DE1052053B - Method and device for extending the uninterrupted service life of getter pumps for high vacuum generation - Google Patents
Method and device for extending the uninterrupted service life of getter pumps for high vacuum generationInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
In bekannter Weise kann ein hohes Vakuum in einem Behälter durch die Verdampfung eines geeigneten Gettermaterials erreicht werden, das sich auf den Behälterinnenwänden niederschlägt und eine Oberflächenschicht bildet, auf der Gasmoleküle festgebunden werden. Zur Erhöhung der Getterwirkung werden in solchen Getterpumpen Ionisierungsvorrichtungen angebracht, da sich nach der Erfahrung bei ionisierten und vor allem bei angeregten Gasmolekülen oder Atomen der Anteil der von der Getterschicht gebundenen erhöht. Durch elektrische Führungsfelder kann man außerdem die ionisierten Gasmoleküle in Richtung auf den Getterbelag beschleunigen. Diese Maßnahmen ermöglichen in ihrer Kombination den Aufbau von sehr wirkungsvollen Vakuumpumpen, sögenannten Ionen-Getterpumpen, welche bereits in verschiedenen Ausführungsformen bekannt sind.In a known manner, a high vacuum in a container by the evaporation of a suitable Getter material can be achieved, which is deposited on the container inner walls and a surface layer forms on which gas molecules are tied. To increase the getter effect Ionization devices are installed in such getter pumps, as experience has shown that ionization and especially in the case of excited gas molecules or atoms, the proportion of those bound by the getter layer elevated. Through electrical guidance fields one can also move the ionized gas molecules in the direction accelerate on the getter layer. In their combination, these measures enable the construction of very effective vacuum pumps, so-called ion getter pumps, which are already available in various Embodiments are known.
Die ununterbrochene Betriebsdauer dieser Ionen-Getterpumpen ist durch den Vorrat an Gettermaterial begrenzt, der in der Pumpe eingeschlossen werden kann. Dabei sind jedoch zu große Mengen des Gettermaterials aus einem anderen Grunde nachteilig, da sie im Betrieb fortgesetzt Gasreste in den Hochvakuumraum abgeben und somit das bei gegebener Verdampfungsrate erreichbare Endvakuum verschlechtern.The uninterrupted service life of these ion getter pumps is due to the supply of getter material that can be trapped in the pump. However, too large amounts of the getter material are involved disadvantageous for another reason, since gas residues continued into the high vacuum chamber during operation and thus worsen the ultimate vacuum that can be achieved at a given evaporation rate.
Die Erfindung geht daher von folgenden Überlegungen aus: Will man einen vorhandenen Gettermittelvorrat optimal ausnutzen, so muß man zunächst möglichst während der Grobevakuierung des Vakuumbehälters eine wirksame Entgasung des gesamten Gettermaterials durchführen. Außerdem soll die Verdampfung des Gettermetalls, d. h. die in einer bestimmten Zeit verdampfte Gettermenge dem Druckverlauf im Hochvakuumbehälter selbsttätig derart angepaßt werden, daß nur dann Getterstoff verdampft wird, wenn der Druck im Hochvakuumbehälter einen vorgegebenen zulässigen Wert überschreitet.The invention is therefore based on the following considerations: If one wants an existing getter medium supply make optimal use of it, one must first of all as possible during the rough evacuation of the vacuum container carry out an effective degassing of the entire getter material. In addition, the evaporation should the getter metal, d. H. the amount of getter evaporated in a certain time the pressure curve are automatically adapted in the high vacuum container in such a way that only then evaporates getter material when the pressure in the high vacuum container exceeds a specified permissible value.
Die Erfindung betrifft demnach ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verlängerung der ununterbrochenen
Betriebsdauer von Getterpumpen zur Hochvakuumerzeugung, insbesondere von Ionen-Getterpumpen,
mit mehreren einen Getterstoffvorrat enthaltenden und elektrisch beheizten Verdampferquellen,
wobei das Gettermaterial nach einer Vorevakuierung der Pumpe mindestens zeitweise verdampft wird. Das
Kennzeichnende wird darin gesehen, daß sämtliche Verdampferquellen innerhalb der Vorevakuierungsdauer
bei einer Temperatur unterhalb der Verdampferbetriebstemperatur ausgeheizt werden und daß
daran anschließend die einzelnen Verdampferquellen nacheinander in Betrieb genommen werden. Der Betrieb
jedes einzelnen Verdampfers erfolgt dabei vorzugsweise diskontinuierlich bis zur Erschöpfung des
in ihm enthaltenen Gettervorrates. Vorteilhaft kann Verfahren und Vorrichtung
zur Verlängerung der ununterbrochenen Betriebsdauer von Getterpumpen
zur HochvakuumerzeugungThe invention accordingly relates to a method and a device for extending the uninterrupted operating time of getter pumps for high vacuum generation, in particular ion getter pumps, with several electrically heated evaporator sources containing a getter material supply, the getter material being evaporated at least temporarily after a pre-evacuation of the pump. The characteristic is seen in the fact that all evaporator sources are baked out within the pre-evacuation period at a temperature below the evaporator operating temperature and that the individual evaporator sources are then put into operation one after the other. Each individual evaporator is preferably operated discontinuously until the getter supply it contains is exhausted. The method and device can be advantageous
to extend the uninterrupted service life of getter pumps
for high vacuum generation
Anmelder:
E. Leybold's Nachfolger,
Köln-Bayenthal, Bonner Str. 504Applicant:
E. Leybold's successor,
Cologne-Bayenthal, Bonner Str. 504
Dipl.-Phys. Dr. Günter Reich, Köln-Zollstock, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Dr. Günter Reich, Cologne-Zollstock, has been named as the inventor
man die Betriebszeit für jeden Verdampfungsvorgang konstant halten, und man erreicht dann die gewünschte Änderung der Verdampfungsrate durch mehr oder weniger häufiges Einschalten der Verdampferquelle in einem bestimmten Zeitabschnitt. An sich sind diskontinuierlich arbeitende Verdampferquellen für Ionen-Getterpumpen bereits vorgeschlagen worden. Das dabei verwendete Verfahren geht jedoch nur von einer Verdampferquelle aus, die mit längeren konstanten Betriebspausen kurzzeitig arbeitet. Ein weiteres bekanntes Betriebsverfahren für Ionen-Getterpumpen besteht darin, zunächst durch eine kurzzeitig arbeitende Verdampferquelle während des Beginnes der Evakuierung eine rasche Druckabsenkung herbeizuführen und danach eine zweite Verdampferquelle mit geringerer Verdampfungsrate über längere Zeit in Betrieb zu nehmen. Von diesen bekannten Verfahren unterscheidet sich die Erfindung vorteilhaft, da mit ihrer Hilfe erstmalig ein brauchbarer Betrieb über lange Zeiträume (etwa ein halbes Jahr) erreicht werden kann. Dabei wird ein festgelegtes hohes Endvakuum zu keinem Zeitpunkt überschritten. Diese vorteilhaften Wirkungen sind durch die Entgasung des Gettervorrates zu Beginn der Evakuierung und durch ein nacheinanderfolgendes Inbetriebnehmen von mehreren Verdampferquellen möglich geworden. Im Sinne der bereits beschriebenen grundsätzlichen Überlegungen kann eine weitere Verbesserung einer solchen Ionen-Getterpumpe dadurch erzielt werden, daß der Betrieb der einzelnen Verdampferquellen durch ein an sich bekanntes Druckmeßsystem gesteuert wird. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Einsparung an Gettermaterial und damit eine Verlängerung der ununterbrochenen Betriebsdauer der Pumpe, da nur dann eine weitere Gettermetallverdampfung vor-the operating time for each evaporation process is kept constant, and the desired one is then achieved Change in the evaporation rate by switching on the evaporation source more or less frequently in a certain period of time. Per se, discontinuously operating evaporation sources are for ion getter pumps has already been proposed. However, the method used is only possible from an evaporator source that works briefly with longer, constant breaks in operation. A Another known operating method for ion getter pumps consists of initially using a briefly working evaporator source during the beginning of the evacuation a rapid pressure drop bring about and then a second evaporation source with a lower evaporation rate over a longer period Time to put into operation. The invention differs advantageously from these known methods, since with their help a usable operation over long periods of time (about half a year) for the first time can be reached. A fixed high ultimate vacuum is not exceeded at any time. These advantageous effects are due to the degassing of the getter supply at the beginning of the evacuation and made possible by successive commissioning of several evaporation sources. In terms of the basic considerations already described, a further improvement of a such ion getter pump can be achieved by the operation of the individual evaporation sources is controlled by a known pressure measuring system. This results in a substantial saving of getter material and thus an extension of the uninterrupted operating time of the pump, there only then does another getter metal evaporation
809 768/130809 768/130
genommen wird, wenn der Druck im Innenraum des Hochvakuumbehälters über einen vorgegebenen Wert ingestiegen ist. Gerade diese Maßnahme erweist sich mr Verlängerung der ununterbrochenen Betriebsdauer als sehr wirkungsvoll. Als D ruckmeß system iönnen die verschiedensten vorbekannten Arten verwendet werden. Man kann beispielsweise ein System, wie es in der für Höchstvakuummessungen bekannten Bayard-Alpert-Ionisationsmanometerröhre verwendet wird, in den Hochvakuumbehälter einbauen. Es ist außerdem möglich, die in der Getterpumpe bereits vorhandene Ionisierungsvorrichtung zusätzlich als Druckmeßsystem zu verwenden. Da die bei den bekannten Druckmeßverfahren zur Verfügung stehenden Steuergrößen im allgemeinen keine unmittelbare Einwirkung auf den Heizstrom der einzelnen Verdampferquellen erlauben, erfolgt die Steuerung zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung eines an sich bekannten Schaltrelais. Dieses kann sowohl auf elektromagnetisch-mechanischer Grundlage als auch unter Verwendung elektronischer Mittel aufgebaut sein.is taken when the pressure in the interior of the high vacuum container is above a predetermined value got in. Precisely this measure proves to be the extension of the uninterrupted service life as very effective. A wide variety of previously known types can be used as the pressure measuring system will. For example, one can use a system such as that known in that for maximum vacuum measurements Bayard-Alpert ionization manometer tube is used, install it in the high vacuum container. It is also possible to use the ionization device already present in the getter pump as a To use pressure measuring system. Since the known pressure measurement methods are available Control variables generally have no direct effect on the heating current of the individual evaporator sources allow, the control is expediently carried out with the interposition of a known per se Switching relay. This can be on an electromagnetic-mechanical basis as well as under Be constructed using electronic means.
Zur Durchführung der Erfindung kann es außerdem vorteilhaft sein, das Verfahren in der Weise durchzuführen, daß die elektrischen Heizelemente der Verdampferquellen mindestens während eines Teiles der Vorevakuierungsdauer hintereinandergeschaltet und an eine solche Betriebsspannung gelegt werden, daß der entstehende Strom eine Erhitzung der Verdampferquellen auf eine Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur herbeiführt, und daß diese Hintereinanderschaltung zum Betrieb der Verdampferquellen aufgehoben wird, die dann einzeln oder in kleinen Gruppen unmittelbar an der Betriebsspannung liegen. Eine solche Anordnung ist besonders vorteilhaft, da keine Regelung der vorhandenen festen Betriebsspannung vorgenommen werden muß. Diese Betriebsspannung wird vielmehr unter Berücksichtigung der Anzahl und des Widerstandwertes der elektrischen Heizelemente so gewählt, daß bei Reihenschaltung sämtlicher Heizelemente nur eine zur Entgasung des Gettermaterials ausreichende Erhitzung eintritt. Während des normalen Betriebs der Ionen-Getterpumpe wird dagegen die volle Betriebsspannung an eine einzelne Verdampferquelle angelegt, wodurch eine wesentlich höhere Erhitzung bis zu der gewünschten Betriebstemperatur auftritt.In order to carry out the invention, it can also be advantageous to carry out the method in such a way that that the electrical heating elements of the evaporator sources during at least part of the Pre-evacuation period connected in series and applied to such an operating voltage that the resulting stream heats the evaporator sources to a temperature below the operating temperature brings about, and that this series connection is canceled for the operation of the evaporator sources which are then directly connected to the operating voltage individually or in small groups. One Such an arrangement is particularly advantageous since there is no regulation of the existing fixed operating voltage must be made. This operating voltage is rather taking into account the number and of the resistance value of the electrical heating elements is chosen so that when all heating elements are connected in series only sufficient heating for degassing the getter material occurs. During normal In contrast, when the ion getter pump is operated, the full operating voltage is applied to a single evaporator source applied, whereby a much higher heating up to the desired operating temperature occurs.
Es ist außerdem eine Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe mehrere Getter, die in verschiedenen Stromwegen mit unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten liegen, nacheinander abgeschossen werden können. Eine solche Anordnung ist jedoch zur Verwendung in Hochvakuumpumpen ungeeignet, da das nachfolgende Getter jeweils erst nach dem Durchbrennen des Heizdrahtes für das vorhergehende Getter verdampft werden kann. Bei einer Ionen-Getterpumpe sollen dagegen die einzelnen Verdampferquellen in beliebiger Reihenfolge nacheinander in Betrieb genommen werden, wobei der Betrieb einer Verdampferquelle nicht notwendigerweise bis zu deren Erschöpfung durchgeführt werden muß.There is also a device known with the help of several getter in different Current paths with different electrical resistance values are to be shot down one after the other can. However, such an arrangement is unsuitable for use in high vacuum pumps because the next getter only after the heating wire for the previous getter has burned through can be vaporized. In the case of an ion getter pump, on the other hand, the individual evaporation sources should be arbitrary Sequence are put into operation one after the other, the operation of an evaporator source not necessarily to be carried out to exhaustion.
Man kann vielmehr die einzelnen Verdampferquellen abwechselnd nacheinander mehrmals in Betrieb nehmen, so· daß sich eine nahezu gleichmäßige Erschöpfung der Verdampferquellen während der Betriebszeit ergibt. Hierdurch wird eine für die Gasaufzehrung günstige gleichmäßige Ausbreitung und Verstärkung der Getterschicht erzielt. Da man außerdem während der Betriebszeit der Verdampferquellen eine gleichmäßige Verdampferleistung anstrebt, ist es, im Gegensatz zu der vorbekannten Anordnung, bei der die ein-Rather, the individual evaporation sources can be put into operation several times, one after the other, so that there is an almost uniform exhaustion of the evaporation sources during the operating time results. This results in a uniform expansion and reinforcement which is favorable for gas consumption the getter layer achieved. Since you also have a uniform Aiming for evaporator performance, it is, in contrast to the previously known arrangement, in which the
zelnen Getter jeweils durch Steigerung der Spannung in Betrieb genommen werden können, notwendig, die einzelnen Verdampferquellen mit konstanter Spannung zu betreiben, so daß sich bei gleichem Innenwiderstand eine gleiche Stromstärke und damit gleiche Verdampferleistung ergibt.Individual getter can be put into operation by increasing the voltage to operate individual evaporator sources with constant voltage, so that with the same internal resistance gives the same amperage and thus the same evaporator output.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens kann so aufgebaut sein, daß als Verdampferquellen an sich bekannte drahtförmige Heizelemente, insbesondere aus Wolframdraht, vorgesehen sind, die mit einem gleichfalls drahtförmigen Gettermetall umwickelt sind. Derartige Heizelemente sind mit einfachsten Mitteln herstellbar und können wegen ihres geringen Raumbedarfes im Inneren der Ionen-A device for carrying out the method described can be constructed so that as an evaporator sources Wire-shaped heating elements known per se, in particular made of tungsten wire, are provided are wrapped with a likewise wire-shaped getter metal. Such heating elements are can be produced with the simplest of means and because of their small space requirements inside the ionic
!5 Getterpumpe in der verschiedensten Weise angeordnet werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die drahtförmigen Verdampferquellen auf einem zum Pumpengehäuse konzentrischen Kreis angeordnet und stehen mit ihren Anschlußpunkten dauernd miteinander in Verbindung. Sämtliche Anschlußpunkte sind jedoch zusätzlich getrennt nach außen geführt, so daß sowohl die gewünschte Reihenschaltung aller Verdampferquellen als auch die für den Betrieb erforderliche Einzelschaltung vorgenommen werden kann. ! 5 getter pumps can be arranged in various ways. In an advantageous embodiment, the wire-shaped evaporator sources are arranged on a circle concentric to the pump housing and are permanently connected to one another with their connection points. However, all connection points are also routed separately to the outside, so that both the desired series connection of all evaporator sources and the individual connection required for operation can be carried out.
Selbstverständlich können die einzelnen Verdampferquellen sowohl mit gleichen Getterstoffen als auch mit verschiedenen Materialien versehen sein. Man kann außerdem zusätzliche Mittel vorsehen, durch die eine Umschaltung auf eine nachfolgende Verdampferquelle erfolgt, wenn der Gettervorrat der vorangegangenen Verdampferquelle erschöpft ist. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise mit Hilfe des Druckmeßsystems derart ausgebildet sein, daß eine Umschaltung über an sich bekannte Mittel erfolgt, wenn nach Inbetriebnahme der Verdampferquelle innerhalb einer bestimmten vorgegebenen Zeit keine Druckabsenkung im Hochvakuumbehälter, die zur Abschaltung der Verdampferquelle führen müßte, erreicht werden kann. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigtIt goes without saying that the individual evaporation sources can have the same getter substances as well as with different materials. One can also provide additional funds through the one Switching to a subsequent evaporator source takes place when the getter supply of the previous one The evaporator source is exhausted. Such a device can, for example, with the help of the pressure measuring system be designed in such a way that switching takes place via means known per se, if after commissioning the evaporator source does not lower the pressure within a certain predetermined time in the high vacuum container, which would have to lead to the shutdown of the evaporator source, can be achieved. In the drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically. It shows
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ionen-Getterpumpe nach der Erfindung,1 shows a longitudinal section through an ion getter pump according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ionen-Getterpumpe nach Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Fig. 1,FIG. 2 shows a cross section through an ion getter pump according to FIG. 1 along the line 2-2 in FIG. 1,
Fig. 3 ein Schaltbild der Heizelemente einer Ionen-Getterpumpe nach Fig. 1 und 2.3 shows a circuit diagram of the heating elements of an ion getter pump according to FIGS. 1 and 2.
In einem Pumpengehäuse \, das mit einem Anschlußstutzen 2 zum Hochvakuumraum und mit einem weiteren Anschlußstutzen 3 zum Anschluß eines Aggregates 4 zur Vorevakuierung der Getterpumpe und des an ihr angeschlossenen, hier nicht gezeichneten Rezipienten versehen ist, erkennt man eine Ionisierungsvorrichtung, die einen Heizfaden 5 sowie ein diesen umgebendes Gitter 6 enthält. Der Heizfaden 5 ist über Zuleitungen 51, 52 an eine Stromquelle 7 angeschlossen, wobei diese Zuleitungen 51, 52 durch den Deckel 11 des Pumpengehäuses 1 mit Hilfe von Isolierhülsen 8 isoliert hindurchgeführt sind. Zwischen dem Heizfaden 5 und dem ihn umgebenden Gitter 6 ist eine Vorspannung über eine Vorspannungsbatterie 9 angelegt worden, wobei die Verbindung zum Gitter 6 über eine gleichfalls isoliert durchgeführte Gitterzuleitung 61 erfolgt. Eine weitere Spannung, weiche die in der Ionisierungsvorrichtung ionisierten Gasmoleküle in Richtung auf die Behälterwand beschleunigen soll, wird mit Hilfe einer weiteren Vorspannungsbatterie 10 angelegt. In eine Gehäusezuleitung 12 von der weiteren Vorspannungsbatterie 10 zum Masseanschluß des Pumpengehäuses 1 ist ein elektromagnetischesIn a pump housing, which is provided with a connection piece 2 to the high vacuum space and with a further connection piece 3 for connecting a unit 4 for pre-evacuation of the getter pump and the recipient (not shown here) connected to it, one recognizes an ionization device, which has a heating filament 5 as well contains a grid 6 surrounding this. The heating filament 5 is connected to a power source 7 via supply lines 51, 52 , these supply lines 51, 52 being passed through the cover 11 of the pump housing 1 in an insulated manner with the aid of insulating sleeves 8 . Between the filament 5 and the grid 6 surrounding it, a bias voltage has been applied via a bias battery 9 , the connection to the grid 6 being made via a grid lead 61 which is likewise insulated. A further voltage, which is intended to accelerate the gas molecules ionized in the ionization device, in the direction of the container wall, is applied with the aid of a further preload battery 10 . In a housing lead 12 from the further bias battery 10 to the ground connection of the pump housing 1 is an electromagnetic
Claims (4)
Deutsche Patentschrift Nr. 907 094;
USA.-Patentschrift Nr. 2 796 555.Considered publications:
German Patent No. 907 094;
U.S. Patent No. 2,796,555.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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CH7139259A CH369251A (en) | 1958-04-11 | 1959-03-31 | Method and device for extending the uninterrupted service life of getter pumps for high vacuum generation |
GB1141259A GB857315A (en) | 1958-04-11 | 1959-04-03 | High-vacuum getter pumps |
FR791815A FR1230049A (en) | 1958-04-11 | 1959-04-11 | Method and apparatus for extending the uninterrupted run time of getter pumps for the production of a high vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1052053B true DE1052053B (en) | 1959-03-05 |
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DE (1) | DE1052053B (en) |
FR (1) | FR1230049A (en) |
GB (1) | GB857315A (en) |
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- 1958-04-11 DE DEL30158A patent/DE1052053B/en active Pending
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- 1959-03-31 CH CH7139259A patent/CH369251A/en unknown
- 1959-04-03 GB GB1141259A patent/GB857315A/en not_active Expired
- 1959-04-11 FR FR791815A patent/FR1230049A/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB857315A (en) | 1960-12-29 |
FR1230049A (en) | 1960-09-13 |
CH369251A (en) | 1963-05-15 |
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