DE2605339A1

DE2605339A1 - Ionenspruehpumpe

Info

Publication number: DE2605339A1
Application number: DE19762605339
Authority: DE
Inventors: Kimo Merlin Welch
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1975-02-18
Filing date: 1976-02-11
Publication date: 1976-08-26
Also published as: US3994625A; FR2301711B1; JPS51107510A; GB1530411A; IT1055313B; CH608652A5; FR2301711A1

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 München 60 · Orthstraße 12 · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

10. Feb. 197K Vl P419 D

VARIAN Associates,Palo Alto, CaI., USA Ionensprühpumpe

Priorität: 18. Februar 1975 - USA - Serial No. 550,393

Zusammenfassung

In einer Sprühionen-Vakuumpumpe mit magnetischer Einschnürung ist eine Anode mit vielen öffnungen zwischen zwei reaktionsfähige Kathodenplatten eingeschoben. Ein evakuierbarer Kolben schließt die Anode und die Kathoden ein und ein magnetischer Kreis umgibt den Vakuumkolben, um ein die Glimmentladung einschnürendes Magnetfeld zu erzeugen, das axial zu den Anodenöffnungen verläuft. Die reaktionsfähigen Kathodenplatten weisen am Umfang Dichtflansche auf, um eine Dichtung in dichtende Berührung mit zwei Dichtflächen an gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Hauptteils des Kolbens zu pressen. Eine Klemmringstruktur mit einem angeformten Bolzenkreis dient dazu, die beiden reaktionsfähigen Kathodenplatten an den Hauptkörper zu klemmen und dient auch als integraler Bestandteil des Magnetkreises. Kühl-

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wasserkanäle sind an die Außenflächen der Kathodenplatten angelötet, um diese im Betrieb zu kühlen. Der magnetische Kreis weist zwei Ferritmagnete auf, die außerhalb des Kolbens auf beiden Seiten der Kathoden angeordnet sind, und die mit einem magnetischen Joch umschlossen sind, um die Größe und das Gewicht des Magneten zu minimieren und unerwünschte magnetische Streufelder herabzusetzen.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Sprühionen-Vakuumpumpen und insbesondere solche Pumpen mit hohem Durchsatz, die dadurch gekennzeichnet sind,daß sie leicht herzustellen und leicht zu reparieren und zu säubern sind.

Es sind bereits Sprühionen-Vakuumpumpen bekannt, bei denen der die Anode und die Kathoden enthaltende Vakuumkolben von einer Magnetstruktur umgeben ist, die zwei Ferritmagnete auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens und der Kathodenplatten aufweist. Die Magnete waren in ein ferromagnetisches Joch eingeschlossen, so daß das Magnetfeld wirksam ausgenutzt wurde und magnetische Streufelder im Gebrauch vermieden wurden (US-Patentschrift 3 159 333).

Es ist ferner bekannt, ein Titan-Kühlrohr auf die Rückseite einer aus Titan bestehenden reaktionsfähigen Kathode einer Sprühionenpumpe zu löten, um die Kathode im Betrieb zu kühlen und den Durchsatz der Pumpe, insbesondere für Wasserstoff, zu erhöhen (US-Patentschrift 3 331 975). Bei dieser bekannten Pumpe mit hohem Durchsatz waren die Kühlrohre an die Kathode gelötet und innerhalb des Vakuumgefäßes der Pumpe angeordnet. Es mußten deshalb gasdichte Dichtungen am Vakuumkolben der Pumpe gemacht werden, um die Kühlrohre durchzuführen.

Es ist erwünscht, eine Sprühionen-Vakuumpumpe mit hohem Durchsatz verfügbar zu haben, die einen wirksamen Magnetkreis verwendet, um die Größe und das Gewicht des Magnetkreises zu reduzieren. Zusätzlich ist es erwünscht, für eine Kühlung der reaktionsfähigen Kathodenplatten in der Weise zu sorgen, daß die Kühlrohre außerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet sind, so daß die

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Herstellung des Kühlkreises vereinfacht wird. Weiter ist es erwünscht, eine verbesserte Anordnung zum Ersatz und Säubern der Anode und der Kathoden verfügbar zu machen, so daß diese Arbeit mittels einfacher Handwerkzeuge durchgeführt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Sprühionen-Vakuumpumpe verfügbar zu machen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung bildet eine reaktionsfähige Kathodenplatte einen Teil des Vakuumkolbens der Pumpe und ist diese an den restlichen Teil des Kolbens mittels einer Dichtung dicht angeschlossen, so daß die Kathodenplatte lediglich durch Verwendung einfacher Handwerkzeuge entfernt und ersetzt werden kann.

Gemäß einem v/eiteren Merkmal der Erfindung sind Dichtungen an gegenüberliegenden Enden eines rohrförmigen Hauptteils des Vakuumkolbens vorgesehen, um zwei die Enden abschließende reaktionsfähige Kathodenwände quer über entgegengesetzte Enden des rohrförmigen Kolbens dicht anzusetzen, wobei eine Klenimanordnung den Kolben umgibt, um die Kathodenendwände in dichtende Berührung mit dem rohrförmigen Hauptkörper der Pumpe zu klemmen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung schließen reaktionsfähige Kathodenplatten entgegengesetzte Enden des rohrförmigen Hauptteils des Pumpenkolbens ab und sind Kühlrohre mit den Außenflächen der Kathodenendwände verbunden, um die Kathoden im Betrieb zu kühlen, so daß die Kühlverrohrung außerhalb des Vakuumkolbens der Pumpe angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Permanentmagnete an entgegengesetzten Enden des Vakuumkolbens der Pumpe angeordnet und umschließt eine ferromagnetische Jochstruktur die Magnete und die Pumpelemente, wobei diese Jochstruktur zwei Klemmringe enthält, die an entgegengesetzten Enden eines ferromagnetischen, rohrförmigen Hauptteils des Pumpenkolbens angeordnet sind, so daß die Jochstruktur die Klemmeinrichtung und den rohr-

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förmigen Körper des Pumpenkolbens enthält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Vakuumpumpe mit Merkmalen der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 das in Fig. 2 mit der Linie 3-3 umschlossene Detail;

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend der Linie 4-4 in Fig. 2; und

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend der Linie 5-5 in Fig. 4.

In Fig. 1 und 2 ist eine Sprühionen-Vakuumpumpe 11 mit Merkmalen der Erfindung dargestellt. Die Pumpe 11 weist eine Anordnung aus dichtgepackten Anodenzylindern 12 auf, die beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehen, an ihren Berührungspunkten punktgeschweißt sind und innerhalb eines rohrförmigen Hauptkörpers 13 des Vakuumkolbens der Pumpe 11 mittels einer Hochspannungs-Durchführungsisolator-Anordnung 14 abgestützt sind, die mit einem Haltearm 15 an der Anodenanordnung 12 befestigt ist.

Gegenüberliegende Enden des rohrförmigen Hauptkörpers 13 des Kolbens sind mittels reaktionsfähiger, kreisförmiger Kathodenplatten 16, beispielsweise aus Titan oder Tantal, abgeschlossen. Die reaktionsfähigen Kathodenplatten sind gasdicht an die gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Hauptkörpers mittels einer verformbaren Dichtung 17 dicht angesetzt.

Die Dichtung 17 ist in üblicher Weise entworfen und weist eine ringförmige Weichmetalldichtung 18, beispielsweise aus Kupfer, auf, die zwischen mit Ringnuten versehenen Dichtflächen 19 und 21 von axial einander gegenüberstehenden Teilen der Kathodenplatte 16 und des Hauptkörpers 13 gefangen sind.

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Eine solche vakuumdichte Dichtung ist in der US-Patentschrift 3 208 758 beschrieben. Andere Formen der Vakuumabdichtung können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Weichdrahtdichtungen und Elastomerdichtungen.

Die die Enden abschließenden Kathodenplatten 16 werden mit zwei ringförmigen Klemmringen 22 und 23, die am Außenumfang des Kolbens an entgegengesetzten Enden angeordnet sind, in dichtende Berührung mit den dazwischenliegenden Dichtungen 18 und dem Hauptkörper 13 geklemmt. Die ..Klemmringe 22 und 23 bestehen vorzugsweise aus ferromagnetisehern Material, beispielsweise Stahl oder Eisen, und weisen Innenschultern 24 und 25 auf, mit denen die Außenlippen der Kathodenplatten 16 gefangen werden. Die Klemmringe 22 und 23 weisen jeweils einen Kreis aus axial gerichteten Bolzenlöchern 26 und 27 auf, um einen Kreis aus Bolzen 28 aufzunehmen. Die Bolzen 28 sind in Intervallen von 30° um den Umfang der Klemmringe 22 und 23 vorgesehen, und wenn sie angezogen sind, dienen sie dazu, die ringförmige Dichtung 18 in dichtende Berührung mit den einander gegenüberliegenden Dichtflächen 19 und 21 der Kathodenplatten 16 bzw. des Hauptkörpers 13 zu pressen. Der Hauptkörper 13 weist eine kreisförmige öffnung bei 29 auf, an die ein Absaugrohr 31 dicht angeschlossen ist, beispielsweise durch Löten. Ein Kuppelflansch 32 ist am Außenende des Absaugrohrs 31 befestigt, um die Pumpe 11 an zu evakuierende Strukturen dicht anzuschließen.

Das Kühlrohr 35 aus Titan (vgl. Fig. 4 und 5) ist an die Außenfläche der betreffenden Kathodenplatten 16 in einer Doppel schleifenform angelötet, um für eine adäquate Kühlung der Kathodenplatten 16 im Betrieb zu sorgen. Nachdem das Titanrohr 35 an die Titankathodenplatten 16 gelötet ist, wird das Rohr leicht gegen die Kathodenoberfläche 16 abgeflacht, um die Gesamtdicke des Rohres 35 herabzusetzen. Das Rohr 35 erstreckt sich durch radial gerichtete Bohrungen in den Klemmringen 22 und 23 und ein Ende des Rohres einer der Kathodenplatten ist über ein allgemein axial verlaufendes Rohrstück 36 mit einem Ende des Rohrs der anderen Kathodenplatte verbunden, so daß die beiden Kühlrohre 35 für den Kühl mitteIstrom hintereinander geschaltet sind. Auf diese Weise wird Kühlmittel in ein Ende des Kühlrohrs

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geschickt, und fließt durch beide Doppelschleifen der Leitung 35 zum Abfluß oder zu einem Wärmetauscher.

Zwei scheibenförmige, magnetisierte Ferrit-Permanentmagnete 37 und 38 entgegengesetzter Polarität sind auf den beiden Seiten der reaktionsfähigen Kathodenplatten 16 des Vakuumkolbens der Pumpe 11 angeordnet. Die Magnete 37 und 38 sind durch ihre eigene magnetische Anziehung an den Innenflächen von zwei einander gegenüberliegenden schüsseiförmigen Endkappen 39 bzw. 41, die beispielsweise aus Stahl oder Eisen bestehen, befestigt. Die Endkappen 39 und 41 sind an den Klemmringen 22 und 23 befestigt, beispielsweise durch Schrauben 42, die in Intervallen von 120° um den Umfang der Endkappen 39 bzw. 41 verteilt sind. Die Außenumfänge der Endkappen 39 und 41 sind, wie bei 43, ausgeschnitten, um den Bolzenzirkel 28 aufzunehmen. Die ferromagnetischen Endkappen 39 und 41, die ferromagnetisehen Klemmen 22 und 23, und der ferromagnetische ruhrförmige Körper 13 bilden zusammen eine magnetische Weicheisen-Jochstruktur, die die Magnete 37 und 38 einschließt, so daß die magnetomotorische Kraft der Magnete 37 und 38 wirksam ausgenutzt wird. Die Jochstruktur dient ferner dazu, magnetische Streufelder herabzusetzen, die sonst aus dem magnetischenKreis austreten würden.

In der bevorzugten Ausführungsform wird zwar ein magnetischer rohrförnviger Hauptteil 13 des Vakuumkolbens für die Pumpe verwendet, das ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da die Klemmringe 22 und 23 sich in axialer Richtung des rohrförmigen Kolbens 13 erstrecken können, so daß die Klemmringe an ihren inneren Enden ganz oder nahezu aneinander liegen. In diesem Falle kann der rohrförmige Hauptkörper 13 aus nicht ferromagnetisehern Material hergestellt werden, weil es nicht erforderlich ist, daß dieser einen Teil des Jochs des Magnetkreises bildet.

Im Betrieb wird ein gegenüber den Kathodenplatten 16 positives Anodenpotential von mehreren kV an die Anode 12 über die Durchführung 14 gelegt, um eine Glimmentladung im teilweise evakuierten Inneren der Pumpe 11 aufzubauen. Die Glimmentladung erstreckt sich durch die Glimmentladungskanäle, die durch das hohle Innere der Anodenzylinder 12 definiert werden. Die Glimmentladung wird

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durch das axiale magnetische Feld verbessert und magnetisch eingeschnürt. In der Glimmentladung erzeugte positive Ionen werden in die Kathodenplatten getrieben, um reaktionsfähiges Kathodenmaterial von diesen abzusprühen, damit Gas gegettert und eingebettet werden kann.

Vorteile der Pumpe 11 nach der Erfindung sind vor allem die Möglichkeit, die Kathodenplatten 16 einfach dadurch zu ersetzen, daß die Bolzen 28 gelockert und die K.lemmringe22 und 23 und die Kathodenendplatten 16 entfernt werden. Nach Ersatz des Dichtungsmaterials 18 können die Kathodenplatten ersetzt und die Bolzen 28 angezogen werden. Sobald die Kathodenplatten entfernt sind, kann die Anode 12 gesäubert werden, beispielsweise durch Sandstrahlen. Die Pumpe kann ausgeheizt werden, wobei die Magnete 37 und zusammen mit den zugehörigen Endkappen 39 und 41 entfernt werden können, oder auch an Ort und Stelle bleiben können. Kurz gesagt, die Vakuumpumpe kann durch die Verwendung einfacher Handwerkzeuge und leicht ersetzbarer Dichtungen 18 gereinigt und repariert werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Ionensprüh-Vakuumpumpe mit einer Anode mit wenigstens einer öffnung, die einen Glimmentladungsweg definiert, Kathoden, die dem Glimmentladungsweg gegenüber angeordnet sind, einem evakuierbaren Kolben, der die Anode und die Kathoden umgibt, einer Magneteinrichtung, mit der ein Magnetfeld durch den Glimmentladungsweg erzeugt und gerichtet wird, und einer Einrichtung, mit der eine elektrische Spannung zwischen die Anode und die Kathoden angelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichteinrichtung vorgesehen ist, mit der die Kathoden dicht an den Kolben angesetzt werden können, so daß die Kathoden einen Teil des Kolbens bilden.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung eine demontierbare Dichtung aufweist, so daß die Kathoden einen demontierbaren Teil des Kolbens bilden.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der evakuierbare Kolben einen rohrförmigen Hauptteil aufweist, an dessen entgegengesetzten Enden Dichtflächen vorgesehen sind, die Kathoden zwei Stirnwandteile bilden, an deren Umfang Kathoden-Dichtflächen gebildet sind, um die demontierbare. Dichtung zwischdn den Dichtflächen des Körpers und den Kathodendichtflachen in dichtender Berührung zu fangen.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmeinrichtung vorgesehen ist, mit der die Kathoden und der Hauptkörperteil in dichtende Berührung mit der zwischenliegenden Dichtung gepreßt werden.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung einen Klemmring aufweist, der die Dichteinrichtung umgibt und der einen Bolzenkreis aufweist, der einen Kreis von Bolzen aufnimmt, mit denen die Klemmringeinrichtung in Klemmberührung mit den Kathoden gezogen wird.

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6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtung außerhalb des evakuierbaren Kolbens angeordnete Quellen für magnetomotorische Kraft aufweist, und ein magnetisch permeables ferromagnetisches Joch, das die Magneteinrichtung und den evakuierbaren Bereich des evakuierbaren Kolbens umschließt.

J. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Hauptkörper aus magnetisch permeablem, ferromagnetischem Material besteht, um einen Teil des magnetischen Joches^zu bilden.

8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle

für magnetomotorische Kraft zwei Permanentmagnete aufweist, die innerhalb des Joches außerhalb des evakuierbaren Kolbens und auf entgegenges^i ^: Seiten desselben angeordnet sind.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsmittelleitung in Wärmeaustauschbeziehung mit den Kathoden gekuppelt ist und außerhalb des evakuierbaren Kolbens angeordnet ist.

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