DE69601900T2 - Gettersorptionspumpe, insbesondere für ein tragbares Gerät für chemische Analysen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Getterpumpe, die insbesondere zum Einsatz in einer Vakuumvorrichtung geeignet ist, in welcher es notwendig ist, das durch die örtliche Pumpe aufgenommene Volumen und die von ihr geforderte Heizleistung zu minimieren, während die Heizgeschwindigkeit und die Leistungsfähigkeit maximiert werden. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Pumpe zur Verwendung in tragbaren Instrumenten geeignet, welche die Anwendung eines Vakuums erfordern.
• Getterpumpen zur Aufrechterhaltung des Vakuums in größeren oder kleineren Räumen sind nun schon etwa seit 30 Jahren bekannt. Ihre Funktion basiert auf der Chemisorption aller Gase, ausgenommen lediglich der Edelgase, mit dem Vorteil, daß sie keine beweglichen Teile aufweisen, so daß nicht das Erfordernis besteht, Schmierstoffe zu verwenden, welche die zu evakuierende Kammer verunreinigen könnten. Desweiteren übertragen diese Pumpen keine oft unerwünschten Schwingungen auf das System, an welchem sie angeschlossen werden.
• Es ist auch bekannt, daß die nicht verdampfbaren Gettermaterialien, welche die aktiven Elemente dieser Pumpen sind, eine Heizvorrichtung erfordern, welche mit ziemlich hoher Leistung versorgt werden muß. Dies impliziert einen Aufbau und somit ein Gewicht der Getterpumpe, welche für fest installierte Anlagen kein Problem darstellen, wohingegen es die Anordnung zur Verwendung in kleinvolumigen Vakuumvorrichtungen, insbesondere in tragbaren Geräten, normalerweise kaum geeignet macht.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Getterpumpe bereitzustellen, die ausreichend leicht ist und zu ihre Funktion eine geringe Leistung erfordert, so daß sie in tragbaren Geräten verwendet werden kann, z. B. in chemischen Analyseinstrumenten.
• Obgleich nicht notwendig, wird die Beschreibung auf Getterpumpen Bezug nehmen, deren Heizanordnung dem Typ entspricht, der in der auf den gleichen Anmelder zurückgehenden Patentanmeldung Nr. MI95A000954 (äquivalent der nicht vorveröffentlichten Anmeldung EP-A-0 742 370) offenbart und beansprucht ist, in welcher das Auflager der Getterelemente ebenfalls das Heizelement unterbringt.
• Diese Ziele werden mittels der erfindungsgemäßen Getterpumpe erreicht, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
• Diese und andere Ziele, Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Getterpumpe werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die als nicht beschränkendes Beispiel angegeben ist, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen klarer werden, in denen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Getterpumpe zeigt; und
• Fig. 1a und 1b im vergrößerten Maßstab zwei Details der Fig. 1 zeigen.
• Unter Bezug auf die Zeichnungen umfaßt die dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getterpumpe, wie bekannt ist, mehrere Getterelemente 1, die in diesem Fall durch Scheiben aus nicht verdampfbarem Gettermaterial gebildet und koaxial in kurzem Abstand voneinander um ein zentrales Heizelement 2 herum angebracht sind, wie z. B. in der veröffentlichten Patentanmeldung JP-A-04/45480 beschrieben ist, jedoch vorzugsweise gemäß der auf den gleichen Anmelder zurückgehenden italienischen Patentanmeldung MI95A000954, welche ein Heizelement 2 offenbart, das innerhalb der Hülse 20 untergebracht ist, die durch einen Wandabschnitt der Pumpe gebildet ist, der in Verbindung mit der zu evakuierenden Kammer (nicht gezeigt) einen durch das Bezugszeichen 10 bezeichneten Raum definiert.
• Gemäß dieser Ausführungsform ist das Heizelement 2 an einem ersten Flansch 3 angebracht, wohingegen der die Hülse 20 bildende Wandabschnitt an einem zweiten Flansch 4 angebracht ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung definieren eine Vielzahl von (bei der dargestellten Ausführungsform drei) thermischen Abschirmungen 7, 8 und 9 zylindrischer Form, die koaxial zu der Heizeinrichtung 2 angeordnet sind, seitlich ein Volumen 10, das an einem Ende durch ein Auflager 6 geschlossen ist, an welchem die thermischen Abschirmungen befestigt sind, wobei letzteres aus Metall, im Falle von Hochtemperaturanwendungen vorzugsweise aus Stahl oder Nickel hergestellt ist und eine kleine Stärke in der Größenordnung von 0,1-1 mm aufweist. Die metallischen Abschirmungen sind poliert, um ihr Reflexionsvermögen zu erhöhen und damit den nach außen gerichteten Wärmeübergang zu verringern, wobei sie vorzugsweise mit einem Abstand gleichmäßig beabstandet sind, der in Abhängigkeit der jeweiligen Größe der Vorrichtung zwischen etwa 1 und 3 mm variiert. Diese rohrförmigen, metallischen Abschirmungen sind vorzugsweise durch Punktschweißung an einem Fuß 6a befestigt, wobei der Fuß 6a dann durch Punktschweißung an dem Auflager 6 befestigt wird, welches wiederum durch eine Anzahl von Tragstützen 5 durch Schrauben oder Bolzen 15 an dem Flansch 4 angeschlossen ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, bestehen die Tragstützen vorzugsweise aus drei mit 120º voneinander beabstandeten Tragstützen.
• Es wurde festgestellt, daß die rohrförmigen Abschirmungen 7, 8 und 9 vorzugsweise drei sein sollten, da, falls es nur zwei wären, der Wärmeübergang nach wie vor übermäßig hoch wäre und die begrenzte Leistung, welche diese Art von Pumpe zum Betrieb erfordert, nicht ausreichen würde, um die Getterelemente auf der Betriebstemperatur zu halten, welche zwischen 150 und 400ºC angenommen werden kann. Für Betriebstemperaturen an der unteren Grenze des oben erwähnten Wertebereichs, d. h. 150-200ºC, können jedoch zwei thermische Abschirmungen benutzt werden, wohingegen oberhalb von etwa 300ºC vier Abschirmungen vorhanden sein müßten, die mit den Größenproblemen kompatibel sind.
• An dem Ende, das dem am Flansch 6 befestigten Ende gegenüberliegt, und nahe einer Deflektorscheibe 11, welche an der Oberseite des Stapels der Getterelemente 1 abschließt, kommuniziert die innere rohrförmige Abschirmung 7 durch ein metallisches Netz 17 mit dem zu evakuierenden Volumen, während die Zwischenröhre 8, die geringfügig höher als die vorherige ist, durch ein zweites Netz 18, welches sich außerhalb des Netzes 17 befindet und einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser der Zwischenröhre 8 entspricht, ebenfalls mit der zu evakuierenden Kammer kommuniziert. Im Gegensatz dazu ist die dritte äußere Röhre 9 an dem dem Befestigungsende gegenüberliegenden Ende geschlossen. Im Falle einer von Drei abweichenden Anzahl metallischer Abschirmungen werden selbstverständlich immer die beiden innersten Abschirmungen mit dem Netz an ihrem freien Ende versehen, während im Falle von nur zwei Abschirmungen beide Enden mit diesem Netz versehen werden.
• Man beachte, daß das innerste metallische Netz 17, das einen Durchmesser gleich dem Durchmesser der Röhre 7 aufweist, vorzugsweise durch einen vergleichsweise dicken metallischen Draht mit einer Maschenweite gebildet ist, die der 30-40 Maschenweite gemäß der ASA-Norm entspricht (etwa 180 bis 210 Maschen/cm²). Im Gegensatz dazu ist das äußerste Netz 18 durch einen dünnen metallischen Draht und erheblich engmaschiger (bis zum Zehnfachen) mit einer Maschenweite gebildet, die etwa 320-400 Maschen entspricht. Dies erfolgt, um dem innersten Netz zu ermöglichen, die größten und heißesten Partikel zurückzuhalten, die möglicherweise durch die Getterelemente freigesetzt werden, wohingegen ein dünnerer Draht Gefahr laufen würde, zu schmelzen. Daher kann das äußerste Netz 18 selbst kleinere Partikel zurückhalten, die durch das weniger engmaschige innere Netz passieren, ohne daß riskiert wird, daß der dünne Draht schmilzt, und zwar dank der kleineren Wärmemenge, die durch Partikel mit einer derart kleinen Masse übertragen werden kann.
• Gemäß der Erfindung ist desweiteren an der äußersten Röhre 9 vorzugsweise kein drittes Netz vorgesehen, um eine übermäßige Verringerung der nach außen gerichteten Konduktanz zu verhindern, d. h. die Möglichkeit der Aufrechterhaltung eines ausreichenden Durchgangsquerschnittsbereichs zwischen der zu evakuierenden Kammer und der Getterpumpe.
• Es sei darauf hingewiesen, daß der durch die vorliegende Erfindung gegebene Schutz nicht dazu bestimmt ist, auf die oben beschriebene und dargestellte Getterpumpen-Ausführungsform beschränkt zu werden, vielmehr ist er vorgesehen, auf alle mechanischen Äquivalente ausgedehnt zu werden, welche die gleiche Nützlichkeit erzielen. Insbesondere kann sich die Anordnung der Getterelemente 1 innerhalb des Volumens 10 unterscheiden, wobei auch die Mittel zur Montage der thermischen Abschirmungen möglicherweise abweichen können.

Claims (4)

1. Getterpumpe, insbesondere geeignet zur Aufrechterhaltung eines Vakuums in einem tragbaren Gerät, umfassend eine Anordnung von Getterelementen (1), die auf einer Hülse (20) montiert sind, welche ein Heizelement (2) unterbringt, das wiederum auf einem ersten Flansch (3) der Pumpe montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie koaxial zu dem Heizelement (2) eine Vielzahl koaxialer, rohrförmiger, metallischer Abschirmungen (7, 8, 9) enthält, die an einem geschlossenen Ende an einem Auflager (6) der Pumpe befestigt sind, wobei zwei der rohrförmigen Abschirmungen (7, 8) an dem Ende, welches dem an dem Auflager (6) befestigten Ende gegenüberliegt, in Verbindung stehen, wobei das Gerät durch jeweilige Netze (17, 18) aus Metallmaschen zu evakuieren ist.

2. Getterpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen, metallischen Abschirmungen (7, 8, 9) gleichmäßig beabstandet sind und eine gleichmäßige Dicke in der Größenordnung von 0,1-1 mm aufweisen.

3. Getterpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Abschirmungen aus drei Abschirmungen bestehen.

4. Getterpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Netz an ihrem freien Ende versehenen rohrförmigen Abschirmungen die innerste Abschirmung (7) und die mittlere Abschirmung (8) sind, wobei das zugehörige Netz (18) der letzteren engmaschiger ist und in bezug auf das einen kleineren Durchmesser aufweisende innere Netz (17) durch einen dünnen metallischen Draht gebildet ist.