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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Vakuumpumpen der als Diffusionspumpen bekannten Bauart.
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Diffusionspumpen sind gut bekannt
und finden weit verbreitete Anwendung zum Erreichen von Hoch- und
Ultrahochvakuum. Beim Einsatz mit modernen Arbeitsmitteln und Hilfsausrüstungen
können sie
Drücke
von annähernd
10–10 mbar
erzeugen. Die Pumpen sind im allgemeinen nicht in der Lage, direkt in
die Atmosphäre
zu fördern,
und erfordern den Einsatz einer Vorpumpe, die üblicherweise als ölgedichtete
Drehkolbenvakuumpumpe ausgebildet ist, in Verbindung mit der Diffusionspumpe
selbst.
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Auf Seite 114 von "Modern Vacuum Practice" von Nigel S Harns
und veröffentlicht
durch McGrow-Hill International (UK) Limited, sind die grundsätzlichen
Elemente einer Diffusionspumpe dargestellt, die im allgemeinen ein
im wesentlichen zylindrisches Außengehäuse umfassen, das beispielsweise
durch schraubenlinienförmig
durch die Außenseite
des Gehäuses
verlaufende Schlangen, durch welche Kühlwasser zirkuliert wird, oder
alternativ durch luftgekühlte
Rippen, die an der Gehäuseaußenseite befestigt
sind, gekühlt
wird. Innerhalb des Außengehäuses ist
ein hohler "Kamin" positioniert, der
am oder nahe dem Sockel des Außengehäuses sitzt
und vom Sockel aus nach oben sich (kontinuierlich oder, was üblicher
ist, stufenweise) verjüngt.
Der Kamin ist im allgemeinen innerhalb des Außengehäuses angeordnet und im wesentlichen
konzentrisch darin positioniert.
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Über
dem oberen Ende des Kamins, jedoch nicht in Berührung damit, befindet sich
eine obere Kappe mit einem etwa kreisförmigen Teil, dessen Durchmesser
etwas größer als
der des oberen Endes des Kamins ist und der symmetrisch mit Bezug
auf den Kamin angeordnet ist und einen abwärts vorspringenden ringförmigen Seitenteil
aufweist, dessen Unterkante etwas unterhalb der Oberkante des Kamins
liegt. Die obere Kappe ist daher ein im wesentlichen kopfstehendes "becherförmiges" Bauteil, das um
das obere Ende des Kamins positioniert ist, wobei ein kreisförmiger bzw.
ringförmiger
Kanal dazwischen gebildet ist. Die obere Kappe und der angrenzende
Teil des Kamins bilden einen als "Strahlstufe" bekannten Ringkanal.
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Angrenzend an den Sockel des Außengehäuses ist
ein Heizgerät
vorgesehen, und vor dem Einsatz der Pumpe wird ein Arbeitsöl in den
Sockel des Gehäuses
bis auf eine Höhe
ober halb der Unterkante des innerhalb des Gehäuses positionierten Kamins
eingefüllt.
Das Öl
ist gewöhnlich
ein Öl
mit niedrigem Dampfdruck, obwohl einige Versionen von Diffusionspumpen
Quecksilber benutzen.
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Ein Pumpeneinlaß ist im Außengehäuse oberhalb der oberen Kappe
positioniert, und ein Auslaß ist
in der Seite des Gehäuses
zur Basis des Kamins hin, aber oberhalb des Ölpegels, angeordnet. Der Auslaß ist normalerweise
mit einer Vorpumpe verbunden, wie oben beschrieben. Im Gebrauch
von Pumpen dieser Bauart wird die Vorpumpe (Drehkolbenpumpe) eingeschaltet
und kontinuierlich laufen gelassen, wobei ein Druck von mindestens
0,1 mbar auf der Förderseite
der Diffusionspumpe erforderlich ist. Das Kühlsystem (Wasser oder Luft)
für das
Außengehäuse wird
eingeschaltet, und das Öl
kann nun durch das Heizgerät
während
beispielsweise 15 bis 20 Minuten erhitzt werden, bis es zu sieden
beginnt. Heißer
Dampf steigt in den Kamin auf und bildet (durch die Verjüngung unterstützt) einen
relativ hohen Öldruck
am oberen Ende des Kamins. Der Dampf wird dann durch den Kanal zwischen
dem Kamin und der oberen Kappe, der Strahlstufe, in einen Bereich
viel niedrigeren Drucks gedrängt
und erzeugt so einen ringförmigen
Dampfstrahl. Dieser Strahl ist so ausgelegt, daß er sich mit einer Geschwindigkeit im Überschallbereich
bewegt und auf die Innenfläche des
gekühlten
Außengehäuses auftrifft,
wo der Dampf kondensiert und kondensiertes Öl an der Innenwand des Außengehäuses abwärts strömt und in den Ölbehälter im
Sockel des Gehäuses
zurückfließt.
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Wenn die Diffusionspumpe eingeschaltet
ist, kollidieren zum Einlaß der
Diffusionspumpe gepumpte Gasmoleküle wahrscheinlich mit dem viel
schwereren Öldampfinolekülen und
werden mit einer Geschwindigkeitskomponente beaufschlagt, welche
die Gasmoleküle
zum Auslaß der
Diffusionspumpe hin lenkt, wo sie anschließend über die Vorpumpe aus der Diffusionspumpe
abgeführt
werden. Dabei wird eine Druckdifferenz über dem kontinuierlich strömenden Dampfstrahl
erzeugt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Diffusionspumpe mit einem integrierten Ölbehälter zu versehen, um das Intervall
zwischen den Wartungen zu vergrößern.
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Gemäß der Erfindung weist eine
Diffusionspumpe ein hohles Außengehäuse mit
einem Sockel, einem Auslaß zur
Verbindung mit einer Vorvakuumpumpe, einem Einlaß zur Ver bindung mit einer
zu evakuierenden Kammer, einem Sumpf innerhalb des Sockels zur Aufnahme
eines Arbeitsmittels, und Mitteln zum Erwärmen des Arbeitsmittels auf,
wenn dieses im Sumpf vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter zur
Speicherung des Arbeitsmittels mit dem hohlen Außengehäuse integriert ausgebildet
ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr
beispielshalber unter Bezugnahme auf die Figuren der anliegenden
schematischen Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch eine schematische Darstellung einer typischen
bekannten Diffusionspumpe, und
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2 eine
teilweise geschnittene Darstellung einer Diffusionspumpe mit einem
integrierten Ölbehälter nach
der vorliegenden Erfindung.
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Wie in 1 dargestellt
ist, weist eine Diffusionspumpe 1 ein hohles Außengehäuse 2 mit
kreisförmigen
Querschnitt auf, dessen größerer Teil
mit Kühlschlangen 4 versehen
ist. Das Gehäuse 2 weist einen
Sockel 6 auf, und ein Dampfkamin 8 ist innerhalb
des Außengehäuses 2 so
angeordnet, daß sein Basisteil 10 genau
in den Sockel 6 hineinpaßt, wobei ein Ringspalt erzeugt
wird, der mit dem unteren Teil des Sockels in Verbindung steht.
Ein Arbeitsmittel befindet sich im Basisteil 10 des Kamins 8,
und ein Heizgerät 18 ist
am Sockel 6 angeordnet.
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Wie dargestellt, ist der Kamin 8 mit
einer Strahlstufe 12 ausgebildet.
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Die Diffusionspumpe 1 weist
auch einen Auslaß 16 zur
Verbindung mit einer Vorvakuumpumpe und einen Einlaß 20 auf,
mit welchem (mittels nicht dargestellter Mittel) eine zu evakuierende
Kammer zu befestigen ist. Der Einlaß 20 ist, wie dargestellt,
neben der Strahlstufe 12 angeordnet.
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Es wird nun auf 2 Bezug genommen, welche eine Diffusionspumpe 1 zeigt,
die mit einem Behälter 30 für das Arbeitsmittel
ausgestattet ist, der mit dem hohlen Gehäuse 2 integriert angeordnet
ist. Wie dargestellt, ist die Basis 10 des Kamins 8 als Sumpf 32 für das Arbeitsmittel
ausgebildet, das im Betrieb durch das Heizgerät 18 beheizt wird,
damit Dampf in den Kamin 8 in an sich bekannter Weise aufsteigt
und durch die Strahlstufe 12 austritt. Das Medium strömt danach
in allgemeiner Richtung zum Sumpf 32 hin längs der
Innenwand des Gehäuses 2 nach
unten.
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Gemäß der Erfindung ist der Behälter 30 für das Arbeitsmittel
mit dem hohlen Gehäuse 2 integriert
ausgebildet und weist zwei zylindrische Flächen 34, 36 auf,
die konzentrisch mit der Pumpenachse angeordnet sind, und zwischen
denen Öl/Arbeitsmittel
gespeichert wird. Wie dargestellt, steht der Behälter 30 mit dem Sumpf 32 mittels
eines kleinen Bohrungskanals 38 in Verbindung.
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Ein besonderer Vorteil des Behälters 30 liegt darin,
daß wegen
seiner Abmessungen und denjenigen des Sumpfs 32 die Wartungsintervalle
der Diffusionspumpen bis zu einem Faktor 6 vergrößert werden können.
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Bei einer Ausführungsform wurde nur ein Sechstel
der gesamten Arbeitsmittelbeladung in einer Diffusionspumpe auf
einmal benutzt, und die verbleibenden fünf Sechstel verblieben in den
Behälter 30.
Dies bedeutet, daß die
Aufheiz- und Abkühlzeiten für die Pumpe
sehr niedrig waren.
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Wie dargestellt, ist eine Einfillöffnung 40 vorgesehen,
um den Vorratsbehälter 30 bei
Bedarf auffüllen
zu können.