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Diffusionspumpe aus Metall Bei den zur Zeit üblichen Diffusionspumpen
aus Metall besteht der Mißstand, daß -die im Sieidegefäß erzeugte Wärme infolge
der Leitfähigkeit der metallischen Wandung der Pumpe nach dem kühlten Teil der Wandung
abgeleitet wird, in dem die Kondensation des Treibmittels, d. h. des Quecksilber-
oder Öldampfes, stattfindet. Die daraus sich ergebenden Wärmeverluste betragen,-
ein Vielfaches der zum Verdampfen des Treibmittels erforderlichen Wärmemenge. Außerdem
wird dadurch die Kühlwirkung beeinträchtigt. Um die Wärmeverluste herabzusetzen,
ist der Vorschlag gemacht, in dem zwischen dem Siedegefäß und dem Kühlmantel gelegenen
Teil der Wandung einen Abschnitt verminderter Wandstärke einzuschalten, um so das
Wärmeleitvermögen an dieser Stelle herabzusetzen. Da man aber im Hinblick auf die
Festigkeit und die im Betrieb mögliche Korrosion an eine Mindestwandstärke gebunden
ist, ist insbesonderebeiHochleistungspumpen eine befriedigende Herabsetzung des
Wärmeverlustes nicht zu erreichen.
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Die Erfindung besteht darin, daß in die Wandung der Diffusionspumpe
zwischen. dem Siedegefäß und dem Kühlmantel ein Teil aus einem Werkstoff von
möglichst
, geringem Wärrneleitvermögen eingeschaltet wird,'ider zweckmäßig mit der Wandung
verlötet ist. Geeignete Werkstoffe sind Constantan und Neusilber. Dieser Teil-der
Wandung wird- auch in der bekarinten Weise dünnwandig hergestellt. -Um in der Wandstärke
möglichst weit heruntergehen--zu- können; empfiehlt es sich, den Teil der Wandung
mit geringer Leitfähigkeit in. geeigneter Weise abzustützen, beispielsweise durch
im Innern mit Abstand angeordnete Ringe, welche mit der Wandung des Siedegefäßes
reicht in Berührung sind. Diese Ringe werden zweckmäßig lose, aber dicht an der
Warndung aus Constantan anliegend eingesetzt, .damit sie beim Reinigen der Pumpe
herausgenommen werden können.
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Die Ringe lassen sich aber auch auf der Außenseite der Wandung aus
Constantan aufsetzen, müssen dann! aber mit dieser Wandung verlötet sein.
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Zum Schutz des dünnwandigen Teils wird ein Außenmantel aus kräftigem
Werkstoff vorgesehen. Hierbei ist aber die Anordnung so zu treffen, daß die ;Wärmeübertragung
nicht etwa durch diesen Mantel erfolgt.
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Durch diese Maßnahme läßt sich der Übergang der Wärme vom Heizboden
nach dem gekühlten Teil der Pumpe hin selbst bei Pumpen hoher Leistung weitgehend
herabsetzen. Daraus ergibt sich nicht nur eine bedeutende Ersparnis an _ der aufzuwendenden
Wärme und eine Erhöhung der Pumpenleistung infolge vollkommener Ausnutzung der Verdampfungswärme,
sondern es wird auch bei Verwendung von Öl als Treibmittel verhindert, daß das,
Öl infolge der sonst notwendigen starken. Wärmezufuhr zersetzt wird.
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Die Verminderung des Wärmeverlustes ist von besonderer Bedeutung bei
Hochleistungspumpen. Sie ist aber auch wertvoll bei Pumpen geringer Leistung.
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Bei solchen Pumpen; bei denen das -Siedegefäß -mit einem Abstand von
dem äußeren Pumpenmantel eingesetzt ist, und bei denen das .am Kühlmantel kondensierte
Treibmittel am Außenmantel entlang dem Siedegefäß zufließt, sammelt sich am Boden
zwischen dem Außenmantel' und. der Wandung des Siedegefäßes Treibmittel, welches
annähernd gleich hoch steht wie im Innern des Siedegefäßes. Dieses Treibmittel wird
von dem Siedegefäß aus erhitzt und verdampft. Daraus ergibt sich ein erheblicher
Wärmeverlust. Um diesen Wärmeverlust nach Möglichkeit herabzusetzen, viril- -die
@äridu:g - des Siedegefäßes' an `ihrem unteren Endelis über- die Höhe des Niveaus-
des Treibmittels hinaus so ausgeführt, daß eine möglichst geringe Übertragung der
Wärme auf das Treibmittel gewährleistet ist. Das läßt sich in der Weise machen,
däß dieser Teil der Wandung oder auch das ganze Siedegefäß aus Werkstoff geringer
Leitfähigkeit, beispielsweise aus Constantan, Neusilber, Porzellan oder Glas,' hergestelltwird.
Zweckmäßiger ist eine Anordnung; beider das Siedegefäß ebenso wie die übrigen Teile
der -Pumpe aus Eisen hergestellt, an seinern@ unteren, von dem flüssigen Treibmittel
bespülten Teil aber außen mit einem Mantel aus schlecht leitendem Werkstoff umgeben
wird. Ein solcher Mantel besteht beispielsweise aus einem um das.-untere Ende des
Siedegefäßes gelegten Ring aus Glas oder Porzellan. Dieser Ring wirkt als Verdränger,
durch den, die Menge des zwischen dem Siedegefäß und dem Außenmantel gesammelten
Treibmittels und damit das Maß der Verdunstung verringert wird. Es gelangt nur .die
geringe Menge von, Treibmittel mit der metallischen Wandung des Siedegefäßes in
Berührung, die zwischen die Wandung des Siedegefäßes und den Ring gelangen kann.
Zweckmäßig wind aber der Glasring so angeordnet, daß das Treibmittel überhaupt nicht
än die Wandung des Siedegefäßes gelangen kann. Der Ring wird zu diesem Zweck an
einer Stelle aufgeschnitten und mit Vorspannung dicht um dass Siedegefäß gelegt.
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Es sind Diffusionspumpen bekannt, bei denen das Siedegefäß mit Abstand
im Innern des Außenmantels angeordnet ist, so daß zwischen Siedegefäß und Außenmantel
ein Ringraum entsteht. Dieser Ringraum steht bei bekannten Pumpen. mit dem Vorvakuum
in Verbindung. Trotz des verminderten Druckes im Ringraum durch das Vorvakuum wird
die Übertragung der Wärme vom Siedegefäß nach dem Außenmantel nicht vermindert,
@s,olange die mittlere, freie Weglänge der Gasmoleküle klein: ist im Vergleich zum
Abstand von Siedegefäßwand und, Außenwand. Erst wenn bei ganz besonders hohem Vorvakuum
die freie molekulare Weglänge etwa ebenso groß ist -wie der `Abstand genannter Wände,
tritt eine merkliche Verminderung- der übertragenen Wärme ein. Die Erfindung erreicht
eine wesentliche Steigerung dieser Wirkung dadurch, daß; der Ringraum nicht mit
dem Vorvakuum in Verbindung steht, sondern mit dem Hochvakuum. Da im Verlauf des
Betriebes der Pumpe der Gasdruck in dem Ringraum nahezu Null wird, verschwindet
die Wärmeübertragung durch Leitung praktisch vollkommen. Daher wird der Wärmeverlust-
der im Siedegefäß entwickelten Dämpfe vermieden. Bei solchen Pumpen, bei denen das
verflüssigte Treibmittel an :der Außenwand der Pumpe nach unten rieselt, wird durch
die Verminderung der Wärmeiibertragun.g der weitere Vorteil erreicht, .daß dieses
verflüssigte Treibmittel nicht vorzeitig wieder verdampft wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele.
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Abb. i ist ein senkrechter Schnitt durch eine Pumpe, die insbesondere
für -gräße Leistung bestimmt ist; Abb. z ist ein!. senkrechter Schnitt nach der
Linie A-A von Abb. i ; Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil des Siedegefäßes
und der sie umschließenden Wandung in größerem Maßstab; Abb. q. zeigt einen zur
Versteifung des dünnwandigen Teils -des . Pumpengehäuses dienenden Ring; Abb.5 ist
ein senkrechter Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, und - -
.i
3bb.6 ist ein senkrechter Schiritt durch ein drittes Ausführungsbeispiel.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i bis .4 besteht die Pumpe aus
einem Siedegefäß i, einem Dampfraum 2" mit Düse 3, einem Kühlmantel einem Anschluß
5 an die Vorpumpe, einem Anschluß 6 an das Hochvakuum und einer Rückleitung 7, durch
die das wieder verflüssigte Treibmittel dem Siedegefäß i zugeführt wird.
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Zwischen dem Saugstutzen 6 und dem Kühlmantel .4 einerseits und dem
Heizboden 8 des Siedegefäßes andererseits enthält das Pumpengehäuse einen Abschnitt
9 bis io aus einem Werkstoff geringer Leitfähigkeit, der von einem eingelöteten
dünnwandigen Rohr, beispielsweise aus Constantan oder Neusilber, besteht. Dieser
Zylinder reicht zweckmäßig bis zum Boden des Gehäuses, wo er am Heizboden 8 angelötet
ist. Damit der Zylinder 9 bis io möglichst dünnwandig ausgeführt werden kann, wird
er in -geeigneter Weise versteift. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dienen
hierzu Ringe ii, die zweckmäßig lose eingelegt sind, aber sich dicht an die Wandung
9 bis io aus Constantan anlegen. Die Ringe können dadurch in dem gewünschten Abstand
gehalten werden, daß sie axiale Ansätze, beispielsweise Flansche, erhalten. Der
Abstand der Ringe von der Wandung des Siedegefäßes muß genügend groß sein, daß kein.
Wärmeübergang von derWandung des Siedegefäßes nach den Ringen und der Gehäusewand
stattfindet. Zum Schutz des dünnwandigen Teils 9 bis io vor mechanischer Beschädigung
wird um den unteren Teil des Gehäuses ein kräftiger Mantel 12 gelegt, der oberhalb
des dünnwandigen Teils an der Gehäusewandung befestigt ist und unten durch drei
Ansätze 13 gegenüber dem Heizboden 8 abgestützt ist, so daß der Wärmeübergang vom
Heizboden zum Schutzmantel möglichst klein ist. Die Pumpe wird in der bekannten
Weise betrieben. Der Übergang der Wärme von: dem Heizboden 8 nach dem gekühlten
Teil des Mantels hin infolge Wärmeleitung wird von dem dünnwandigen Zylinder aus
Constantan oder Neusilber auf einen möglichst kleinen Betrag herabgesetzt.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 besteht die Pumpe bekannter
Bauart aus einem senkrechten Zylinder mit Mantel 14, Heizboden 8, Siedegefäß i,
Dampfrohr 2, Düse 3, Kühlmantel 4, Anschluß 5 an die Vorpumpe und Anschluß 6 an
das Hochvakuum. In die Wandung 14 ist ein dünnwandiger Teil 9 bis io aus Werkstoff
von geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Constan:tan oder Neusilber, eingelötet.
Dieser dünnwandige Teil kann in ähnlicher Weise versteift sein wie bei der Pumpe
nach Abb. i bis 4.
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Der Übergang der Wärme vom Heizboden nach dem Kühlmantel wird auch
hier durch den Cönstantanzylinder 9 bis io weitgehend herabgesetzt.
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Das am Kühlmantel 4 verflüssigte Treibmittel rieselt an der Gehäusewandung
nach unten und sammelt sich durch am unterem Ende des Siedegefäßes befindliche Löcher
in diesem sowie in dem den unteren Teildes Siedegefäßes umschließenden Ringraum.
Um die Erwärmung des Treibmittels von dem Siedegefäß aus herabzusetzen: und die
Verdampfung im Ringraum zu verhindern, ist der untere Teil der Wandung des Siedegefäßes
als Körper geringer Wärmeleitfähigkeit ausgeführt. Zu diesem Zweck ist um den unteren
Teil des Siedegefäßes ein Ring 15 aus Glas oder einem anderen Werkstoff geringer
Wärmeleitfähigkeit herumgelegt. Damit dieser Ring trotz der durch die Temperaturveränderungen
bewirkten Dehnung der Wandung des Siedegefäßes dicht an diesem anliegen kann, wird
er an einer Stelle seines Umfangs aufgeschnitten und mit Vorspannung um das Siedegefäß
gelegt. Es gelangt dann nur die geringfügige Menge von Treibmittel an die Wandung
des Siedegefäßes, die durch den Schlitz treten kann.
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Der Glasring enthält am unteren Ende Aussparungen, die den Aussparungen
am unteren Ende der Wandung des Siedegefäßes entsprechen. Zwischen dem Ring und
der Wandung des Pumpengehäuses bleibt ein genügender Spielraum, damit das verflüssigteTreibmittel
zu diesenAussparungen gelangen kann.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 liegt der untere Teil des Siedegefäßes
i mit Abstand im Innern der-äußeren Wandung der Pumpe. In dem so gebildeten Ringraum
herrscht der Druck des Vorvakuums, Infolge des geringen Druckes in dem Ringraum
findet, wie im vorstehenden erläutert ist, bei hohem Vorvakuum eine merkliche Verminderung
der Wärmeübertragung von dem Siedegefäß nach dem Außenmantel io hin statt.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i " steht aber der Ringraum nicht
mit dem Vorvakuum in Verbindung, sondern mit dem Hochvakuum. Das wird dadurch erreicht,
daß der zum Hochvakuum führende Stutzen 6 zwischen der Düse 3 und dem Siedegefäß,
der zum Vorvakuum führende Stutzen 5 aber jenseits der Düse angeordnet ist, während
bei der Anordnung nach Abb. 5 umgekehrt der zum Vorvakuum führende Stutzen 5 zwischen
der Düse und dem unteren Teil des Siedegefäßes. der zum Hochvakuum führende Stutzen
6 aber jenseits der Düse angeschlossen ist. Bei der Anordnung nach Abb. i fällt
der Druck in dem das Siedegefäß umschließenden Raum im Laufe des Betriebes der Pumpe
praktisch auf Null, so daß die Wärmeübertragung durch Leitung gleichfalls Null wird.
Die Folge davon ist, daß eine Verbesserung der Wärmewirtschaft der im Siedegefäß
emporsteigenden Dämpfe erreicht wird.
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In Pumpen nach Abb. i, in denen das verflüssigte Treibmittel dem Boden
des- Siedegefäßes unmittelbar zugeführt wird, und von hier nicht in den dieses umschließenden
Raum gelangt, besteht die Möglichkeit, daß auf irgendeine Weise flüssiges Treibmittel
in den umschließenden Raum gelangt. Dieses Treibmittel wird durch die Wärme der
Wandung des Siedegefäßes verdampft. Die Dämpfe werden aber an der kalten Gehäusewand
wieder verflüssigt, und es findet während geraumer Zeit ein Kreislauf des Verflüssi.gens
und `Verdampfens statt, der mit Wärmeverlust im Siedegefäß verbunden. ist. Um
einen
solchen zu vermeiden, wird gemäß Abb. 6 zwischen das Siedegefäß i und die Wandung
des Gehäuses ein oben und. unten offener Mantel 16 gelegt, der an der Wandung des
Siedegefäßes wärmeleitend befestigt ist und von dieser aus erwärmt wird. Die Dämpfe
steigen zum größten Teil zwischen. der Wandung des Siedegefäßes und dem Mantel 16
empo.r, ohne verflüssigt zu werden. Infolgedessen wird das in, den Ringraum zwischen
Siedegefäß und Gehäusemantel gelangende 'Öl schnell entfernt.