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Vorrichtung zum Sauberhalten von Schaugläsern zum Einblick in Vakuumanlagen,
z. B. Vakuumöfen Bei Schaugläsern zum Einblick in Vakuumanlagen, z. B. Vakuumöfen
und Vakuumdestillationsanlagen, besteht häufig das Problem, das Beschlagen der Schaugläser
durch Dämpfe, welche infolge der in diesen Anlagen durchzuführenden Prozesse auftreten,
zu verhindern. Man hat zur Lösung dieses Problems schon zahlreiche Vorschläge gemacht,
die aber sämtlich aus irgendeinem Grunde nicht ganz befriedigen. Das einfachste
Mittel stellt eine schwenkbare Blende dar, welche das Schauglas während des Betriebes
gegen die Dämpfe abdeckt und welche nur für Beobachtungen beiseite geschwenkt wird.
Der Nachteil einer solchen Einrichtung ist, daß nur kurzzeitig beobachtet werden
kann. und sich das Schauglas während dieser kurzen Beobachtungszeiten schließlich
doch beschlägt. Man hat leicht auswechselbare Schutzgläser vor den eigentlichen
Schaugläsern angebracht, um letztere vor dem Beschlagen zu schützen. Eine solche
Maßnahme erfüllt dann ihren Zweck, wenn das Schutzglas wenigstens für die Dauer
eines Arbeitsganges, währenddessen die Vakuumanlage nicht geöffnet werden kann,
um das Schutzglas auszuwechseln, genügend durchsichtig bleibt. Die Verwendung von
mehreren auf einem drehbaren, von außen betätigbaren Halter angeordneten Schutzgläsern,
welche nacheinander nach Bedarf vor das Schauglas gedreht werden, stellt eine Verbesserung,
jedoch keine Lösung dar, weil in vielen Fällen das Beschlagen so schnell erfolgt,
daß die Anzahl der Reserveschutzgläser nicht ausreicht, um für die ganze Dauer des
Prozesses eine Beobachtungsmöglichkeit zu gewährleisten. Dies ist z. B. bei vakuummetallurgischen
Öfen der Fall, weil die entstehenden Metalldämpfe, die sich auf den Schaugläsern
niederschlagen, schon bei geringsten Schichtdicken vollkommen undurchsichtige, spiegelnde
Beläge bilden. Dies erfolgt oft innerhalb von Sekunden.
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Man hat auch bereits scheibenwischerartig ausgestaltete Vorrichtungen
zum Sauberhalten der Schaugläser in metallurgischen ölen verwendet. Diese haben
aber den Nachteil, daß sie dauernd bewegt werden müssen, wenn man das Entstehen
von festhaftenden, nicht mehr abwischbaren, dicken Metallschichten auf den Schaugläsern
verhindern will.
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Weiter ist vorgeschlagen worden, Schaugläser durch wassergekühlte,
die Kondensation der Dämpfe fördernde Blenden, welche nur kleine öffnungen zum Durchblick
frei lassen, abzudecken. Dadurch kann natürlich die Beschlagung verringert werden,
aber nur auf Kosten einer guten Beobachtungsmöglichkeit und nur so lange, als die
Kondensation der Dämpfe an den gekühlten Blenden zuverlässig erfolgt. Im Hochvakuumdruckbereich
ist dies aber nicht mehr der Fall, denn es treten dort sich geradlinig ausbreitende
Molekularstrahlen (Dampfstrahlen) auf, welche die Schaugläser an den nicht abgedeckten
Stellen trotz gekühlter Blenden beschlagen.
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Eine andere bekanntgewordene Möglichkeit, die Vorgänge im Innern von
Vakuumräumen zu beobachten, macht von einer optischen Lochkameraabbildung auf einer
Mattscheibe Gebrauch, wobei das als Mattscheibe ausgebildete Schauglas durch die
abbildende Lochblende vor Dampfzutritt weitgehend geschützt ist. Bei Beobachtungen
im Hochvakuumdruckbereich beschlagen sich aber auch diese Mattscheiben, weil die
Molekularstrahlen durch die öffnung der Lochblende hindurchtreten. Außerdem kann
eine Lochkameraabbildung nur angewendet werden, wenn die abzubildenden Gegenstände
im Innern der Vakuumanlage sehr hell beleuchtet sind oder Eigenstrahler sind, wie
beispielsweise glühende Schmelzen.
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Man hat weiter Vorrichtungen mit zwei mit Abstand hintereinandergeschalteten,
synchron rotierenden Blenden vor dem Schauglas vorgeschlagen, deren Wirksamkeit
darauf beruht, daß ein Dampfmolekül bzw. -atom, das etwa seinen Weg durch die Blendenöffnung
der ersten Blende gefunden hat, durch die zweite Blende aufgefangen wird, da sich
letztere während der Flugzeit des Atoms von der ersten zur zweiten Blende weiterdreht.
Der offensichtliche Nachteil dieser Einrichtung ist der erforderliche große Aufwand.
Es
ist weiter bekannt, daß das Beschlagen eines Schauglases von der Oberfläche einer
Metallschmelze her dann vermieden wird oder wenigstens sehr langsam erfolgt, wenn
zwischen der Schmelze und dem Schauglas eine Gasatmosphäre verhältnismäßig hohen
Druckes herrscht. Es ist diese Erscheinung beispielsweise ausgenutzt worden, um
den Gießkanal eines Schmelzofens während des Abgießens beobachten zu können. Zu
diesem Zweck ist bei einer bekannten Vorrichtung an den Gießkanal ein das Schauglas
tragender Seitenstutzen angebracht, der mit einer Gaszuleitung verbunden ist. Um
den Zutritt der Schmelze zum Schauglas zu verhindern, muß in dem genannten Seitenstutzen
ein Gasdruck aufrechterhalten werden, der mindestens imstande ist, der über dem
Gießkanal lastenden flüssigen Metallsäule das Gleichgewicht zu halten. Diese bekannte
Methode ist also nicht zum Sauberhalten von Schaugläsern unter Vakuumbedingungen
geeignet.
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Sauberhalten
von Schaugläsern zum Einblick in Vakuumanlagen vorgeschlagen, die gekennzeichnet
ist durch ein mit dem Vakuumkessel verbundenes Spiilgaseinlaßventil, von dem ein
Rohrstutzen für das Spülgas mit seinem offenen Ende in das Innere des Vakuumkessels
bis vor die Innenseite des Schauglases geführt ist. Wie eine solche Vorrichtung
gebaut sein kann und wie sie winkt, wird an Hand der Figur näher erläutert.
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1 bezeichnet die Wand eines Vakuumkessels, in welchem beim Betrieb
Dämpfe vorhanden. sind, diz das Schauglas beschlagen können. Ein Flansch 2 mit Dichtung
3 trägt ein Schauglas 4, das durch einen Gegenflansch 5 festgehalten ist. Zur Bespülung
der dem Vakuumraum zugewandten Seite 6 des Schauglases mit einer geringen Gasmenge
während des Betriebes ist ein Spülgaseinlaßventil7, das von an sich bekannter Konstruktion,
z. B. ein Nadelventil, sein kann, vorgesehen. Von diesem Spülgaseinlaßventil führt
der Rohrstutzen 9 mit seinem offenen Ende 10 bis vor die Schauglasinnenseite 6.
Im Beispielsfalle wird etwa Argongas aus, dem Spülgasbehälter 8 zugeführt. Je nach
den im Vakuum durchzuführenden Prozessen kann aber auch atmosphärische Luft oder
ein anderes Gas verwendet werden. Ein schweratomiges Gas, das zugleich chemisch
inert ist, wie das erwähnte Argon, ist in vielen Fällen zu bevorzugen. Das Ausführungsbeispiel
zeigt weiter einen Zylinder 11, der dazu dient, das eingeführte Gas vor dem Schauglas
zusammenzuhalten, wobei dann eine geringere Gasmenge zur Verhinderung der Beschlagung
des Schauglases genügt. Der Zylinder 11, der den Vorraum 14 umschließt, steht mit
dem zu beobachtenden Innern 12 der Vakuumanlage über die Durchblicköffnung 13 in
Verbindung.
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Eine solche Einrichtung verhindert das Beschlagen des Schauglases
auch dann, wenn im Vakuumraum 12 intensive Dampfentwicklung auftritt. Es scheint,
daß diese Wirkung darauf beruht, daß vor dem Schauglas ein Gaspolster gebildet wird,
das die auf das Schauglas zu fliegenden Metalldampfatome (oder sonstigen Dampfatome
oder Moleküle) abfängt, worauf sie durch den Gasstrom fortgeführt werden. Auf diese
Weise können nur sehr wenige Dampfatome durch Diffusion bis an die Glaswand gelangen.
Diese Wirkung ist auch dann vorhanden, wenn ohne den Zylinder 11 geazbeitet wird.
Der Zylinder 11 hat aber außer dem Vorteil, daß die erforderliche Gasmenge geringer
ist, den weiteren Vorteil, daß dem abströmenden Gas eine Bewegungsrichtung vom Schauglas
weg zur Durchblicköffnung 13 hin erteilt wird, so daß die Dampfatome laufend aus
dem Vorraum fortgespült werden. Eine Kühlung des Zylinders 11 zur Förderung der
Kondensation der Dampfatome an den Zylinderwänden ist nicht erforderlich. Bei Anlagen
mit sehr hohen Temperaturen kann Zylinder 11 gekühlt werden, um das Schauglas indirekt
zu kühlen.
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In den Boden des Zylinders 11 ist im Ausführungsbeispiel eine
auswechselbare ringförmige Blende 15 eingesetzt. Durch derartige auswechselbare
Blenden kann man sich verschiedenen Vakuumbedingungen optimal anpassen, um mit einer
geringen Gasmenge, die mit dem Bedienungsknopf 16 des Ventils 7 regelbar ist, auszukommen.
Es können auch mehrere, mit entsprechenden Durchblicköffnungen versehene Blenden
zwischen Vorraum und Beobachtungszaum angeordnet sein, um das Abströmen des Spülgases
stärker zu hemmen, so daß mit Hilfe der gleichen eingeleiteten Gasmenge ein größerer
Druckunterschied zwischen Vorraum und Beobachtungsraum aufrechterhalten werden kann.
Je höher der Spülgasdruck vor dem Schauglas, desto sicherer wird das Beschlagen
desselben verhindert.
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Die bei Benutzung der beschriebenen Vorrichtung in den Beobachtungsraum
eintretenden geringen Gasmengen werden von den Vakuumpumpen abgesaugt und stellen
keine wesentliche Belastung der Pumpe dar, wie sich beispielsweise aus dem folgenden
praktischen Fall ergibt, bei dem eine Gaszufuhr, die in einer Vakuumschmelzanlage
eine Druckerhöhung im Vakuumkessel von nur 10-4 Torr bewirkte, bereits ausreichend
war, um das Schauglas trotz der sehr starken Metalldampfentwicklung beim Schmelzen
sauberzuhalten. Es konnten also trotz des Einlasses des Spülgases im Behandlungsraum
Hochvakuumbedingungen aufrechterhalten werden. Bei Einlaß einer zu geringen Spülgasmenge
können sich zwar Niederschläge auf dem Schauglas bilden, diese sind aber im Gegensatz
zu Niederschlägen, welche ohne Gasbespülung zustande kommen, sehr weich und leicht
zu entfernen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch zusammen mit schon bekannten
Einrichtungen zum Schutz von Schaugläsern gegen Beschlagen z. B. mit auswechselbaren
Schutzgläsern oder mit Scheibenwischern verwendet werden. Selbst wenn dann gelegentlich
durch zu geringe Bemessung der Gasbespülung vorübergehend ein Niederschlag entstehen
sollte, so ist dieser, wie erwähnt, leicht zu beseitigen.