DE1626159A1

DE1626159A1 - Vakuumkammer mit einer Metall-Wandflaeche und einem einen Fluessigkeitskanal bildenden Metallkoerper

Info

Publication number: DE1626159A1
Application number: DE19671626159
Authority: DE
Inventors: Gooley Herbert Louis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-09-16
Filing date: 1967-07-24
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1128880A

Description

Dr.-Ing. Wilhelm ßeichel Dipl-liig. V/oligsng ficichel * ■ ·

6 Frankfurt g. M. 1
Parksiraße 13

P 16 26 159.9-13 16. Okt. 1969

General Electric Company ReFu-Gu-5209

Vakuumkammer mit einer Metall-Wandfläche und einem einen Flüssigkeitskanal bildenden Metallkörper

-Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumkammer mit einer Metall-Wandflache und einem einen Flüssigkeitskanal bildenden Metallkörper, der zur Führung einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Innenraums der Kammer mit der Wandflache vereinigt ist.

Vakuumbehälter und andere Kammern, die als Betriebs- oder Testraumkammern benutzt werden, erfordern gewöhnlich eine gewisse Temperaturregelung des evakuierten Raumes oder der evakuierten Umgebung, insbesondere eine Abkühlung der geschlossenen Kammer auf vorbestimmte niedrige Temperaturen. Gewöhnlich wird eine Temperaturregelung der Vakuumkammern dadurch erzeugt, daß ein Kühlmedium oder ein Medium⁴von geregelter Temperatur durch einen passenden Durchlaß hindurchgeführt wird, der Kanäle oder Rohre umfaßt, welche wiederum an einer gewünschten Oberfläche der Kammer angebracht sind und in Wärmeleitverbindung mit dieser stehen. Die Temperaturregelung besteht in den meisten Anwendungsfällen von Vakuumkammern aus einer Art Kühlung, und die Kühlanordnung oder Ausführung weist normalerweise ein metallisches Kühlmittelrohr mit kleinem Durchmesser auf, das um eine vorgegebene Kammer schraubenförmig herungewickelt 1st oder in Umfangsrichtung die vorgegebene Kammer überquert oder umfaßt, während es gleichzeitig sinusförmige Schleifen oder Kurven bildet, die neben der Kammerwandimg liegen. Kin geeignetes Kühlmittel, etwa V/asser mit einer vorbestimmten Temperatur, wird durch da» Rohr umgewälzt, um Wärme von der Kammer abzuführen.

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Es ist bekannt, daß wenn ein Kühlmittelrohr an der Außenfläche einer Vakuumkammer anzubringen ist, die Wirksamkeit der Kühlmittelanordnung zum großen Teil von der Art der Befestigung oder Klebung: zwischen dem Rohr und der Kammer abhängt, da der größte Teil des Wärmeübertragungsbereiches durch diese' Bindung oder Klebung gebildet wird."

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wärmeübertragung weiter zu verbessern und diese Bindung oder Klebung so zu gestalten, daß sie eine große Wärmemenge übertragen kann, wodurch die Konstruktionseinschränkungen verringert werden, die in Verbindung mit dem Rohr oder Rohrmaterial oder sogar der Kapazität des Kühlflüssigkeitss3?'steins auftreten. Gleichzeitig soll der Bindungs- oder Klebebereich mit dem geforderten Ausmaß an Kühlung übereinstimmen und so umfangreich sein, daß eine maximale Wärmeübertragung auf das Kühlmittel sowie eine .gleichförmige Kühlung der zu kühlenden Oberfläche möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vakuumkammer der eingangs bezeichneten Art durch einen verhältnis-. mäßig dicken Metallüberzug gelöst, der auf die Wandflache * und den Metallkörper so durch Spritzen aufgetragen ist, daß der Überzug kontinuierlich quer über den Körper verläuft, wobei der Überzug die wesentliche Wärmeübertragungsbahn von der Wandflache auf den Körper bildet. Hierfür wird ein Stück einer Kühlmittel-Leitung in der Form eines Rohres aus rostfreiem Stahl mit kleinem Durchmesser an einer Vakuumkammer aus rostfreiem Stahl angeordnet, die zusammengesetzten Elemente werden duroh Sandstrahlen behandelt, und anschließend wird geschmolzenes Metall, etwa Aluminium_s sowohl über das Rohr als auch die Kammer aufgespritzt, um cten verhältnismäßig dicken, koextensiven und kontinuierlichen: Metallüberzug Über dem Rohr und der auszubilden.

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Die Erfindung, wird nun auqh anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale, zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Paten- . tierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Es zeigen: ·

Fig. 1 eine Teil-Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung5 . . .

Fig. 2 eine Teil-Querschnittsansicht entlang"der linie 2-2 der Hg. 1.

Es wurde entdeckt, daß kühlmittelführende Leitungen, Kanäle oder-Rohre aus verschiedenen Metallen vermittels eines Metall-Spritzüberzugs auf geeignete Weise an einer Metall-Yakuumk'ammer oder Glockenkammer (bell 3ar chamber) "angeklebt" oder befestigt werden können, der nicht nur. das Rohr mit der,Kammer verbindet, sondern auch "ein wesentlich verbessertes Wärmeübertragungsverhältnis zwischen der Kammer und dem' Kühlmittelrohr schafft. Es wird nun auf Pig. 1 bezug genommen. In dieser ist ein Wandabschnitt einer Vakuumkammeranordnung 10 dargestellt, bei der die Lehren der Erfindung angewendet sind. Die Vakuumkammeranordnung 10 enthält eine Vakuumkammerwand 11, die gewöhnlich aus rostfreiem Stahl besteht, und zwar wegen der nichtmagnetischen, niohtoxydierenden Eigenschaft und Gasun-

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durchlässigkeit.dieses Metalls. Die Kammer 11, die in einem Teil-Querschnitt dargestellt ist, kann in vielen unterschiedlichen Formen vorliegen, besitzt jedoch gewöhnlich eine im allgemeinen zylindrische Form oder einen zylindrischen Querschnitt. Die zylindrische Form enthält eine Seitenwand 12, über die der größte Teil der Wärmeübertragung aus dem Innenraum der Kammer stattfindet, der allgemein mit 13 bezeichnet ist.

Eine Wärmeübertragung wird mittels Flüssigkeitskanälen bildenden Teilen, wie beispielsweise einem verlängerten Kanal oder Rohr 14 erzielt, das schraubenförmig um die Sei-, tenwand 12 gewickelt sein kann oder eine sinusartige Wellenform aufweisen kann, wie beispielsweise in Fig, 1 gezeigt ist, wobei das Rohr 14 um und neben der Seitenwand 12 angeordnet ist· Wenn ein geeignetes Kühlmittel durch das Rohr 14 geleitet wird, so bewirkt dies eine Verringerung der Temperatur des Innenraums 13 der Vakuumkammer 11. In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Rohr 14 aus rostfreiem Stahl neben der Wand 12 einer Kammer 11 aus rostfreiem Stahl angeordnet, und der zusammengesetzte Aufbau ist durch Anwendung eines Metallspritzverfahrens überzogen, das einen Überzug 15 aus einem Metall, etwa Aluminium, über die Seitenwand 12 und über das Rohr 14 hinweg ausbildet, um das Rohr 14 sicher mit der Seitenwand 12 zu "verkleben" oder zu verbinden, und zwar in einem guten Wärmeübertragungsverhältnis .

Metall-Spritzgeräte, wie etwa metallisierende oder Metall-Sritzpistolen, sind bekannt und enthalten im allgemeinen ein Sauerstoff-Azetylen-Brennerrohr, das von Hand gehalten

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und manipuliert werden kann, und in das ein Vorrat an Metall, gewöhnlich in Form eines Drahtes, hineingeführt wird. Der Draht wird kontinuierlich durch die Spritzpistole bewegt, um durch die Flamme in dieser hindurchzutreten und kontinuierlich anteilmäßig zu schmelzen. Das geschmolzene Metall wird durch eine geeignete Gebläseanordnung aus der Pistole herausgespritzt, um auf eine vorgegebene Oberfläche aufgesprüht zu werden. Eine geeignete Metall-Spritzpistole ist im Handel unter dem Warenzeichen "Metco" (Firma Metco, Incorp., Long Island, N.Y.) erhältlich. Vergleiche Metco-Metallisierungs-Handbuch, Vol.' 1, Wire Processes, Metco Inc., Westbury Long Island, New York. Ändere Metallisierungseinrichtungen können die Anwendung metallischer Pulver einschließen, die zwecks Schmelzen und Verspritzen durch eine geeignete Flamme hindurchgeführt werden·

Mit dem geschmolzenen Metall aus der Spritzpistole wird vorzugsweise im wesentlichen die gesamte Außenfläche oder zylindrische Wand 12 überzogen, die zu kühlen ist oder Teile des Rohres 14 enthält, welche an der Wand angebracht sind. Dieser Überzug 15erstreckt sich nicht nur über eine beträchtliche axiale Länge der Kühlrohranordnung 14, sondern verbindet auch in seitlicher Richtung benachbarte Längen dea Rohres 14, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das Ergebnis besteht in einer ziemlich gleichförmigen Wärmeübertragung zwischen dem Rohr 14 und dem Überzug 15 sowie zwischen dem Rohr 14 und der Kammer 11. Da der Überzug 15 in en^er }coextensiver Berührung mit der Kammer uteht, worden diizviiniüien vorbosoerte Wärmeübertragungseigensohafbun erzielt, und zwar in Verbindung mit der Kühlung durch die oin^ebottoten Kanäle oder fUr den Fall, daß innere Kanäle» auage-

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bildet sind, zwischen der Wandinnenseite und den Außenflächen. Der"Überzug 15 kann ferner als Schutzüberzug und nichtoxydierender Überzug für die gesamte Kammer dienen, insbesondere wenn Metalle, wie etwa Aluminium und dessen Legierungen, angewendet werden· Durch die Anwendung des Lie tallspritzverf ahrens kann eine Auswahl unter einer großen Zahl unterschiedlicher Metalle getroffen werden, und zwar nicht nur für die Rohranordnung 14 und die Kammer 11, sondern auch für das·Spritzüberzugmetall 15. Es hat sich herausgestellt, daß die Auswahl der Überzugmetalle ohne besondere Beachtung bezüglich des Legierens oder Verbindens eines Metalles mit dem anderen getroffen werden kann, wie dies z.B. beim Sdhweißen oder Hartlöten usw. der Pail ist· Die Auswahl der Metalle ist bei diesem Verfahren größer als beim Tauchlöten oder bei Verfahren mit geschmolzenem Metallbad, und gleichzeitig ist das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres bei einer Anzahl von Vakuumkammern unterschiedlicher Formen und Größen anwendbar, die das Tauchen ausschließen würden.

Die.Metall-Spritzüberzugtechnik gemäß der vorliegenden Erfindung führt zu einem Überzugsmetall beträchtlicher Dicke oder erheblichen Auftrags in kleinen Bereichen und erzeugt somit einen ziemlich glätten, relativ dicken Überzug. Der Überzug gemäß der Erfindung kann z.B. eine Dicke in der Größenordnung von 1,6 bis 3,2 mm (1/16 bis 1/8 Zoll) aufweisen, gegenüber einer gewöhnlichen Metallbaddicke von etwa 0,25 bis 0,5 ram (O₉OIQ bis 0,020 Zoll), Die Oberfläche des Übarauga gomäO der Erfindung unterscheidet sich von einem Tauohbad-Übersug dadurch, daß dia Außenfläche

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eine im allgemeinen aufgerauhte, mattierte oder sandpapierähnliehe Form aufweist, wobei das Korngefüge nicht koextensiv ist, d.h. nicht in der Form von kontinuierlichen nebeneinanderliegenden dünnen "Mimkristallen¹¹ vorliegt, wie dies leicht an heißgetauchten, galvanisierten, verzinkten Gegenständen usw. zu erkennen ist.

Bevorzugt werden die Rohre und die Kammern in bezug auf .die Art des verwendeten !Rohrmetalls, Kammermetalls und verbindenden Metalls geeignet gereinigt. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung hat sich ein Sandstrahlen der Kammerwand zur Schaffung einer sauberen Oberfläche als wirksam erwiesen, wenn ein Rohr aus rostfreiem Stahl 304 mit einem Gehäuse aus rostfreiem Stahl 304 unter Verwendung eines Aluminiumüberzugs verbunden werden soll. Beim Überziehen eines Rohres aus rostfreiem Stahl oder einer Wand aus rostfreiem Stahl werden beste Ergebnisse durch Sandstrahlen mit etwa Aluminium-Oxyd-Sand Nr. 36 erzielt, dem sich eine luftreinigung anschließt. Die Korngröße und Härte dieses Sandes erzeugt eine Oberfläche mit gewünschter Rauhigkeit und einem außergewöhnlich guten Aluminiumadhesionsvermögen. Es wird angenommen, daß die Art des Materials, z.B. Aluminiumoxyd, eine gewisse Rolle bei der Erzielung der außergewöhnlich guten Hafteigenschaften spielt. Andere Materialien wie.etwa Silicat, Sand und Glas können als geeignete Sandmaterialien verwendet werden. Bevorzugt soll das Sandmaterial härter als das Metall sein, das zu reinigen ist, um eine besser aufgerauhte Oberfläche zu erzeugen. SiIicatsand oder Kieselsand wurde effektvoll zur Reinigung und Aufrauhung von Kupferrohr und benachbarten flächen angewendet·

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Bei der Ausführung der Erfindung wird ein langgestrecktes Rohrstück 14, das z.B. in eine simusartige Form vorgeformt werden kann, neben einer Vakuumkammer angeordnet, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Das Rohr "14- wird durch Heftschweißung an in Abstand voneinanderliegenden Stellen in Einbaulage gehalten, oder es kann anderweitig örtlich hart angelötet oder angeklemmt werden. Die Kammer 11 mit

. dem angebrachten Rohr 14 wird dann einem Sandstrahlvorgang unterworfen, um. .in üblicher Weise eine Aufrauhung und Reinigung zu bewirken. Nach dem Sandstrahlen wird die Kammer zur Staubentfernung mit Luft abgeblasen, und die Kammer ist dann für den Überzugsvorgang fertig. G-eschmol-. zenes Aluminium wird unter Anwendung der Spritzpistolentechnik auf die Kammer 11 in einer solchen Weise aufgespritzt, daß der Hohlkehlen-Bereich zwischen den gebogenen Flächen des Rohres und der Kammerwand mit verfestigtem geschmolzenen Aluminium ausgefüllt ist. In diesen Bereichen kann der überzug eine Dicke bis zu 6,3 mm (1/4 Zoll) erreichen. Die Dicke des Überzugs variiert Won etwa 1,6 bis 3,2 mm (1/16 bis 1/8 Zoll) zwischen den Längsabschnitten des Rohres und entlang des oberen freigelegten Fläche des Rohres.

Die Struktur des Überzugs 15 ist in bezug auf Kühlvorgänge günstig, da die aufgerauhte Oberfläche den Flächenbereich der Kammer beträchtlich vergrößert, der zur Ab- . strahlung von Wärme zur Verfügung steht. Gleichzeitig vermeidet der Überzug heiße Stellen oder Flecken, indem er große Bereiche von Strahlungsflächen untereinander verbindet und somit eine gleichförmigere Wärmeübertragung ermöglicht·

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Es ist gegenwärtig ein ausgeprägter Trend hinsichtlich eines ästhetischen Aussehens industrieller Geräte und Anlagen festzustellen.'Bei einigen Arten von Geräten ist ein ansprechendes Aussehen, das nicht durch einen Filmüberzug erzielt wird, schwierig zu erreichen. Eine Kammer, an der Kühlschlangen hart oder weich angelötet sind, stellt ein Beispiel dieser Geräteart dar. Ein Spritzüberzug aus z.B. Aluminium verleiht der Kammer ein angenehmes silbergraues mattiertes Aussehen, wobei Poren, Unregelmäßigkeiten und so weiter beseitigt.oder verdeckt werden.

Die Erfindung ist allgemein für eine Anzahl von Verbindungsvorgängen anwendbar· Sie ist besonders dann anwendbar, wenn ein langgestreckter oder ausgedehnter oder komplizierter Gegenstand mit einem anderen an einer großen Zahl von Stellen zu verbinden ist. Das "Überzugs-Verbinden" gemäß der Erfindung kann innerhalb von Kammern und Gehäusen, einschließlich Vakuumkammern, und auch außerhalb angewendet. werden.

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1. Vakuumkammer mit einer Metall-Wandflache und einem einen • Flüssigkeitskanal bildenden" Metallkörper, der zur Führung einer Kühlflüssigkeit zum Kühlen des Innenraums der Kammer mit der Wandfläche vereinigt ist,
gekennzeichnet durch einen verhältnismäßig dicken Metallüberzug (15), der auf die V/andflache (12) und .den Metallkörper (14) so durch Spritzen aufgetragen ist, daß der Überzug kontinuierlich quer über den Körper verläuft', und daß der Überzug (15) die wesentliche Wärmeübertragungsbahn von der Wandfläche (12) auf den Körper (14) bildet.

2. Vakuumkammer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der verhältnismäßig dicke^ Metallüberzug (15) an der Oberfläche aufgerauht und durch Spritzen so aufgetragen ist, daß der Überzug kontinuierlich quer über eine Vielzahl von Abschnitten des Metallkörpers (14) verläuft, um diese Abschnitte mit der Wandfläche (12) zu verbinden.

3. Vakuumkammer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug (15) aus Aluminium besteht. ·

4. Vakuumkammer nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandfläche (12) aus rostfreiem Stahl besteht.

5. Vakuumkammer nach Anspruch 4,.
dadurch gekennzeichnet,

daß eier den Flüssigkeitskanal bildende Metallkörper (lh) s>us fratom f.rih'l

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