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Die Erfindung betrifft eine öldampfsperre für Diffusionspumpen, deren
Kondensationsflächen konzentrisch angeordnete Zylinderflächen mit aufgesetzten Kegelstumpfflächen
sind.
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Bei der Erzeugung von Hochvakuum. -werden meist Treibmittelpumpen
verwendet, in denen ständig ein organisches oder anorganisches Treibmittel verdampft
und wieder kondensiert wird. Beim Betrieb einer öldiffusionspumpe diffundieren Treibmittelmoleküle
von der Hochvakuumpumpe in Richtung des Rezipienten. Die Erzeugung niedriger Drücke
erfordert deshalb die Verringerung der Ölrückströmungsmenge. Dafür gibt es verschiedene
Verfahren. Das gebräuchlichste Verfahren besteht darin, daß über der Pumpenmündung
luft-, wasser-oder tiefgekühlte Prallflächen angebracht werden, an denen die nach
oben diffundierenden Treibmittelmoleküle kondensieren können. Derartige Abschirmvorrichtungen
sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekanntgeworden.
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Die bekannten ölfängerkonstruktionen weisen Nachteile auf. So haben
die meisten Ausführungsformen eine große Bauhöhe bei guter Abschirmwirkung und normaler
Drosselung (etwa 50 °/o). Andere dagegen bewirken bei geringer Bauhöhe eine hohe
Drosselung der durchströmenden Gase, was die Saugwirkung der Hochvakuumpumpe unerwünscht
beeinträchtigt; meist ist den letztgenannten Typen noch eine geringe Abschirmwirkung
eigen.
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Solche Nachteile sind auch bei- denjenigen Ausführungsformen von öldampfsperren
vorhanden, welche so ausgebildet sind, daß diese auch die Streustrahlung der Primärstrahlung,
-die sogenannte Sekundärstrahlung, -abfangen. Dabei werden diejenigen Sekundärstrahlen
an den Prallflächen kondensiert, die mit ihrer erzeugenden Primärstrahlung Winkel
von 0 bis etwa 100° eingehen. Sekundärstrahlen, die größere Winkel mit der Primärstrahlung
eingehen, können in den Hochvakuumraum gelangen. Bei öldampfsperren kleiner Bauhöhe
ist bei den bekannten Typen mit guter Abschirmwirkung die freie Durchtrittsfläche
so gering, daß eine große Drosselung in Kauf genommen werden muß. Eine Anzahl von
. Abschirmvorrichtungen kann nicht mit Tiefkühlmittel betrieben werden, da
der Kühlmittelverbrauch zu groß und damit zu kostspielig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Öldampfsperre mit geringer
Bauhöhe eine gute Abschirmwirkung zu erzielen, wobei jedoch die Drosselung gegenüber
bekannten Öldanipfsperren .geringer Bauhöhe auf einen Wert vermindert wird, wie
er bei Öldampfsperren großer Bauhöhe erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird bei einer öldampfsperre de.-. e 3,anos genannten
Art. erfindungsgemäß--dadurbh mg C
gelöst, daß die Kegelstumpfflächen so auf
den Zylinderflächen angeordnet sind, daß sie sich nach oben verjüngen, wobei zur
Erzielung gleich großer Querschnitte an .den Enden der Kondensationsflächen und
in den Knickstellen die einzelnen kegelstumpfförmigen Flächen eine unterschiedliche
Steigung haben, die vom Düsenstock zur Gehäusewand hin z»nimn,t, und daß die Zylinderflächen
mit vom Düsenstock zur Gehäusewand zunehmender Tiefe in die Diffusionspumpe hineinragen.
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Ein Teil der Kondensationsflächen ist somit als Zylinderflächen innerhalb
der Diffusionspumpe angeordnet, wodurch neben einer sehr geringen Drosselung erreicht
wird, daß die Primärstrahlung teilweise abgefangen wird. Da die äußeren Zylinderflächen
tiefer in die Pumpe -,hineinragen als die innere, hat die obere Begrenzungsfläche
des aus der Düse austretenden Treibdampfstrahles zur Gehäusewand hin ebenfalls eine
Neigung nach unten. Jede Strahlung, die steiler nach oben gerichtet ist, wird von
den Kondensationsflächen abgeschirmt. Die parallel zu diesen Zylinderflächen verlaufende
Sekundärstrahlung wird von den darüberliegenden kegelstumpfförmigen Flächen abgefangen.
Diese Flächen bewirken keine wesentliche Vergrößerung der Bauhöhe und sichern eine
gute Abschirmung. Da die Querschnitte 'an den Enden der Prallflächen und in den
Knickstellen gleich sind, wird die Drosselung klein gehalten. Oberhalb der oberen
Düse der Diffusionspumpe entsteht durch diese Gestaltung der Abschirmbleche eine
kreisrunde Öffnung, die zu einer Verminderung der Drosselwirkung führt, da die -
freie Durchtrittsfläche nach der Hochvakuumseite damit vergrößert wird. Besonders
bei Öldampfsperren für kleinere Nennweiten ist diese Zunahme der Durchtrittsfläche
im Hinblick auf eine geringe Drosselung wesentlich.- Die Forderung, eine Öldampfsperre
müsse »optisch dicht« sein, ist damit bei der vorliegenden öldampfsperre nicht erfüllt.
Die Theorie der Abschirmung- nach den Gesetzen der Strahlengeometrie sowie praktische
Versuche an drei Mustern verschiedener Nennweite haben gezeigt, daß die optische
Dichtheit bei der erfindungsgemäßen Konstruktion für eine gute Abschirmwirkung nicht
erforderlich ist.
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Oberhalb der obersten Düse kann jedoch auch ein Prallblech angeordnet
sein, dessen Durchmesser und Abstand vom kegelstümpfförmigen Kondensationsblech
so bemessen sind, daß der engste Durchtrittsquer'schnitt zwischen Prallblech und
dem kegelstumpfförmigen Kondensationsblech größer oder gleich dem öffnungsquerschnitt-in
diesem ist. -Die untere Kante der inneren zylindrischen Kondensationsfläche schließt
mit der Düsenkante der obersten Diffusionsdüse in gleicher Höhe ab, und sie bildet
einen kreisringförmigen Querschnitt, der gleich der Öffnung im inneren kegelstumpfförmigen
Kondensationsblech ist.
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Zur Aufhebung des Kanalcharakters und damit der Verringerung der Drosselung
können die Zylinderflächen in der Nähe der kegelstumpfförmigen Flächen Öffnungen
von solcher Länge erhalten. Die Rückströmung darf durch sie jedoch noch nicht wesentlich
vergrößert"' sein; und der verbleibende Querschnitt muß außerdem noch eine gute
Wärmeleitfähigkeit. gewährleisten.
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Die Erfindung soll an, einem Ausführungsbeispiel .an-Hand der Zeichnungen-
-näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Abschirmvorrichtung,
F i g. 2 eine Draufsicht der -Abschirmvorrichtung nach F i g. 1, F i g. 3 eine Einzelheit
aus F i g. 1.
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In einem Montageflansch 1 sind Kondensationsbleche befestigt. Diese
bestehen aus zylindrischen Kondensationsblechen 2, 3, 4 mit aufgesetzten kegelstumpfförmigen
Kondensationsblechen 5, 6, 7.
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Über Anschlußstücke 8 tritt ein Kühlrohr 9 in den Innenraum der Abschirmvorrichtung
ein, das mit den Kondensationsblechen in metallischer, gut wärmeleitender Verbindung
steht. Das Kühlrohr 9 ist
so gebogen, daß auf jeder nahezu kreisförmigen
Windung eine Kondensationsfläche aufliegt. Die untere Kante des inneren zylindrischen
Kondensationsbleches 2 schließt mit der Unterkante des Düsenhutes 10 der obersten
Diffusionsdüse ab und ist in unmittelbarer Nähe der Düsenkante angebracht. Die über
der Diffusionsdüse vorhandene kreisförmige Durchtrittsfläche ist so groß wie die
Kreisringfläche, die durch den Düsenkantendurchmesser und den Innendurchmesser des
innersten zylinderförmigen Kondensationsbleches 2 gebildet wird. Das kreisringförmige
Deckblech 5 ist derart leicht geneigt angebracht, daß kondensierte Treibmittel zum
zylindrischen Kondensationsblech 2 hingeleitet wird.
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In größerer radialer Entfernung von der Mittelachse befindet sich
eine zweite Kondensationsblechanordnung, deren zylindrisches Kondensationsblech
3 den zylindrischen Mantel des inneren zylindrischen Kondensationsbleches 2 nach
oben und unten überragt. Diese Verlängerung nach oben ist so groß, daß die Durchtrittsfläche
zwischen dem Kühlrohr 9 und dem inneren zylindrischen Kondensationsblech Zylindermantel
2 gleich der Kreisringfläche zwischen beiden Zylinderblechen 2, 3 ist. Die Steigung
des zugehörigen kegelstumpfförmigen Kondensationsbleches 6 ist so groß, daß die
Öffnungsfläche an der oberen Kante des Kondensationsbleches 6 zum ersten Kondensationsblech
5 gleich der Durchtrittsfläche ist.
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Der Durchmesser des kegelstumpfförmigen Kondensationsbleches 6 ist
so bemessen, daß die Verlängerung einer Geraden S2, die durch die untere Kante des
zylindrischen Kondensationsbleches 3 und die Außenkante des inneren kegelstumpfförmigen
Kondensationsbleches 5 gelegt wird, die Innenkante des Kondensationsbleches 6 berührt.
S2 stellt dabei die Sekundärstrahlung dar. Die Lage der dritten Kondensationsflächen
4, 7 ergibt sich analog. Der Montageflansch 1 erhält in der Mitte eine derartige
Ausdrehung, daß die Durchtrittsflächenminima gleich groß sind und die Festigkeitsbedingungen
erhalten bleiben.
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Die unteren Zylinderblechkanten haben Stabilitätsstreben 11, die gleichzeitig
den Ölrücklauf zur Gehäusewand 12 übernehmen, so daß gegebenenfalls abfallende
Treibmitteltropfen nicht auf den Düsenhut 10 oder durch den Diffusionsschirm schlagen
und dadurch zu periodischen Luftdurchbrüchen ins Hochvakuum führen.
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In F i g. 3 wird der Prallblecheinsatz mit Durchbrüchen 13,
14 zur Verringerung der Drosselwirkung gezeigt. Die. Durchbrüche 13, 14 sind
gleichmäßig auf dem Umfang der zylindrischen Kondensationsbleche 6, 7 angeordnet.
Die Länge der Öffnungen 13, 14 wird nach oben durch die kegelstumpfförmigen Kondensationsbleche
6, 7 bestimmt, nach unten durch die Gerade, die vom Ende eines möglichen Primärstrahles
P zum oberen Ende der Deckbleche 6, 7 bestimmt ist. Das innere zylindrische Kondensationsblech
2 weist keine Öffnungen auf.
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Neben einer extrem niedrigen Bauhöhe ist die Abschirmwirkung dieser
öldampfsperre so gut, daß selbst die Sekundärstrahlung S 1, S 2, S 3 abgefangen
wird, außer in Nähe der Düse, wo allerdings die Entstehung einer Streustrahlung
durch .entsprechende Gestaltung der Kondensationsflächen stark beeinträchtigt wird.
Lediglich die Tertiärstrahlung T (Streustrahlung der Sekundärstrahlung
S 1, S2, S3)
kann in den Hochvakuumraum oberhalb der Abschirmvorrichtung
gelangen. Die Drosselung dieser Anordnung ist mit 49 °/o als normal anzusehen. Das
Kühlrohr 9, das mit den Kondensationsflächen in Verbindung steht, ist als Verdampfer
ausgebildet und wärmeisoliert durch den Montageflansch 1 geführt. Mit Hilfe eines
einstufigen Kälteaggregates können die Prallflächen auf -40° C gekühlt werden, was
die Wirksamkeit zum Kondensieren rückströmender Dämpfe wesentlich erhöht.