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Die vorliegende Erfindung betrifft
Vakuumpumpen der als Diffusionspumpen bekannten Bauan.
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Diffusionspumpen sind gut bekannt
und finden verbreitete Anwendung zum Erreichen von Hoch- und Ultrahochvakuum.
Beim Einsatz mit modernen Arbeitsmitteln und Zubehör 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, gewöhnlich einer ölgedichteten Drehkolbenvakuumpumpe
in Verbindung mit der Diffusionspumpe selbst.
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Diffusionspumpen weisen im Allgemeinen ein
im wesentlichen zylindrisches Außengehäuse auf, das beispielsweise
durch schraubenlinienförmig um
die Außenseite
des Gehäuses
verlaufende Schlangen gekühlt
wird, durch welche Kühlwasser zirkuliert
werden kann, oder alternativ durch Luft gekühlte Rippen, die an der Außenseite
des Gehäuses angebracht
sind.
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Innerhalb des Außengehäuses ist ein hohler "Kamin" positioniert, der
auf oder nahe dem Sockel des Außengehäuses sitzt
und der sich (kontinuierlich oder häufiger stufenweise) vom Sockel
nach oben verjüngt.
Der Kamin befindet sich im wesentlichen innerhalb des Außengehäuses und
ist darin im wesentlichen konzentrisch positioniert.
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Über
dem oberen Ende des Kamins, aber nicht in Berührung damit, ist eine Endkappe
angeordnet, die einen etwa kreisförmigen Teil mit etwas größerem Durchmesser
als dem oberen Ende des Kamins hat und symmetrisch mit Bezug auf
den Kamin angeordnet ist sowie einen abwärts vorspringenden ringförmigen Seitenteil
aufweist, dessen Unterkante etwas unterhalb der Oberkante des Kamins
gelegten ist. Diese Endkappe ist daher eine Komponente im wesentlichen
mit kopfstehender "Becherform" über dem oberen Ende des Kamins
mit einem dazwischen gebildeten kreisförmigen bzw. ringförmigen Kanal. Die
Endkappe und der angrenzende Teil des Kamins bilden den ringförmigen Kanal,
der als "Strahlstufe" bekannt ist.
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Im Sockel des Außengehäuses ist ein Heizgerät vorgesehen,
und vor dem Einsatz der Pumpe wird ein Arbeitsöl im Sockel des Gehäuses mit
einer Höhe
oberhalb des unteren Rands des innerhalb des Gehäuses positionierten Kamins
eingefüllt.
Das Öl
ist gewöhnlich
ein Öl
mit niedrigem Dampfdruck, obwohl manche Versionen von Diffusionspumpen
auch mit Quecksilber arbeiten.
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Ein Pumpeneinlaß ist im Außengehäuse oberhalb der Endkappe positioniert,
und ein Aus-laß ist an
der Seite des Gehäuses
gegen den Sockel des Kamins, aber oberhalb des Ölpegels, angeordnet. Der Auslaß ist normalerweise
mit einer Vorpumpe verbunden, wie oben beschrieben.
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Beim Einsatz von Pumpen dieser Bauart
wird die Vorpumpe (Drehkolbenpumpe) eingeschaltet und man läßt sie kontinuierlich
laufen, da ein Druck von mindestens 0,1 mbar an der Förderseite
der Diffusionspumpe erforderlich ist. Das Kühlsystem (Wasser oder Luft)
für das
Außengehäuse wird
eingeschaltet, und das Öl
kann nun durch das Heizgerät
beispielsweise während
15 bis 20 Minuten geheizt werden, wo es zu sieden beginnt. Heißer Dampf
steigt im Kamin auf und bildet (durch die Verjüngung unterstützt) einen
relativ hohen Öldruck
im oberen Ende des Kamins. Der Dampf wird dann durch den Kanal zwischen
dem Kamin und der Endkappe hindurchgedrängt, also durch die Strahlstufe,
in einen Bereich von viel niedrigerem Druck, und erzeugt einen ringförmigen Dampfstrahl.
Dieser Strahl ist so ausgelegt, daß er sich mit einer Geschwindigkeit
bewegt, die im Überschallbereich
liegt, und er trifft auf die Innenwandfläche des gekühlten Außengehäuses auf, wo der Dampf kondensiert
und kondensiertes Öl
an der Innenwand des Außengehäuses abwärts fließt und in den Ölbehälter im
Sockel des Gehäuses
zurückläuft.
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Wenn die Diffusionspumpe eingeschaltet
ist, kollidieren in den Einlaß der
Diffusionspumpe eingesaugte Gasmoleküle wahrscheinlich mit den viel schwereren Öldampfinolekülen und
werden mit einer Geschwindigkeitskomponente beaufschlagt, welche die
Gasmoleküle
zum Auslaß der
Diffusionspumpe hin befördern,
wo sie dann über
die Vorpumpe aus der Diffusionspumpe abgeführt werden. Dadurch wird eine
Druckdifferenz über
dem kontinuierlich strömenden
Dampfstrahl erzeugt.
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Häufig
besteht im Zusammenhang von Anwendungen mit wissenschaftlichen Instrumenten, beispielsweise
Massenspektrometeranwendungen, ein Bedürfnis nach differenziell ausgepumpten
Kammern. Das bedeutet, daß eine
zu evakuierende Kammer durch Trenn wände in diskrete Teilkammern
unterteilt sein kann und jede Teilkammer auf einen anderen Vakuumdruck
als die übrigen
Teilkammern ausgepumpt werden muß. Gegenwärtig wird dieses Bedürfnis durch
Verwendung von zwei oder mehr Diffusionspumpen befriedigt, die jeweils
einer bestimmten Kammer/Teilkanuner zugeordnet sind. Dies ist natürlich eine
kostspielige Lösung,
und manchmal machen auch räumliche
Beschränkungen
diese Lösung
schwierig in der Umsetzung.
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Aus der US-A-4 373 868 ist bekannt,
daß Diffusionspumpen
zwei Diffusionsstufen und mehrere Einlässe besitzen können.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Diffusionspumpe mit mindestens zwei Einlässen zu
schaffen, von denen jede zum Beaufschlagen einer Kammer oder Teilkammer
innerhalb einer Kammer mit einem vorgewählten Vakuumdruck und einer
vorgewählten
Pumpgeschwindigkeit beaufschlagt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
weist eine Diffusionspumpe ein hohles Außengehäuse mit einem Auslaß zur Verbindung
mit einer Vorpumpe und mit einer Basis zur Aufnahme eines Arbeitsmittels,
einen Dampfabzug, der sich von der Basis aus innerhalb des hohlen
Außengehäuses erstreckt
und mindestens zwei beabstandete Strahlstufen aufweist, Mittel zum
Erwärmen
des Arbeitsmittels, wenn es in der Basis vorhanden ist, und mindestens
zwei Einlässe
auf, die in dem hohlen Außengehäuse zur Verbindung
mit der/den zu evakuierenden Kammer(n) gebildet sind, wobei jeder
Einlaß proximal
zu einer zugeordneten Strahlstufe positioniert ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr
beispielshalber beschrieben, wobei auf die anliegende schematische
Zeichnung Bezug genommen wird, die einen Querschnitt durch eine
Diffusionspumpe zeigt.
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Wie dargestellt, weist eine Diffusionspumpe 1 ein
hohles Außengehäuse 2 mit
kreisförmigen Querschnitt
auf, von dem ein größerer Teil
mit Kühlschlangen
(4) versehen ist. Das Gehäuse 2 weist eine Basis 6 und
einen Dampfkamin 8 auf, der im Außengehäuse 2 so positioniert
ist, daß sein
Basisteil 10 genau in die Basis 6 unter Bildung
eines Ringspalts passt, der mit dem unteren Teil der Basis verbunden
ist. Ein (nicht dargestelltes) Arbeitsmittel ist im Basisteil 10 des
Kamins 8 ebenso wie ein Heizgerät 18 angeordnet.
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Wie dargestellt, ist der Kamin 8 mit
einer ersten und einer zweiten Strahlstufe 12, 14 ausgebildet.
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Die Diffusionspumpe 1 weist
außerdem
einen Auslaß 16 zur
Verbindung mit einer Vorpumpe und einem ersten Einlaß 20 auf,
mit welchem (durch nicht gezeigte Mittel) eine erste zu evakuierende Kammer/Teilkammer
befestigt ist. Der erste Einlaß 20 ist
als angrenzend an die erste Stufe 12 gelegen dargestellt.
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Gemäß der Erfindung ist die Diffusionspumpe 1 mit
einem zweiten Einlaß 22 ausgestattet,
an welchem (durch nicht gezeigte Mittel) eine andere zu evakuierende
Kammer/Teilkammer befestigt ist. Wie dargestellt, ist der Einlaß 22 angrenzend
an die zweite Strahlstufe 14 positioniert.
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Im Gebrauch, wenn die jeweiligen
Einlässe 20, 22 mit
den jeweiligen Kammern/Teilkammern verbunden sind, wird die Vorpumpe
eingeschaltet, um den Druck in der Diffusionspumpe 1 zu
verringern, und falls notwendig wird ein Kühlmittel durch die Schlangen 4 geleitet.
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Das Erwärmen des Arbeitsmittels mittels
des Heizgeräts 18 bewirkt,
daß durch
Sieden erzeugter Dampf im Kamin 8 in der früher beschriebenen
allgemeinen Weise aufsteigt und durch die Strahlstufen 14, 12 austritt
und danach in der allgemeinen Richtung zur Basis längs der
Innenwand des Gehäuses 2 abwärts fällt.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform
wird die mit dem Einlaß 20 verbundene
Kammer einem niedrigeren Druck bei höherer Pumpgeschwindigkeit relativ
zu der mit dem Einlaß 22 verbunden
Kammer ausgesetzt. Die Diffusionspumpe 1 nach der vorliegenden
Erfindung, die diesen zusätzlichen
Einlaß 22 angrenzend
an die zweite Strahlstufe 14 bieten kann, stellt eine zusätzliche
niedrigere Pumpgeschwindigkeit und höheren Druck im Vergleich zum
ersten Einlaß 20 bereit.
Diese Flexibilität ist
sehr nützlich,
wenn ein differentielles Pumpen erforderlich ist.
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Als Modifikation wird in Betracht
gezogen, daß der
Kamin 8 oberhalb der zweiten Strahlstufe 14 gegabelt
sein könnte
und jeder Gabelzweig mit seiner eigenen Strahlstufe versehen sein
könnte.
In dieser Anordnung können
wiederum zwei Einlässe
vorgesehen sein, nämlich
jeweils eine angrenzend an jede der beiden Strahlstufen, sowie ein
weiterer Einlaß angrenzend
an die zweite Strahlstufe. Mit anderen Worten, man kann eine Diffusionspumpe
schaffen, die zwei oder mehr Strahlstufen hat, der jeweils ein Einlaß zugeordnet
ist, aber mit einer einzigen Basis und zugeordnetem Heizgerät.