DE2640781C3

DE2640781C3 - lonengetterpumpe

Info

Publication number: DE2640781C3
Application number: DE19762640781
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hartwig; Johannes Kouptsidis
Original assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Current assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1976-09-10
Publication date: 1979-08-23
Also published as: DE2640781A1; DE2640781B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine lonengetterpumpe nach dem Penningprinzip mit einem zwischen Magnetpolen angeordneten, Anoden und Kathoden umschließenden Pumpengehäuse, wobei die Kathoden mit der Wand des Pumpengehäuses wärmeleitend verbunden sind und an jo der Außenseite des Pumpengehäuses außerhalb der von den Magnetpolen abgedeckten Flächen eine Kühlvorrichtung zum Abführen der Anoden- und Kathodenwärme angebracht ist.

Es ist bekannt (Preprint No. 280, 1969, Institute of r> Nuclear Physics, Siberian Section, Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk), eine wassergekühlte massive Kupferanode zu verwenden. Eine derartige Anodenkühlung ist jedoch nur unter erheblichen Schwierigkeiten realisierbar, weil die Anode von Ionenzerstäuberpumpen gegen das Pumpengehäuse an einer Hochspannung von mindestens 5 kV liegt. Dieser erhebliche konstruktive Aufwand führt außerdem nicht zu einer wesentlichen Verbesserung des Pumpverhaltens bei höherem Druck, da ein großer Teil der zu vermeide nden 4 ^r< Gasdesorption an den Kathoden entsteht.

Bei einer anderen bekannten Ionenzerstäuberpumpe (|.Vac.Sci.Technol., Vol. 13, No. 1, 1976, Seiten 498—502) ist auf die kreisrunden Kathoden ein Rohrsystem zum Durchleiten eines Kühlmittels aufgelö- -io tet. Die Kathoden sind über ein Flanschsystem an das Pumpengehäuse angeschlossen. Diese komplizierte und aufwendige Konstruktion ist wegen der bei Flanschsystemen auftretenden Dichtheitsprobleme nur an kleinen Pumpen mit kreisförmigem Querschnitt anwendbar und >■> bedingt eine Verminderung der Ausnutzung des; zur Verfügung stehenden, das Saugvermögen der Pumpe bestimmenden vom Magnetfeld erfüllten Raumes, da dort auch die Kühleinrichtungen der Kathoden untergebracht werden müssen. Außerdem ist die zur Regenerie- mi rung erforderliche Ausheizung der Pumpe nur über eine aufwendige Ausheizvorrichtung bei erhöhter Gefahr des Auftretens von Lecks an dem Kathodenflanschsystern möglich. Ein weiterer Nachteil dieser Ionenzerstäuberpumpe besteht darin, daß die Anode über im ., Zerstäubungsraum angeordnete Isolatoren an das F'utnpcngehäuse angeschlossen ist, so daß eine erhöhte K.urzschiußgetahr durch Bedamptungder isolatoren mit Titan beim Betrieb in Bereichen höherer Drücke besteht

Es ist auch eine Ionenzerstäuberpumpe bekannt (DE-OS 23 05 505), bei der die Titankathoden durch Sprengplattierung auf das aus Edelstahl bestehende Pumpengehäuse aufgebracht sind. Da die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl sehr niedrig ist, reicht eine einfache Wasserkühlung des Pumpengehäuses über außerhalb des Magnetspaltes angeordnete Kühlrohre nicht aus, um die Kathoden während des Betriebes bei hohem Druck auf der erforderlichen niedrigen Temperatur zu halten. Deshalb wurde auch die Wärmeleitfähigkeit des Pumpengehäuses im Bereich der Kathoden durch eine zusätzliche gut wärmeleitende Platte an der Außenseite des Pumpengehäuses und innerhalb des nutzbaren Magnetrauines weiter verbessert Die Nachteile dieser Anordnung bestehen insbesondere darin, daß neben der nur schwer realisierbaren und teuren beiderseitigen Sprengplattierung des Edelstahl-Pumpengehäuses mit zwei verschiedenen Metallen wie Titan und Kupfer die Dicke des wärmeleitenden Bleches eine Verkleinerung des zur Verfügung stehenden Magnetraumes verursacht, und daß die zur Regenerierung erforderliche Ausheizung eine aufwendige Ausheizvorrichtung erfordert, weil das wärmeleitende Blech nicht auf der gesamten Außenfläche des Pumpengehäuses angebracht werden kann.

Be: einer anderen bekannten (DE-AS 14 14 572) lonengetterpumpe sind die Kathoden größer als die Fläche der Anodenanordnung und an ihrem Rand an der der Anode zugewandten Seite mit einen Kühlrohr wärmeleitend verbunden. Nachteilig ist bei dieser Einrichtung, daß für den Wärmetransport bis zu dem Kühlrohr nur die schlecht wärmeleitende Titan-Kathode selbst zur Verfügung steht und daß das Kühlrohr mit seiner Zu- und Ableitung die Wand des Pumpengehäuses über eine vakuumdichte Durchführung durchdringen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abführen der Kathodenwärme an lonengetterpumpen zu verbessern, deren Kathoden durch ein Kühlsystem außerhalb des Pumpengehäuses gekühlt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Pumpengehäuse ganz oder teilweise aus einem Werkstoff mindestens der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,5 J/cm · s · K besteht.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Kathodenwärme mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel leicht abgeführt werden kann, ohne daß der vom Magnetfeld erfüllte Raum durch den Einbau zusätzlicher Konstruktionselemente belastet werden müßte. Dadurch werden niedrige Betriebstemperaturen erreicht und bei relativ hohen Betriebsdrücken von 5 ■ IO-³ mbar auch im Langzeitbetrieb sehr hohe Gasdurchsätze realisiert. Bei Verwendung insbesondere von Aluminium oder Al-Legierung als Pumpengehäuse ergibt sich neben der Herabsetzung des Gewichtes eine einfache Fertigung des Pumpengehäuses verbunden mit einer Reduzierung der Fertigungskosten. Der durch die Erfindung vorgeschlagene Aufbau der lonengetterpumpe unterliegt keiner konstruktiven Begrenzung bei der Dimensionierung von Pumpen mit beliebigem Saugvermögen, das Ausheizen kann z. B., mit Hilfe handelsüblicher Heizpatronen erfolgen.

Bin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 Schnitt A-Bder Ionengetterpumpe F ig. 2 Schnitt CD.

Teilschnitte der Ionengetterpumpe sind in F i g. 1 und Fig.2 dargestellt Das Pumpengehäuse 1 wird im wesentlichen gebildet aus zwei ebenen rechteckigen Grundplatten 2 und zwei L-förmigeu Seitenwandelementen 3 und besteht aus der Aluminiumlegierung AlMgSiO, 5.

Auf jede der Grundplatten 2 ist nach Reinigung mit einer geeigneten Beize eine Kathode 4 aus Titan aufgebracht und zwischen Grundplatte 2 und Kathode 4 durch Sprengplattierung eine feste, wärmeleitende Verbindung hergestellt Die Elemente 2, 3 des Pumpengehäuses 1 sind durch eine Schweißverbindung S vakuumdicht miteinander verbunden. An zwei einander gegenüberliegenden Seitenwandelementen 3 sind durch Schweißverbindungen 6, 7 Rohrstücke 8, 9 aus einem dem Pumpengehäuse 1 gleichen oder entsprechenden Werkstoff angeschlossen. Das Rohrstück 8 kann z. B. mit einem Pumpflansch 10 oder auch direkt mit einer Rohrleitung aus Edelstahl über eine Aluminium und Edelstahl hochvakuumdicht verbindende Schweißnaht 11 verbunden werden. An das Rohrstück 9 ist über eine entsprechende Schweißverbindung 12 eine Hochspannungsdurchführung 13 angeschlossen.

Das Pumpengehäuse 1 umschließt eine zwischen den Kathoden 4 angeordnete Anode 14, die aus einer dichten Packung von Anodenzellen 15 bildenden Rohrelementen aus Edelstahl besteht Die Anodenzdlen 15 sind durch Punktschweißen so miteinander verbunden, daß deren Achsen 16 zueinander parallel verlaufen. Ein Anodenrahmen 17 aus Edelstahl umschließt die Anodenzellen 15. Der Anodenrahmen 17, der die Anodenzellen 15 fest miteinander verbindet, ist an seiner der Hochspannungsdurchführung 13 zugewandten Seite mit einer Bohrung versehen.

Der Durchführungsbolzen 18 der Hochspannungsdurchführung 13 ist durch einen angeschweißten Gewindebolzen 19 aus Edelstahl verlängert, der von der Bohrung des Anodenrahmens 17 aufgenommen und dort in einer vorbestimmten Lage mit Muttern justiert und/oder verschweißt wird.

Die Kühlung des Pumpengehäuses 1, an das die Kathoden 4 die dort erzeugte Wärme und die durch Strahlung von der Anode 14 aufgenommene Wärme durch Wärmeleitung abführt, erfolgt durch Kühlrohre 20, die außerhalb der von den Magnetpolen 21 abgedeckten Fläche auf der Außenseite des Pumpengehäuses 1 angeordnet und mit diesem durch Lötung oder Schweißung wärmeleitend verbunden sind.

An den Seitenwandelementen 3 des Pumpengehäuses 1 sind rohrförmige Halterungen 22 aus AlMgSiO, 5 angeschweißt die an ihren Außenseiten mit Gewindelöchern 23 versehen sind.

iü In die Halterungen 22 werden handelsübliche elektrische Heizpatronen 24 eingesetzt und mit Schrauben 25 festgehalten. Mit den Heizpatronen 24 kann zur Regenerierung die Ionenzerstäuberpumpe und insbesondere deren Elektroden 4, 14 auf die zum

Aufheizen erforderliche Temperatur gebracht werden.

Die Kurzschlußfestigkeit der Ionenzerstäuberpumpe wird zusätzlich dadurch erhöht daß die Anode 14 nur an einem Punkt über den verlängerten Durchführungsbolzen 18 der Hochspannungsdurchführung 13 gehalten ist Der einzige Isolator der Hochspannungsdurchführung 13 liegt außerhalb des Anodenraumes und wird von dem Dampf des Kathodenmaterials nicht erreicht Ferner ist der Abstand zwischen Anode 14 und Kathoden 4 größer als die Distanz zwischen dem Durchführungsbolzen 18

r. und dem Rohrstutzen 9 der Hochspannungsdurchführung 13, so daß auch eine beim Starten der Pumpe auftretende Glimmentladung nur im Anodenraum und nicht im Gehäuse der Durchführung stattfinden kann. Es ist auch möglich, zum Kühlen anstelle der

in Kühlrohre 20 oder auch zusätzlich zu diesen am Pumpengehäuse 1 und außerhalb des Bereiches der Magnetpole 21 Kühlrippen anzubringen und die Wärme durch einen natürlichen oder durch einen Ventilator bewegten Luftstrom abzuführen.

J") Eine Seitenansicht der lonenzerstäuberpumpe ist teilweise geschnitten in F i g. 2 dargestellt, welche die Zuordnung der Magnetpole 21 zu den Kathoden 4, der Anode 14 und die Anordnung der Kühlrohre 20 verdeutlicht.

w Prototypen entsprechend dem Ausführungsbeispiel mit Titan-Kathoden, sprengplattiert verbunden mit dem Aluminium-Gehäuse und solche mit Aluminium als Kathodenwerkstoff und Verwendung der Gehäusewand als Kathode, sind eingehend getestet worden. Beide

Γι Pumpentypen konnten bis 5-10-³mbar betrieben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. lonengetterpumpe nach dem Penningprinzip mit einem zwischen Magnetpolen angeordneten, Anoden und Kathoden umschließenden Pumpenge- -, häuse, wobei die Kathoden mit der Wand des Pumpengehäuses wärmeleitend verbunden sind und an der Außenseite des Pumpengehäuses außerhalb der von den Magnetpolen abgedeckten Fläche eine Kühlvorrichtung zum Abführen der Anoden- und Kathodenwärme angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) ganz oder teilweise aus einem Werkstoff mindestens der Wärmeleitfähigkeit λ = 0,5 J/cm · s ■ K besteht

2. lonengetterpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie AlMgSi oder AlMg₃ besteht

3. lonengetterpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht