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Kondensations- oder Diffusionspumpe mit ringförmigem Strahl Die Erfindung
bezieht sich auf Kondensationsvakuumpumpen und bezweckt, an solchen Pumpen Verbesserungen
vorzusehen, durch die sie für den Betrieb mit anderen Betriebsmitteln als mit Quecksilber
geeigneter gemacht werden.
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Es ist bekannt, daß manche derartige in Gebrauch befindliche Kondensationspumpen
mit Quecksilber als Betriebsmittel mit anderen Betriebsmitteln als Quecksilber betrieben
werden können und daß bei ihrer Verwendung als Vakuumpumpen ihre Leistung durch
richtige Wahl des Betriebsmittels (z. B. Destillate, die durch fraktionierte Destillation
von Mineralöl im Hochvakuum gewonnen worden sind) verbessert werden kann. Welches
auch das Betriebsmittel sein mag, sein Dampf wird immer von der Pumpe zu dem zu
evakuierenden System fließen, bis sein Druck in dem System annähernd gleich dem
Sättigungsdruck des Betriebsmitteldampfes bei der Temperatur des kältesten Teils
der Pumpe oder des kalten Verdichtungsraumes ist, sofern ein solcher Verdichtungsraum,
der beispielsweise mit flüssiger Luft gekühlt wird, zwischen der Pumpe und dem zu
evakuierenden System vorhanden ist. Für den Fall, daß kein Verdichtungsraum verwendet
und Quecksilber als Betriebsmittel benutzt und die Pumpe mit Wasser.gekühlt wird,
wird in dem zu evakuierenden System Quecksilberdampf unter einem Druck von ungefähr
o,ooz mm vorhanden sein. Wenn indessen entsprechend vorbehandeltes Öl als Betriebsmittel
benutzt wird, wird in dem zu evakuierenden System Öldampf von bedeutend niedrigerem
Druck vorhanden seirl-(ro-s mm öder ro-7 mm). Obgleich die Arbeitsweise einer gewöhnlichenKondensationspumpe
auf diese Art verbessert werden kann, enthält diese Verbesserung in anderer Beziehung
eine Betriebsverschlechterung, weil bei solchen Pumpen die Wärmeverluste in dem
Dämpfrohr und in den Stäben, die die Haube tragen, durch Kondensation des Betriebsmitteldampfes
ausgeglichen werden müssen. Da das. verwendete Betriebsmittel nicht über eine bestimmte
Temperatur hinaus erhitzt werden kann, ohne eine thermische Zersetzung zu erleiden,
ist es gerade nur möglich, das Betriebsmittel schnell genug für den Teil des Dampfes
zu verdampfen, der nicht an .dem aufwärts führenden Rohr und der Haube.kondensiert
wird, um einen genü= gend dichten Strom zu bilden, der eine pumpende Wirkung hervorruft.
Die . Dampf= menge, dte @ an dem aufwärts führenden Rohr und der -Haube kondensiert
wird, ist größer als bei Verwendung von Quecksilber als B'e= triebsmittef.. Bei.
Verwendung .von 01 ergibt sich diese Wirkung durch die höhere Temperatur,
-die zur Verdampfung des Öles nötig
ist. Bei manchen Ausführungen
von Kon--densationspumpen, die mit Quecksilber .sehr gut arbeiten, erfolgt bei Verwendung
von 01
kein Pumpen, bis die Pumpe so stark erhitzt wird, daß sich das C51
zersetzt und Gase erzeugt werden, so daß die Pumpe nutzlos ist.
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Ein Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten
Kondensationspumpe, bei der die Wärmeverluste durch das aufwärts führende Rohr und
die Haube so niedrig wie möglich gemacht werden und bei der diese Wärmeverluste
nicht durch Kondensation des Betriebsmitteldampfes ersetzt werden, sondern durch
Herleitung von dem heißen Unterteil der Pumpe, so daß, wenn Betriebsmittel verwendet
werden, die bei einem höheren als einem bestimmten Druck nicht ohne Zersetzung verdampft
werden können, ein möglichst starker Dampfstrom erzeugt wird.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Dampfrohr
und die es überdeckende Haube von den erhitzten Teilen der Pumpe durch Metallteile
mit guter Wärmeleitfähigkeit unmittelbar getragen werden, während die beispielsweise
aus baulichen Gründen notwendigen Verbindungsteile des Dampfrohres oder der Haube
mit den kühleren Teilen der Pumpe nur geringe Wärmeleitfähigkeit haben. Ferner wird
die Haube in ihrer Stellung über dem oberen Ende des Dampfrohres durch einen Metallstab
gehalten, der zur Zentrierung des Dampfrohres einen - oder mehrere Abstandhalter
aus Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit trägt. Der Abstandhalter kann vorzugsweise
mit dünnen Armen versehen sein, die den Pumpenkörper nur in Punkten berühren.
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Die Pumpe nach der Erfindung kann gegen einen so hohen Vakuumdruck
arbeiten, wie es bei dem gegebenen Betriebesmittel möglich ist.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, eine Pumpe zu schaffen, die
bessere Eigenschaften besitzt, um selbst Stoffe auszuscheiden und in das Vorvakuum
zu führen, die sich in Form von Unreinigkeiten in ihrem Betriebsmittel befinden
und die in dem Betriebsmittel durch thermische Zersetzung oder durch Eindringen
einer elektrischen Entladung in das Betriebsmittel oder in seinen Dampf hervorgerufen
werden, oder die aus dem zu evakuierenden System. in die Pumpe eindringen oder aus
irgendeinem anderen Grunde vorhanden sind. Diese Stoffe haben eine größere Flüchtigkeit
als das Betriebsmittel, aber sie sind bei Zimmertemperatur und bei dem in dem Vorvakuum
vorhandenen Druck nicht notwendigerweise gasförmig.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Ein Pumpenrohr i, das an seinem unteren Ende geschlossen und an seinem
oberen Teil durch einen Wasserkühlmantel gekühlt ist, ist mit einem Dampfrohr 2
versehen, das auf dem Boden des Pumpenrohres i ruht und nahe dem Böden durch eine
Anzahl Vorsprünge 3 zentriert ist. Ein Mittelstab 4 trägt eine Haube 6 und zentriert
das aufwärts gerichtete Rohr in seinem oberen Teil durch einen Abstandhalter 5.
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Oberhalb der Haube 6 wird der Stab 4 durch einen Abstandhalter 7 zentriert.
Das Dampfrohr 2 besteht aus einem Stoff hoher Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise aus
Kupfer, ebenso der Mittelstab 4, der beispielsweise durch Schweißen oder Löten in
guter thermischer Verbindung an dem Unterteil des Pumpenrohres i befestigt ist.
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Der Abstandhalter 7 besteht aus einem Stoff geringer Leitfähigkeit,
beispielsweise aus Stahl oder Porzellan. Aus welchem Stoff dieser Abstandhalter
auch hergestellt sein mag, seine Arme sind so dünn, wie dies mit Rücksicht auf die
geringe mechanische Beanspruchung möglich ist, die zum Zentrieren des Stabes 4 nötig
ist, und die Enden der Arme sind vorzugsweise zugespitzt.
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Der Abstandhalter 7 kann auf den Stab 4 aufgeschraubt sein, so daß
der Abstandhalter, die Haube und das Dampfrohr zum Zwecke der Reinigung entfernt
werden können.
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Eine kurze Strecke unterhalb des Wasserkühlmantels i i ist das Vorvakuumrohr
8 angebracht. Während des Betriebs der Pumpe können der Teil des Pumpenrohres i,
der in der gleichen Höhe wie das Vorvakuumrohr 8 liegt, und -das Rohr 8- selbst
infolge der Wärmeleitung von dem Unterteil her Temperaturen erreichen, die erheblich
über der Raumtemperatur liegen, beispielsweise 5o bis ioo° C. --Auf diese Weise
sind Unreinigkeiten in dem Betriebsmittel, die bei irgendeiner Temperatur einen
Dampfdruck, beispielsweise gleich dem des Quecksilbers bei der gleichen Temperatur
haben, in dem Vorvakuuinrohr gasförmig und werden nichtkondensiert, wenn der Druck
(in dem gewählten Beispiel) etwa 1f4 mm nicht überschreitet. Das Vorvakuumrohr 8
kann vorzugsweise mittels einer eingeschliffenen Metallverbindung, die durch Öl
abgedichtet sein kann, mit einem Rohr verbunden sein, das nach unten gekrümmt ist,
so daß" Stoffe, die sich in dem Vorvakuumrohr an dem Punkt niederschlagen, wo es
auf etwa 50° C abgekühlt ist, nicht in die Pumpe zurückgelangen; gewünschtenfalls
kann dem Vorvakuumrohr 8 zuerst eine aufwärts und dann eine abwärts gehende Richtung
gegeben werden. Da das Betriebsmittel, für das die Pumpe gebaut ist, bei irgendeiner
Temperatur einen Dampfdruck
der Größenordnung desjenigen des Quecksilbers
bei einer um ioo° C niedrigeren Temperatur hat, so ist es möglich, daß die Höhe
des Betriebsmittelverlustes im Vorvakuumrohr unten außerordentlich klein ist, obwohl
das Vorvakuumrohr bei 5o oder ioo° C arbeitet. Die Höhe des Verlustes durch Unreinigkeiten
mit dem gleichen Flüchtigkeitsgrad, wie Quecksilber, ist andererseits hoch, selbst
wenn der Vorvakuumdruck groß genug ist, um sie in dem Vorvakuum bei Zimmertemperatur
zu verflüssigen.
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Während des Betriebes der Pumpe steigt außerhalb des Dampfrohres 2
ein Dampfstrom nach oben, und die Prallplatten i2 haben den Zweck, zu verhindern,
daß dieserDampfstrom über das Vorvakuum hinaus nach oben strömt und so eine entgegengesetzte
Pumparbeit ausführt.
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Der Teil des Pumpenrohres, der in der Nähe der Prallplatten liegt,
kann dünnwandig sein, um eine übermäßige Wärmeableitung zu verhindern. In der Nähe
des Vorvakuumrohres soll möglichst eine solche Temperatur herrschen, daß Unreinigkeiten,
die flüchtiger als das Betriebsmittel sind, einen erheblichen Sättigungsdruck haben,
der jedoch nicht so hoch sein darf, daß der Verlust an Betriebsmittel vom Vorvakuumrohr
abwärts übermäßig groß wird. Im folgenden werden einige Zahlen beispielsweise angegeben,
um die Größenordnung der Temperatur anzugeben, auf welche die verschiedenen Teile
des Pumpenrohres bei einer Pumpe gebracht werden können, die gegen ein Vorvakuum
von o,75 mm arbeiten kann.
| Bei Höhe 13 ..... 5o bis ioo° C, |
| bei Höhe 1q. ..... i5o bis 2oo° C, |
| bei Höhe 15 ..... 25o bis 300° C. |
Die Größe des Betriebsmittelverlustes kann selbst bei Verwendung von Vorvakuumdrükken
von annähernd o,ooi mm vernachlässigt werden, wenn ein Betriebsmittel mit einem
Dampfdruck benutzt wird, der genügend niedrig ist, um beispielsweise Glühkathodenröhren
ohne Benutzung künstlicher Kühlmittel auszupumpen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Pumpe nach der Erfindung
werden zwei Pumpen mit organischen Betriebsmitteln in Kaskade geschaltet. Die eine
Pumpe ist so ausgeführt, daß sie gegen den höchstmöglichenRückdruck mit den gegebenen
Betriebsmitteln arbeitet, während dieHauptpumpe für die höchstmögliche Geschwindigkeit
gebaut ist und nur gegen einen ganz geringen Rückdruck zu arbeiten braucht. Die
Gefahr der Überhitzung und Zersetzung des Betriebsmittels in derHauptpumpe ist auf
dieseWeise sehr gering, während die Folgen einer geringfügigen Zersetzung in der
Rückkondensationspumpe nicht erhebliche sind. Die Rückkondensationspumpe kann gewünschtenfalls
mit einem flüchtigeren Betriebsmittel betrieben werden. Der Gebrauch von zwei getrennten
Pumpen hat den Vorteil, daß ein Hahn zwischen die beiden Pumpen eingesetzt werden
kann, so daß der Hochvakuumteil unter einem viel kleineren Druck abgeschlossen werden
kann, als es bei Verwendung einer einzelnen Pumpe möglich wäre, sofern, wie dies
gewöhnlich der Fall ist, wegen der unvermeidlichen Verringerung der Pumpgeschwindigkeit
kein Hahn zwischen der Hochvakuumpumpe und dem zu evakuierenden System angeordnet
werden kann.