DE2034633B2 - Kartusche für eine Getterpumpe - Google Patents
Kartusche für eine GetterpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kartusche für eine Getterpumpe, bestehend aus wenigstens einem Kartuschenelement,
mit wenigstens einem hin- und hergefalteten Trägerstreifen, auf dem ein nicht verdampfendes
Gettermetall aufgebracht ist
Getterpumpen sind in der Vakuumtechnik bekannt und dienen zur Entfernung von Restgasen aus
geschlossenen Gefäßen, wie etwa Elektronenröhren, um in diesen Gefäßen ein hohes Vakuum zu erzeugen und
aufrechtzuerhalten. In Getterpumpen benutzt man ein fein verteiltes, nicht verdampfendes Gettermetall auf
einer Unterlage. Im Betrieb absorbieren die Oberflächen der Gettermetallpartikel im Gefäß vorhandene
Gase und verringern so die Menge an vorhandenen Gasen, so daß ein hohes Vakuum erzielt wird. Die
Oberfläche des Gettermetalls absorbiert die Gase so lange, bis sie mit absorbierten Gasen und Reaktionsprodukten
von absorbierten Gasen mit dem Gettermetall gesättigt ist. Wenn dieser Zustand erreicht ist,
erhitzt man die Gettermetallpartikel, um die absorbierten Gase und Reaktionsprodukte zum Zentrum der
Gettermetallpartikel zu treiben, so daß die Außenseite der Gettermetallpartikel zu treiben, so daß die
Außenseite der Gettermetallpartikel wieder zur Absorption von Gas fähig wird. Diesen Vorgang kann
man so lange wiederholen, bis die Gettermetallpartikel vollkommen mit absorbiertem Gas ih<d Reaktionsprodukten
gesättigt sind; dann muß man die Gettermetallpartikel ersetzen. Zur Erleichterung dieses Ersatzes der
Gettermetallpartikel ist es üblich, eine auswechselbare Kartusche mit einem hin- und hergefalteten Streifen zu
benutzen, der aus einem Substrat besteht, auf dem nicht verdampfendes Gettermetall angelagert ist.
Eine Kartusche der eingangs genannten Gattung mit einem hin- und hergefalteten Trägerstreifen wurde
bereits vorgeschlagen (DE-PS 19 40 137). Diese Kartusche erfordert äußerst wenig Raum zur Unterbringung
einer bestimmten Menge an Gettermetall. Durch die zickzackförmige Hin- und Herfaltung bilden benachbarte
Flächenteile des Trägerstreifens einen Winkel miteinander, der im folgenden mit »alpha« bezeichnet
wird. Wie sich in der Praxis herausstellt, muß dieser Winkel innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs mit
großer Präzision eingehalten werden und konstant bleiben. Es ist zwar möglich, den Winkel bei der
Herstellung der Kartusche einzuhalten, doch ändert sich dieser Winkel zwischen den einzelnen benachbarten
Flächenteilen durch mechanische Verformung sehr leicht, so daß die Pumpleistung der Getterpumpe in
unerwünschter Weise verändert, insbesondere verringert wird.
Aus der US-PS 29 84 314 ist bereits eine Gettervorrichtung beschrieben, die eine gefaltete, mit Getiermaterial
versehene Kartusche aufweist.
Es sind auch bereits Filter für Gase bekanntgeworden (US-PS 29 68 361), die eine normale Filterkartusche aus
im Zickzack gefalteten Streifen aufweist, wobei benachbarte Flächenteile des Streifens durch Abstandshalter
zwischen diesen Flächenteilen in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Kartusche der eingangs genannten Gattung
zu schaffen, die bei einfacher Herstellung eine optimale Pumpwirkung ohne Beeinflussung durch mechanische
Verformung aufa/eist
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß benachbarte Flächenteile des Trägerstreifens
durch Abstandshalter zwischen diesen Flächenteilen unter einem bestimmten Winkel zueinander
gehalten sind.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß selbst bei einer mechanischen Verformung
der Kartusche die Winkel zwischen benachbarten Flächenteilen des Trägerstreifens konstant gehalten
werden. Dadurch erreicht man, daß außerhalb des Sättigungsbereichs des Gettermetalls eine Verringerung
der Pumpwirkung der Kartusche unterbleibt und
optimale Eigenschaften konstant beibehalten v-.srden.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kartusche
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen
F i g. la und Ib gemeinsam eine auseinandergezogene
Darstellung einer Getterpumpe, wobei Fig. la die Kartusche dieser Getterpumpe darstellt,
F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 a dargestellte Kartusche,
F i g. 3 in einem Diagramm die Kurven der Pumpleistung für drei normalerweise gepumpte Gase, bezogen
auf die Größe des Winkels alpha, wobei auf der Ordinate die Pumpleistung und auf der Abszisse der
Winkel alpha aufgetragen ist,
Fig.4 eine Ansicht eines Streifens zum Herstellen
einer solchen Kartusche,
F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in F i g. 4,
F i g. 6 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie 6-6 in F i g. 4,
F i g. 7 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie7-7 in Fig.4,
Fig. 8 in einer der Fig. 7 entsprechenden Darstellung
eine andere Ausführungsform eines Teils des Streifens,
Fig.9 in einer der Fig.7 entsprechenden Darstellung
eine weitere Ausiührungsform eines Teils des
Streifensund
Fig. 10 in einer schematischen Darstellung die Art der Faltung eines Streifens gemäß F i g. 4 zur Herstellung
eines Kartuschenelements zur Verwendung in der Kartusche.
In F i g. 1 a ist eine Kartusche 10 für eine Getterpumpe dargestellt. Die Kartusche 10 weist einen oberen Ring
11 und einen unteren Ring 12 auf, zwischen denen ein
zylindrischer Gitterschirm 13 angeordnet ist. Innerhalb des Gitterschirms 13 sind mehrere Kartuschenelemente
angeordnet, von denen durch den ausgebrochenen Teil des Gitterschirms 13 in F i g. 1 a nur die Elemente 14 und
15 zu sehen sind. Auf dem Substrat dieser Kartuschenelemente ist sin nicht verdampfendes Gettermetall 16
angelagert. Der übrige Aufbau dieser Elemente wird weiter unten noch voilständig beschrieben.
Die in Fig. la dargei .eilte Kartusche 10 und der in
Fig. Ib dargestellte übrige Teil der Getterpumpe bilden
zusammen eine vollständige Getterpumpe. Fig. Ib zeigt einen Flansch 20 mit einem Stützring 21 zur
Aufnahme des unteren Rings 12 der Kartusche 10. Dei Flansch 20 trägt ferner ein stabförmiges Heizelement
22, das aus einem vom Flansch 20 getragenen Isoliermaterialstab 23 besteht um den ein elektrischer
Heizdraht 24 gewickelt ist Um die Getterpumpe in Betrieb zu setzen, wird die Kartusche nach unten
bewegt, bis der Ring 12 im Stützring 21 sitzt Diese Teile
ίο werden dann durch nicht dargestellte Mittel zusammengehalten.
Die ganze Getterpumpe wird dann in ein zu evakuierendes Gefäß eingesetzt und mit dem Flansch 20
gasdicht an diesem befestigt Durch den Heizdraht 24 wird ein Strom geleitet, so daß dieser Heizdraht Wärme
auf das Gettermetall 16 abstrahlt und folglich das Gettermetall erhitzt und aktiviert wird, so daß das
Gettermetall zur Gasabsorption fähig wird.
In Fig.2 ist der bereits beschriebene Winkel alpha
ersichtlich. F i g. 3 zeigt die Kurven der Pumpleistung
für drei verschiedene Gase in Abhängigkeit vom Winkel
alpha. Die Kurve 31 zeigt die .'umpleistung für
Stickstoff und man erkennt, daß die maximale Pumpleistung bei einem Winkel alpha von etwa 3°
auftritt. Die Kurve 32 zeigt die Pumpleistung für Wasserstoff und man erkennt, daß die Pumpleistung am
größten ist, wenn der Winkel alpha etwa 4° beträgt. Die Kurve 33 stellt die Pumpleistung für Kohlenmonoxyd
dar und zeigt, daß diese Pumpleistung bei einem Winkel alpha von etwa 6° am größten ist Aus den Kurven 31,32
und 33 erkennt man, daß die optimale Punipleistung im allgemeinen bei einem Winkel alpha von Γ bis 15° und
vorzugsweise von 2° bis 10° auftritt Wenn der Winkel alpha größer oder kleiner als diese Werte ist, nimmt die
Pumpleistung ganz erheblich ab.
jj in F i g. 4 ist. als Rohling ein beliebig langer, flacher
Streifen 40 dargestellt, der hin- und herfaltbar und zu einem Kartuschenelement 14 ringförmig biegbar ist.
Der Streifen 40 besteht aus rechteckigen Flächenteilen 41, 42, 43 und 44. Jeder dieser Flächenteile weist ein
Substrat 45 auf, das allen Flächenteilen gemeinsam ist. Der Mittelteil jedes Flächenteils 41 - 44 ist mit Partikeln
46, 47, 48 und 49 aus einem nicht verdampfenden Gettermetall beschichtet. Die Flächenteile 41-44
weisen einen ersten, nicht mit Gettermetal! beschich-
4-, teten Randstreifen 50 und einen zweiten, desgleichen
nicht mit Gettermetall beschichteten Randstreifen 51 auf, die beide über alle Flächenteile hinweg durchlaufen.
Die Randstreifen 50, 51 liegen an den Längskanten des Streifens 40. Die Flächenteile 41—44 sind mit den
-,ο beiden ihnen jeweils benachbarten Flächenteilen durch
faltbare Anschlüsse verbunden. So ist der Flächenteil 42 mit dem Flächenteil 41 durch Anschlüsse 52 und 53 ur.d
mit dem Flächenteil 43 durch Anschlüsse 54 und 55 verbunden. Die Anschlüsse 52,53, 54 und 55 werden von
,5 Schlitzen 56 und 57 gebildet, die sich quer über den
Streifen 40 und bis in die nicht mit Gettermetall beschichteten freien Randstreifen 50 und 51 erstrecken.
Auf diese Weise weist jeder der Anschlüsse 52 - 55 eine Schwächungslinie auf, um die die benachbarten
ho Flächenteilf! 41 und 43 ganz leicht gefaltet werden
können. Jeder Flächenteil mit ungerader Nummer ist mit zwei Erhebungen versehen. So weist der Flächentei!
41 zwei Erhebungen 58 und 59 und der Flächenteil 43 zwei Erhebungen 60 und 61 auf. Sämtliche Erhebungen
t,-, 58-61 ragen in J ie gleiche Richtung, d.h. beim
dargestellten Ausführungsbeispiel von der Unterlage 45 nach oben. Aus Fig. 5 ist erkennbar, daß alle
Erhebungen die gleiche Höhe h haben, d. h.
h\ = h: = Hn Außerdem haben die Erhebungen 58-61
alle den gleichen Abstand von der nächslliegenden Schwächungslinie, d. h. A = Ii = /„. Die mit geraden
Zahlen benannten Flächenteile können zwar auch mit Erhebungen versehen sein, bei der dargestellten,
bevorzugten Ausführungsform weisen diese mit geraden Zahlen benannten Flachenteile 42 und 44 jedoch
keine Erhebungen auf. damit nicht die Notwendigkeit besteht, sorgfältig für die genaue Ausrichtung dieser
Erhebungen aufeinander zu sorgen.
Die F i g. 6 und 7 zeigen eine bevorzugte Ausbildung der Erhebungen auf der Unterlage 45. Gemäß der
Darstellung besteht die Erhebung 59 aus einer Verformung der Metallunterlage 45 im Bereich des von
Gettermetall freien Randstreifens 51 des Flächenteils 41. Die Ausbildung gemäß F i g. 6 kann man sehr leicht
dadurch erreichen, daß man die Unterlage 45 in eine nicht dargestellte Preßform hineintreibt, deren Tiefe
gleich h\ ist. Die Erhebung 59 ist vorzugsweise in dem
von Gettermetall freien Randstreifen angeordnet, damit
bei dem Pressen oder Tiefziehen der Erhebung keine Gettermetallpartikel abgelöst werden. Gemäß der
Darstellung in F i g. 7 besteht die Erhebung 59 aus einem nach oben ansteigenden Abschnitt ο*, einem waagerecht
verlaufenden Abschnitt 63 mit einer waagerechten Oberseite 64 und einem nach unten ragenden Abschnitt
65. Die ebene Oberseite 64 liegt parallel zur Ebene der Unterlage 45 und liefert eine verhältnismäßig große
Berührungsfläche zwischen dieser Oberseite 64 und der Rückseite des benachbarten Flächenteils 42. wenn der
Streifen 40 hin- und hergefaltet wird
Die Fig. 8 und 9 zeigen andere bevorzugte Formen
der Erhebungen. Diese Figuren entsprechen der Darstellung in F i g. 7. Die in F i g. 8 dargestellte
Erhebung 67 weist eine abgerundete Oberseite 68 auf. Die in F i g. 9 dargestellte Erhebung 69 ist derart
ausgebildet, daß sie die Rückseite des benachbarten Flächenteils mit ihrer Kante 70 berührt. Die am meisten
bevorzugte Ausführungsform der Erhebung ist die in den F ι g. 6 und 7 dargestellte Erhebung 59; an zweiter
Stelle folgt die in F i g. 8 dargestellte Erhebung 67 und an letzter Stelle die in F i g. 9 dargestellte Erhebung 69.
F ig 10 zeigt, wie der Streifen 40 hin- und hergefaltet
und zur Bildung eines Kartuschenelements 14 kreisringförmig
gebogen wird. Man erkennt, daß die die Flächenteile verbindenden Anschlüsse, beispielsweise
die Anschlüsse 53 und 55, abwechselnd in entgegengesetzter
Richtung umgefaltet werden, um den Streifen 40 hin- und herzufalten, so daß die Erhebungen 59 und 61
den von Gettermetall freien Randstreifen 51 des nächstbenachbartei.. mit einer geraden Zahl benannten
Flächenteils 42 bzw. 44 berühren. Der Winkel alpha ist bestimmt durch die Höhe h der Erhebung und deren
Abstand / von der benachbarten Faltkante, wobei : im
wesentlichen gleich dem Tangens von alpha ist. Bei der bevorzugten Ausführiingsform ist der Anschluß 53
scharfkantig, so daß -. genau gleich dem Tangens von
alpha ist. In anderen Fällen, wo der Anschluß 53 einen bestimmten Krümmungsradius hat, weicht der Wert
τ etwas von dem Tangens von alpha ab. Der Fachmanr
ist ohne weiteres in der Lage, die Werte von h und /
derart zu bestimmen, daß der Krümmungsradius im Anschluß 53 berücksichtigt wird, so daß der Wert alpha
innerhalb der oben angegebenen Grenzen bleibt. Nachdem der Streifen 40 hin- und hergefaltei worden
ist. wird er entlang den Kreisen 73 und 74 zu einem Kreisring gebogen, so daß ein Kartuschenelement 14
entsteht, das in der in Fig. 2 dargestellten Kartusche
Fig; '-«
Λ
til»
Innenseite des Kartuschenelements sich öffnende Winkel beta ist nicht kritisch und kann irgendeinen
Wert von Null aufwärts haben.
Im Rahmen der beschriebenen Ausführungen ist irgendein nicht verdampfendes Gettermetall verwendbar.
Als nicht verdampfendes Gettermetall bezeichne! man Metalle, die Gase absorbieren und deren Gasdruck
bei 10000C geringer als 10-* Torr ist Beispiele für
geeignete Gettermetalle sind unter anderem Niob Tantal, Vanadium, Zirkon, Titan, Gemische und
Legierungen dieser Metalle und mit anderen Metallen wie etwa Aluminium, die die Absorptionsfähigkeit
dieser Metalle nicht wesentlich verringern. Das bevorzugte Gettermetall ist eine Legierung aus 1 bis 40
Gew. %, vorzugsweise 13 bis 18 Gew.-% Aluminium Rest Zirkon. Eine im Handel erhältliche bevorzugte
spezifische Legierung besteht aus 16% Aluminium und 84% Zirkon. Das fein zerteilte Gettermetall kann sehr
unterschiedliche Partikelgrößen haben, so daß es durcl· ein Standardsieb mit etwa 4 Maschen pro cm unc
vorzugsweise durch ein Sieb mit etwa 40 Maschen prc cm durchgeht und auf einem Sieb mit etwa 240 Mascher
pro cm festgehalten wird.
Das Substrat 45 kann aus irgeneinem Metall bestehen vorzugsweise besteht es jedoch aus einem Metall, das
weicher ist als das Gettermetall. Geeignete Metalle füi das Substrat sind unter anderem Eisen und rostfreie!
Stahl.
Die Kartuschen kann man in Getterpumpen mit odei
ohne Hkzeschirmen benutzen. Gemäß einer anderer Ausführungsform kann das Heizelement 22 entfaller
und statt dessen eine Unterlage 45 mit hotijrT elektrischem Widerstand benutzt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Kartusche für eine Getterpumpe, bestehend aus wenigstens einem Kartuschenelement mit wenigstens
einem hin- und hergefalteten Trägerstreifen, auf dem ein nicht verdampfendes Gettermetall
aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Flächenteile (41-44) des Trägerstreifens
(40) durch Abstandshalter (58—61) zwisehen diesen Flächenteilen unter einem bestimmten
Winkel (alpha) zueinander gehalten sind.
2. Kartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Winkel (alpha) zwischen zur
Kai tuschenaußenseite sich öffnenden Flächenteilen (41-44) durch die Abstandshalter (58-61) auf
einem konstanten Wert gehalten ist
3. Kartusche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Winkel (alpha) 1° bis 15°
und vorzugsweise 2° bis 10° beträgt
4. Kartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Abstandshalter
(58-61) aus wenigstens einer an einem der Flächenteile (41 -44) angebrachten Erhebung bestehen.
5. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter
(58—61) in einem von Gettermetall freien Randstreifen (50, 51) des Trägerstreifens (40)
angeordnet sind. ω
6. Kartusche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem zweiten ^lächenteil (41, 43)
des Trägerstreifens (40) in Seiden längsverlaufenden Randstreifen (50, 51) je ein Absta:· tshalter (58-61)
angeordnet ist. J5
7. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter
(58-61) aus dem Trägerstreifen (40) einstückig ausgeformt sind.
8. Kartusche nach einem der vorangehenden
gekennzeichnet, daß die des Trägerstreifens (40)
Ansprüche, dadurch
Flächenteile (41-44)
rechteckig sind.
Flächenteile (41-44)
rechteckig sind.
9. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flächenteile (41-44) des Trägerstreifens (40) entlang einer Faltlinie mit geschwächtem Querschnitt
miteinander verbunden sind.
10. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe
(h)der als Erhebungen ausgebildeten Abstandshalter
(58 — 61) dividiert durch den Abstand (I) der Erhebungen von der jeweils benachbarten Faltlinie
des Trägerstreifens (40) gleich dem Tangens des bestimmten Winkels (alpha) ist.
11. Kartusche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen (h) der als
Erhebungen ausgebildeten Abstandshalter (58-61) und die Abstände ^gleich sind.
12. Kartusche nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstreifen (40) aus einem metallischen Substrat
(45) besteht und daß das Gettermetall (46-49) in Form von Partikeln aufgebracht ist.
13. Kartusche nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (45) aus einem
Material mit hohem elektrischem Widerstand besteht.
14. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gettermetall (48—49) aus einer Legierung von 13% bis 18% Aluminium in Zirkon besteht
15. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hin-
und hergefaltete Trägerstreifen (40) zu einem Ring gebogen ist
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