Hochvakuumbehälter mit Pumpenaggregat zur Erzeugung des Vakuums Zur Erzeugung des Hochvakuums in einem Hoch vakuumbehälter, z. B. in einem Hochvakuumofen oder einem Imprägnierkessel, verwendet man bisher ein neben dem Behälter aufgestelltes gesondertes Pumpen aggregat, das in der Regel aus einer Diffusionspumpe, insbesondere öldiffusionspumpe, und einer Vorpumpe besteht.
Diese Vorpumpe kann gegebenenfalls meh rere Pumpen umfassen. Der Raumbedarf einer solchen Anlage ist verhältnismässig gross, da das neben dem Behälter aufgestellte Pumpenaggregat in seinen Aus massen, insbesondere bei grossen Pumpenleistungen, oft die Grösse des Vakuumbehälters erreicht oder noch übersteigt.
Die Erfindung gibt eine Lösung an, durch die die genannte Anordnung hinsichtlich des Aufwandes und des Raumbedarfes wesentlich vereinfacht wird. Die neue Lösung besteht darin, dass die Diffusionspumpe nach Art eines ununterbrochenen oder aufgeteilten Mantels ausgebildet ist und, sich dem Behältermantel ringsherum anschmiegend, mit dem Behälter eine Ein heit bildet. Bei der bevorzugten Ausführung ist die Diffusionspumpe, sich innen an den Behälter an schmiegend, in den Behälter eingebaut.
Die Anwendung der Erfindung ist nicht be schränkt auf Hochvakuumbehälter mit kreisförmigem Querschnitt, sie kann vielmehr auch bei Behältern einer anderen Querschnittsform, insbesondere einer rechteckigen Querschnittsform, angewandt werden. In diesem Fall, aber auch sonst kann es sich empfehlen, die Diffusionspumpe in mehrere Einheiten aufzuteilen.
Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungs beispiele; es zeigt: Fig. 1 in einem Längsschnitt einen gemäss der Er findung ausgeführten Hochvakuumofen mit in den Ofen eingebauter Diffusionspumpe; Fig.2 schematisch in einem Querschnitt einen Hochvakuumbehälter rechteckigen Querschnitts, bei dem die in den Behälter eingebaute Diffusionspumpe in mehrere Einheiten unterteilt ist.
Es sei angenommen, dass der in Fig. 1 gezeigte Hochvakuumofen kreisförmigen Querschnitt habe. Die Ofenwandung besteht aus dem zylindrischen Ofen mantel 1, dem in zwei Einheiten 2 und 3 unterteilten Boden und dem Deckel 4. Der Bodenteil 3 bildet eine ringförmige Wanne zur Aufnahme des Öles oder son stigen Treibmittels für die im folgenden noch beschrie bene Diffusionspumpe. Die genannten Teile 1 bis 4 sind in an sich bekannter Weise durch lösbare Mittel, wie Schrauben, Klappschrauben und dergleichen, mit einander verbunden. An den Verbindungsstellen sind in üblicher Weise Dichtungsringe aus Gummi, wei chem Metall oder dergleichen eingefügt, wie das in Fig. 1 bei 5, 6 und 7 angedeutet ist.
Die Wandungsteile 1, 2 und 4 sind in üblicher Weise als Doppelwandungen ausgeführt, um eine Kühlung des Ofengehäuses durch Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, zu ermöglichen, wie das an sieh bekannt und in der Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
Der Bodenteil 2 trägt mit Hilfe des Stützgestells 8 einen zylindrischen Tiegel 9 zur Aufnahme des im Ofen zu behandelnden Gutes. Der Tiegel 9 ist seiner seits von einer wassergekühlten Induktionsspule 10 umgeben, durch die also in bekannter Weise beim Betrieb des Ofens Strom hindurchgeleitet wird, der seinerseits durch die Induktionswirkung das im Tiegel 9 befindliche Gut auf die erforderliche Temperatur erhitzt. Dies setzt voraus, dass das zu behandelnde Gut für induktive Erwärmung geeignet ist.
Ist diese Vor aussetzung nicht gegeben, so treten an die Stelle der Spule 10 ein oder mehrere Heizkörper, die durch einen elektrischen Strom erhitzt werden und die ihrer seits durch Strahlung die Wärme auf das zu behan delnde Gut im Tiegel 9 übertragen. Der Tiegel 9 kann aus einer keramischen Masse, z. B. Schamotte oder Maggnesit, und ferner auch aus Graphit oder Metall, z. B. Molybdän, bestehen.
Verwendet man einen Me talltiegel, so kann man von der induktiven Beheizung auch dann Gebrauch machen, wenn das Behandlungs gut unmittelbar durch die Induktionswirkung nicht er hitzt wird. Vielmehr wird dann unmittelbar nur der Tiegel 9 durch die Induktionswirkung auf die ge wünschte Temperatur gebracht und durch Wärmelei tung das Behandlungsgut erhitzt.
Das Behandlungsgut wird in der Weise einge bracht, dass der Bodenteil 2 mit den von ihm getra genen Teilen 8 und 9 und gegebenenfalls auch 10 aus dem im übrigen feststehenden Behälter hydraulisch oder mechanisch nach unten ausgefahren und darauf das Gut in den Tiegel 9 gegeben wird.
Die Diffusionspumpe, die sonst den Hauptteil des gesondert aufgestellten Pumpenaggregates bildet und über eine Pumpleitung mit dem Ofen verbunden wird, ist hier hohlzylindrisch ausgebildet und, sich innen dem Ofenmantel ringsherum anschmiegend, in den Ofen eingebaut. Es war schon erwähnt, dass der Boden teil 3 zugleich eine ringförmige Wanne zur Aufnahme des Treibmittels, z. B. Öl, für die Diffusionspumpe bildet. Zur Beheizung des Treibmittels ist eine elek trische Widerstandsheizung vorgesehen in Gestalt einer elektrischen Heizspule 11.
Zum Aufbau der hohlzylindrisch ausgebildeten Diffusionspumpe sind insgesamt vier Zylinder 12, 13, 14 und 15 vorgesehen, die in ihrer Höhe - entspre chend der Darstellung - gestaffelt sind und von der Ringwanne 3 getragen werden, das heisst an ihr be festigt sind. An den drei inneren Zylindern sind Schirme 12a, 13a und 14a gebildet bzw. angebracht, mit deren Hilfe drei ringförmige Düsen 16, 17 und 18 zur Herbeiführung der Saugwirkung gebildet werden, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist. Der innere Teil des Ofenmantels 1 wird vorzugsweise, wie in Fig. 1 ge zeigt ist, als Begrenzungswand und zugleich zur Küh lung der Diffusionspumpe mitbenutzt.
Die Öldämpfe steigen aus der entsprechend be- heizten Ringwanne 3 in den zylindrischen Spalten, die durch die Zylinder 12 bis 15 gebildet sind, empor, treten durch die Düsen 16 bis 18 aus; sie bewirken durch Diffusion ein Absaugen der Gase aus dem Ofeninneren und werden an der gekühlten Ofenwand 1 kondensiert und laufen in die Ringwanne 3 zurück. Die durch die Diffusionspumpe aus dem Ofeninnern angesaugten Gase werden in der Diffusionspumpe bis auf den Vorvakuumdruck komprimiert und durch die Anschlussstutzen 19 von der Vorpumpe abgesaugt.
Es empfiehlt sich, zur Verhinderung der Rückdiffusion von Treibmitteldämpfen in den Vakuumbehälter eine entsprechend ausgebildete, z. B. dachförmige Abdek- kung über der Diffusionspumpe anzubringen, z. B. wie dargestellt, in Form eines vom Ofenmantel 1 getra genen Ringes 20, dessen Innenrand nach innen hin abgewinkelt ist. Dieser Ring 20 kann ebenfalls flüs sigkeitsgekühlt sein und wird alsdann doppelwandig ausgebildet und an den Kühlmittelkreislauf ange schlossen.
Auch für die Ringwanne 3, die das Öl oder son stige Treibmittel der Diffusionspumpe aufnimmt, kann eine Kühlung, die zum Beispiel mit einer Kühlflüssig keit betrieben wird, vorgesehen werden, indem zum Beispiel, wie in Fig. 1 angedeutet ist, der Boden der Ringwanne 3 doppelwandig ausgebildet wird zur Durchleitung eines Kühlmittels. Hiermit erhält man die Möglichkeit, das in der Ringwanne 3 befindliche Treibmittel schneller abzukühlen und damit die Pumpe schneller ausser Betrieb zu setzen.
Infolgedessen kann verhältnismässig schnell der Ofen belüftet und geöffnet werden, ohne dass das Öl durch den Sauerstoff der Luft oxydiert wird, während man sonst für diesen Zweck ein Hochvakuumventil vorsieht, über das die Pumpe vom Ofen abgetrennt wird, worauf dieser ge öffnet und gelüftet werden kann. Die Diffusionspumpe ist in Fig. 1 hinsichtlich der Ausbildung der Düsen 16 bis 18 und der sonstigen Einzelheiten nur schematisch dargestellt, da diese Einzelheiten an sich hinreichend bekannt sind und da das Wesen der Erfindung nicht in diesen Einzelheiten besteht, sondern für den gezeig ten Fall, u. a. in dem Einbau der Pumpe in den Va kuumbehälter derart, dass diese zwei Teile eine Einheit bilden.
Die Zylinder 12 bis 15 der Diffusionspumpe können, wie noch kurz erwähnt sei, in üblicher Weise aus Aluminium oder Kupfer oder aus nichtrostendem Stahl hergestellt werden.
Es empfiehlt sich im allgemeinen, den inneren Zylinder 12 der Diffusionspumpe gegen eine den Pumpenbetrieb gefährdende Abkühlung durch einen oder mehrere Reflexionsschirme zu schützen. Ein sol cher zylindrischer Reflexionsschirm ist in Fig. 1 bei 22 angedeutet. Der oder die Reflexionsschirme werden bei der bevorzugten Ausführung innen und aussen hochglänzend poliert, so dass sie ein möglichst hohes Reflexionsvermögen haben und somit die vom Zylin der 12 abgestrahlte Wärme auf diesen zurückstrahlen. Der gesamte Ofen kann in an sich bekannter Weise mit Hilfe von angeschweissten Auslegern 23 an ein Traggestell oder dergleichen angebaut werden.
Um ein anschauliches Beispiel zu geben und zu gleich ein besonders bedeutungsvolles Anwendungs gebiet aufzuzeigen, ist die neue Anordnung oben an hand eines elektrisch beheizten Hochvakuumofens er läutert worden. Die Erfindung ist jedoch in ihrer An wendung auf derartige Hochvakuumöfen nicht be schränkt, sie kann vielmehr auch bei sonstigen Hoch vakuumbehältern, gleichgültig, ob sie zu einem Ofen, zu einem Imprägnierkessel oder einer sonstigen Hoch vakuumeinrichtung gehören, benutzt werden.
Es ist auch ersichtlich, dass der Einbau der Diffusionspumpe in den Hochvakuumbehälter nicht einen Behälter kreisförmigen Querschnitts zur Voraussetzung hat. Der Behälter kann auch andere Querschnittsformen auf weisen, z. B. einen rechteckigen Querschnitt. Alsdann erhält die Diffusionspumpe ebenfalls einen rechtecki gen Verlauf, wobei sie auch hierbei mantelartig aus gebildet ist und sich dem Behältermantel anschmiegt.
Allgemein und insbesondere bei Hochvakuum behältern rechteckigen Querschnitts mit grossen Ab- messungen ist es möglich bzw. empfehlenswert, die Diffusionspumpe in mehrere Einheiten zu unterteilen, wie das in Fig. 2 in einem Querschnitt schematisch dargestellt ist. In dieser Figur ist bei 30 der doppel wandig ausgebildete Behältermantel angedeutet. In diesen Behälter ist die Diffusionspumpe eingebaut. Sie ist jedoch in mehrere Einheiten unterteilt, und zwar sind an den Längsseiten je vier Einheiten 31a und an den Schmalseiten je zwei Einheiten 31b angebracht.
Die Einheiten 31a der einen Längsseite und ebenso die der anderen Längsseite stossen unmittelbar anein ander; das gleiche gilt für die Einheiten 31b jeder Schmalseite. Zwischen den Einheiten 31a einerseits und 31b anderseits sind in den Ecken des Behälters kleine Lücken gelassen, jedoch wird auch hier - als Ganzes gesehen - von dem neuen Grundgedanken Gebrauch gemacht; denn die Einheiten der Diffusions- pumpe bilden auch hier einen, allerdings unterbroche nen Mantel, der sich ringsherum dem Behältermantel anschmiegt. Für jede Pumpeneinheit ist je ein geson derter Pumpstutzen 31a' bzw. 31b' vorgesehen.
Wie aus der Zeichnung deutlich zu ersehen ist, bietet die neue Anordnung den Vorteil einer wesent lichen Ersparnis an Aufwand und an Raum. Im Falle der Fig. 1 ist die Diffusionspumpe in den Behälter eingebaut, und dieser ist zurAufnahme derDiffusions- pumpe im Durchmesser nur wenig weiter zu halten, als es den sonstigen Gegebenheiten des Behälters ent sprechen würde.
Darüber hinaus aber hat die neue Lösung den Vorteil, dass man hier - sofern es sich um grosse Hochvakuumbehälter handelt - beispiels weise Diffusionspumpen verwenden kann, deren Aussendurchmesser dem Innendurchmesser des Behäl ters gleichkommt und die infolgedessen eine sehr grosse Saugleistung ergeben. Wollte man bei gesonderter Aufstellung der Diffusionspumpe eine gleiche Saug- leistung erhalten, so käme man zu Pumpenabmessun gen, die wirtschaftlich nicht mehr tragbar und daher allgemein für Zwecke der vorliegenden Art nicht ge baut werden.
High vacuum container with pump unit for generating the vacuum To generate the high vacuum in a high vacuum container, e.g. B. in a high vacuum furnace or an impregnation tank, one previously used a separate pump set up next to the container, which usually consists of a diffusion pump, in particular an oil diffusion pump, and a backing pump.
This backing pump can optionally comprise several pumps. The space required by such a system is relatively large, since the pump unit installed next to the container in its dimensions, especially with high pump capacities, often reaches or exceeds the size of the vacuum container.
The invention provides a solution by means of which the aforementioned arrangement is significantly simplified in terms of complexity and space requirements. The new solution consists in the fact that the diffusion pump is designed in the manner of an uninterrupted or divided jacket and, clinging to the container jacket all around, forms a unit with the container. In the preferred embodiment, the diffusion pump is built into the container, nestling against the inside of the container.
The application of the invention is not restricted to high-vacuum containers with a circular cross-section; rather, it can also be applied to containers of a different cross-sectional shape, in particular a rectangular cross-sectional shape. In this case, but also otherwise, it can be advisable to divide the diffusion pump into several units.
The drawing illustrates two execution examples; It shows: FIG. 1 in a longitudinal section a high vacuum furnace constructed according to the invention with a diffusion pump built into the furnace; 2 schematically in a cross section a high vacuum container of rectangular cross section, in which the diffusion pump built into the container is divided into several units.
It is assumed that the high vacuum furnace shown in FIG. 1 has a circular cross section. The furnace wall consists of the cylindrical furnace shell 1, the bottom divided into two units 2 and 3 and the cover 4. The bottom part 3 forms an annular trough for receiving the oil or other propellant for the diffusion pump still described below. Said parts 1 to 4 are connected to one another in a manner known per se by releasable means such as screws, hinged screws and the like. At the connection points, sealing rings made of rubber, white chem metal or the like are inserted in the usual way, as indicated in FIG. 1 at 5, 6 and 7.
The wall parts 1, 2 and 4 are designed in the usual way as double walls in order to cool the furnace housing by coolant, eg. B. cooling water, as it is known to see and is shown schematically in FIG.
With the aid of the support frame 8, the base part 2 carries a cylindrical crucible 9 for receiving the items to be treated in the oven. The crucible 9 is surrounded by a water-cooled induction coil 10, through which current is passed in a known manner when the furnace is in operation, which in turn heats the material in the crucible 9 to the required temperature by the induction effect. This assumes that the item to be treated is suitable for inductive heating.
If this requirement is not met, the coil 10 is replaced by one or more heating elements which are heated by an electric current and which in turn transmit the heat to the material in the crucible 9 to be treated by radiation. The crucible 9 can be made of a ceramic mass, e.g. B. chamotte or maggnesite, and also made of graphite or metal, z. B. molybdenum exist.
If you use a metal crucible, you can make use of inductive heating even if the treatment is not good immediately due to the induction effect. Rather, only the crucible 9 is then brought directly to the desired temperature by the induction effect and the material to be treated is heated by heat conduction.
The material to be treated is brought in in such a way that the bottom part 2 with the parts 8 and 9 and possibly also 10 carried by it are hydraulically or mechanically extended downwards from the otherwise stationary container and the material is then placed in the crucible 9.
The diffusion pump, which otherwise forms the main part of the separately installed pump unit and is connected to the furnace via a pump line, is designed here as a hollow cylinder and is built into the furnace, clinging to the inside of the furnace shell. It was already mentioned that the bottom part 3 also has an annular trough for receiving the propellant, for. B. Oil, forms for the diffusion pump. An electrical resistance heater in the form of an electrical heating coil 11 is provided to heat the propellant.
To build the hollow-cylindrical diffusion pump, a total of four cylinders 12, 13, 14 and 15 are provided, which are staggered in height - according to the illustration - and are carried by the annular trough 3, that is, be fastened to her. Screens 12a, 13a and 14a are formed or attached to the three inner cylinders, with the aid of which three annular nozzles 16, 17 and 18 are formed for bringing about the suction effect, as can be seen from FIG. The inner part of the furnace shell 1 is preferably, as shown in Fig. 1 GE shows, as a boundary wall and at the same time for Küh development of the diffusion pump.
The oil vapors rise from the appropriately heated annular trough 3 in the cylindrical gaps formed by the cylinders 12 to 15 and exit through the nozzles 16 to 18; They cause the gases to be sucked out of the interior of the furnace by diffusion and are condensed on the cooled furnace wall 1 and run back into the annular trough 3. The gases sucked in from the inside of the furnace by the diffusion pump are compressed in the diffusion pump to the fore-vacuum pressure and sucked off by the fore-pump through the connecting pieces 19.
It is advisable, to prevent the back diffusion of propellant vapors into the vacuum container, an appropriately trained, z. B. to attach a roof-shaped cover over the diffusion pump, z. B. as shown, in the form of a getra gene from the furnace shell 1 ring 20, the inner edge of which is angled inward. This ring 20 can also be liquid-cooled and is then double-walled and connected to the coolant circuit.
Also for the ring trough 3, which absorbs the oil or other propellant of the diffusion pump, cooling, which is operated, for example, with a cooling liquid, can be provided by, for example, as indicated in FIG. 1, the bottom of the ring trough 3 is double-walled for the passage of a coolant. This gives the possibility of cooling the propellant located in the annular trough 3 more quickly and thus of putting the pump out of operation more quickly.
As a result, the furnace can be ventilated and opened relatively quickly without the oil being oxidized by the oxygen in the air, while otherwise a high-vacuum valve is provided for this purpose, via which the pump is separated from the furnace, whereupon it can be opened and ventilated . The diffusion pump is shown only schematically in Fig. 1 with regard to the design of the nozzles 16 to 18 and the other details, since these details are sufficiently known per se and since the essence of the invention does not consist in these details, but for the case shown. u. a. in the installation of the pump in the vacuum tank in such a way that these two parts form a unit.
The cylinders 12 to 15 of the diffusion pump can, as will be briefly mentioned, be made in the usual way from aluminum or copper or from stainless steel.
In general, it is advisable to protect the inner cylinder 12 of the diffusion pump against cooling, which could endanger the pump operation, by means of one or more reflection screens. Such a cylindrical reflection screen is indicated at 22 in FIG. The reflection screen or screens are polished to a high gloss inside and outside in the preferred embodiment, so that they have the highest possible reflectivity and thus reflect the heat radiated from the cylinder 12 back onto the latter. The entire furnace can be attached to a support frame or the like in a manner known per se with the aid of welded arms 23.
In order to give a clear example and at the same time to show a particularly significant area of application, the new arrangement has been explained above using an electrically heated high-vacuum furnace. However, the invention is not limited in its application to such high vacuum ovens, it can be used in other high vacuum containers, regardless of whether they belong to an oven, an impregnation vessel or other high vacuum device.
It can also be seen that the installation of the diffusion pump in the high vacuum container does not require a container with a circular cross section. The container can also have other cross-sectional shapes, e.g. B. a rectangular cross-section. Then the diffusion pump also has a rectangular course, whereby it is also formed like a jacket and hugs the container jacket.
In general, and in particular in the case of high-vacuum containers with a rectangular cross-section and large dimensions, it is possible or recommended to subdivide the diffusion pump into several units, as is shown schematically in a cross-section in FIG. In this figure, the double-walled container jacket is indicated at 30. The diffusion pump is built into this container. However, it is divided into several units, namely four units 31a are attached to each of the long sides and two units 31b to each of the narrow sides.
The units 31a of one long side and also those of the other long side are in direct contact with one another; the same applies to the units 31b on each narrow side. Between the units 31a on the one hand and 31b on the other hand, small gaps are left in the corners of the container, but here too - seen as a whole - use is made of the new basic idea; because here too the units of the diffusion pump form a jacket, albeit an interrupted one, which hugs the container jacket all around. A separate pump nozzle 31a 'or 31b' is provided for each pump unit.
As can be clearly seen from the drawing, the new arrangement offers the advantage of a substantial saving in effort and space. In the case of FIG. 1, the diffusion pump is built into the container, and to accommodate the diffusion pump, the diameter of the latter is only to be held a little wider than would correspond to the other conditions of the container.
In addition, however, the new solution has the advantage that you can use diffusion pumps, for example, the outside diameter of which is equal to the inside diameter of the container and which, as a result, result in a very high suction capacity, provided that large high-vacuum containers are involved. If one wanted to obtain the same suction power with a separate installation of the diffusion pump, then one would come to pump dimensions that are no longer economically viable and are therefore generally not built for purposes of the present type.