Öldiffusionspumpe Zur Erreichung von Hochvakuum in technischen Anlagen werden meist Öldiffu- sionspumpen aus Metall angewandt. Als Treibmittel finden Öle Verwendung, deren Dampfdrucke bei Zimmertemperatur 10-5 Millimeter Hg oder weniger betragen. In den bekannten Ausführungen ist der Heizkörper für die Aufheizung des Öles an der Aussen seite des Metallmantels der Pumpe ange bracht.
Dem Vorteil der leichten Demont.ier- barkeit dieses Heizkörpers steht bei dieser Ausführung der Nachteil einer langen Auf- heiz- und Abkühlzeit gegenüber. Da für die Erwärmung des Öles vorerst ein Teil des metallischen Pumpengehäuses aufgeheizt werden muss, beträgt die Zeit für die Inbe triebsetzung solcher Pumpen 20 Minuten und mehr. Ebenso wirkt sich die zusätzliche Wärmekapazität des aufgeheizten Mantelteils beim Ausschalten der Pumpe aus.
Dies wird speziell bei Anlagen als Nachteil empfunden, bei welchen die Pumpe nicht vakuumdicht von der Apparatur abgetrennt werden kann. In diesem Fall muss vor dem Einlassen von Luft in die Apparatur das Kaltwerden des Öles abgewartet werden, um eine Zersetzung desselben zu vermeiden.
Es wurde schon verschiedentlich versucht, diese Nachteile der Aussenheizung zu elimi nieren, indem beispielsweise eine Spezial kühlung des Öles beim Abschalten der Pumpe in Betrieb gesetzt wird, welche die Abkühl- zeit verkürzt. Dadurch wird jedoch die An- heizzeit nicht verändert. Es ist bekannt, dass Glasdiffusionspumpen die erwähnten Nachteile nicht aufweisen, da sich bei diesen Pumpen die Heizelemente direkt im Öl befinden und somit keine grosse zusätzliche Wärmekapazität aufzuheizen ist.
Die Durchführungen dieser Heizelemente sind jedoch mit dem Glas fest verschmolzen und die Heizelemente also nicht auswechsel bar. Bei Metallpumpen, welche an sich teurer sind und bei welchen die Reparatur einer festen Durchführung nicht mit so einfachen Mitteln erfolgen kann, ist es aber wünschens wert, das Heizelement auswechselbar zu ge stalten.
Dies erfordert jedoch eine auswechsel bare Vakuumdichtung in unmittelbarer Nähe des siedenden Öles. 0t und Hitze sind aber den dichtenden Materialien wie Gummi usw. schädlich.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Öldiffusionspumpe aus Metall mit auswechselbarem Tauchsieder, bei welchem die wegen der Auswechselbarkeit des Tauch sieders nötige Dichtung sich nur soweit er wärmen kann, dass sie keinen Schaden leidet. Dies wird z. B. dadurch erreicht, dass zwi schen dem siedenden 0I und dein Pumpen gehäuse sich eine äusserste Schicht kühleren Öles befindet.
Durch den direkten allseitigen Kontakt des Heizelementes mit dem Öl und die isolierende Wirkung dieser äussersten Öl schicht, welche eine wesentliche Miterwär- mung des metallischen Pumpengehäuses ver hindert, werden die Anheiz- und die Abkühl- zeit bei Inbetriebnahme oder Ausserbetrieb- Setzung der Pumpe wesentlich kleiner als bei Metallpumpen mit Aussenheizung.
Messungen haben ergeben, dass eine solche Pumpe nach Einschalten der Heizung in vollkommen kal tem Zustand innerhalb 5 Minuten zu arbeiten beginnt.
Es kann beispielsweise die Durchführung des Heizelementes durch die Metallwand der Pumpe so gelegt sein, dass das Heizelement für sich allein auswechselbar ist und dass die Durchführungsstelle durch die Metallwand eine genügende Abkühlung erfährt und durch eine isolierende Ölschicht vom siedenden Öl getrennt ist. Das Heizelement kann aber auch zusammen mit einem Gehäuseteil auswechsel bar sein.
An drei Ausführungsbeispielen soll der Gegenstand der Erfindung näher beschrieben und dabei weitere damit zusammenhängende Vorteile aufgezeigt werden.
Eine erste er$ndungsgemässe Ausführung einer dreistufigen Öldiffusionspumpe -zeigt Fig. 1. Der Metallmantel besitzt zwei An schlussflanschen, den einen (1) für den zu eva kuierenden Rezipienten und den andern (2) für den Anschluss der Vorvakuumleitung. Im Innern des Metallmantels befindet sich das beispielsweise konusförmige Düsensystem 3 mit den drei Düsen 4. DasTreiböl 5wird durch den Tauchsieder 6 aufgeheizt.
Dieser besteht beispielsweise aus einem einerends (i) dicht geschlossenen Metallrohr, welches als Spirale gebogen ist und durch den Pumpenboden 8 mit Hilfe eines Gummiringes 9 abgedichtet nach aussen führt. Die eigentliche Heizwick- lung befindet sich im Innern des Metallrohres, jedoch nur in dem Teil des Rohres, welcher sich im Öl befindet.
Der durch den Pumpenboden gelangende Rohrteil führt die Anschlüsse 10 der Heiz- wicklung nach aussen. Die beiden Metall zylinder 11 trennen nach bekannter Art die Siederäume für die drei Düsenstufen derart voneinander, dass das Öl für die obere Stufe aus der Mitte des Ölbades, das der untersten Stufe aus der Randzone des Ölbades ent stammt.
Dadurch, dass die Zylinder 11 auf dem Tauchsieder aufstehen und dass sich unterhalb des spiralenförrnigen Tauchsieders im Ölbad eine Metallscheibe 12 befindet, wird das von der Wand gegen das Innere der Pumpe fliessende Treiböl gezwungen, auf spiralförmigem Weg 13 dem Tauchsieder ent lang zu fliessen, wodurch eine an und für sich bekannte Fraktionierung erfolgt, d. h. die unteren Düsenstufen mit den leichtflüchtigen und die oberste Düse mit den schwerflüchti gen Bestandteilen des Öles beschickt werden. Die Wasserkühlung 14, welche für die Kon densation des Öles an der Innenseite des Pumpenmantels sorgt, kühlt zugleich den Rand des metallischen Pumpenbodens.
Die ser leitet die an der Dichtungsstelle 9 an fallende Wärme ab, während das unterhalb der Metallscheibe 12 befindliche kältere Öl eine zu starke Erwärmung der Dichtung ver- hindert.
Eine andere erfindungsgemässe Ausfüh rung nach Fig. 2 besitzt als Tauchsieder ebenfalls ein spiralförmig gebogenes Metall rohr 1, das im Innern die Heizwicklung ent hält. Im Gegensatz zur vorhergehenden Aus- führung ist dieser Tauchsieder am Rande 2 des topfförmigen Bodens 3 hart eingelötet oder eingeschweisst.
Die auswechselbare Dich tung liegt in dieser Ausführung zwischen diesem topfförmigen Boden und dein eigent lichen Pumpenmantel, indem ersterer mittels eines Flansches 4 und Gummiring vakuum dicht am Mantel festgeschraubt wird. Auf diese Weise kann der ganze Pumpenboden 3 mit dem eingebauten Tauchsieder 1 ausge wechselt werden. Die Dichtung wird in die sem Fall über den Flansch 4 noch direkter durch den Wassermantel 5 gekühlt. Während bei der vorhergehenden Ausführung sowohl Düsensystem als auch Heizkörper von der oberen Pumpenseite her ausgewechselt wer den, wird in der Ausführung nach Fig. 2 beides von der unteren Seite her demontiert.
Ebenso kann in der letzten Ausführung der Ölwechsel von unten her erfolgen, da sich im kalten Zustande sämtliches Öl 6 im ab schraubbaren Pumpenboden 3 befindet. Die Ölfraktionierung erfolgt in dieser Ausführung in gleicher Weise wie oben beschrieben. Für Pumpen mit sehr grossen Saugleistun gen, in welchen mehr als eine Kühlfläche und verschiedene voneinander getrennte Düsen systeme kombiniert werden, kann die er findungsgemässe Heizung ebenfalls mit Vor teil verwendet werden, wobei je nach der Bauart in der gleichen Pumpe ein oder meh rere Tauchsieder verwendet werden können. Eine Ausführungsform einer solchen Pumpe zeigt Fig. 3.
Die beiden zylindrischen Kühl flächen 1 und 2 dienen den durch die kon zentrische Anordnung der Düsen 3 ent stehenden zwei Düsensystemen zur Konden sation des Öles. Der für beide Pumpsysteme gemeinsame Tauchsieder 4 ist ein die Heiz- wicklung enthaltendes spiralförmig gebogenes Metallrohr, welches an einem Ende geschlos sen ist und dessen anderes Ende 5 durch den Boden 6 der Pumpe nach aussen geführt ist.
Die Abdichtung dieser Durchführung erfolgt durch einen Gummiring, welcher, wie im Aus führungsbeispiel nach Fig. 1, durch den vom Kühlwasser her gekühlten Pumpenboden 6 und die unterste, relativ kühle Ölschicht vor zu starker Erwärmung geschützt ist. Auch solche Pumpen mit mehreren Pumpsystemen können mit einem topfförmigen Boden gemäss Ausführungsbeispiel 2 versehen werden. Die Fraktionierung des Öles in dieser Ausführung erfolgt wieder durch die Heizspirale in Zu sammenhang mit den vier Metallzylindern 7, wobei das Öl von den Kühlflächen 1 und 2 her die Heizspirale einmal im positiven und einmal im negativen Sinne durchläuft.
Oil diffusion pumps To achieve a high vacuum in technical systems, mostly metal oil diffusion pumps are used. Oils with vapor pressures of 10-5 millimeters Hg or less at room temperature are used as propellants. In the known versions, the radiator for heating the oil on the outside of the metal jacket of the pump is placed.
The advantage of the easy dismantling of this heating element is offset by the disadvantage of a long heating and cooling time in this version. Since part of the metallic pump housing has to be heated up for the heating of the oil, the time for putting such pumps into operation is 20 minutes and more. The additional heat capacity of the heated part of the jacket also has an effect when the pump is switched off.
This is felt to be a disadvantage especially in systems in which the pump cannot be separated from the apparatus in a vacuum-tight manner. In this case, it is necessary to wait for the oil to cool down before letting air into the apparatus in order to prevent it from decomposing.
Various attempts have been made to eliminate these disadvantages of external heating, for example by activating a special cooling system for the oil when the pump is switched off, which shortens the cooling time. However, this does not change the heating-up time. It is known that glass diffusion pumps do not have the disadvantages mentioned, since in these pumps the heating elements are located directly in the oil and thus no large additional heat capacity needs to be heated.
However, the bushings of these heating elements are firmly fused with the glass and the heating elements are therefore not exchangeable. In metal pumps, which are more expensive per se and in which the repair of a fixed bushing cannot be carried out with such simple means, it is, however, desirable to make the heating element replaceable.
However, this requires a replaceable vacuum seal in the immediate vicinity of the boiling oil. However, 0t and heat are harmful to sealing materials such as rubber, etc.
The present invention relates to an oil diffusion pump made of metal with an exchangeable immersion heater, in which the seal required because the immersion heater can be replaced can only be heated to the extent that it is not damaged. This is z. B. achieved that between tween the boiling OI and your pump housing is an outermost layer of cooler oil.
Due to the direct all-round contact of the heating element with the oil and the insulating effect of this outermost oil layer, which prevents significant heating of the metallic pump housing, the heating and cooling times when starting up or shutting down the pump are significantly shorter than with metal pumps with external heating.
Measurements have shown that such a pump starts working within 5 minutes after switching on the heating in a completely cold state.
For example, the feedthrough of the heating element through the metal wall of the pump can be placed in such a way that the heating element can be replaced by itself and that the feedthrough is sufficiently cooled by the metal wall and is separated from the boiling oil by an insulating oil layer. The heating element can also be exchangeable together with a housing part.
The subject matter of the invention is to be described in more detail using three exemplary embodiments and further advantages connected therewith are shown.
A first embodiment of a three-stage oil diffusion pump according to the invention is shown in FIG. 1. The metal jacket has two connecting flanges, one (1) for the recipient to be evacuated and the other (2) for connecting the fore-vacuum line. In the interior of the metal jacket there is the, for example, conical nozzle system 3 with the three nozzles 4. The propellant oil 5 is heated by the immersion heater 6.
This consists, for example, of a metal tube that is tightly closed at one end (i), which is bent as a spiral and leads through the pump base 8 in a sealed manner to the outside with the aid of a rubber ring 9. The actual heating coil is located inside the metal pipe, but only in the part of the pipe that is in the oil.
The pipe part passing through the pump base leads the connections 10 of the heating coil to the outside. The two metal cylinders 11 separate the boiling chambers for the three nozzle stages from one another in a known manner in such a way that the oil for the upper stage comes from the center of the oil bath, that of the bottom stage comes from the edge zone of the oil bath.
The fact that the cylinders 11 stand on the immersion heater and that a metal disk 12 is located below the spiral-shaped immersion heater in the oil bath means that the propellant oil flowing from the wall towards the inside of the pump is forced to flow along the spiral path 13 along the immersion heater, whereby a fractionation known per se takes place, d. H. the lower nozzle stages are charged with the highly volatile and the uppermost nozzle with the non-volatile components of the oil. The water cooling system 14, which ensures the condensation of the oil on the inside of the pump jacket, also cools the edge of the metallic pump base.
The water dissipates the heat falling at the sealing point 9, while the colder oil located below the metal disk 12 prevents the seal from heating up excessively.
Another inventive Ausfüh tion according to FIG. 2 also has a spirally bent metal tube 1 as an immersion heater, which holds the heating coil ent inside. In contrast to the previous embodiment, this immersion heater is hard soldered or welded into the edge 2 of the cup-shaped base 3.
The interchangeable device is located in this version between this pot-shaped bottom and your actual union pump casing by screwing the former vacuum tight to the casing by means of a flange 4 and rubber ring. In this way, the entire pump bottom 3 with the built-in immersion heater 1 can be changed. In this case, the seal is cooled even more directly by the water jacket 5 via the flange 4. While in the previous embodiment both the nozzle system and the radiator from the upper side of the pump were exchanged, in the embodiment of FIG. 2 both are dismantled from the lower side.
Likewise, in the last version, the oil change can be carried out from below, since all the oil 6 is located in the screw-down pump base 3 in the cold state. In this embodiment, the oil fractionation takes place in the same way as described above. For pumps with very large suction capacities, in which more than one cooling surface and various separate nozzle systems are combined, the heater according to the invention can also be used with some advantages, with one or more immersion heaters being used in the same pump depending on the type of construction can be. An embodiment of such a pump is shown in FIG. 3.
The two cylindrical cooling surfaces 1 and 2 are used by the con centric arrangement of the nozzle 3 ent standing two nozzle systems for condensation of the oil. The immersion heater 4 common to both pump systems is a spirally bent metal tube containing the heating coil, which is closed at one end and the other end 5 of which is led to the outside through the bottom 6 of the pump.
This implementation is sealed by a rubber ring which, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, is protected from excessive heating by the pump bottom 6, which is cooled by the cooling water, and the lowermost, relatively cool oil layer. Such pumps with a plurality of pump systems can also be provided with a pot-shaped base according to embodiment 2. The fractionation of the oil in this embodiment takes place again through the heating coil in connection with the four metal cylinders 7, the oil from the cooling surfaces 1 and 2 passing through the heating coil once in the positive and once in the negative sense.