DE1940137B2

DE1940137B2 - Getterpumpe

Info

Publication number: DE1940137B2
Application number: DE19691940137
Authority: DE
Inventors: Paolo della Mailand; Zucchinelli Mario Trezzo d'Adda Mailand; Pisani Cesare Turin; Porta (Italien)
Original assignee: S.A.E.S. Getters S.pA, Mailand (Italien)
Priority date: 1968-08-10
Filing date: 1969-08-07
Publication date: 1977-10-27
Also published as: DE1940137C3; DE1940137A1; FR2016916A1; US3780501A; NL163054C; GB1280891A; NL6911978A; NL163054B

Description

Die Erfindung betrifft eine Getterpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Es sind Gasfilter, insbesondere Luftfilter für Kraftfahrzeuge, bekannt, die aus einem im Zick-Zack gefaltenen Papierstreifen bestehen, der mit einem durch Wärme aushärtbaren Kunstharz beschichtet ist (US-PS 29 68 361).

Weiterhin ist eine Getterpumpe zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Vakuums in Vakuumbehältern mittels einer verdampfenden Gettermasse bekannt, die an der Oberfläche eines koaxial um einen Heizer herum angeordneten Metallstreifens angebracht ist (US-PS 29 84 314). Eine solche Getterpumpe wird im allgemeinen zur Erzeugung oder Aufrechterhaltung eines Vakuums in einer Elektronenröhre eingesetzt. Solche verdampfenden Gettermassen haben jedoch einige Nachteile; dazu gehören beispielsweise die niedrige Gasadsorptionsgeschwindigkeit, so daß zur Erreichung hoher Gasadsorptionsgeschwindigkeiten sorgfältig eingestellte Steuereinheiten benötigt werden. Außerdem besteht die Gefahr, daß der sich auf den Innenwänden des Behälters absetzende Metallfilm sich abschält, so daß in dem Behälter frei bewegliche Teile vorhanden sind, die sich auf isolierenden Flächen ablagern und damit zu Kurzschlüssen führen können.

Schließlich ist noch eine Getterpumpe der angegebenen Gattung bekannt, bei welcher das nicht verdampfende Getter als Zylinder ausgebildet ist, in dem sich der axiale Heizer befindet (US-PS 32 85 687). Dabei muß also der Zylinder vollständig aus der Gettermasse hergestellt werden, wozu ein aufwendiges und kostspieliges Verfahren erforderlich ist. Außerdem hängt bei gegebener Temperatur die Gasadsorptionsgeschwindigkeit eines solchen nicht verdampfenden Getters im wesentlichen von der Größe seiner Oberfläche ab, so daß sich mit der bekannten Getterpumpe nur eine beschränkte Getterwirkung erreichen läßt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

eine Getterpumpe der angegebenen Gattung zu

schaffen, mit der trotz einfacher Herstellung des Gelters eine hohe Gasadsorptionsgeschwindigkeit erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen :, Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß die Oberfläche des Getters sehr viel größer als die des bekannten nicht verdampfenden Getters ausgebildet werden kann, so daß sich hohe Gasadsorptionsgeschwindigkeiten erreichen lassen. Dabei ist das Getter nicht massiv ausgebildet, sondern wird auf einen Träger aufgebracht, wodurch sich die Herstellung vereinfachen läßt. Außerdem kann dieser Träger ohne großen Aufwand in der gewünschten Weise gefaltet werden, so daß der vorgefertigte, mit der Getterschicht versehene Träger einfach an der gewünschten Stelle angebracht werden kann. Und schließlich werden die oben erläuterten, bei der Verwendung von verdampfenden Gettermassen auftretenden Nachteile vermieden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Auslührungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Getterpumpe nach der Erfindung;

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1_; F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3^3 von F i g. 1_; F i g. 4 eine schemalische Darstellung der Faltung des Bandes, das als Träger für die nicht verdampfende Gettermasse dient; und

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie S^ von F i g. 4. In den Fig. 1 und 2 ist eine Getterpumpe 10 mit einem zylindrischen Gehäuse 11 dargestellt, in dem zahlreiche Gasdurchlässe in Form von Ausnehmungen 12 vorgesehen sind. An dem Gehäuse 11 ist mit geeigneten Mitteln eine Grundplatte 13 befestigt, in deren Mitte sich eine Ausnehmung befindet, durch die eine Welle 14 hindurchtritt. Die Welle 14 verläuft auch durch ein elektrisches und Wärme-Isolatorrohr 15, um das ein Draht 16 mit hohem elektrischem Widerstand, beispielsweise ein Wolfram- oder Tantal-Draht, schraubenlinienförmig gewickelt ist. Der Draht 16 und das Isolatorrohr 15 bilden gemeinsam einen Heizer, wobei der Draht 16 an eine geeignete, nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen ist. Das Isolatorrohr 15 ist mittels einer Mutter 17 und isolierenden Unterlagscheibchens 18 koaxial in dem Gehäuse 11 angebracht.

An der Außenseite des Gehäuses 11 sind mehrere Stäbe 19 befestigt, die über ihre gesamte Länge mit einem Gewinde versehen sind und einen Arm 22 halternde Muttern 20 und 21 tragen; der Arm 22 ist an einem Halter 23 befestigt, dessen Funktion später noch erläutert werden soll. An jedem der Gewindestäbe 19 sind außerdem mit Muttern 24 und 25 ein Abstandshalter 26, ein ringförmiger Schirm 27 und mit einem Träger 29 ein flacher Schirm 28 befestigt.

Wie sich aus Fig.3 ergibt, ist der Halter 23 als sinusförmig gewellter Reifen ausgebildet, der ein im Zick-Zack sternförmig gefaltetes, ringförmiges geschlossenes Band 3Ö, 31 trägt. Da der Heizdraht 16 koaxial in diesem sternförmigen Band 30,31 angeordnet ist, wird dieses Band 30,31 gleichmäßig erwärmt.

Der Aufbau des Bandes 30 ist insbesondere aus den

Fig. 4 und 5 zu erkennen, die ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung dieses Bundes 30, 31 aus einem Metallband 31 zeigen. In der Darstellung der F i g. 4 weist das Band 31 einen flachen Bereich 32 und einen im Zick-Zack sternförmig geüilteten Bereich 33 auf. In der Darstellung des noch flachen Bereiches 32 ist zu erkennen, daß der mittlere Bereich des Bandes 31 eine pulverförmige Getterschicht 34 trägt, die kurz vor den Kanten 35 und 36 des Bandes 31 endet, so daß ein schmaler Rand übrigbleibt, der nicht mit einer Getterschicht 34 versehen ist.

Das Band 31 weist mehrere Schlitzlöcher 37 auf, die sich quer zur Längsrichtung des Bandes 31 bis in den Randbereich hinein erstrecken, der nicht mit einer Getterschicht 34 versehen ist. Wie man in den F i g. 4 und 5 erkennen kann, wird der Ring 30 durch Hin- und Hti'biegen des flachen Bereichs 32 gebildet, wie es in dem hin- und hergefalteten Bereich 33 ungedeutet ist; dadurch entsteht ein Ring 30, der zahlreiche, im wesentlichen radial verlaufende ebene Teilflächen 38 aufweist, die miteinander über die äußeren schmalen Ränder 39 verbunden sind, die nicht mit einer Getterschicht 34 versehen sind.

Durch diese Ausgestaltung des Bandes 31 kann es hin- und hergefaltet werden, ohne daß ein mit einer Getterschicht versehener Bereich des Bandes 31 verbogen werden muß; würde man nämlich einen mit einer Gettermasse beschichteten Bereich des Bandes verbiegen, so könnte die Gettermasse sich ablösen und im Innern des zu evakuierenden Behälters frei bewegliche Partikel entstehen.

Der Stern 30, der aus dem ringförmig gebogenen im Zick-Zack gefalteten und mit einer Getterschicht versehenen Metallband 31 besteht, stellt also trotz seines relativ geringen Volumens eine sehr große Oberfläche für die Gasadsorption zur Verfügung, so daß sich ein hoher Wirkungsgrad der Getterpumpe ergibt.

Zweckmäßigerweise besteht das Band 31 aus einem Metall, wie beispielsweise Eisen oder rostfreiem Stahl, das weicher als die Gettermasse der Schicht 34 ist. Die Masse der Getterschicht 34 kann aus einem der üblichen, nicht verdampfenden Gettermaterialien bestehen, wie beispielsweise Zirkonium, Titan, Tantal, Niob sowie Legierungen von zwei oder mehr dieser Materialien. Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Getterschicht 34 aus einer Legierung von Zirkonium und Aluminium, die 40% Aluminium und 60% Zirkonium sowie vorzugsweise 84% Zirkonium und 16% Aluminium enthält; diese Legierung ist im Handel unter der Bezeichnung »ST 101« erhältlich.

Zweckmäßigerweise wird eine pulverförmige Gettermasse verwendet, damit sich eine im Verhältnis zur Masse große Oberfläche und damit eine hohe Gasadsorptionsgeschwindigkeit ergibt. Das Pulver sollte so fein sein, daß es durch ein US-Standardsieb mit 106 Maschen/cm hindurchtreten kann. Das pulverförmige Gettermaterial kann auf das Band 31 beispielsweise durch Walzen oder Pressen aufgebracht werden, wobei durch dieses Befestigungsverfahren die Gesamtoberfläche des Pulvers nicht wesentlich verringert wird.

Im folgenden soll die Funktionweise der Getterpumpe erläutert werden. Dabei wird die Pumpe 10 in der zu evakuierenden Röhre bzw. dem zu evakuierenden Behälter angeordnet und der Draht 16 außerhalb des Behälters über einen Schalter an eine nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen. Der Behälter wird dann in herkömmlicher Weise mittels einer zusätzlichen Pumpe evakuiert; da/u kann beispielsweise eine mechanische Pumpe, eine lonengetterpumpe oder eine Diffusionspumpe eingesetzt werden. Es ist nicht zweckmäßig, bereits zum Abpumpen eines Gases mn Atmosphärendruck eine Getterpumpe einzusetzen.

Wenn ein bestimmtes Vakuum erreicht wird, wird zur Betätigung der Getterpumpe und zur Getterung der Restgase der Schalter geschlossen, so daß ein Strom durch den Draht 16 fließt und diesen erhitzt. Die dabei entstehende Wärme wird zu dem Band 31 und zu der Getterschicht 34 hin abgestrahlt, wodurch die Getterschicht aktiviert wird, indem die bereits adsorbierten Gase in das Innere eines jeden Partikels der Getterschicht gebracht werden; dadurch sieht immer wieder eine frische Adsorptionsoberfläche zur Verfügung.

Die Stromzufuhr zu dem Draht 16 sollte so gesteuert werden, daß die Temperatur der Getterschicht 34 aul b00 bis 900⁰C und vorzugsweise auf 700 bis 800 C gehalten wird. Bei Temperaturen, die unterhalb dieses Bereiches liegen, erfolgt die Aktivierung der Getterpumpe für die Anforderungen der Praxis zu langsam, während bei Temperaturen über diesem Bereich neben einer Diffusion des Metalls des Bandes 31 eine Sinterung der Getterpartikel zu beobachten ist; diese beiden Effekte führen zu einer Verringerung der Gasadsorptionsfähigkeit der Getterschicht 34.

Wenn einmal die Aktivierung erreicht worden ist, behält die Getterschicht 34 auch bei Raumtemperatur ihre Adsorptionsfähigkeit; es ist jedoch möglich, durch Erwärmung der Getterschicht 34 auf die oben beschriebene Weise, zweckmäßigerweise auf eine Temperatur von 300 bis 450 C. die Gasadsorptionsgeschwindigkeit zu erhöhen, um die Entwicklung von Wasserstoff zu vermeiden, der in Form einer festen Lösung in der Getterschicht vorhanden ist. Die Getterschicht 34 kann auch nach Beendigung der Erwärmung Gase adsorbieren, d. h. während der gesamten Lebensdauer der Röhre bzw. des Behälters können die entstehenden Gase durch Adsorption an der Getterschicht abgepumpt werden.

Sollte der Gasdruck in dem Behälter ansteigen, so muß nur der Draht 16 wieder mittels der Stromquelle erhitzt werden, um die Gcüerschichi 34 wieder zu aktivieren. Dadurch kann also in dem Behälter bzw. in der Röhre solange ein Ultrahochvakuum aufrechterhalten werden, bis die Getterschicht 34 mit Gasen gesättigt ist.

Eine solche Getterpumpe kann als Ergänzung zu einer lonengetterpumpe oder einer Diffusionspumpe eingesetzt und zur Erzeugung und Aufrechterhallung eines Vakuums in stetig abgepumpten Vakuumsystemen und in Adsorplions-Vakuumsystem verwendet werden. Außerdem können solche Getierpumpen auch fest in Klystron- und Bildverstärker-Röhren als sogenannte »Anhangspumpen« eingebaut werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Getterpumpe mit axialem Heizer und darum herum angeordnetem nicht-verdampfendem Getter, dadurch gekennzeichnet, daß für das Getter ein im Zick-Zack sternförmig gefaltetes Metallband (31) als Träger vorgesehen ist, das in seinem mittleren Bereich eine Getterschicht (34) trägt und zum Zwecke seiner Faltung Schwächezonen quer zu seiner Längsrichtung in Form von Schlitzlöchern (37) aufweist, die jeweils über die Breite der Getterschicht (34) hinausragen und nur einen schmalen Rand (39) stehenlassen.

2. Getterpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit mehreren Gusdurchirittsöffnungen (12) verseiienes zylindrisches Gehäuse (11), in dem axial ein Widerstandsheizelement (15, 16) angeordnet ist.

3. Getterpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband (31) zahlreiche, im wesentlichen radial verlaufende ebene Flächen (38) aufweist, die miteinander über die äußeren, unbeschichteten schmalen Ränder (38) des Metallbandes (31) verbunden sind.

4. Getterpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Getterschicht (34) aus einer Aluminium-Zirkonium-Legierurig mit einem Aluminiumgehalt von 1 bis 40% besteht.