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 1.10
2 m
3 in einem Druckbereich 1.10
5 bis 1.10
-2 bzw. 1.10
2 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 m
3 in einem Druckbereich 1.10
5 bis 1.10
-2 bz
w. 1.10
2 bis 1.10
-7 Pa und darunter verwendet werden.
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.