DE1503708B1 - Vakuumpumpanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpanlage, bestehend aus einem vollständigen Vakuumkreislauf mit mindestens einer Diffusionspumpe, mindestens einer durch flüssigen Stickstoff gekühlten Ölfalle, einer Vorpumpe, einem Lufteinlaß und den zugehörigen Ventilen.

In der herkömmlichen Ausführungsform solcher Vakuumpumpanlagen werden die einzelnen Teile als separate Bauelemente ausgebildet, die über Leitungen zusammengefügt werden. Dies ist nicht nur kostspielig, sondern führt auch gelegentlich zu Schwierigkeiten, die Anlage über längere Betriebszeiträume dicht zu halten.

Für bestimmte Sonderfälle hat man bereits verhältnismäßig kompakt aufgebaute Anlagen geschaffen. So beschreibt die USA.-Patentschrift 3 119 243 eine Anlage, bei der der mit flüssigem Helium gekühlte Rezipient mit mehreren Diffusionspumpen zusammengebaut ist; allerdings sind dort die erforderlichen Ventile nicht berücksichtigt, die für einen Einsatz in der industriellen Praxis häufig betätigt werden müssen.

Bei einer Vakuumpumpanlage, die aus der französischen Patentschrift 1037 636 bekannt ist, sind der Rezipient, das Vorvakuumgefäß und eine Diffusionspumpe so in einem Gehäuse angeordnet, daß zur Betätigung der entsprechenden Ventile nur ein einziger Handgriff vorgesehen zu werden braucht. Durch diese Bauart lassen sich Fehlbedienungen ausschließen. Zwar sind hier die einzelnen Ventilschieber in einem gemeinsamen Block untergebracht, doch müssen die übrigen Elemente in der üblichen Manier gesondert angebracht werden mit der Folge der oben erwähnten Nachteile.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vakuumpumpanlage der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, bei der ein kompakter Aufbau aller zugehörigen Elemente — soweit dies überhaupt möglich ist — zu einer geschlossenen und gegebenenfalls tragbaren Anordnung gegeben ist, so daß die mühselige Arbeit des Zusammenbaus und die Gefahr einer unübersehbaren Zahl möglicher Leckstellen gänzlich entfällt. Die Vakuumpumpanlage soll dabei den Rezipienten nicht mit enthalten, sondern einen gut zugänglichen Anschluß an den Rezipienten aufweisen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Block aus Metall, in dem einerseits Ausnehmungen für Teile der Diffusionspumpe, der Ölfalle und der Ventile und andererseits Verbindungskanäle zwischen den Ausnehmungen vorgesehen sind, der eine Ansaugöffnung und einen Anschluß für die Vorpumpe trägt und gekühlt ist.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Anlage es ermöglicht, eine Vielzahl von gesonderten Leitungen — die die einzelnen Elemente miteinander sonst verbinden würden — einfach durch entsprechende Bohrungen in dem Metallblock zu ersetzen, die wesentlich leichter herstellbar sind und bei denen eine entsprechende Anzahl potentieller Leckstellen entfällt. Der Block selbst bringt dabei noch den Vorteil mit sich, daß durch die gegenüber herkömmlichen Anordnungen erhebliche Metallmasse die Wärme wesentlich besser abgeleitet werden kann, weil ein Großteil der Wärmeübertragung durch die Metallmasse zu den Außenflächen des Blockes erfolgt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß der Verbrauch an Kühlmitteln (flüssigem Stickstoff) für die Kühlfalle nicht höher ist als bei Anordnungen, bei denen die Diffusionspumpenheizung nicht so dicht bei der Kühlfalle angeordnet ist wie hier, wobei »dicht« bezüglich des Temperaturausgleichs zu verstehen ist.

Die inneren Bauelemente der Pumpanlage, wie die Pumpenverdampfer, die Fallenstutzen, die Ventilschieber können die'herkömmliche Form besitzen, und die verschiedenen vorgenannten Anschlüsse werden durch Verbindungslöcher miteinander verbunden, die in den Block eingebracht werden und die Rolle der Kanäle spielen, die die einzelnen Elemente zu einem Vakuumkreislauf unter sich verbinden. Dieser Block kann andererseits benutzt werden, um die Feststellung von Lecks vorzunehmen.

Der Metallblock wird zweckmäßig gegossen oder geschmiedet, um undichte Schweißverbindungen auszuschließen. Der Block bietet dabei durch seine verhältnismäßig große Oberfläche eine größere Wärmeaustauschfläche mit Luft als Kühlmittel; er kann aber auch mit Kanälen versehen werden, die von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt sind. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß dank der verhältnismäßig hohen Wärmekapazität des Blocks die Kühlung zeitweise unterbrochen werden kann, so daß beispielsweise die Anlage noch einige Zeit nach dem Abtrennen von einem Kühlkreislauf funktionsfähig bleibt. Bei Luftkühlung wird der Block zweckmäßig zur weiteren Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche mit Rippen versehen, die z.B. eingefräst sind.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden, von denen

F i g. 1 das Blockschaltbild der Pumpanlage zeigt;

Fig. 2 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Pumpenanlage gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 3 schematisch eine Abwandlung zeigt, bei der die Vorvakuumpumpe getrennt ist von der ersten Pumpe;

Fig. 4 zeigt, wie die Anschlüsse der verschiedenen Elemente in dem Block angeordnet sind.

F ig. 1 zeigt das Blockdiagramm der Pumpanlage gemäß der Erfindung, die aus einer Diffusionspumpe 1 besteht, die auf das Vorvakuum einer ersten Pumpe 2 (Vorpumpe) arbeitet, weiter aus einem Vakuumventil 3, das sich zwischen dem Ansaugstutzen der Diffusionspumpe 1 und einer Ölfalle 4 mit flüssigem Stickstoff befindet, ferner aus einem Vakuumventil 5, das sich zwischen der Falle und der Ansaugöffnung 6 befindet, und schließlich aus parallelen Anschlüssen an die Verbindungsleitung zwischen dem Ventil 5 und der Ansaugöffnung 6, von denen der eine Anschluß den Lufteinlaß 7 bildet und der andere zu einem Ventil 8 führt, das es ermöglicht, die Vorpumpe 2 als Vorvakuumpumpe zu benutzen.

Dieses Schema zeigt die klassische Ausführung in der Vakuumtechnik und zeigt vor allem die Vielzahl notwendiger Verbindungsstellen bei einer Ausführungsform herkömmlicher Art nach diesem Schema.

Gemäß der Erfindung wird eine solche Anlage nunmehr wie in Fig. 2 dargestellt ausgebildet.

Alle vorbeschriebenen Elemente der Anlage, mit Ausnahme der Vorpumpe, sind in einem einzigen Block 10 vereinigt, in dem sich die Anschlüsse der Elemente kreuzen bzw. vereinigen. Man erkennt in Fig. 2 die Anordnung aller vorbeschriebenen Elemente, nämlich: die Heizung 11 der Diffusionspumpe 1, den Steuergriff 12 des Ventils 3, den Sackstutzen 13 der Ölfalle 4 mit flüssigem Stickstoff, den

Steuergriff 14 des Ventils 5, die Ansaugöffnüng 6, den Steuergriff 15 des Ventils 7, den Steuergriff 16 des Ventils 8 und den Lufteinlaß 17 des Lufteinlaßventils 7.

. Es zeigt sich, daß die Anzahl der Anschlüsse auf drei vermindert worden ist: den Sauganschluß 6, die Verbindung 18 zwischen der Diffusionspumpe 1 und der Vorpumpe, die nicht gezeigt ist, und schließlich die Verbindung 19 zwischen dem Rezipienten und der Vorpumpe, während in der bisherigen Ausführungsform jedes Element mit den anderen durch zwei Anschlüsse verbunden werden mußte (ein Saug- und ein Druckanschluß).

In Fig. 3 ist die gleiche Vakuumanlage wie in F i g. 1 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß eine Vorvakuumpumpe 9 hinzugefügt wurde, die über das Ventil 8 nach Bedarf an die Anlage angeschlossen werden kann. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da eine solche Anlage für die Feststellung von Lecks verwendet werden kann.

In F i g. 4 ist dargestellt, wie ein solcher kompakter Pumpenblock gemäß den strichliert gezeichneten Linien innen ausgebildet sein kann.

Es wird ein metallischer Block 10, vorzugsweise geschmiedet, verwendet, in dem sich Kanäle und An-Schlüsse mit solchen Durchmessern befinden, daß diese Anschlüsse leicht durch Bohrarbeiten eingebracht werden können.

Die zylindrische Bohrung 20 dient der Aufnahme der Diffusionspumpe 1, der Durchbruch 21 stellt die Verbindung zur Vorpumpe über den Anschluß 18 her, und die Öffnung 22 bildet den Sitz für die Klappe des Ventils 3 in der Öffnung 23.

Der Durchbruch 25 bildet die Verbindung zwischen dem VentilS und der Ölfalle4 mit flüssigem Stickstoff, die in der zylindrischen Bohrung 26 angeordnet wird. Diese Bohrung wird über einen Durchbruch 27 mit einer seitlichen Öffnung 28 verbunden, die das Ventil 5 aufnimmt, und der Ansatz 29 des Durchbruchs 27 bildet den Sitz des genannten Ventils.

Die Bohrung 30 durchsetzt die Öffnung 28 und bildet die Verbindung des Ventils 5 zur Ansaugöffnung 6, und in dieser Bohrung endet ein Durchbruch 31, der zum Boden einer Ausnehmung 32 führt; diese ist bestimmt für die Aufnahme des Ventils 7. Der Ansatz 33 des Durchbruchs 31 bildet den Sitz des genannten Ventils.

Ein Durchbruch 34 trifft radial auf eine Öffnung 32 und bildet den Anschluß für den Lufteinlaß 17. In dem Durchbruch 30 endet gleichzeitig eine Bohrung 35, die vom Boden der Öffnung 36 ausgeht; diese Öffnung nimmt das Ventile auf. Der Ansatz der Bohrung 35 bildet den Sitz 37 des genannten Ventils.

Eine Bohrung 38 trifft radial auf die Öffnung 36 und bildet den Anschluß zwischen dem Ventil 8 und der Vorpumpe.

Der Block 10 besitzt hier Rippen 10' auf seiner gesamten äußeren Oberfläche. Diese Rippen erleichtern die Kühlung der Anlage und insbesondere des Diffusionsöls: bekanntlich ist die Kühltemperatur des Öles bestimmend für das erreichbare Endvakuum. Die Kühlung kann noch beschleunigt werden und/oder verbessert werden, wenn der Block einem Ventilator ausgesetzt wird, der in Richtung der Längsseiten des Blockes bläst.

Es ergibt sich, daß durch einen einzigen Metallblock eine komplette Vakuumanlage geschaffen worden ist, die nur die drei vorgenannten Anschlüsse benötigt.

Es ist gezeigt worden, daß die Herstellung sehr einfach ist, indem nur einige Öffnungen und Durchbrüche vom Äußeren des Blocks 10 her hergestellt werden müssen. Einzig die Öffnung 39 wird nicht gebraucht, sie ist jedoch notwendig, damit der Durchbruch 25 eingebracht werden kann, und muß durch einen Stopfen 40 verschlossen werden.

Eine derartige Vakuumanlage in Form eines kompakten Blockes, wie eben beschrieben, eignet sich insbesondere für eine Anlage mit einer Luftkühlung für die Pumpe.

Man kann selbstverständlich nach Bedarf in den Block 10 weitere Rippen für die Steigerung der Wärmeabfuhr einbringen, jedoch ist dies nicht unerläßlich.

Im Falle, daß eine Pumpe mit Wasserkühlung verwendet wird, ist es möglich, in den Block Umlaufkanäle einzubringen, die einen Kühlkreislauf bilden können. Man kann weiterhin durch diesen Kühllireislauf eine Kühlflüssigkeit zirkulieren lassen, die gleichzeitig den Wirkungsgrad der Falle steigert.

Im folgenden werden noch einmal die Vorteile einer Vakuumanlage in Form eines Blockes gemäß der Erfindung zusammengefaßt:

— die Dichtigkeit ist größer infolge der Verringerung der Anzahl der Verbindungen, was zu einem nur schwachen Gasen führt,

— die Pumpenkühlung wird über das ganze Blockvolumen verteilt, anstatt aus der Abstrahlung der Wärme durch eine einzige Oberfläche bewirkt zu werden. Es ergibt sich eine große belüftbare Oberfläche, wodurch sich eine bessere Kühlung ergibt,

— der Block besitzt eine große Festigkeit: die Vakuumeinrichtung besteht im allgemeinen aus nichtoxydierendem Metall wie Stahl, in einem festen und kompakten Block. Dagegen sind in den kleinen Abmessungen bei üblichen Ausbildungen geschmiedete Aluminiumteile zerbrechlich,

— man kann den Ventilen Abmessungen geben, so groß wie man sie wünscht,

— die Verwendung des Blocks vermeidet erhebliche Arbeitsleistungen für die Herstellung und Verbindung der Einzelteile, so daß eine entsprechende Einsparung erzielt wird,

— im Falle der Anwendung der Anlage für die Auffindung von Lecks erhält man den Vorteil, daß eine wesentlich höhere Stoßsicherheit vorliegt, so daß die Anlage transportabel ist und ζ. Β in Raumfahrzeugen mitgenommen werden kann, während andererseits die sehr genauen Außenoberflächen des Blockes die Anbringung von Zusatzteilen erlauben, z. B. eine Lecksuchanalysenzelle.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vakuumpumpanlage, bestehend aus einem vollständigen Vakuumkreislauf mit mindestens einer Diffusionspumpe, mindestens einer durch flüssigen Stickstoff gekühlten Ölfalle, einer Vorpumpe, einem Lufteinlaß und aus den zugehörigen Ventilen, gekennzeichnet durch einen Block (10) aus Metall, in dem einerseits Ausnehmungen für Teile der Diffusionspumpe (1), der Ölfalle (4) und der Ventile (3, 5, 7, 8) und ande-

rerseits Verbindungskanäle zwischen den Ausnehmungen vorgesehen sind, der eine Ansaugöffnung (6) und einen Anschluß für die Vorpumpe trägt und gekühlt ist.

2. Vakuumpumpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Blockaußenwände mit vorzugsweise eingefrästen Kühlrippen (10') versehen ist.

3. Vakuumpumpanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Block Umlaufkanäle für kühlende oder gekühlte Flüssigkeit eingearbeitet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen