindung aber nicht in Betracht kommen.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist am Ende eines zur Führung
des Dampfes der Pumpfiüssigkeit dienenden Rohres die Diffusionsdüse 10 vorgesehen.
Dieses Rohr ist von einem weiteren, gleichfalls zur Führung des Dampfes der Pumpflüssigkeit
dienenden P. ohr umgeben, welches dicht unterhalb der Diffu-@:ie,rl@:rlüse 10 mündet
und dort eine Düse 13 bildet. Die 1->iffi._ioT<@r!ü;e 10 ist konzentrisch von
einer Hilfskondensationswand 11 umgeben, welche etwas über die Diffusionsdüse 10
vorsteht und unten auf der Abschirmwand der Düse 13 aufsitzt. Die Hilfskondensationswand
teilt den Querschnitt des Strahles des gepumpten Gases in zwei konzentrische Kreisringflächen
auf. -In der dachförmigen Abschirmwand der Hilfsdüse 13 sind Öffnungen 12 vorgesehen,
welche in die Düse 13 münden und durch die das von der Diffusionsdüse 10 gepumpte
Gas aus dem von denHilfskondensationswänden 11 umgebenen Raum in die Düse 13 strömt.
Zu dieser Düse gelangt aber auch unmittelbar das zu pumpende Gas aus dem Raum zwischen
den l-lilfskondensationswänden und der Wandung des Pumpengehäuses. Während die Diffusionsdüse
10 lediglich gegen die Hilfskondensationswände 11 wirkt, arbeitet die Düse 13 gegen
die von der Wandung des Pumpengehäuses gebildete Kondensationsfläche.
-
Die Bahnen der Dampfmoleküle sind durch gestrichelte Pfeile und die
Bahnen der Moleküle des gepumpten Gases durch volle Pfeile angedeutet. Die Hochdruckdampfzone
der Düse 13 bildet also eine Hilfsstufe der Düse 10 und die Tiefdruckzone der Düse
13 eine Diffusionsstufe mit kleinem Dampfdruck für die äußere Kreisringfläche. Die
weiteren, auf die dargestellte Stufe folgenden Hilfspumpstufen sind in der Figur
nicht eingezeichnet, da sie normal ausgeführt sind. Es ist aus Fig. 2 ersichtlich,
daß die Entfernungen zwischen den Düsen der Hochvakuumstufen und den Kondensationsflächen
bei demselben Pumpquerschnitt so klein sind, daß die bei den bisherigen Ausführungen
vorhandenen Schwierigkeiten vollständig beseitigt werden.
-
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist ein einziges der
Führung des Dampfes der Pumpenflüssigkeit dienendes Rohr vorgesehen. In diesem ist
oben ein Becher von kleinerem Durchmesser als das Rohr gebildet. Der ringförmige
Raum zwischen dem Becher und der Wandung des Rohres ist in gewissem Abstand von
einer ringförmigen Haube abgedeckt. Im unteren Teile des Bechers führen von seinen
Seitenwänden Kanäle 17 nach dem Raum zwischen dem Rohr und der Gehäusewand 15 der
Pumpe. Unterhalb dieser Kanäle 17 sind in dem Rohr Düsen 18 vorgesehen. In den Becher
taucht von oben ein gekühltes Kondensationsrohr 16.
-
Das ankommende Gas strömt einmal in den Becher und zum anderen in
den Raum zwischen Rohr und Gehäusewandung 15, wird also auch in zwei Stränge aufgeteilt,
von denen der äußere der Hilfsdüse 18 zufließt. Die Diffusionsdüse 14 arbeitet einmal
nach außen gegen die gekühlte Wand 15 des Pumpenkörpers und zum anderen nach dem
Inneren des Bechers zu, gegen das Kondensationsrohr 16. Aus dem Becher strömt das
von der Diffusionspumpe 14 gepumpte Gas nach dem Raum zwischen dem Rohr und der
Wand des Pumpengehäuses. Die Hilfsdüse 18 arbeitet lediglich gegen die gekühlte
Wandung des Pumpengehäuses.
-
Auch in dieser Figur sind die Bahnen der Dampfmoleküle durch gestrichelte
und die Bahnen der Gasmoleküle durch volle Pfeile dargestellt. Es ist ersichtlich,
daß auch in diesem Falle die Entfernungen der Düsen von den Kondensationsflächen
derart klein sind, daß die bei den bisherigen Ausführungen vorhandenen Schwierigkeiten
vollständig beseitigt sind.
-
Selbstverständlich sind Vorkehrungen getroffen, um das bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 an der Stoßstelle zwischen Hilfskondensationswand 11 und dachförmiger
Abdeckung der Düse 13 und bei der Ausführunsform nach Fig. 3 am Boden des Bechers
ant'
gesammelte Kondensat der Pumpflüssigkeit wieder in den Sumpf
abzuführen.