DE2640781B2 - Ion getter pump - Google Patents
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- DE2640781B2 DE2640781B2 DE19762640781 DE2640781A DE2640781B2 DE 2640781 B2 DE2640781 B2 DE 2640781B2 DE 19762640781 DE19762640781 DE 19762640781 DE 2640781 A DE2640781 A DE 2640781A DE 2640781 B2 DE2640781 B2 DE 2640781B2
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Description
2525th
Die Erfindung betrifft eine Ionengetterpumpe nach dem Penningprinzip mit einem zwischen Magnetpolen angeordneten, Anoden und Kathoden umschließenden Pumpengehäuse, wobei die Kathoden mit der Wand des Pumpengehäuses wärmeleitend verbunden sind und an der Außenseite des Pumpengehäuses außerhalb der von den Magnetpolen abgedeckten Flächen eine Kühlvorrichtung zum Abführen der Anoden- und Kathodenwärme angebracht ist.The invention relates to an ion getter pump based on the Penning principle with one between magnetic poles arranged, anodes and cathodes enclosing pump housing, the cathodes with the wall of the Pump housing are connected in a thermally conductive manner and on the outside of the pump housing outside of the The surfaces covered by the magnetic poles have a cooling device to dissipate the anode and cathode heat is appropriate.
Es ist bekannt (Preprint No. 280, 1969, Institute of Nuclear Physics, Siberian Section, Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk), eine wassergekühlte massive Kupferanode zu verwenden. Eine derartige Anodenkühlung ist jedoch nur unter erheblichen Schwierigkeiten realisierbar, weil die Anode von Ionenzerstäuberpumpen gegen das Pumpengehäuse an einer Hochspannung von mindestens 5 kV liegt. Dieser erhebliche konstruktive Aufwand führt außerdem nicht zu einer wesentlichen Verbesserung des Pumpverhaltens bei höherem Druck, da ein großer Teil der zu vermeidenden Gasdesorption an den Kathoden entsteht.It is known (Preprint No. 280, 1969, Institute of Nuclear Physics, Siberian Section, Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk) to use a water-cooled solid copper anode. Such an anode cooling can only be implemented with considerable difficulty, however, because the anode of ion atomizer pumps a high voltage of at least 5 kV against the pump housing. This substantial In addition, design effort does not lead to a significant improvement in the pumping behavior higher pressure, since a large part of the gas desorption to be avoided occurs on the cathodes.
Bei einer anderen bekannten Ionenzerstäuberpumpe (J.VaaSci.Technol, Vol. 13, No. 1, 1976, Seiten 498—502) ist auf die kreisrunden Kathoden ein Rohrsystem zum Durchleiten eines Kühlmittels aufgelötet Die Kathoden sind über ein Flanschsystem an das Pumpengehäuse angeschlossen. Diese komplizierte und aufwendige Konstruktion ist wegen der bei Flanschsystemen auftretenden Dichtheitsprobleme nur an kleinen Pumpen mit kreisförmigem Querschnitt anwendbar und bedingt eine Verminderung der Ausnutzung des zur Verfügung stehenden, das Saugvermögen der Pumpe bestimmenden vom Magnetfeld erfüllten Raumes, da dort auch die Kühleinrichtungen der Kathoden untergebracht werden müssen. Außerdem ist die zur Regenerie- bo rung erforderliche Ausheizung der Pumpe nur über eine aufwendige Ausheizvorrichtung bei erhöhter Gefahr des Auftretens von Lecks an dem Kathodenflanschsystem möglich. Ein weiterer Nachteil dieser Ionenzerstäuberpumpe besteht darin, daß die Anode über im <Τ) Zerstäubungsraum angeordnete Isolatoren an das Pumpengehäuse angeschlossen ist, so daß eine erhöhte Kurzschlußgefahr durch Bedampfung der Isolatoren mit Titan beim Betrieb in Bereichen höherer Drücke bestehtIn another known ion atomizer pump (J.VaaSci.Technol, Vol. 13, No. 1, 1976, pages 498-502) a pipe system for the passage of a coolant is soldered onto the circular cathode The cathodes are connected to the pump housing via a flange system. This complicated and Because of the tightness problems that occur with flange systems, expensive construction is only possible with small ones Pumps with a circular cross-section applicable and requires a reduction in the utilization of the for Available space filled by the magnetic field, which determines the pumping speed of the pump, there the cooling devices for the cathodes must also be accommodated there. In addition, the regeneration bo tion required bake-out of the pump only with an expensive bake-out device in the case of increased risk the occurrence of leaks in the cathode flange system is possible. Another disadvantage of this ion atomizer pump consists in the fact that the anode over im <Τ) Sputtering chamber arranged insulators is connected to the pump housing, so that an increased Danger of short circuits due to the vaporization of the insulators with titanium when operating in areas with higher pressures consists
Es ist auch eine Ionenzerstäuberpumpe bekannt (DE-OS 23 05 505), bei der die Titankathoden durch Sprengplattierung auf das aus Edelstahl bestehende Pumpengehäuse aufgebracht sind. Da die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl sehr niedrig ist, reicht eine einfache Wasserkühlung des Pumpengehäuses über außerhalb des Magnetspaltes angeordnete Kühlrohre nicht aus, um die Kathoden während des Betriebes bei hohem Druck auf der erforderlichen niedrigen Temperatur zu halten. Deshalb wurde auch die Wärmeleitfähigkeit des Pumpengehäuses im Bereich der Kathoden durch eine zusätzliche gut wärmeleitende Platte an der Außenseite des Pumpengehäuses und innerhalb des nutzbaren Magnetraumes weiter verbessert Die Nachteile dieser Anordnung bestehen insbesondere darin, daß neben der nur schwer realisierbaren und teuren beiderseitigen Sprengplattierung des Edelstahl-Pumpengehäuses mit zwei verschiedenen Metallen wie Titan und Kupfer die Dicke des wärmeleitenden Bleches eine Verkleinerung des zur Verfügung stehenden Magnetraumes verursacht, und daß die zur Regenerierung erforderliche Ausheizung eine aufwendige Ausheizvorrichtung erfordert, weil das wärmeleitende Blech nicht auf der gesamten Außenfläche des Pumpengehäuses angebracht werden kann.There is also an ion atomizer pump known (DE-OS 23 05 505), in which the titanium cathodes through Explosion plating are applied to the stainless steel pump housing. Because the thermal conductivity of stainless steel is very low, a simple water cooling of the pump housing is sufficient Cooling tubes arranged outside the magnetic gap do not prevent the cathodes during operation high pressure to maintain the required low temperature. Therefore also the thermal conductivity of the pump housing in the area of the cathodes by an additional, highly thermally conductive plate on the Outside of the pump housing and inside the usable magnet space further improved The disadvantages This arrangement consists in particular in the fact that in addition to the difficult to implement and expensive Two-sided explosive plating of the stainless steel pump housing with two different metals such as titanium and copper, the thickness of the heat-conducting sheet, a reduction in the available magnet space caused, and that the bake-out required for regeneration requires an expensive bake-out device requires, because the heat-conducting sheet is not on the entire outer surface of the pump housing can be attached.
Bei einer anderen bekannten (DE-AS 14 14 572) Ionengetterpumpe sind die Kathoden größer als die Fläche der Anodenanordnung und an ihrem Rand an der der Anode zugewandten Seite mit einen Kühlrohr wärmeleitend verbunden. Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, daß für den Wärmetransport bis zu dem Kühlrohr nur die schlecht wärmeleitende Titan-Kathode selbst zur Verfügung steht, und daß das Kühlrohr mit seiner Zu- und Ableitung die Wand des Pumpengehäuses über eine vakuumdichte Durchführung durchdringen muß.In another known (DE-AS 14 14 572) ion getter pump, the cathodes are larger than that Surface of the anode arrangement and at its edge on the side facing the anode with a cooling tube thermally connected. The disadvantage of this device is that for the heat transport up to the Cooling tube only the poorly thermally conductive titanium cathode itself is available, and that the cooling tube with its inlet and outlet penetrate the wall of the pump housing via a vacuum-tight passage got to.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abführen der Kathodenwärme an Ionengetterpumpen zu verbessern, deren Kathoden durch ein Kühlsystem außerhalb des Pumpengehäuses gekühlt werden.The object of the invention is to dissipate the cathode heat at ion getter pumps to improve, the cathodes of which are cooled by a cooling system outside the pump housing.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Pumpengehäuse ganz oder teilweise aus einem Werkstoff mindestens der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,5 J/cm · s · /Cbesteht.This object is achieved according to the invention in that the pump housing is wholly or partially made of a material with at least thermal conductivity λ = 0.5 J / cm · s · / C.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Kathodenwärme mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel leicht abgeführt werden kann, ohne daß der vom Magnetfeld erfüllte Raum durch den Einbau zusätzlicher Konstruktionselemente belastet werden müßte. Dadurch werden niedrige Betriebstemperaturen erreicht und bei relativ hohen Betriebsdrücken von 5 · ΙΟ-3 mbar auch im Langzeitbetrieb sehr hohe Gasdurchsätze realisiert. Bei Verwendung insbesondere von Aluminium oder Al-Legierung als Pumpengehäuse ergibt sich neben der Herabsetzung des Gewichtes eine einfache Fertigung des Pumpengehäuses verbunden mit einer Reduzierung der Fertigungskosten. Der durch die Erfindung vorgeschlagene Aufbau der Ionengetterpumpe unterliegt keiner konstruktiven Begrenzung bei der Dimensionierung von Pumpen mit beliebigem Saugvermögen, das Ausheizen kann z. B., mit Hilfe handelsüblicher Heizpatronen erfolgen.The advantages achieved by the invention are in particular that the cathode heat can be easily dissipated with a liquid or gaseous coolant without the space filled by the magnetic field having to be burdened by the installation of additional structural elements. As a result, low operating temperatures are achieved and, at relatively high operating pressures of 5 · ΙΟ -3 mbar, very high gas throughputs are achieved even in long-term operation. When using, in particular, aluminum or Al alloy as the pump housing, in addition to the reduction in weight, the pump housing is easy to manufacture, combined with a reduction in manufacturing costs. The construction of the ion getter pump proposed by the invention is not subject to any structural limitation in the dimensioning of pumps with any pumping speed. B., with the help of commercially available heating cartridges.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows
Fig. 1 Schnitt Λ-ÄderlonengetterpumpeFig. 1 section Λ-aderlonen getter pump
F ig. 2 Schnitt C-D. Fig. 2 cut CD.
Teilschnitte der lonengetterpumpe sind in F i g. 1 und Fig.2 dargestellt Das Pumpengehäuse 1 wird im wesentlichen gebildet aus zwei ebenen rechteckigen d Grundplatten 2 und zwei L-förmigen Seitenwandelementen 3 und besteht aus der Aluminiumlegierung AlMgSiO, 5.Partial sections of the ion getter pump are shown in FIG. 1 and Fig.2 shown. The pump housing 1 is essentially formed from two flat rectangular d Base plates 2 and two L-shaped side wall elements 3 and consists of the aluminum alloy AlMgSiO, 5.
Auf jede der Grundplatten 2 "ist nach Reinigung mit einer geeigneten Beize eine Kathode 4 aus Titan to aufgebracht und zwischen Grundplatte 2 und Kathode 4 durch Sprengplattierung eine feste, wärmeleitende Verbindung hergestellt Die Elemente 2, 3 des Pumpengehäuses 1 sind durch eine Schweißverbindung 5 vakuumdicht miteinander verbunden. An zwei einander gegenüberliegenden Seitenwandelementen 3 sind durch Schweißverbindungen 6, 7 Rohrstücke 8, 9 aus einem dem Pumpengehäuse 1 gleichen oder entsprechenden Werkstoff angeschlossen. Das Rohrstück 8 kann z. B. mit einem Pumpflanscn 10 oder auch direkt mit einer Rohrleitung aus Edelstahl über eine Aluminium und Edelstahl hochvakuumdicht verbindende Schweißnaht 11 verbunden werden. An das Rohrstück 9 ist über eine entsprechende Schweißverbindung 12 eine Hochspannungsdurchführung 13 r> angeschlossen.After cleaning with a suitable stain, a cathode 4 made of titanium is on each of the base plates 2 ″ applied and between the base plate 2 and cathode 4 by explosive plating a solid, thermally conductive Connection made The elements 2, 3 of the pump housing 1 are welded together 5 connected to one another in a vacuum-tight manner. On two opposite side wall elements 3 are by welded connections 6, 7 pipe sections 8, 9 from one of the pump housing 1 or the same corresponding material connected. The pipe section 8 can, for. B. with a Pump Flanscn 10 or directly with a pipe made of stainless steel via a high vacuum-tight connecting aluminum and stainless steel Weld 11 are connected. To the pipe section 9 is a corresponding welded connection 12 a high-voltage bushing 13 r> connected.
Das Pumpengehäuse 1 umschließt eine zwischen den Kathoden 4 angeordnete Anode 14, die aus einer dichten Packung von Anodenzellen 15 bildenden Rohrelementen aus Edelstahl besteht Die Anodenzellen μ 15 sind durch Punktschweißen so miteinander verbunden, daß deren Achsen 16 zueinander parallel verlaufen. Ein Anodenrahmen 17 aus Edelstahl umschließt die Anodenzellen 15. Der Anodenrahmen 17, der die Anodenzellen 15 fest miteinander verbindet, ist an jt seiner der Hochspannungsdurchführung 13 zugewandten Seite mit einer Bohrung versehen.The pump housing 1 encloses an anode 14, which is arranged between the cathodes 4 and consists of a dense packing of tubular elements made of stainless steel forming anode cells 15. The anode cells μ 15 are connected to one another by spot welding so that their axes 16 run parallel to one another. An anode frame 17 made of stainless steel encloses the anode cells 15. The anode frame 17, which firmly connects the anode cells 15 to one another, is provided with a bore on its side facing the high-voltage bushing 13.
Der Durchführungsbolzen 18 der Hochspannungsdurchführung 13 ist durch einen angeschweißten Gewindebolzen 19 aus Edelstahl verlängert, der von der Bohrung des Anodenrahmens 17 aufgenommen und dort in einer vorbestimmten Lage mit Muttern justiert und/oder verschweißt wird.The lead-through bolt 18 of the high-voltage bushing 13 is welded on by a Threaded bolt 19 made of stainless steel extended, which was taken from the bore of the anode frame 17 and there is adjusted and / or welded in a predetermined position with nuts.
Die Kühlung des Pumpengehäuses 1, an das die Kathoden 4 die dort erzeugte Wärme und die durch ·»■> Strahlung von der Anode 14 aufgenommene Wärme durch Wärmeleitung abführt, erfolgt durch Kühlrohre 20, die außerhalb der von den Magnetpolen 21 abgedeckten Fläche auf der Außenseite des Pumpengehäuses 1 angeordnet und mit diesem durch Lötung oder Schweißung wärmeleitend verbunden sind.The cooling of the pump housing 1, to which the cathodes 4 receive the heat generated there and the through · »■> Radiation from the anode 14 dissipates heat absorbed by conduction, takes place through cooling tubes 20, the outside of the area covered by the magnetic poles 21 on the outside of the pump housing 1 and are connected to this in a thermally conductive manner by soldering or welding.
An den Seitenwandelementen 3 des Pumpengehäuses 1 sind rohrförmige Halterungen 22 aus AlMgSiO. 5 angeschweißt, die an ihren Außenseiten mit Gewindelöchern 23 versehen sind.On the side wall elements 3 of the pump housing 1 are tubular brackets 22 made of AlMgSiO. 5 welded, which are provided with threaded holes 23 on their outer sides.
In die Halterungen 22 werden handelsübliche elektrische Heizpatronen 24 eingesetzt und mit Schrauben 25 festgehalten. Mit den Heizpatronen 24 kann zur Regenerierung die Ionenzerstäuberpumpe und insbesondere deren Elektroden 4, 14 auf die zum Ausheizen erforderliche Temperatur gebracht werden.Commercially available electrical heating cartridges 24 are inserted into the holders 22 and with Screws 25 held. With the heating cartridges 24, the ion atomizer pump and in particular the electrodes 4, 14 thereof are brought to the temperature required for heating.
Die Kurzschlußfestigkeit der Ionenzerstäuberpumpe wird zusätzlich dadurch erhöht, daß die Anoue 14 nur an einem Punkt über den verlängerten Durchführungsbolzen 18 der Hochspannungsdurchführung 13 gehalten ist Der einzige Isolator der Hochspannungsdurchführung 13 liegt außerhalb des Anodenraumes und wird von dem Dampf des Kathodenmaterials nicht erreicht Ferner ist der Abstand zwischen Anode 14 und Kathoden 4 größer als die Distanz zwischen dem Durchführungsbolzen 18 und dem Rohrstutzen 9 der Hochspannungsdurchführung 13, so daß auch eine beim Starten der Pumpe auftretende Glimmentladung nur im Anodenraum und nicht im Gehäuse der Durchführung stattfinden kann.The short-circuit strength of the ion atomizer pump is additionally increased by the fact that the Anoue 14 only on a point above the elongated bushing bolt 18 of the high-voltage bushing 13 is held The only insulator of the high-voltage bushing 13 is located outside the anode space and is of the Vapor of the cathode material not reached. Furthermore, the distance between anode 14 and cathode 4 is greater than the distance between the bushing bolt 18 and the pipe socket 9 of the high-voltage bushing 13, so that a glow discharge occurring when starting the pump only in the anode compartment and cannot take place in the housing of the implementation.
Es ist auch möglich, zum Kühlen anstelle der Kühlrohre 20 oder auch zusätzlich zu diesen am Pumpengehäuse 1 und außerhalb des Bereiches der Magnetpole 21 Kühlrippen anzubringen und die Wärme durch einen natürlichen oder durch einen Ventilator bewegten Luftstrom abzuführen.It is also possible for cooling instead of the cooling tubes 20 or in addition to these on Pump housing 1 and outside the area of the magnetic poles 21 to attach cooling fins and the heat evacuated by a natural or ventilated air flow.
Eine Seitenansicht der Ionenzerstäuberpumpe ist teilweise geschnitten in F i g. 2 dargestellt welche die Zuordnung der Magnetpole 21 zu den Kathoden 4, der Anode 14 und die Anordnung der Kühlrohre 20 verdeutlichtA side view of the atomizing ion pump is partially sectioned in FIG. 2 illustrated which the Assignment of the magnetic poles 21 to the cathodes 4, the anode 14 and the arrangement of the cooling tubes 20 made clear
Prototypen entsprechend dem Ausführungsbeispie! mit Titan-Kathoden, sprengplattiert verbunden mit dem Aluminium-Gehäuse und solche mit Aluminium als Kathodenwerkstoff und Verwendung der Gehäusewand als Kathode, sind eingehend getestet worden. Beide Pumpentypen konnten bis 5-10-3mbar betrieben werden.Prototypes according to the example! with titanium cathodes, explosion-plated connected to the aluminum housing and those with aluminum as the cathode material and use of the housing wall as the cathode, have been tested in detail. Both types of pumps could be operated mbar to 5-10- third
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (3)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19762640781 DE2640781C3 (en) | 1976-09-10 | 1976-09-10 | ion getter pump |
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| DE19762640781 DE2640781C3 (en) | 1976-09-10 | 1976-09-10 | ion getter pump |
Publications (3)
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|---|---|
| DE2640781A1 DE2640781A1 (en) | 1978-03-16 |
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| DE2640781C3 DE2640781C3 (en) | 1979-08-23 |
Family
ID=5987626
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3343191A1 (en) * | 1982-12-28 | 1984-07-05 | Ishimaru, Hajime, Sakura, Ibaraki | ION PUMP |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19959210C2 (en) * | 1999-12-08 | 2003-07-10 | Max Planck Gesellschaft | Ion getter pump and method for its activation |
-
1976
- 1976-09-10 DE DE19762640781 patent/DE2640781C3/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3343191A1 (en) * | 1982-12-28 | 1984-07-05 | Ishimaru, Hajime, Sakura, Ibaraki | ION PUMP |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE2640781A1 (en) | 1978-03-16 |
| DE2640781C3 (en) | 1979-08-23 |
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