Getter-Sorptionspumpe mit Wärmespeicher für Hochvakuum- und Gasentladungsanlagen

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf eine Getter-Sorptionspumpe mit mindestens einem Getterkörper (1) aus nichtverdampfendem Gettermaterial und einem zugehörigen Heizelement (5). Es soll die spezifische Leistungsfähigkeit von Getterpumpen bei gleichzeitiger Herabsetzung der erforderlichen Heizleistung erhöht und mit Hilfe einer Wärmespeicherung langzeitig stabilisiert werden. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß der Getterkörper (1) auf seiner Außenoberfläche von einer Draht- Gaze (2) oder einem porösen, gasdurchlässigen Sinterrohr (3) eingehüllt ist, und mit seiner Innenoberfläche an mindestens ein wärmespeicherndes Isolierrohr (4) angrenzt, das außerdem als Träger für das Heizelement (5) dient.
Eine erfindungsgemäße Getterpumpe findet in Hochvakuumund Gasentladungsanlagen Verwendung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Getter-Sorptionspumpe für Hochvakuum- und Gasentladungsanlagen mit mindestens einem Getterkörper aus nichtverdampfendem Gettermaterial und einem zugehörigen Heizelement.

[0002] Um eine große Pumpleistung zu erzielen, mußten bisher eine Vielzahl von Einzelgettern zusammengeschaltet werden, wodurch sich der auf der Heizleistung bezogene Wirkungsgrad zunehmend verschlechtert, das Problem der Wärmeabführung sich vergrößerte sowie der Platzbedarf für die Unterbringung der Einzelgetter sich problematisch erhöhte. Um die Pumpleistung über längere Zeit zu stabilisieren mußte ständig Heizleistung zugeführt werden.

[0003] Da die gebräuchlichen Getterstoffe ihre optimale Pumpfähigkeit für verschiedene Gase nur bei bestimmten Temperaturen entfallen (selektive Pumpeigenschaften), mußte die Arbeitstemperatur entweder variiert werden oder mit mindestens zwei Heizstromkreisen die einzelnen Getter auf unterschiedliche Temperaturen gehalten werden.

[0004] In der Anwendungspraxis wurden diese notwendigen Maßnahmen in der Regel vernachlässigt, so daß die optimalen Gettereigenschaften der nichtverdampfenden Getter ungenutzt blieben. Auch die bisher bekannten Getterpumpen, die an Stelle vieler Einzelgetter einen größeren Getterkörper besitzen weisen die wesentlichsten genannten Nachteile auf.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die spezifische Leistungsfähigkeit von Getterpumpen bei gleichzeitiger Herabsetzung der erforderlichen Heizleistung zu erhöhen und mit Hilfe einer Wärmespeicherung langzeitig zu stabilisieren.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Getter-Sorptionspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0007] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

[0008] Die Pumpgeschwindigkeit eines Getterkörpers erhöht sich mit seiner Oberfläche, d.h. auch mit seinerr Porösität, die Kapazität hingegen mit seiner Masse. Beide Faktoren zusammen bestimmen die zeitliche Stabilität über die sorbierte Gasmenge. Ferner wird diese Stabilität von der gasartabhängigen Arbeitstemperatur beeinflußt. Hochporöse Körper verlieren mit zunehmender Masse an mechanischer Festigkeit. Die in der Erfindung vorgeschlagenen Gase mit geeigneter Maschenweite erlaubt dennoch die Anwendung extrem hoher Porösität mit großer Masse.

[0009] Größte Sicherheit bei beliebiger Porösität bietet die Verwendung eines gasdurchlässigen Sinterrohres aus Keramik oder anderem geeigneten Materials, z.B. Wolframpulver.

[0010] Die Herabsetzung der erforderlichen Heizleistung gegenüber der Verwendung von vielen Einzelgettern ergibt sich aus der wirtschaftlicheren Ausnutzung der Heizleistung aus dem Heizelement, z.B. einer Heizspirale (weniger Strahlungsverluste).

[0011] Die Wärmespeicherung wird duch die in die Konstruktion integrierte Keramikmasse erzielt. Die Möglichkeiten sind außerordentlich vielseitig und zweckdienlich optimierbar.

[0012] Ein weiterer Vorteil der energiesparenden Wärmespeicherung ist, daß die wärmebedingte gute Pumpwirkung längere Zeit erhalten bleibt, nachdem die Heizspannung abgeschaltet ist. Eine solche Abschaltung ist z.B. unbedingt erforderlich in Nuklear-Beschleunigeranlagen, um Störungen durch Fremdfelder zu vermeiden.

[0013] Außerdem wirkt sich die langsame Abkühlung des Getterkörpers dadurch vorteilhaft aus, daß die temperaturbedingten selektiven optimalen Pumpbereiche sehr langsam durchfahren und damit alle wichtigen gasartbedingten Sorptionsmaxima erfaßt werden.

[0014] Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind in den Figuren unbezeichnet oder weggelassen. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0015] Es zeigen schematisch teilweise im Schnitt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Getter-Sorptionspumpe,

Fig. 2 eine dublierte Ausführung dieser Pumpe,

Fig. 3 eine Variante der Pumpe nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Beispiel vertikaler Aufbauweise der Pumpe,

Fig. 5 das Schema der Pumpe in horizontaler Bauweise und

Fig. 6 die Anwendung als Durchströmungspumpe direkt im Gasstrom.

[0016] In Fig. 1 ist das Schema der Grundkonzeption der Getter-Sorptionspumpe dargestellt. Als Getterkörper 1 sind alle gebräuchlichen nichtverdampfenden Gettermaterialien sowie deren Mischungen und Legierungen verwendbar. Auf seiner Außenoberfläche ist der Getterkörper 1 von einer Draht-Gaze 2 oder einem porösen, gasdurchlässigen Sinterrohr 3 eingehüllt. Die Draht-Gaze 2 besteht beispielsweise aus Molybdän, Wolfram, Eisen oder V2A-Stahl. Das Sinterrohr 3 besteht aus Keramik oder einem anderen geeigneten Material, z.B. Wolframpulver. Mit seiner Innenoberfläche grenzt der Getterkörper 1 an ein wärmespeicherndes Isolierrohr 4, das außerdem als Träger für das Heizelement 5 dient.

[0017] In Fig. 2 ist die dublierte Ausführung der Getter-Sorptionspumpe dargestellt.Damit kann bei gleichem Raumbedarf die aktive Pumpfläche der_-Getterkörper 1 vergrößert werden. Außerdem besteht die Möglichkeit mit zwei verschiedenen Arbeitstemperaturen der Heizelemente 5 zu arbeiten. Die äußere Heizwendel 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Isoliermasse 6 eingebettet.

[0018] Fig. 3 zeigt eine Variante von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Hier werden mit einem Heizelement 5 beide Getterkörper 1, die nach Bedarf mit unterschiedlichen Gettermaterialien versehen sind, aufgeheizt.

[0019] In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Getter-Sorptionspumpe in vertikaler Aufbauweise dargestellt.

[0020] Die Pumpe kann auf jeden beliebigen Vakuumflansch mit geeigneten Heizeranschlüssen (Stromdurchführungen) 7 aufgebaut werden. Damit kann sie auch als Eintauch-oder Appendixpumpe Verwendung finden.

[0021] Fig. 5 zeigt die mit dem Bezugszeichen 10 versehene Getter-Sorptionspumpe rein schematisch in horizontaler Bauweise, z.B. mit Steckkontakten 8. Mit dem Bezugszeichen 7 sind wiederum die H_-eizeranschlüsse bezeichnet. Fig. 6 zeigt die Anwendung der mit dem Bezugszeichen 10 versehenen Getter-Sorptionspumpe als Durchströmungspumpe direkt im Gasstrom. Sie kann in ein Flanschrohr 9 (Normteil) eingebaut werden und als geschlossene und austauschbare Pumpeinheit in Vakuum- bzw. Gasentladungsanlagen (z.B. zur Edelgasreinigung) eingebaut werden.

Ansprüche

1. Getter-Sorptionspumpe für Hochvakuum- und Gasentladungsanlagen mit mindestens einem Getterkörper aus nichtverdampfendem Gettermaterial und einem zugehörigen Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Getterkörper (1) auf seiner Außenoberfläche von einer Draht-Gaze (2) oder einem porösen, gasdurchlässigen Sinterrohr (3) eingehüllt ist, und-mit seiner Innenoberfläche an mindestens ein wärmespeicherndes Isolierrohr (4) angrenzt, das außerdem als Träger für das Heizelement (5) dient.

2. Getter-Sorptionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das gasdurchlässige Sinterrohr (3) aus Keramik oder Wolframpulver besteht.

3. Getter-Sorptionspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement (5) eine Heizspirale dient.

4. Getter-Sorptionspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Getterkörper (1) aus Zirkon, Titan, Thorium, Tantal,Platin, Niob, Cer, Palladium sowie deren Mischungen oder Legierungen besteht.

Zeichnung