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Dampffänger für Diffusionspumpen Die Erfindung betrifft einen Dampffänger
für Diffusionspumpen, der ein Gehäuse mit Anschlußflanschen, elektrothermische Kühlkaskaden,
deren kalte Lötstellen einer Kaskade mit den warmen Lötstellen einer anderen Kaskade
in Wärmekontakt stehen, ein System zur Kühlung der heißen Lötstellen einer Kühlkaskade
und Kondensationsflächen für die Dämpfe der Pumpenflüssigkeit enthält.
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Ein Dampffänger dieser Art ist bekannt. Bei diesem Dampffänger sind
die elektrothermisch wirksamen Komponenten vollständig außerhalb des Vakuumraumes
angeordnet und die Fangflächen (Kondensationsflächen) über thermisch gut leitende
Zwischenstücke mit den kalten Stellen der elektrothermischen Anordnung thermisch
verbunden.
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Der bekannte Dampffänger wie auch der von der Erfindung betroffene
Dampffänger arbeitet unter Ausnutzung des Peltier-Effektes. Es ist ein auf diesem
Effekt beruhender elektrischer Kühl- und Heizkörper an sich bekannt, bei dem eine
Reihe von Thermosäulen, die parallel an eine Stromquelle angeschlossen sind, sich
an den Lötstellen berühren und derart neben- oder ineinander angeordnet sind, daß
die warme Lötstelle, z. B. eines inneren Elementes, unmittelbar der kalten Lötstelle
eines äußeren Elementes benachbart ist. Durch diesen bekannten elektrothermischen
Kühl- und Heizkörper wird als Wärmeübertragungsmedium eine Flüssigkeit geleitet.
Diese Flüssigkeit kann an einer anderen Stelle als Kühlflüssigkeit verwendet werden.
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Die bekannten Dampffänger, bei denen elektrothermische Kühlkaskaden
verwendet werden, ließen bislang nicht zu, Temperaturen unter - 25 bis - 30° C zu
erzielen. Solche Temperaturen reichen jedoch nicht aus, um die Dämpfe der Diffusionspumpenarbeitsflüssigkeit
vollständig auszufrieren. Andererseits sind aber bereits auf anderem Prinzip beruhende
Dampffänger bekannt, z. B. mit flüssigem Stickstoff oder mit fester Kohlensäure
arbeitend, die Temperaturen unter - 30° C erzielen lassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung des Peltier-Effektes
einen solchen Dampffänger anzugeben, der Temperaturen von - 50 bis - 55 ° C zu erreichen
gestattet; denn solche Temperaturen sind bekanntermaßen für ein vollständiges Ausfrieren
der Dämpfe der Pumpenarbeitsflüssigkeit (z. B. des Öls) notwendig. Es liegt im Rahmen
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe, die nachteiligen Wärmegefälle im System
der Wärmeableitung von den heißen Lötstellen der Kühlkaskaden des Dampffängers zu
verringern; dennoch soll der Wirkungsgrad der Kühlkaskaden gesteigert werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Dampffänger für Diffusionspumpen
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die elektrothermischen
Kühlkaskaden im Gehäuse angeordnet und wenigstens zwei solcher Kaskaden vorgesehen
sind, deren kalte Lötstellen eigene Kollektoren aufweisen, daß das System zur Kühlung
der heißen Lötstellen der ersten elektrothermischen Kühlkaskade in das Gehäuse eingesetzt
ist und über elektrisch isolierende, einen geringen Wärmewiderstand aufweisende
Übergangsstücke mit den heißen Lötstellen der ersten Kaskade verbunden ist, daß
die heißen Lötstellen der folgenden Kaskade auf den Kollektoren der kalten Lötstelle
der ersten Kaskade angeordnet sind und daß die Kollektoren jeder Kaskade mit Kondensationsflächen
versehen sind.
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Mit dieser Anordnung ist es möglich, Temperaturen von - 50 bis -
551 C zu erreichen, wobei eine verhältnismäßig einfache Anordnung
gegeben ist. Zudem entfällt eine besondere Wärmeisolation nach außen.
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Um trotz der im Inneren des Gehäuses angeordneten Kühlkaskaden einen
möglichst geringen Strömungswiderstand beim Auspumpen (Entleerungswiderstand) zu
gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Kondensationsflächen der ersten elektrothermischen
Kühlkaskade in einem Winkel von 90° zu den Kondensationsflächen der nächsten Kaskade
und in einem Winkel von 45° zur Senkrechten des Gehäuses angeordnet sind.
Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die übergangsstücke zwischen den heißen Lötstellen der
ersten elektrothermischen Kühlkaskade und deren Kühlsystem aus Aluminiumoxyd bestehen.
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An Hand der Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Dampffängers nach der Erfindung im Schnitt bzw. in der Draufsicht zeigt, wird die
Erfindung näher erläutert.
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Der dargestellte Dampffänger weist, wie in der Zeichnung ersichtlich,
einen aus zwei Kaskaden bestehenden Kühlteil auf. Durch die Anordnung der Kaskaden
gemäß der Erfindung läßt sich die Anzahl der Kühlkaskaden ohne Schwierigkeit erhöhen,
denn eine Verringerung des Strömungsquerschnittes durch weitere Kaskaden tritt nicht
ein.
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Der Dampffänger besteht aus einem Gehäuse 1, das mit Flanschen 2,
3 zum Anschluß an die Pumpe und an das zu evakuierende Gefäß versehen ist. In das
Gehäuse 1 ist ein metallisches (beispielsweise aus Kupfer bestehendes) Zwischenstück
4 eingesetzt, z. B. eingelötet. Dieses Zwischenstück 4 weist einen
Kanal 5 zum Durchfluß des Wassers auf, das die Wärme von den heißen Lötstellen der
im Dampffänger befindlichen Kühlkaskade ableitet.
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Zum Herabsetzen der Temperatur des Dampffängers auf den gewünschten
Wert ist der Kühlteil des Dampffängers aus mehreren, beispielsweise zwei Kaskaden
ausgeführt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.
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Die erste Kühlkaskade 6 ist über elektrisch isolierende Übergangsstücke
7 (eine Schicht aus Aluminiumoxyd), die einen geringen Wärmewiderstand aufweist,
mit ihren heißen Lötstellen an das wärmeableitende Zwischenstück 4 angeschlossen
(angelötet).
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Die Kollektoren 8 der kalten Lötstellen der ersten Kühlkaskade 6 tragen
gekühlte Kondensationsflächen 9 zum Auffangen der Dämpfe der Arbeitsflüssigkeit
der Vakuumpumpe. Die Kondensationsflächen 9 sind in einem Winkel von 45° zur vertikalen
Achse des Dampffängers angeordnet und bestehen aus Platten aus einem gut wärmeleitenden
Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer.
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Die heißen Lötstellen der Thermoelemente der zweiten Kühlkaskade
10 sind auf den Kollektoren 8
der kalten Lötstellen der Thermoelemente
der ersten Kühlkaskade 6 angeordnet (angelötet). Die Kollektoren 11 der kalten Lötstellen
der Thermoelemente der zweiten Kühlkaskade 10 tragen ebenfalls Kondensationsflächen
12 zum Auffangen der Dämpfe der Arbeitsflüssigkeit der Pumpe. Diese Kondensationsflächen
12 sind in einem Winkel von 90° zu den Kondensationsflächen 9 der ersten Kühlkaskade
6 angeordnet. Diese Anordnung der Kondensationsflächen gewährleistet den geringsten
Strömungswiderstand beim Auspumpen des zu evakuierenden Gefäßes.
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Die Stromversorgung .der thermoelektrischen Kühlkaskaden erfolgt über
eine vakuumdichte Einführung, die aus einem Zylinderstück 13 besteht, in das die
stromleitende Elektrode 15 mit einem Glaseinsatz 14 eingelötet ist. Der zweite Pol
der Stromspeisung befindet sich am Gehäuse des Dampffängers.
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Das Wasser, das die Wärme von den heißen Lötstellen der ersten Kühlkaskade
ableitet, fließt durch den Ansehlußstutzen 16 ein.