(19)
(11) EP 0 344 333 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
veröffentlicht nach Art. 158 Abs. 3 EPÜ

(43) Veröffentlichungstag:
06.12.1989  Patentblatt  1989/49

(21) Anmeldenummer: 89900946.8

(22) Anmeldetag:  14.11.1988
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)4F04B 37/08
(86) Internationale Anmeldenummer:
PCT/SU1988/000228
(87) Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 1989/005917 (29.06.1989 Gazette  1989/14)
(84) Benannte Vertragsstaaten:
DE FR GB

(30) Priorität: 17.12.1987 SU 4344470

(71) Anmelder: Akcionernoe obscestvo zakrytogo tipa "LAVS"
198103 Sankt-Petersburg (RU)

(72) Erfinder:
  • LARIN, Marxen Petrovich
    Leningrad, 195256 (SU)

(74) Vertreter: Nix, Frank Arnold 
Kröckelbergstrasse 15
65193 Wiesbaden
65193 Wiesbaden (DE)

   


(54) KRYOGENE ADSORPTIONSPUMPE


(57) Die kryogene Adsorptionspumpe hat ein Gehäuse (1) mit einem Deckel (2), einem Boden (3) und einem Eintrittsstutzen (4), ein Kryomitteigefäß (7), das aus zwei übereinander im Zentralbereich der Pumpe liegenden Zargen (8) und (9) ausgeführt ist, die durch ein Ringelement (10) verbunden sind. Das Kryomitteigefäß (7) ist mit einer Wärmeleitung (13) versehen, die die obere Zarge (8) unter Bildung eines Hohlraums umschließt, worin ein gasdurchlässiger Schirm (14) angeordnet und zwischen der Wärmeleitung (13) und dem gasdurchlässigen Schirm (14) ein Adsorptionsmittel (16) untergebracht ist. Die Pumpe enthält auch eine Vakuumleitung (24), die im inneren des Kryomittelgefäßes (7) angeordnet und mit Wärmeleitung (29) und (30) versehen ist, die auf der Vakuumleitung (24) befestigt und im Inneren der Zargen (8) bzw. (9) über ihre ganze Länge angeordnet sind. Die Enden (25) und (26) der Vakuumleitung (24) sind mit Wärmebrücken (27) bzw. (28) versehen und aus dem Gehäuse (1) über den Boden (3) hinausgeführt. Die Pumpe weist auch Rohre (31) und (32) zum Einfüllen eines Kryomittels bzw. zur Ableitung seiner Dämpfe auf.




Beschreibung

Gebiet der Technik



[0001] Die Erfindung bezieht sich auf die Vakuumtechnik und insbesondere auf Konstruktionen von Kryoadsorptionsvakuumpumpen. Am vorteilhaftesten kann die Erfindung in der Vakuumtechnik, die in der Elektronik - und Hochfrequenzindustrie, in anderen Industriezweigen und bei wissenschaftlichen Forschungen zu einem breiten Einsatz kommt, als vorbereitendes - bzw. Hauptmittel zur Erzeugung eines höchstreinen ölfreien Vakuums in Arbeitskammern mit einem Volumen 1.10-3 bis 1.102 m3 in einem Druckbereich 1.105 bis 1.10-2 bzw. 1.102 bis 1.10-7 Pa und darunter verwendet werden.

Vorhergehender Stand der Technik



[0002] Zur Zeit findet eine Vervollkommnung kryogener Adsorptionspumpen auf dem Wege einer Optimierung ihrer Konstruktion sowohl durch Entwicklung neuer Baugruppenanordnungen als auch dadurch statt, daß die Pumpen mit neuen Konstruktionselementen versehen werden. Die beiden Lösungswege bezwecken eine Verbessergung der Pumpleistungen und der kryogenenKennzahlen der genannten Pumpen.

[0003] Es ist eine kryogene Adsorptionspumpe bekannt, enthaltend ein Gehäuse mit einem Deckel, einem Boden und einem am Deckel angeordneten Eintrittsstutzen, ein Kryomittelgefäß, das im Gehäuse untergebracht und mit einem gasdurchlässigen Schirm versehen ist, eine Wärmebrücke, die den Eintrittsstutzen mit dem Kryomittelgefäß verbindet, ein Adsorptionsmittel, Rohre zum Einfüllen eines Kryomittels und zur Ableitung seiner Dämpfe (Zeitschrift der Akademie der Wissenschaften der UdSSR "Pribory i tekhnika experimenta""Nr.6, 1983, Moskau, M.P.Larin "Sverkhvysokovakuumny agregat s gelievym kriogennym nasosom", S. 123 bis 132, S. 129).

[0004] Ein Nachteil dieser Pumpe besteht darin, daß man sich zur Erzeugung eines vollkommen ölfreien Hochvakuums in einer Arbeitskammer mit Hilfe dieser Pumpe zusätzlicher Mittel, z.B. einer mechanischen Vorvakuumpumpe nebst einer durch Flüssigstickstoff gekühlten Öldampffalle zu bedienen hat. Die zur Z-eit üblichen Konstruktionen der genannten Vakuumfallen sind infolge gesteigerten Stickstoffverbrauchs und kurzer (10 bis 35 Stunden) Betriebsdauer nach einem einmaligen Stickstoffeinfüllen unwirtschaftlich, weil dadurch ein großer zusätzlicher Arbeitsaufwand zur Regeneration und Spülung der Fallen und der Anschlußleitungen sowie ein unproduktiver Verbrauch an Flüssigstickstoff zum anschließenden Fallenkühlen - von der Raumtemperatur bis zu 77,4 K bedingt werden.

[0005] Es ist auch eine kryogene Adsorptionspumpe bekannt, enthaltend ein Gehäuse mit einem Deckel, einem Boden und einem am Deckel angeordneten Eintrittsstutzen, ein Kryomittelgefäß, das im Gehäuse untergebracht und mit einem gasdurchlässigen Schirm versehen ist, eine Wärmebrücke, die den Eintrittsstutzen mit dem Kryomittelgefäß verbindet, ein Adsorptionsmittel, Rohre zum Einfüllen eines Kryomittels und zur Ableitung seiner Dämpfe und eine im Hohlraum des Kryomittelgefäßes angeordnete Vakuumleitung, deren eines Ende aus dem Gehäuse über den Boden hinausgeführt ist (SU, A, 1333833).

[0006] In dieser kryogenen Adsorptionspumpe ist das Kryomittelgefäß als zwei Koaxiale Zylinder -ein innerer und ein äußerer- ausgeführt, die einen mit einem Kryomittel zu füllenden Hohlraum bilden. Im Inneren des Innenzylinders des Kryomittelgefäßes ist koaxial dazu ein gasdurchlässiger Schirm angebracht, der einen mit einem Adsorptionsmittel gefüllten Hohlraum bildet. Ein Hohlraum im Zentralbereich der Pumpe, der durch den geschlossenen gasdurchlässigen Schirm umschlossen ist, wird zur Zufuhr eines evakuierten Gases zum Adsorptionsmittel verwendet. Die Vakuumleitung ist im Inneren des Kryomittelgefäßes angeordnet, wobei das eine Ende dieser Vakuumleitung über den Boden und das andere Ende über den Gehäusedeckel hinausgeführt ist. Die Vakuumleitung. hat die Form einer halben Spiralewindung, die den inneren Zylin- der des Kryomittelgefäßes umschließt und νAbmessungen der Vakuumleitung werden nach den folgenden Beziehungen bestimmt:

wobei

R Radius einer halben Spiralewindung;

d Durchmesser der Vakuumleitung und

h Spiralesteigung bedeuten.



[0007] Die Vakuumleitung wird auf der Stufe einer Vorevakuierung der Arbeitskammer durch eine mechanische Vorvakuumpumpe verwendet und übt Funktionen einer Ausfrierfälle aus auf deren Wänden eine Kondensation der bei der Kryomitteltemperatur leicht kondensierbaren Gase und Dämpfe, z.B. Öldämpfe aus der mechanischen Vorvakuumpumpe erfolgt.

[0008] Ein Nachteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß bei der Ausführung des Kryomittelgefäßes in Form eines ringförmigen Hohlraums zwischen zwei koaxialen Zylin-. dern und bei der Anordnung eines Adsorptionsmittels mit einer begrenzten DicKe zwischen dem Innenzylinder und dem gasdurchlässigen Schirm im Bereich der Pumpenabmessungen ein unzureichendes Volumen des Adsorptionsmittels und eine zu kleine Fläche des gasdurchlässigen Schirms bedingt werden und dies setzt die Pampleistungswerte der Pumpe, d.h. die Adsorptionskapazität und die Schnelligkeit herab.

[0009] Außerdem werden durch die genannte Ausführung und Anordnung der Vakuumleitung deren Durchmesser und Länge begrenzt. Der Durchmesser der Vakuumleitung ist durch die Ringraumweite des Kryomittelgefäßes begrenzt und die Länge der Vakuumleitung kann die Höhe des Pumpengehäuses nicht unterschreiten. Die genannten Parameter der Vakuumleitung,d.h. deren Durchmesser und Länge, bestimmen deren Durchlaßfähigkeit und ihre Begrenzung setzt die Durchlaßfähigkeit der Vakuumleitung herab, wodurch eine verhältnismäßig lange Zeit zum Vorevakuieren der Arbeitskammer bedingt ist.

[0010] Zusammen damit läßt die genannte Ausführung des Kryomittelgefäßes keine effektive Ausnutzung des inneren Pumpenvolumens zur Steigerung der Kapazität dieses Gefäßes und der eingefüllten Kryomittelmenge zu. Eine unzureichende Kapazität des Kryomittelgefäßes bewirkt eine Verkürzung des kontinuierlichen Betriebs der Pumpe und verschlechtert dadurch deren kryogene Kennzahlen.

Offenbarung der Erfindung



[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kryogene Adsorptionspumpe zu schaffen, enthaltend ein Kryomittelgefäß, ein Adsorptionsmittel, einen gasdurchlässigen Schirm und eine im Hohlraum des Kryomittelgefäßes angeordnete Vakuumleitung, worin die genannten Elemente derart ausgeführt und im Inneren des Pumpengehäuses so angeordnet sind, daß bei un- veränderten Pumpenabmessungen die Oberfläche des gasdurchlässigen Schirms erweitert, das Volumen des Adsorptionsmittels vergrößert, die Durchlaßfähigkeit der Vakuumleitung gesteigert und dadurch die Pumpkennzahlen der Pumpe verbessert, d.h. die Schnelligkeit der Pumpe gesteigert, ihre Adsorptionskapazität vergrößert und das Evakuieren der Arbeitskammer beschleunigt werden können.

[0012] Diese Aufgabe wird bei einer kryogenen Adsorptionspumpe, mit einem Gehäuse, das einen Deckel, einen Boden und einen am Deckel angebrachten Eintrittsstutzen aufweist, einem Kryomittelgefäß, das im Gehäuse untergebracht ist, einem Adsorptionsmittel, einem gasdurchlässigen Schirm, einer Wärmebrücke, einer im Hohlraum des Kryomittelgefäßes angeordneten Vakuumleitung, deren eines Ende aus dem Gehäuse über den Boden hinausgeführt ist, und mit Rohren zum Einfüllen eines Kryomittels und zur Ableitung seiner Dämpfe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kryomittelgefäß als zwei im Zentralbereich der Pumpe übereinander angeordnete Zargen ausgeführt ist, die durch ein Ringelement verbunden sind und von denen die obere einen Deckel und die untere einen Boden enthält, wobei das Kryomittelgefäß mit einer Wärmeleitung versehen ist, die auf dem Ringelement befestigt ist und die obere Zarge unter Bildung eines Hohlraums zwischen der Zarge und der Wärmeleitung umschließt, worin der auf dem Ringelement befestigte gasdurchlässige Schirm angeordnet ist, das Adsorptionsmittel ist zwischen der Wärmeleitung und dem gasdurchlässigen Schirm angeordnet, die Vakuumleitung ist mit Wärmeleitungen versehen, die darauf befestigt und im Inneren der Zargen des Kryomittelgefäßes über deren Gesamtlänge angeordnet sind, wobei das zweite Ende der Vakuumleitung aus dem Gehäuse über den Boden hinausgeführt ist.

[0013] Die Ausführung des Kryomittelgefäßes in Form von zwei im Zentralbereich der Pumpe angeordneten Zargen, die durch ein Ringelement verbunden sind, und die Bestückung dieses Gefäßes mit einer Wärmeleitung, die auf dem Ringelement unter Bildung eines Hohlraums zwischen der oberen Zarge und der Wärmeleitung befestigt ist, stellt erstens eine effektive Kühlung der Wärmeleitung durch Kryomittel über das Ringelement sicher und ermöglicht es zweitens, den Durchmesser der Wärmeleitung maximal zu vergrößern.

[0014] Durch die Anordnung des gasdurchlässigen Schirms in einem Hohlraum zwischen der Wärmeleitung und der oberen Zarge kann man die Oberfläche des gasdurchlässigen Schirms infolge Vergrößerung seines Durchmessers bedeutend vergrö3ern und damit die Schnelligkeit der Pumpe steigern. Die Anordnung eines Adsorptionsmittels zwischen der Wärmeleitung und dem gasdurchlässigen Schirm stellt eine effektive Kühlung des Adsorptionsmittels sicher. Auf diese Weise wird bei einer begrenzten Dicke des Adsorptionsmittels seine Gesamtmenge durch eine Durchmessersteigerung der Wärmeleitung und des gasdurchlässigen Schirms und folglich der Querschnittsfläche des Ringraums vergrößert, worin das Adsorptionsmittel untergebracht ist, wodurch die Adsorptionskapazität der Pumpe gesteigert wird.

[0015] Da das zweite Ende der Vakuumleitung wie das erste über den Boden hinausgeführt wird, wird eine schleifenförmige optisch dichte Vakuumleitung gebildet. Dies schließt einen direkten Flug der Dampf- und Gasmoleküle durch die Vakuumleitung aus.

[0016] Da die Vakuumleitung im Inneren einer Zarge des Kryomittelgefäßes angeordnet ist, das wie vorstehend beschrieben ausgeführt ist, kann der Durchmesser der Vakuumleitung ver- grö3ert und ihre Länge verkleinert werden. Dies steigert die Durchlaßfähigkeit der Vakuumleitung und beschleunigt dadurch das Evakuieren der Arbeitskammer. Außerdem werden beim Hinausführen des zweiten Endes der Vakuumleitung über den Boden der Pumpendeckel freigemacht, Bedingungen zum Pumpenanschluß an die Arbeitskammer und an die mechanische Vorvakuumpumpe verbessert und dadurch der Pumpenbetrieb erleichtert.

[0017] Da die Vakuumleitung mit Wärmeleitungen versehen ist, die darauf befestigt und im Inneren der Zargen des Kryomittelgefäßes angeordnet sind, wird auf der Vorstufe des Evakuierens der Arbeitskammer eine effektive Kühlung der Vakuumleitung bei einem beliebigen Kryomittelstand im Gefäß unabhängig davon sichergestellt, ob die Pumpe mit nach oben bzw. nach unten gerichteten Eintrittsstutzen angebracht ist. Dies schafft Voraussetzungen zur Erzeugung optimaler Kennzahlen des Evakuierens auf darauffolgenden Stufen des Evakuierens der Arbeitskammer.

[0018] Es kommt noch hinzu, daß solch eine Ausführung des Kryomittelgefäßes den inneren Pumpenraum zur Vergrößerung des Gefäßvolumens und dementsprechend der Menge des einzufüllenden Kryomittels effektiv ausnutzen läßt.

[0019] Es ist zweckmäßig, die Rohre zum Einfüllen des Kryomittels und zur Ableitung seiner Dämpfe im Inneren des Kryomittelgefäßes anzuordnen und mit dem einen Ende aus dem Ge- häuse über seinen Boden hinauszuführen, das andere Ende des einen Rohrs am Deckel der oberen Zarge und das des anderen Rohrs am Boden der unteren Zarge anzuordnen.

[0020] Solch eine Anordnung der Rohre zum Einfüllen des Kryomittels und zur Ableitung seinen Dämpfe vergrößert die Rohrlänge, vermindert folglich die Wärmezufuhr und senkt die Verdampfbarkeit des Kryomittels herab, wodurch die kryogenen Kennzahlen der Pumpe verbessert werden.

[0021] Außerdem stellt die genannte Anordnung der Rohre die Möglichkeit sicher, die Pumpe unabhängig davon zu betreiben, ob der Eintrittsstutzen nach oben bzw. nach unten gerichtet ist, ohne daß dabei Bedingungen zum Einfüllen des Kryomittels und zur Ableitung seiner Dämpfe verschlechtert werden. Dabei wechselt nur die Zweckbestimmung der beiden Rohre. Außerdem kann man im Bedarfsfalle das Kryomittel schnell evakuieren.

[0022] Es ist zweckmäßig, die Pumpe mit einem Sohirm zu versehen, der auf der Innenseite des Pumpengehäuses mit einem Abstand davon angeordnet ist. Durch diesen Schirm wird eine Wärmezufuhr in das Kryomittelgefäß infolge Wärmeabstrahlung vom Pumpengehäuse vermindert. Dies setzt die Verdampfbarkeit des Kryomittels herab und verbessert damit die kryogenenKennzahlen der Pumpe.

[0023] Es ist zweckmäßig, im Inneren der Wärmebrücke koaxial dazu einen Schirm anzuordnen. Dieser Schirm in der erfindungsgemäßen Pumpenkonstruktion in Verbindung mit dem Schirm, der auf der Innenseite des Pumpengehäuses angeordnet ist, vernindert wesentlich eine Wärmezufuhr zur Wärmebrücke infolge Wärmeabstrahlung von der Arbeitskammer. Außerdem findet auf der Oberfläche der Wärmebrücke, die eine veränderliche Temperatur von 78 bis 295 K aufweist, eine unerwünschte Erscheinung, und zwar eine Kondensation von Wasserdampf und Dämpfen von Gasen (Kohlendioxid, Freonen, manchen Kohlenwasserstoffen) statt, die eine Verlängerung des Evakuierens der Arbeitskammer bis zum Grenzvakuum infolge Umkondensation bewirkt. Beim genannten Schirm wird diese Erscheinung beseitigt und dies trägt zu einer weiteren Verbesserung der Abpumpkennzahlen der Pumpe bei.

[0024] Es ist zweckmäßig, die Pumpe mit Stangen zu versehen, von denen die eine im Gehäuseboden, die andere im Eintrittsstutzen der Pumpe befestigt ist und im Deckel der oberen und im Boden der unteren Zarge des Kryomittelgefäßes Vertiefungen zum Stangenanschlag auszuführen. Die Stangen und die Ausführung der genannten Vertiefungen im Boden und im Deckel der Zargen des Kryomittelgefäßes gibt die Möglichkeit, das Kryomittelgefäß im Pumpengehäuse starr festzulegen, wodurch innere Pumpenelemente vor Beschädigungen beim Transport der Pumpe geschützt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen



[0025] Die Erfindung wird nach Einsichtnahme in die nachstehende ausführliche Beschreibung einer erfindungsgenäßen Ausführung der kryogenen Adsorptionspumpe unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Weiter verständlich. Es zeigt:

Fig.1 eine erfindungsgemäße kryogene Adsorptionspumpe im Schnitt;

Fig.2 den Schnitt längs der Linie II-II in Fig.1 und

Fig.3 das Schema eines Anschlusses der erfindungsgemä-3en Pumpe an eine Arbeitskammer und eine mechanische Vorvakuumpumpe.


Beste Ausführungsvariante der Erfindung



[0026] Die kryogene Adsorptionspumpe enthält ein Gehäuse 1 (Fig.1) mit einem Deckel 2, einem Boden 3 und einem am Deckel 2 angeordneten Eintrittsstutzen 4. Die Pumpe ist mit einem Schirm 5 versehen, der mit einem Spiel 6 auf der inneren Seite des Gehäuses 1 der Pumpe angeordnet ist. Im Zentralbereich des Gehäuses 1 der Pumpe ist ein KryomittelgefäS 7 angeordnet, das aus zwei übereinander angebrachten Zargen, und zwar der oberen 8 und der unteren 9 ausgeführt ist, die durch ein Ringelement 10 verbunden sind. Die obere Zarge 8 hat einen Deckel 11 und die untere Zarge 9 einen Boden 12. Das Kryomittelgefäß 7 ist mit einer Wärmeleitung 13 versehen, die am Ringelement 10.befestigt ist. Eine Kühlung der Wärmeleitung 13 erfolgt also durch Kryomittel über das Ringelement 10. Diese Ausführung des Kryomittelgefäßes aus zwei im Zentralbereich der Pumpe liegenden Zargen 8 und 9, die durch das Ringelement 10 verbunden sind und seine Ausstattung mit der Wärmeleitung 13, die auf dem Ringelement 10 unter Bildung eines Hohlraums zwischen der oberen Zarge 8 und der Wärmeleitung 13 befestigt ist, gibt erstens die Möglichkeit, die Wärmeleitung 13 durch Kryomittel über das Ringelement 10 abzukühlen und läßt zweitens eine maximale Vergrößerung des Durchmessers der Wärmeleitung 13 zu.

[0027] Die Wärmeleitung 13 umschließt die obere Zarge 8 und bildet dabei einen Hohlraum, worin ein gasdurchlässiger Schirm 14 untergebracht ist, der auf dem Ringelement 10 befestigt ist. Die Wärmeleitung 13 und der gasdurchlässige Schirm 14 sind durch einen Ring 15 verbunden. Zwischen der Wärmeleitung 13 und dem gasdurchlässigen Schirm 14 befindet sich ein Adsorptionsmittel 16. Über einen Hohlraum 17 zwischen dem gasdurchlässigen Schirm 14 und der Zarge 8 gelangt das evakuierte Gas aus der Arbeitskammer zum Adsorptionsmittel 16 hin.

[0028] Da der gasdurchlässige Schirm 14 im Hohlraum zwischen der Wärmeleitung 13 und der oberen Zarge 8 untergebracht ist, kann man die Oberfläche des gasdurchlässigen Schirms durch Vergrößerung seines Durchmessers vergrößern und damit die Schnelligkeit der Pumpe steigern. Die Anordnung des Adsorptionsmittels 16 zwischen der Wärmeleitung 13 und dem gasdurchlässigen Schirm 14 stellt eine effektive Kühlung des Adsorptionsmittels 16 sicher und verhindert ein Eindringen des Adsorptionsmittelstaubs in die Arbeitskammer. Bei begrenzter Dicke des Adsorptionsmittels 16 wird sein Gesamtvolumen durch Durchmessersteigerung der Wärmeleitung 13 und des gasdurchlässigen Schirms 14 und folglich der Querschnittsfläche des Ringraums vergrößert, worin das Adsorptionsmittel untergebracht ist, und als Folge davon wird die Adsorptionskapazität der Pumpe gesteigert.

[0029] An den Eintrittsstutzen 4 ist das eine Ende einer Wärmebrücke 18 angeschlossen, die als Faltenbalg ausgeführt ist. Das andere Ende der Wärmebrücke 18 ist an einen Ringdeckel 19 angeschlossen, der seinerseits am Ring 15 befestigt ist.

[0030] Der Raum zwischen der Innenfläche des Gehäuses 1 und den Außenflächen der Wärmebrücke 18, des Ringdeckels 19, der Wärmeleitung 13, der unteren Zarge 9 und des Bodens 12 der unteren Zarge 9 stellt einen "Schutzvakuumraum" 20 dar.

[0031] Die Wärmebrücke 18 weist einen Schirm 21 auf, der mit einem Spiel koaxial zur Wärmebrücke 18 angeordnet ist.

[0032] Auf einer Seitenfläche der unteren Zarge 9 ist eine ringförmige Tasche 22 mit dem Adsorptionsmittel 16 ausgeführt. Die Tasche 22 ist durch einen gasdurchlässigen Schirm 23 verdeckt, der dem "Scnutzvakuumraum" 20 zugekehrt ist. Das in der Tasche 22 eingeschlossene Adsorptionsmittel 16 ist zum Restgasevakuieren aus den "Schutzvakuumraum" 20 bestimmt.

[0033] Im Inneren der unteren Zarge 9 des Kryomittelgefäßes 7 ist eine Vakuumleitung 24 untergebracht. Diese Vakuumleitung 24 ist zum Vorevakuieren der Arbeitskammer bestimmt und wirkt als Ausfrierfalle, auf deren Wänden die bei der Kryomitteltemperatur leicht kondensierbaren Gase und Dämpfe kondensiert werden, die aus der mechanischen Vorvakuumpumpe in die Arbeitskammer eindringen können. Die Vakuumleitung 24 stellt ein optisch dichtes Element dar, dessen Enden 25 und 26 mit Wärmebrücken 27 bzw. 23 versehen und über den Boden 3 des Gehäuses 1 hinausgeführt sind.

[0034] Das Hinausführen der beiden Enden 25 und 26 der Vakuumleitung 24 über den Boden 3 des Gehäuses 1 der Pumpe bedingt Bildung einer optisch dichten Vakuumleitung. Da die Vakuumleitung im Inneren der unteren Zarge 9 untergebracht ist, kann man den Durchmesser der Vakuumleitung 24 vergrößern und deren Länge verkürzen, wodurch die Durchlaßfähigkeit der Vakuumleitung gesteigert und folglich das Vorevakuieren der Arbeitskammer beschleunigt werden.

[0035] Die Vakuumleitung 24 ist mit Wärmeleitungen 29 und 30 versehen, die darauf befestigt und im Inneren der Zargen 8 bzw. 9 über ihre gesamten Länge angeordnet sind.

[0036] Da die Vakuumleitung 24 mit den Wärmeleitungen 29 und 30 versehen ist, wird eine konstante Temperatur an Wänden der Vakuumleitung 24 bei einem beliebigen Kryomittelstand im Gefäß 7 unabhängig davon aufrechterhalten, ob die Pumpe mit nach oben oder nach unten gerichtetem Eintrittsstutzen aufgestellt ist.

[0037] Die Pumpe weist ein Rohr 31 (Fig.2) zum Kryomitteleinfüllen und ein Rohr 32 zur Ableitung der Kryomitteldämpfe auf, die im Inneren der Zargen 8 und 9 des Kryomittelgefäßes angeordnet sind. Jedes Rohr 31 und 32 ist mit dem einen Ende 33 bzw. 34 aus dem Gehäuse 1 über den Boden 3 hinausgeführt. Das andere Ende 35 des U-förmigen Rohrs 31 ist am Boden 12 der unteren Zarge 9 und das Ende 36 des Rohrs 32 am Deckel 11 der oberen Zarge 8 angebracht. Die Konstruktion der Rohre 31 und 32 zum Einfüllen einen Kryomittels bzw. zur Ableitung seiner Dämpfe und die genannte Anordnung ihrer Enden 35 bzw. 36 gibt die Möglichkeit, Kryomittel ins Kryomittelgefäß 7 unabhängig davon einzufüllen, ob der Eintrittsstutzen 4 der Pumpe nach oben bzw. nach unten zeigt. Wenn sich derEintrittsstutzen oben befindet, füllt man Kryomittel über das Rohr 31 und wenn die Pumpe so aufgestellt ist, daß sich der Eintrittsstutzen 4 unten befindet, dann über das Rohr 32 ein.

[0038] Die Pumpe ist mit zwei Stangen 37 und 38 versehen, die auf der Pumpenachse angeordnet sind, dabei ist die Stange 37 im Boden 3 des Gehäuses 1 befestigt und die Stange 38 ist über einen Stopfen 39 an den Eingangsstutzen 4 angeschlossen. Das Ende der Stange 37 ist mit einer Vertiefung 40, die im Boden 12 ausgeführt ist,und das Ende der Stange 33 ist mit einer Vertiefung 41 gekoppelt, die im Deckel 11 ausgeführt ist.

[0039] Die Fig.3 zeigt ein Schema eines Anschlusses der erfindungsgemäßen Kryogenen Adsorptionspumpe 42 an eine zu evakuierende Arbeitskammer 43 und eine mechanische Vorvakuumpumpe 44.

[0040] Die erfindungsgenäße Pumpe 42 ist durch den Eintrittsstutzen 4 über ein Ventil 45 an die Arbeitskammer 43 angeschlossen. Das eine Ende 25 der Vakuumleitung 24- der erfindungsgemäßen Pumpe 42 ist über die Wärmebrücke 27 an ein Ventil 46 und darüber an die Arbeitskammer 43 und das andere Ende 26 der Vakuumleitung 24 über die Wärmebrücke 28 an ein Ventil 47 und darüber an die mechanische Vorvakuumpumpe 44 angeschlossen. An die mechanische Vorvakuumpumpe 44 sind die Arbeitskammer 43 über ein Ventil 48, der "Schutzvakuumraum" 20 der erfindungsgenäßen Pumpe 42 über ein Ventil 49 und das gesamte Volumen der erfindungsgenäßen Pumpe 42 unterhalb des Eintrittsstutzens 4 über ein Ventil 50 angeschlossen.

[0041] Die kryogene Adsorptionspumpe arbeitet wie folgt.

[0042] Bei der erstmaligen Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Pumpe 42 wird ihr "Schutzvakuumraum" 20 mittels der mechanischen Vorvakuumpumpe 44 über das Ventil 49 evakuiert. Unter normalen Umständen reicht dies für eine Zeitspanne von' 1 bis 2 Jahren aus.

[0043] Damit die Pumpe 42 in den Betriebszustand gebracht wird, wird ihr ganzesVolumen unterhalb des Eintrittsstutzens 4 mit Einschluß des Hohlraums 17 mittels der mechanischen Vorvakuumpumpe 44 über das Ventil 50 bis zu einem Druck 100 bis 40 Pa evakuiert.

[0044] Danach füllt man das Kryomittelgefäß über das Rohr 31 bzw. 32 (in Abhängigkeit von der Pumpenlage) mit einem Kryomittel, z.B. Flüssigstickstoff auf. Infolge der Abkühlung des Kryomittelgefäßes 7 wird das in der Tasche 22 eingeschlosdas sene Adsorptionsmittel abgekühlt und adsorbiert das Restgas, das sich im "Schutzvakuumraum" 20 befindet. Dabei sinkt Druck im "Schutzvakuumraum" 20 bis auf einen Wert von 1.10-4 Pa und darunter, wodurch die Wärmezufuhr in das Kryomittelgefäß 7 vom Gehäuse 1 aus durch einen Wärmeaustausch der Restgasmoleküle stark herabgesetzt wird. Infolgedessen wird unabhängig vom Druck am Eintritt in die Pumpe eine minimale Wärmezufuhr in das Kryomittelgefäß 7 stattfinden. Das Restgas im ganzen Pumpenvolumen unterhalb des Eintrittsstutzens 4 mit Einschluß des Hohlraums 17, wird durch das Adsorptionsmittel 16 adsorbiert, das sich zwischen der Wärmeleitung 13 und dem gasdurchlässigen Schirm 14 befindet.

[0045] Nachdem alle genannten Arbeitsgänge ausgeführt worden sind, ist die Pumpe betriebsbereit.

[0046] Ein Evakuieren der Arbeitskammer 43 schließt eine Vorstufe ein, die mittels der mechanischen Vorvakuumpumpe 44 über das Ventil 48 bis zu einem Druck 100 bis 40 Pa und danach mit Hilfe der Vakuumleitung 24 über die Ventile 46 und 47 bis zu einem Druck 5 bis 1 Pa erfolgt. Auf dieser Vorstufe dedieEvaxuierens der Arbeitskammer 43 übt die Vakuum- leitung 24 die Funktion einer Ausfrierfalle aus, auf deren Wänden Öldämpfe kondensieren, die aus der mechanischen Vorvakuumpumpe diffundieren.

[0047] Dann schließt man die Ventile 46 und 47, öffnet das Ventil 45 und evakuiert die Arbeitskammer 43 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Adsorptionspumpe 42 bis zum Solldruck.

Industrielle Anwendbarkeit



[0048] Die Erfindung kann am vorteilhaftesten in der Vakuumtechnik, die in der Elektronik- und Hochfrequenzindustrie, in anderen Industriezweigen und bei wissenschaftlichen Forschungen zu einem breiten Einsatz kommt, als Vorschalt- bzw.Hauptmittel'zur Erzeugung eines höchstreinen ölfreien Vakuums in Arbeitskammern mit einem Volumen 1.10-3 bis 1.102 m3 in einem Druckbereich 1.105 bis 1.10-2 bzw. 1.102 bis 1.10-7 Pa und darunter verwendet werden.


Ansprüche

1. Kryogene Adsorptionspumpe mit einem Gehäuse, das einen Deckel, einen Boden und einen am Deckel angeordneten Eintrittsstutzen aufweist, einem im Gehäuse untergebrachten Kryomittelgefäβ, einem Adsorptionsmittel, einem gasdurchlässigen Schirm, einer Wärmebrücke, einer im Inneren des Kryomittelgefäßes angeordneten Vakuumleitung, deren eines Ende aus dem Gehäuse über dessen Boden hinausgeführt ist, und mit Rohren zum Einfüllen eines Kryomittels und zur Ableitung seiner Dämpfe, dadurch gekennzeichnet, daß das Kryomittelgefäß aus zwei im Zentralbereich der Pumpe angeordneten und übereinander liegenden Zargen ausgeführt ist, die miteinander durch ein Ringelement verbunden sind und von denen die obere einen Deckel und die untere einen Boden enthält, wobei das Kryomittelgefäß mit einer Wärmeleitung versehen ist, die auf dem Ringelement befestigt ist und die obere Zarge unter Bildung eines Hohlraums zwischen der Zarge und der Wärmeleitung umschließt, worin der genannte gasdurchlässige Schirm untergebracht ist, der auf dem Ringelement befestigt ist, das Adsorptionsmittel zwischen der Wärmeleitung und dem gasdurchlässigen Schirm angeordnet ist und die Vakuumleitung mit Wärmeleitungen versehen ist, die darauf befestigt und im Inneren der Zargen des Kryomittelgefäßes über ihre ganze Länge angeordnet sind, wobei das zweite Ende der Vakuumleitung aus dem Gehäuse über den Boden hinausgeführt ist.
 
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zum Einfüllen des Kryomittels und zur Ableitung seiner Dämpfe im Inneren des Kryomittelsgefäßes angeordnet und mit dem einen Ende aus dem Gehäuse über den Boden hinausgeführt sind und das zweite Ende des einen Rohrs am Deckel der oberen Zarge und das des zweiten Rohrs am Boden der unteren Zarge angeordnet ist.
 
3. Pumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Schirm versenen ist, der mit einem Abstand auf der Innenseite des Fumpengehäuses angebracht ist.
 
4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Wärmebrücke koaxial dazu ein Schirm angebracht ist.
 
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Stangen versehen ist, von denen die eine im Gehäuseboden und die andere im Eintrittsstutzen der Pumpe befestigt sind und im Deckel der oberen bzw. im Boden der unteren Zarge des Kryomittelgefäßes Vertiefungen zum Stangenanschlag ausgeführt sind.
 




Zeichnung













Recherchenbericht