DE2034633B2 - Kartusche für eine Getterpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kartusche für eine Getterpumpe, bestehend aus wenigstens einem Kartuschenelement, mit wenigstens einem hin- und hergefalteten Trägerstreifen, auf dem ein nicht verdampfendes Gettermetall aufgebracht ist

Getterpumpen sind in der Vakuumtechnik bekannt und dienen zur Entfernung von Restgasen aus geschlossenen Gefäßen, wie etwa Elektronenröhren, um in diesen Gefäßen ein hohes Vakuum zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. In Getterpumpen benutzt man ein fein verteiltes, nicht verdampfendes Gettermetall auf einer Unterlage. Im Betrieb absorbieren die Oberflächen der Gettermetallpartikel im Gefäß vorhandene Gase und verringern so die Menge an vorhandenen Gasen, so daß ein hohes Vakuum erzielt wird. Die Oberfläche des Gettermetalls absorbiert die Gase so lange, bis sie mit absorbierten Gasen und Reaktionsprodukten von absorbierten Gasen mit dem Gettermetall gesättigt ist. Wenn dieser Zustand erreicht ist, erhitzt man die Gettermetallpartikel, um die absorbierten Gase und Reaktionsprodukte zum Zentrum der Gettermetallpartikel zu treiben, so daß die Außenseite der Gettermetallpartikel zu treiben, so daß die Außenseite der Gettermetallpartikel wieder zur Absorption von Gas fähig wird. Diesen Vorgang kann man so lange wiederholen, bis die Gettermetallpartikel vollkommen mit absorbiertem Gas ih<d Reaktionsprodukten gesättigt sind; dann muß man die Gettermetallpartikel ersetzen. Zur Erleichterung dieses Ersatzes der Gettermetallpartikel ist es üblich, eine auswechselbare Kartusche mit einem hin- und hergefalteten Streifen zu benutzen, der aus einem Substrat besteht, auf dem nicht verdampfendes Gettermetall angelagert ist.

Eine Kartusche der eingangs genannten Gattung mit einem hin- und hergefalteten Trägerstreifen wurde bereits vorgeschlagen (DE-PS 19 40 137). Diese Kartusche erfordert äußerst wenig Raum zur Unterbringung einer bestimmten Menge an Gettermetall. Durch die zickzackförmige Hin- und Herfaltung bilden benachbarte Flächenteile des Trägerstreifens einen Winkel miteinander, der im folgenden mit »alpha« bezeichnet wird. Wie sich in der Praxis herausstellt, muß dieser Winkel innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs mit großer Präzision eingehalten werden und konstant bleiben. Es ist zwar möglich, den Winkel bei der Herstellung der Kartusche einzuhalten, doch ändert sich dieser Winkel zwischen den einzelnen benachbarten Flächenteilen durch mechanische Verformung sehr leicht, so daß die Pumpleistung der Getterpumpe in unerwünschter Weise verändert, insbesondere verringert wird.

Aus der US-PS 29 84 314 ist bereits eine Gettervorrichtung beschrieben, die eine gefaltete, mit Getiermaterial versehene Kartusche aufweist.

Es sind auch bereits Filter für Gase bekanntgeworden (US-PS 29 68 361), die eine normale Filterkartusche aus

im Zickzack gefalteten Streifen aufweist, wobei benachbarte Flächenteile des Streifens durch Abstandshalter zwischen diesen Flächenteilen in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Kartusche der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei einfacher Herstellung eine optimale Pumpwirkung ohne Beeinflussung durch mechanische Verformung aufa/eist

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß benachbarte Flächenteile des Trägerstreifens durch Abstandshalter zwischen diesen Flächenteilen unter einem bestimmten Winkel zueinander gehalten sind.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß selbst bei einer mechanischen Verformung der Kartusche die Winkel zwischen benachbarten Flächenteilen des Trägerstreifens konstant gehalten werden. Dadurch erreicht man, daß außerhalb des Sättigungsbereichs des Gettermetalls eine Verringerung der Pumpwirkung der Kartusche unterbleibt und optimale Eigenschaften konstant beibehalten v-.srden.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kartusche sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

F i g. la und Ib gemeinsam eine auseinandergezogene Darstellung einer Getterpumpe, wobei Fig. la die Kartusche dieser Getterpumpe darstellt,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 a dargestellte Kartusche,

F i g. 3 in einem Diagramm die Kurven der Pumpleistung für drei normalerweise gepumpte Gase, bezogen auf die Größe des Winkels alpha, wobei auf der Ordinate die Pumpleistung und auf der Abszisse der Winkel alpha aufgetragen ist,

Fig.4 eine Ansicht eines Streifens zum Herstellen einer solchen Kartusche,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in F i g. 4,

F i g. 6 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie 6-6 in F i g. 4,

F i g. 7 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie7-7 in Fig.4,

Fig. 8 in einer der Fig. 7 entsprechenden Darstellung eine andere Ausführungsform eines Teils des Streifens,

Fig.9 in einer der Fig.7 entsprechenden Darstellung eine weitere Ausiührungsform eines Teils des Streifensund

Fig. 10 in einer schematischen Darstellung die Art der Faltung eines Streifens gemäß F i g. 4 zur Herstellung eines Kartuschenelements zur Verwendung in der Kartusche.

In F i g. 1 a ist eine Kartusche 10 für eine Getterpumpe dargestellt. Die Kartusche 10 weist einen oberen Ring 11 und einen unteren Ring 12 auf, zwischen denen ein zylindrischer Gitterschirm 13 angeordnet ist. Innerhalb des Gitterschirms 13 sind mehrere Kartuschenelemente angeordnet, von denen durch den ausgebrochenen Teil des Gitterschirms 13 in F i g. 1 a nur die Elemente 14 und 15 zu sehen sind. Auf dem Substrat dieser Kartuschenelemente ist sin nicht verdampfendes Gettermetall 16 angelagert. Der übrige Aufbau dieser Elemente wird weiter unten noch voilständig beschrieben.

Die in Fig. la dargei .eilte Kartusche 10 und der in Fig. Ib dargestellte übrige Teil der Getterpumpe bilden zusammen eine vollständige Getterpumpe. Fig. Ib zeigt einen Flansch 20 mit einem Stützring 21 zur Aufnahme des unteren Rings 12 der Kartusche 10. Dei Flansch 20 trägt ferner ein stabförmiges Heizelement 22, das aus einem vom Flansch 20 getragenen Isoliermaterialstab 23 besteht um den ein elektrischer Heizdraht 24 gewickelt ist Um die Getterpumpe in Betrieb zu setzen, wird die Kartusche nach unten bewegt, bis der Ring 12 im Stützring 21 sitzt Diese Teile

ίο werden dann durch nicht dargestellte Mittel zusammengehalten. Die ganze Getterpumpe wird dann in ein zu evakuierendes Gefäß eingesetzt und mit dem Flansch 20 gasdicht an diesem befestigt Durch den Heizdraht 24 wird ein Strom geleitet, so daß dieser Heizdraht Wärme auf das Gettermetall 16 abstrahlt und folglich das Gettermetall erhitzt und aktiviert wird, so daß das Gettermetall zur Gasabsorption fähig wird.

In Fig.2 ist der bereits beschriebene Winkel alpha ersichtlich. F i g. 3 zeigt die Kurven der Pumpleistung

für drei verschiedene Gase in Abhängigkeit vom Winkel alpha. Die Kurve 31 zeigt die .'umpleistung für Stickstoff und man erkennt, daß die maximale Pumpleistung bei einem Winkel alpha von etwa 3° auftritt. Die Kurve 32 zeigt die Pumpleistung für Wasserstoff und man erkennt, daß die Pumpleistung am größten ist, wenn der Winkel alpha etwa 4° beträgt. Die Kurve 33 stellt die Pumpleistung für Kohlenmonoxyd dar und zeigt, daß diese Pumpleistung bei einem Winkel alpha von etwa 6° am größten ist Aus den Kurven 31,32 und 33 erkennt man, daß die optimale Punipleistung im allgemeinen bei einem Winkel alpha von Γ bis 15° und vorzugsweise von 2° bis 10° auftritt Wenn der Winkel alpha größer oder kleiner als diese Werte ist, nimmt die Pumpleistung ganz erheblich ab.

jj in F i g. 4 ist. als Rohling ein beliebig langer, flacher Streifen 40 dargestellt, der hin- und herfaltbar und zu einem Kartuschenelement 14 ringförmig biegbar ist. Der Streifen 40 besteht aus rechteckigen Flächenteilen 41, 42, 43 und 44. Jeder dieser Flächenteile weist ein Substrat 45 auf, das allen Flächenteilen gemeinsam ist. Der Mittelteil jedes Flächenteils 41 - 44 ist mit Partikeln 46, 47, 48 und 49 aus einem nicht verdampfenden Gettermetall beschichtet. Die Flächenteile 41-44 weisen einen ersten, nicht mit Gettermetal! beschich-

4-, teten Randstreifen 50 und einen zweiten, desgleichen nicht mit Gettermetall beschichteten Randstreifen 51 auf, die beide über alle Flächenteile hinweg durchlaufen. Die Randstreifen 50, 51 liegen an den Längskanten des Streifens 40. Die Flächenteile 41—44 sind mit den

-,ο beiden ihnen jeweils benachbarten Flächenteilen durch faltbare Anschlüsse verbunden. So ist der Flächenteil 42 mit dem Flächenteil 41 durch Anschlüsse 52 und 53 ur.d mit dem Flächenteil 43 durch Anschlüsse 54 und 55 verbunden. Die Anschlüsse 52,53, 54 und 55 werden von

,5 Schlitzen 56 und 57 gebildet, die sich quer über den Streifen 40 und bis in die nicht mit Gettermetall beschichteten freien Randstreifen 50 und 51 erstrecken. Auf diese Weise weist jeder der Anschlüsse 52 - 55 eine Schwächungslinie auf, um die die benachbarten

ho Flächenteilf! 41 und 43 ganz leicht gefaltet werden können. Jeder Flächenteil mit ungerader Nummer ist mit zwei Erhebungen versehen. So weist der Flächentei! 41 zwei Erhebungen 58 und 59 und der Flächenteil 43 zwei Erhebungen 60 und 61 auf. Sämtliche Erhebungen

t,-, 58-61 ragen in J ie gleiche Richtung, d.h. beim dargestellten Ausführungsbeispiel von der Unterlage 45 nach oben. Aus Fig. 5 ist erkennbar, daß alle Erhebungen die gleiche Höhe h haben, d. h.

h\ = h: = H_n Außerdem haben die Erhebungen 58-61 alle den gleichen Abstand von der nächslliegenden Schwächungslinie, d. h. A = Ii = /„. Die mit geraden Zahlen benannten Flächenteile können zwar auch mit Erhebungen versehen sein, bei der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform weisen diese mit geraden Zahlen benannten Flachenteile 42 und 44 jedoch keine Erhebungen auf. damit nicht die Notwendigkeit besteht, sorgfältig für die genaue Ausrichtung dieser Erhebungen aufeinander zu sorgen.

Die F i g. 6 und 7 zeigen eine bevorzugte Ausbildung der Erhebungen auf der Unterlage 45. Gemäß der Darstellung besteht die Erhebung 59 aus einer Verformung der Metallunterlage 45 im Bereich des von Gettermetall freien Randstreifens 51 des Flächenteils 41. Die Ausbildung gemäß F i g. 6 kann man sehr leicht dadurch erreichen, daß man die Unterlage 45 in eine nicht dargestellte Preßform hineintreibt, deren Tiefe gleich h\ ist. Die Erhebung 59 ist vorzugsweise in dem von Gettermetall freien Randstreifen angeordnet, damit bei dem Pressen oder Tiefziehen der Erhebung keine Gettermetallpartikel abgelöst werden. Gemäß der Darstellung in F i g. 7 besteht die Erhebung 59 aus einem nach oben ansteigenden Abschnitt ο*, einem waagerecht verlaufenden Abschnitt 63 mit einer waagerechten Oberseite 64 und einem nach unten ragenden Abschnitt 65. Die ebene Oberseite 64 liegt parallel zur Ebene der Unterlage 45 und liefert eine verhältnismäßig große Berührungsfläche zwischen dieser Oberseite 64 und der Rückseite des benachbarten Flächenteils 42. wenn der Streifen 40 hin- und hergefaltet wird

Die Fig. 8 und 9 zeigen andere bevorzugte Formen der Erhebungen. Diese Figuren entsprechen der Darstellung in F i g. 7. Die in F i g. 8 dargestellte Erhebung 67 weist eine abgerundete Oberseite 68 auf. Die in F i g. 9 dargestellte Erhebung 69 ist derart ausgebildet, daß sie die Rückseite des benachbarten Flächenteils mit ihrer Kante 70 berührt. Die am meisten bevorzugte Ausführungsform der Erhebung ist die in den F ι g. 6 und 7 dargestellte Erhebung 59; an zweiter Stelle folgt die in F i g. 8 dargestellte Erhebung 67 und an letzter Stelle die in F i g. 9 dargestellte Erhebung 69.

F ig 10 zeigt, wie der Streifen 40 hin- und hergefaltet und zur Bildung eines Kartuschenelements 14 kreisringförmig gebogen wird. Man erkennt, daß die die Flächenteile verbindenden Anschlüsse, beispielsweise die Anschlüsse 53 und 55, abwechselnd in entgegengesetzter Richtung umgefaltet werden, um den Streifen 40 hin- und herzufalten, so daß die Erhebungen 59 und 61 den von Gettermetall freien Randstreifen 51 des nächstbenachbartei.. mit einer geraden Zahl benannten Flächenteils 42 bzw. 44 berühren. Der Winkel alpha ist bestimmt durch die Höhe h der Erhebung und deren Abstand / von der benachbarten Faltkante, wobei : im

wesentlichen gleich dem Tangens von alpha ist. Bei der bevorzugten Ausführiingsform ist der Anschluß 53

scharfkantig, so daß -. genau gleich dem Tangens von

alpha ist. In anderen Fällen, wo der Anschluß 53 einen bestimmten Krümmungsradius hat, weicht der Wert

τ etwas von dem Tangens von alpha ab. Der Fachmanr

ist ohne weiteres in der Lage, die Werte von h und / derart zu bestimmen, daß der Krümmungsradius im Anschluß 53 berücksichtigt wird, so daß der Wert alpha innerhalb der oben angegebenen Grenzen bleibt. Nachdem der Streifen 40 hin- und hergefaltei worden ist. wird er entlang den Kreisen 73 und 74 zu einem Kreisring gebogen, so daß ein Kartuschenelement 14 entsteht, das in der in Fig. 2 dargestellten Kartusche

Fig; '-«

Λ til»

Innenseite des Kartuschenelements sich öffnende Winkel beta ist nicht kritisch und kann irgendeinen Wert von Null aufwärts haben.

Im Rahmen der beschriebenen Ausführungen ist irgendein nicht verdampfendes Gettermetall verwendbar. Als nicht verdampfendes Gettermetall bezeichne! man Metalle, die Gase absorbieren und deren Gasdruck bei 1000⁰C geringer als 10-* Torr ist Beispiele für geeignete Gettermetalle sind unter anderem Niob Tantal, Vanadium, Zirkon, Titan, Gemische und Legierungen dieser Metalle und mit anderen Metallen wie etwa Aluminium, die die Absorptionsfähigkeit dieser Metalle nicht wesentlich verringern. Das bevorzugte Gettermetall ist eine Legierung aus 1 bis 40 Gew. %, vorzugsweise 13 bis 18 Gew.-% Aluminium Rest Zirkon. Eine im Handel erhältliche bevorzugte spezifische Legierung besteht aus 16% Aluminium und 84% Zirkon. Das fein zerteilte Gettermetall kann sehr unterschiedliche Partikelgrößen haben, so daß es durcl· ein Standardsieb mit etwa 4 Maschen pro cm unc vorzugsweise durch ein Sieb mit etwa 40 Maschen prc cm durchgeht und auf einem Sieb mit etwa 240 Mascher pro cm festgehalten wird.

Das Substrat 45 kann aus irgeneinem Metall bestehen vorzugsweise besteht es jedoch aus einem Metall, das weicher ist als das Gettermetall. Geeignete Metalle füi das Substrat sind unter anderem Eisen und rostfreie! Stahl.

Die Kartuschen kann man in Getterpumpen mit odei ohne Hkzeschirmen benutzen. Gemäß einer anderer Ausführungsform kann das Heizelement 22 entfaller und statt dessen eine Unterlage 45 mit hotijrT elektrischem Widerstand benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Kartusche für eine Getterpumpe, bestehend aus wenigstens einem Kartuschenelement mit wenigstens einem hin- und hergefalteten Trägerstreifen, auf dem ein nicht verdampfendes Gettermetall aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Flächenteile (41-44) des Trägerstreifens (40) durch Abstandshalter (58—61) zwisehen diesen Flächenteilen unter einem bestimmten Winkel (alpha) zueinander gehalten sind.

2. Kartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Winkel (alpha) zwischen zur Kai tuschenaußenseite sich öffnenden Flächenteilen (41-44) durch die Abstandshalter (58-61) auf einem konstanten Wert gehalten ist

3. Kartusche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Winkel (alpha) 1° bis 15° und vorzugsweise 2° bis 10° beträgt

4. Kartusche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Abstandshalter (58-61) aus wenigstens einer an einem der Flächenteile (41 -44) angebrachten Erhebung bestehen.

5. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (58—61) in einem von Gettermetall freien Randstreifen (50, 51) des Trägerstreifens (40) angeordnet sind. ω

6. Kartusche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem zweiten ^lächenteil (41, 43) des Trägerstreifens (40) in Seiden längsverlaufenden Randstreifen (50, 51) je ein Absta:· tshalter (58-61) angeordnet ist. J5

7. Kartusche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (58-61) aus dem Trägerstreifen (40) einstückig ausgeformt sind.

8. Kartusche nach einem der vorangehenden

gekennzeichnet, daß die des Trägerstreifens (40)

Ansprüche, dadurch
Flächenteile (41-44)
rechteckig sind.

9. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenteile (41-44) des Trägerstreifens (40) entlang einer Faltlinie mit geschwächtem Querschnitt miteinander verbunden sind.

10. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h)der als Erhebungen ausgebildeten Abstandshalter (58 — 61) dividiert durch den Abstand (I) der Erhebungen von der jeweils benachbarten Faltlinie des Trägerstreifens (40) gleich dem Tangens des bestimmten Winkels (alpha) ist.

11. Kartusche nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen (h) der als Erhebungen ausgebildeten Abstandshalter (58-61) und die Abstände ^gleich sind.

12. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerstreifen (40) aus einem metallischen Substrat (45) besteht und daß das Gettermetall (46-49) in Form von Partikeln aufgebracht ist.

13. Kartusche nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (45) aus einem Material mit hohem elektrischem Widerstand besteht.

14. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gettermetall (48—49) aus einer Legierung von 13% bis 18% Aluminium in Zirkon besteht

15. Kartusche nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hin- und hergefaltete Trägerstreifen (40) zu einem Ring gebogen ist