-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Vakuumpumpen und insbesondere auf Ionenpumpenlemente.
-
2. Stand der Technik
-
Eine Ionenpumpe (auch als eine Ionen-Zerstäuberpumpe bezeichnet) ist ein Typ einer bekannten Vakuum-Einfang-Pumpe (vaccum capture pump), welche fähig ist unter idealen Bedingungen Drücke so niedrig wie 10–11 mbar zu erreichen. Eine Ionenpumpe ist eine Vorrichtung, die Gas innerhalb eines Behälters (mit dem die Ionenpumpe verbunden ist) ionisiert und die ein starkes elektrisches Potential, normalerweise 3kV bis 7kV, anwendet, das den Gasionen erlaubt hinein zu beschleunigen und von einer festen Elektrode und ihrem Rückstand eingefangen zu werden.
-
Das Grundelement von einer bekannten Ionenpumpe ist eine Penning-Falle. Penning-Fallen sind Vorrichtungen zu der Aufbewahrung von geladenen Partikeln, welche ein homogenes statisches Magnetfeld und ein räumlich inhomogenes statisches elektrisches Feld verwenden. Penning-Fallen verwenden ein starkes homogenes axiales Magnetfeld, um Partikel radial einzuschließen, und ein elektrisches Quadrupolfeld, um die Partikel axial einzuschließen. In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Implementierung von einer bekannten Penning-Falle 100 gezeigt.
-
Das statische elektrische Potential kann erzeugt werden, unter Verwendung eines Satzes von drei Elektroden: ein Ring 102 und zwei Endkappen 104 und 106 zwischen einem Magneten 108. In diesem Beispiel ist der Ring 102 ein Anodenelement, wie zum Beispiel eine zylinderförmige Anode aus Edelstahl, und die Endkappen 104 und 106 sind Kathoden. Zum Fangen von Ionen sind die Endkappen 104 und 106 auf einem negativen Potential, relativ zu der zylinderförmigen Anode 102, gehalten. Dieses Potential erzeugt einen Sattelpunkt in dem Zentrum der Penning-Falle 100, der Ionen entlang der Fallen-Axialrichtung 110 fängt. Das elektrische Feld bewirkt, dass Ionen entlang der Fallen-Achse 110 oszillieren. Das Magnetfeld in Kombination mit dem elektrischen Feld bewirkt, dass geladene Partikel sich in der radialen Ebene 112 mit einer Bewegung, die eine Helix zeichnet, bewegen.
-
In 2 ist eine Seitenansicht der Penning-Falle 100 aus 1 in Kombination mit einem Behälter 200, der einen Einlass 202 hat, gezeigt. Die Kathodenscheiben 104 und 106 sind gezeigt, wie sie auf beiden Seiten von einem der Anodenzylinder 102 positioniert sind. Es wird anerkannt, dass, während zur Zweckmäßigkeit nur ein Anodenzylinder 102 gezeigt ist, sich die Beschreibung auf eine Mehrzahl von Anodenzylindern 102 erstreckt. Normalerweise ist die Anode 102 aus Edelstahl, Aluminium oder anderen ähnlichen Metallen hergestellt, was als das Gettermaterial dient. Ein Magnetfeld 204 ist entlang der Achse 206 von der Anode 102 orientiert. Elektronen 208 werden von der Kathode 104 und 106 abgegeben, aufgrund von der Aktivität von einem elektrischen Feld 210, und, aufgrund von der Anwesenheit von dem Magnetfeld 204, bewegen sich die Elektronen 208 in langen spiralförmigen Bewegungsbahnen 212, was die Chancen von einer Kollision mit Gasmolekülen 214 innerhalb der Penning-Zelle 100 verbessern, die über den Einlass 202 eingeführt werden.
-
Das gewöhnliche Resultat von einer Kollision von einem Gasmolekül 214 mit dem Elektron 208 ist die Bildung eines positive Ions 216, das, mittels der Anodenspannung, auf irgendein Spannungspotential beschleunigt wird und das sich beinahe direkt in die Richtung 218 zu der Kathode 106 bewegt. Der Einfluss des Magnetfeldes 204 ist klein, wegen der relativ großen atomaren Masse des Ions verglichen mit der Elektronenmasse. In diesem Beispiel können die Kathoden 104 und 106 aus Titan (Tantal, anderen verwandten Legierungen, oder anderen getterbaren Metallen) sein. In dem Fall, dass die Kathoden 104 und 106 aus Titan hergestellt sind, sputtern die Ionen 216, welche auf die Titankathodenoberfläche aufprallen, Titanatome (oder Moleküle) 220 in eine Richtung 222 weg von der Kathode 106, welche eine Getterschicht auf den benachbarten Oberflächen und stabile chemische Komponenten mit den reaktiven oder „getterbaren“ Gaspartikeln (zum Beispiel CO, CO2, H2, N2, O2) ausbilden. Dieser Pumpeneffekt ist sehr selektiv für die unterschiedlichen Typen von Gasmolekülen 214 und ist der dominierende Effekt bei Ionenpumpen. Die Zahl von gesputterten Titanmolekülen 220 ist proportional zu dem Druck im Inneren der Ionenpumpe. Die Sputterrate hängt von dem Verhältnis von der Masse von den bombardierenden Molekülen 216 und der Masse von dem Kathodenmaterial 220 ab.
-
In einem Betriebsbeispiel, wird eine herumwirbelnde Wolke von Elektronen 208, welche von einer Penning-Entladung in der Penning-Falle 100 erzeugt wird, temporär in der Anodenregion 224 von der Penning-Falle 100 eingelagert. Diese Elektronen 208 ionisieren ankommende Gasatome und Moleküle 214. Die resultierenden herumwirbelnden Ionen 216 werden beschleunigt, um auf die chemisch aktiven Kathoden 104 und 106 zu treffen. Beim Aufprall werden die beschleunigten Ionen 216 entweder innerhalb der Kathode 104 und 106 begraben oder sputtern Kathodenmaterial 220 auf die Wände 224 von der Ionenpumpe. Das frisch gesputterte chemisch aktive Kathodenmaterial 220 fungiert als ein Getter, was dann das Gas mittels beidem Chemisorption und Physisorption evakuiert, was zu einer Netto-Pumpenaktivität führt.
-
Beides die Pumpenrate und die Kapazität von solchen Einfang-Methoden sind von den spezifischen Gasmolekülen 214, welche gesammelt werden, und dem Kathodenmaterial, welches sie absorbiert abhängig. Manche Gasmoleküle 214, wie zum Beispiel Kohlenmonoxid, werden chemisch an die Oberfläche von einem Kathodenmaterial gebunden. Andere, wie zum Beispiel Wasserstoff, werden in die metallische Struktur diffundieren. Ein Problem mit bekannten Penning-Fallen ist, dass die Anoden 102 normalerweise unter Verwendung von Punktschweißtechniken zusammengesetzt sind. Punktschweißen ist ein Prozess, in dem die Kontaktmetalloberflächen von der Anode 102, mittels der Wärme verbunden sind, welche vom Widerstand gegen elektrischen Strom erzielt wird. Diese Kontaktmetalloberflächen sind zusammen gehalten unter Druck, welcher mittels Elektroden ausgeübt ist, wobei die Elektroden normalerweise zwei gestaltete Kupferlegierungselektroden sind, welche einen Schweißstrom in einem kleinen „Fleck“ (oder Flecken) konzentrieren und welche gleichzeitig die Bleche zusammen klemmen. Mittels Durchleiten eines großen Stroms durch den Fleck (die Flecken) schmilzt er das Metall und bildet die Schweißnaht aus. Bedauerlicherweise bedingt dieser Schweißprozess das Einbringen von Unreinheiten (durch Partikel, Kontaminierung und/ oder Oxidation von dem Anodenmaterial) in das Metall von der Anode 102, welche geschweißt ist. Diese Unreinheiten bewirken, dass die Ionenpumpe mit weniger Wirkungsgrad arbeitet als wenn, mittels Einbringens von Partikeln, keine Unreinheiten eingebracht sind die Leckageströme erzeugen können, wenn die Ionenpumpe betrieben wird. Das Problem ist verstärkt, wenn Vakuum-gebrannte Kathoden erwünscht sind, weil diese Situationen generell normalerweise extrem kleine Druckbereiche erreichen, wo der Ionenstrom mit dem Leckagestrom vergleichbar ist. Daher gibt es ein Bedürfnis nach einem Prozess zum Produzieren von Anodenelementen, die keine Unreinheiten haben, welche mittels Punktschweißtechniken produziert sind.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Es wird ein Vakuum-gebranntes und hartgelötetes (Vacuum Fires and Brazed; „VFB“) Anoden-Arrayelement zum Verwenden in einer Ionenpumpe beschrieben. Das VFB Anoden-Arrayelement weist ein erstes VFB Kanal-Anodenelement (conduit anode element) und ein zweites VFB Kanal-Anodenelement auf, wobei das zweite VFB Kanal-Anodenelement angrenzend an das erste VFB Kanal-Anodenelement ist. Das erste VFB Kanal-Anodenelement ist mit dem zweiten VFB Kanal-Anodenelement Vakuum miteinander hartverlötet. Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile von der Erfindung werden jemanden mit Fachwissen nach einer Prüfung der folgenden Abbildungen und detaillierten Beschreibungen offensichtlich sein oder werden. Es ist beabsichtigt, dass all diese zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile, welche in dieser Beschreibung aufgewiesen sind, innerhalb des Umfangs von der Erfindung sind und, mittels der Ansprüche, geschützt sind, welche beigefügt sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
-
Die Erfindung kann, mittels Bezugnehmens auf die folgenden Abbildungen, besser verstanden werden. Die Komponenten in den Abbildungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei stattdessen der Schwerpunkt auf das Illustrieren der Prinzipien von der Erfindung gelegt ist. In den Abbildungen kennzeichnen gleiche Referenzziffern durchgehend entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht von einem Beispiel einer Implementierung einer bekannten Penning-Falle.
-
2 ist eine Seitenansicht von der Penning-Falle gemäß 1 in Kombination mit dem Behälter, der einen Einlass hat.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht von einem Beispiel einer Implementierung eines Vakuum-gebrannten und gelöteten Kanal-Anodenelements (VFB Kanal-Anodenelement) innerhalb des Vakuumbehälters, zum Verwenden in einer Penning-Falle gemäß der Erfindung.
-
4 ist eine Vorderansicht von einem Beispiel einer Implementierung des VFB Kanal-Anodenelements, innerhalb des Vakuumbehälters, welches in 3 gezeigt ist, gemäß der Erfindung.
-
5 ist ein Flussdiagramm von einem Beispiel einer Implementierung eines Lötprozesses zum Produzieren des VFB Kanal-Anodenelements, innerhalb des Vakuumbehälters, welches in 3 und 4 gezeigt ist, gemäß der Erfindung.
-
6 ist ein grafischer Plot von Druck und Temperatur über die Zeit für den Lötprozess zum Produzieren des VFB Kanal-Anodenelements, welches in 5 gezeigt ist.
-
7 ist eine perspektivische Ansicht von einem Beispiel einer Implementierung eines VFB Anoden-Arrayelements, innerhalb eines Vakuumbehälters, zum Verwenden in einer Penning-Falle, gemäß der Erfindung.
-
8 ist eine perspektivische Ansicht von einem Beispiel einer anderen Implementierung des VFB Anoden-Arrayelements in einer vertikalen Lötposition innerhalb eines Vakuumbehälters.
-
9A und 9B sind Vorderansichten von zwei Beispielen einer Implementierung des VFB Anoden-Arrayelements gemäß der Erfindung.
-
10 ist eine Gruppenansicht von einem Beispiel einer anderen Implementierung einer VFB Anoden-Untergruppe der VFB Anoden-Arrayelemente, welche in 7 und 8 gezeigt sind, gemäß der Erfindung.
-
11 ist eine Vorderansicht von einem Beispiel einer anderen Implementierung des VFB Anoden-Arrayelements, welche auf dem VFB Anoden-Array-Untergruppenelement basiert, welches in 10 gezeigt ist, gemäß der Erfindung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Um die Probleme, welche vorher beschrieben wurden, zu lösen, ist ein neues Vakuum-gebranntes und gelötetes Ionenpumpenelement offenbart. Besonders ist ein neues Vakuum-gebranntes und gelötetes („VFB“) Kanal-Anodenelement zum Verwenden in einer Penning-Falle beschrieben. Zusätzlich ist ein neues VFB Anoden-Arrayelement zum Verwenden in einer Penning-Falle beschrieben.
-
Allgemein verwendet ein Verbinden von Metallen mittels Lötens (brazing) die interatomare Anziehungskraft zwischen zwei Stücken Metall um einen Bond auszubilden, der Grundmetallstärke (parent metal strength) erreicht. Dies ist mittels „Benetzens“ der Metalle, welche verbunden werden sollen, mit geschmolzenem Metall erreicht, welches beim Abkühlen die Verbindung ausbildet. Schweißen unterscheidet sich vom Hartlöten, darin dass die Grundmetalle, welche zu verbinden sind, in dem Moment des Verbindens geschmolzen sind. Spezieller ist Hartlöten ein Metall-verbindender Prozess, wobei ein Zusatzstoffmetall (allgemein bekannt als eine Lötlegierung) über seinen Schmelzpunkt erwärmt wird und zwischen zwei oder mehr engliegenden Teilen mittels Kapilareffekt verteilt ist. Die Lötlegierung wird geringfügig über ihre Schmelztemperatur gebracht, während sie mittels einer geeigneten Atmosphäre geschützt ist, welche normalerweise ein Flussmittel ist. Dann fließt sie über das Grundmetall (d.h. Benetzen) und wird dann abgekühlt, um die Werkstücke zusammen zu verbinden. Als ein Beispiel werden Aluminium-Lötlegierungen verwendet, um Aluminiumgrundmetalle zu löten, wobei verschiedene Verfahren verwendet werden, wobei die üblichsten ein Salztauchbad, ein Vakuum oder ein Flussmittel (entweder Brenner oder Ofen) sind.
-
Ofenlöten ist ein halbautomatischer Prozess, welcher weitverbreitet in industriellen Lötvorgängen verwendet wird, wobei vier Haupttypen von Öfen in Lötvorgängen verwendet werden: Kammerofen; durchgängiger Ofen; Retortenofen mit kontrollierter Atmosphäre; und Vakuumofen. Vakuumlöten ist eine Material-verbindende Technik, die signifikante Vorteile bietet, die extrem reine, überdurchschnittliche, flussmittelfreie Lötverbindungen von hoher Intaktheit und Stärke einschließen. Der Prozess wird im Inneren eines Vakuumkammerbehälters ausgeführt. Temperaturgleichheit wird auf dem Werkstück, welches gelötet wird, aufrechterhalten, wenn es in einem Vakuum geheizt wird, was in hohem Maße Eigenspannungen, aufgrund von langsamen Aufwärm- und Abkühlzyklen, reduziert. Das wiederum verbessert die thermischen und mechanischen Eigenschaften des Materials, welches gelötet wird, wobei folglich einmalige Temperaturbehandlungsmöglichkeiten bereitgestellt werden, wie zum Beispiel die Möglichkeit des Wärmebehandelns oder Aushärtens (agehardening) des Werkstückes, während eines Durchführens eines Metall-verbindenden Prozesses, alles in einem einzigen Ofentemperaturzyklus. Die Wärme wird unter Verwendung von Radiation übertragen.
-
In 3 ist eine perspektivische Ansicht von einem Beispiel einer Implementierung eines VFB Kanal-Anodenelements 300, innerhalb eines Vakuumbehälters 302 (auch bekannt als eine „Vakuumkammer“), gezeigt, zum Verwenden in einer Penning-Falle, gemäß der Erfindung.
-
In diesem Beispiel ist das VFB Kanal-Anodenelement 300 zylinderförmig und kann allgemein als ein „VFB zylinderförmiges Anodenelement“ bezeichnet sein. In diesem Beispiel ist das VFB zylinderförmige Anodenelement 300 gezeigt, wie es um ein zylinderförmiges Werkzeugelement (tooling element) 304 herum gehüllt ist. Der Vakuumbehälter 302 kann jedes Eingrenzungsgehäuse sein, welches fähig ist ein Vakuum zu enthalten, wie zum Beispiel ein geschweißtes oder luftdicht gedichtetes Metallgehäuse, das einen Einlass zum Entnehmen aller Gase in dem Vakuumbehälter 302 hat, um eine Vakuumbedingung innerhalb des Vakuumbehälters 302 zu erzeugen. Das VFB zylinderförmige Anodenelement 300 kann aus einem Teil (oder Teilen) von Edelstahl-(Aluminium oder einem anderen ähnlichen Metall)Blechmetall gebaut sein, welches eine zylinderförmige Oberfläche 306 hat. Das zylinderförmige Werkzeugelement 304 ist ein festes zylinderförmiges Element, welches aus einem anderen Metall oder Material (wie zum Beispiel Aluminiumoxidkeramik) gemacht ist, welches geeignet ist Wärme durch die innere und äußere radiale Richtung gut zu übertragen, um eine gleichförmige Temperatur der zylinderförmigen Oberfläche 306 aufrechtzuerhalten, die mittels einem vorausbestimmten Temperaturprofil definiert ist. Das VFB zylinderförmige Anodenelement 300 kann zumindest zwei Blechränder von der zylinderförmigen Oberfläche 306 haben, die sich, wenn es um das zylinderförmige Werkzeugelement 304 herum gehüllt ist, an einer Verbindungslinie 308 treffen, die mittels physikalischen Platzierens der zwei Blechränder der zylinderförmigen Oberfläche 306, entweder nahe aneinander oder tatsächlich physisches gegeneinander Pressen, definiert ist. In diesem Beispiel kann ein Rand der zylinderförmigen Oberfläche 306 mit einer Lötlegierung überzogen sein, die, wenn sie über ihren Schmelzpunkt erhitzt wird, schmilzt und sich selbst, mittels Kapilareffekt, zwischen die zwei Blechränder der zylindrischen Oberfläche 306 verteilt. In diesem Beispiel kann die Lötlegierung eine Kupfer-Gold-Lötlegierung sein. Sobald der Prozess endet, bildet die Lötlegierung den Bond zwischen den zwei Blechrändern der zylinderförmigen Oberfläche 306 entlang der Verbindungslinie 308 aus und bildet strukturell das VFB zylinderförmige Anodenelement 300. Das VFB zylinderförmige Anodenelement 300, welches unter Verwenden dieses Prozesses erzeugt wird, ist eine Verbesserung gegenüber den bekannten Herangehensweisen, weil der Bond zwischen den zwei Blechrändern der zylinderförmigen Oberfläche 306 entlang der Verbindungslinie 308 durchgängig ist und nicht das Ergebnis zahlreicher Punktschweißungen entlang der Verbindungslinie 308 ist. Da ein Vakuumlötprozess verwendet wurde, gibt es dort zusätzlich keine Einbringung von Unreinheiten in des VFB zylinderförmige Anodenelement 300, wie zum Beispiel Partikel, Verunreinigungen und/ oder Oxidation des Materials des VFB zylinderförmigen Anodenelements 300.
-
In diesem Beispiel ist es denjenigen mit Fachwissen ersichtlich, dass, während nur ein VFB zylinderförmiges Anodenelement 300 Element gezeigt ist, die offenbarte Technik in der Praxis auch genutzt werden kann, um mehrere VFB zylinderförmige Anodenelemente innerhalb des Vakuumbehälters 302 zu erzeugen. Zusätzlich, während nur eine Verbindungslinie 308 gezeigt ist, können dort in der Praxis mehrere Verbindungslinien entlang der Oberfläche des VFB zylinderförmigen Anodenelements sein, abhängig von dem verwendeten Lötwerkzeug und der Zahl von zylinderförmige Oberfläche 306 Blechen, welche verwendet werden, um ein gegebenes VFB zylinderförmige Anodenelement zu erzeugen. Ferner, während 3 das Verwenden eines zylinderförmigen Werkzeugelements 304 zeigt, ist es auch möglich, dass in einer Vakuumlöttechnik andere Werkzeugelemente (nicht gezeigt) benötigt werden, um das Material (einschließlich des VFB zylinderförmigen Anodenelements) innerhalb des Vakuumbehälters 302 zwischen der unteren inneren Oberfläche 310 und er oberen inneren Oberfläche 312 des Vakuumbehälters 302 sauber zu stapeln und den Raum zwischen all den inneren Oberflächen des Vakuumbehälters 302 zu füllen. Der Grund dafür ist es alle Luftspalte innerhalb des Vakuumbehälters 302 zu minimieren, um die Qualität des Vakuums und den Wärmetransport durch das Material innerhalb der Vakuumbehälters 302 genauer zu steuern. Sich 4 zuwenden, eine Vorderansicht der Implementierung des VFB zylinderförmigen Anodenelements 300, innerhalb des Vakuumbehälters 302, was in 3 gezeigt ist, gemäß der Erfindung. Wie bereits in 3 beschrieben, ist das VFB zylinderförmige Anodenelement 300 mit einer Verbindungslinie 308 um das zylinderförmige Werkzeugelement 304 herum gehüllt und der Vakuumbehälter 302 hat eine untere innere Oberfläche 310 und eine obere innere Oberfläche 312. Zusätzlich zeigt 4, dass der Vakuumbehälter 302 auch eine erste seitliche innere Oberfläche 400 und eine zweite seitliche innere Oberfläche 402 aufweist. Zusätzlich kann das VFB zylinderförmige Anodenelement 300 eine optionale zweite Verbindungslinie 404 aufweisen, die das zylinderförmige Oberfläche 306 Blech (gezeigt in 3) optional in ein oberes zylinderförmige Oberfläche 406 Blech und ein unteres zylinderförmige Oberfläche 408 Blech teilen würde. Wenn das VFB zylinderförmige Anodenelement 300 die optionale zweite Verbindungslinie 404 aufweist, weist eine der Randflächen des oberen zylinderförmige Oberfläche 406 Blechs und des unteren zylinderförmige Oberfläche 408 Blechs eine Lötlegierung auf, um die Ränder des oberen zylinderförmige Oberfläche 406 Blechs und des unteren zylinderförmige Oberfläche 408 Blechs entlang der optionalen zweiten Verbindungslinie 404 miteinander hart zu verlöten.
-
Ferner ist ein oberes Werkzeugelement 410 und ein unteres Werkzeugelement 412 gezeigt, das oberhalb beziehungsweise unterhalb des VFB zylinderförmigen Anodenelements 300 sitzt, um ein Material-Stack zu erzeugen, das den Raum zwischen der unteren inneren Oberfläche 310 und der oberen inneren Oberfläche 312 komplett ausfüllt oder fast komplett ausfüllt. Zusätzlich füllen das obere Werkzeugelement 410 und das untere Werkzeugelement 412 in Kombination mit dem VFB zylinderförmigen Anodenelement 300 und dem zylinderförmigen Werkzeugelement 304 den Raum zwischen der ersten seitlichen inneren Oberfläche 400 und der zweiten seitlichen inneren Oberfläche 402 komplett aus oder fast komplett aus.
-
Auch in diesem Beispiel ist es denjenigen mit Fachwissen erkenntlich, dass, während nur ein VFB zylinderförmiges Anodenelement 300 Element gezeigt ist, die offenbarte Technik in der Praxis auch genutzt werden kann, um mehrere VFB zylinderförmige Anodenelemente innerhalb des Vakuumbehälters 302 zu erzeugen. Zusätzlich, während 4 das Verwenden eines zylinderförmigen Werkzeugelements 304, eines oberen Werkzeugelements 410 und eines unteren Werkzeugelements 412 zeigt, ist es auch erkenntlich, dass in einer Vakuumlöttechnik basierend auf der Zahl von gewünschten VFB zylinderförmigen Anodenelementen, welche zu erzeugen sind, und der Temperatur, der Zeit (zum Beispiel einen Wärmezyklus) und dem Vakuumprofil, welche in der Vakuumlöttechnik verwendet werden andere Werkzeugelemente (nicht gezeigt) verwendet sein können. Ferner ist es auch erkenntlich, dass diese Technik benutzt werden kann, um, zusätzlich zu den VFB zylinderförmigen Anodenelementen, die Kathoden 104 und 106, entweder individuell oder in Kombination mit den VFB zylinderförmigen Anodenelementen, zu erzeugen.
-
Es ist denjenigen mit Fachwissen erkenntlich, dass, während die gezeigten Beispiele das Verwenden einer zylinderförmig ausgebildeten Anode für das VFB zylinderförmige Anodenelement zeigen, auch anders ausgebildete rohrförmige VFB Anodenelemente verwendet werden können. Beispiele von anderen Typen von VFB Anodenelementen können einschließen, zum Beispiel Metallkanäle, die eine Querschnittsfläche haben, welche mittels quadratischen, rechteckigen, ovalen, tropfenförmigen, sternförmigen, oder anderen ähnlichen geschlossenen Formen definiert ist.
-
In 5 ist ein Flussdiagramm 500 von einem Beispiel einer Implementierung eines Lötprozesses zum Produzieren des VFB Kanal-Anodenelements, innerhalb des Vakuumbehälters (gezeigt in 3 und 4) gezeigt, gemäß der Erfindung. Sobald das (die) VFB Kanal-Anodenelement(e) in dem Vakuumbehälter mit den geeigneten Werkzeugelementen platziert ist, um den Vakuumbehälter gut zu füllen und alle potentiellen Luftspalte zu entfernen, und der Vakuumbehälter mit einer luftdichten Dichtung abgedichtet ist, startet der Prozess in Schritt 502, bei dem der Vakuumbehälter in einen Ofen (nicht gezeigt) platziert wird. Die Gase (einschließlich Luft) innerhalb des Vakuumbehälters werden, in Schritt 504, aus dem Vakuumbehälter gepumpt (zum Beispiel evakuiert), um eine Vakuumumgebung innerhalb des Vakuumbehälters zu erzeugen. Die Temperatur wird dann, in Schritt 506, auf eine „Brenntemperatur“, wie zum Beispiel zwischen 850 und 1000 Grad Celsius, erhöht. Sobald der Brennbereich erreicht ist, wird die Temperatur, in Schritt 508, für eine vorausbestimmte Zeitspanne, die mittels eines vorausbestimmten gewünschten Ausgasungsgrads bestimmt ist, bei der Brennbereichstemperatur, aufrechterhalten. Der Prozess geht dann weiter und die Temperatur wird, in Schritt 510, auf die Löttemperatur erhöht, welche nötig ist, um die Lötlegierung zu schmelzen. Die Löttemperatur wird dann, in Schritt 512, für eine vorausbestimmte Zeit aufrechterhalten, um die Lötlegierung völlig zu schmelzen. Sobald die Lötlegierung richtig geschmolzen wurde, wird die Temperatur, in Schritt 514, auf Umgebungstemperatur abgesenkt. Der Vakuumbehälter wird dann auf eine vorausbestimmte Temperatur gelüftet um Oxidation zu vermeiden. Dann endet der Prozess in Schritt 518.
-
In 6 ist ein grafischer Plot 600 von Druck 602 und Temperatur 604 über die Zeit 606 für den Lötprozess zum Produzieren des VFB Kanal-Anodenelements (gezeigt in 5) gezeigt.
-
Sich 7 zuwendend, wird eine perspektivische Ansicht von einem Beispiel einer Implementierung eines VFB Anoden-Arrayelements 700, innerhalb eines Vakuumbehälters 702, gezeigt, zum Verwenden in einer Penning-Falle gemäß der Erfindung. In diesem Beispiel sind eine Mehrzahl von VFB Kanal-Anodenelementen 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, 718 und 720 gezeigt. Wie oben angegeben, können die VFB Kanal-Anodenelemente 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, 718 und 720 zum Beispiel Metallkanäle aufweisen, die eine Querschnittsfläche haben, welche mittels quadratischen, rechteckigen, ovalen, tropfenförmigen, sternförmigen oder anderen ähnlichen geschlossenen Formen definiert ist. Sie können aus Edelstahl, Aluminium, oder anderen ähnlichen Blechmetallen aufgebaut sein. In diesem Beispiel können VFB Kanal-Anodenelemente Werkzeugelemente aufweisen, welche ähnlich zu den in 3 gezeigten sind, um welche die individuellen VFB Kanal-Anodenelemente 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, 718 und 720 herum gehüllt sind. Die individuellen VFB Kanal-Anodenelemente 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, 718 und 720 können entweder völlig ausgebildete VFB Kanal-Anodenelemente sein oder können mittels individuellen Blechelementen ausgebildet sein, welche ähnlich zu den in dem Prozess sind, welcher in 3 beschrieben ist. In diesem Beispiel sind die individuellen VFB Kanal-Anodenelemente 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, 718 und 720 miteinander Vakuum-verlötet um das VFB Anoden-Arrayelement 700 auszubilden, wobei die gleichen Techniken verwendet sind, welche in den 3 bis 6 beschrieben sind. Wieder kann die Lötlegierung, in diesem Beispiel, eine Kupfer-Gold-Legierung sein. Es wird angemerkt, dass die VFB Kanal-Anodenelemente 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, 718 und 720, in diesem Beispiel, gezeigt sind, dass sie horizontal liegen, um horizontales Löten zwischen den Seiten von den jeweils angrenzenden VFB Kanal-Anodenelementen 704, 706, 708, 710, 712, 714, 716, 718 und 720 zu ermöglichen. Alternativ können die VFB Kanal-Anodenelemente in einer vertikalen Art und Weise positioniert sein, um vertikales Löten zwischen den Seiten der jeweiligen angrenzenden VFB Kanal-Anodenelementen zu ermöglichen, wie in 8 gezeigt. In 8 ist das VFB Anoden-Arrayelement 800 in vertikaler Lötposition innerhalb eines Vakuumbehälters 802 gezeigt. Wieder würden das Werkzeug und der Lötprozess und die Materialien die gleichen sein, wie vorher in den 3 bis 7 beschrieben.
-
In den 9A und 9B sind Vorderansichten von zwei Beispielen einer Implementierung des VFB Anoden-Arrayelements 900 und 902 gezeigt. In 9A sind neun individuelle VFB Kanal-Anodenelemente 904, 906, 908, 910, 912, 914, 916, 918 und 920 gezeigt, welche das VFB Anoden-Arrayelement 900 bilden, wobei die VFB Kanal-Anodenelemente 906, 910, 914 und 918, in der Form einer rechteckigen Matrix, angrenzend an das VFB Kanal-Anodenelement 912 sind. Alternativ sind in 9B zweiundzwanzig individuelle VFB Kanal-Anodenelemente 922, 924, 926, 928, 930, 932, 934, 936, 938, 940, 942, 944, 946, 948, 950, 952, 954, 956, 958, 960 und 962 gezeigt, welche das VFB Anoden-Arrayelement 902 bilden, wobei die VFB Kanal-Anodenelemente 934, 926, 938, 948, 946 und 944, in der Form einer hexagonalen Matrix, angrenzend an das VFB Kanal-Anodenelement 936 sind. Es ist ersichtlich, dass, wenn andere Typen von Formen für die VFB Kanal-Anodenelemente verwendet werden, die VFB Anoden-Arrayelemente-Matrizen auch unterschiedlich sein werden.
-
Sich 10 zuwendend, wird eine Gruppenansicht von einem Beispiel einer anderen Implementierung von der VFB Anoden-Untergruppe 1000 gezeigt der VFB Anoden-Arrayelementen, welche in 7 und 8 gezeigt sind. Wie vorher angegeben, kann das VFB Anoden-Arrayelement 1000 aus Edelstahl, Aluminium oder einem anderen ähnlichen Blechmetall aufgebaut sein. In diesem Beispiel kann die VFB Anoden-Untergruppe 1000 aus einem Blech von Edelstahlmetall 1002 aufgebaut sein, welches einen ersten Rand 1004 und einen zweiten Rand 1006 hat. In 10 ist eine Draufsicht 1008 von dem Blech von Edelstahlmetall 1002 gezeigt. Zusätzlich ist außerdem eine Seitenansicht 1010 von dem Blech von Edelstahlmetall 1002 gezeigt. In der Seitenansicht 1012 ist die Blech von Edelstahlmetall 1002 um Punkt 1014 herum gebogen, um ein Metallblech auszubilden, welches Wellen hat, die zum Beispiel mittels der Bögen 1016, 1018, 1020, 1022, 1024, 1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 1030 und 1032 definiert sind. Mit diesen Bögen 1010, 1012, 1014, 1016, 1018, 1020, 1022, 1024, 1026, 1028, 1030 und 1032 kann das Blech von Edelstahlmetall 1002 auf sich selber (um Punkt 1014 herum) gebogen sein, so dass der erste Rand 1004 und der zweite Rand 1006 angrenzend aneinander sind. Wenn sie in einen Vakuumbehälter mit Werkzeug platziert sind, können die Bögen 1022 und 1026 und die Bögen 1018 und 1030 aneinander angestoßen werden und der erste Rand 1004 und der zweite Rand 1006 können aneinander angestoßen werden, um die VFB Anoden-Untergruppe 1000 auszubilden. Der erste Rand 1004 und der zweite Rand 1006 würden dann eine Randlötdichtung 1034 ausbilden und die Bögen 1022 und 1026 und die Bögen 1018 und 1030 würden an den Lötdichtungen 1036 beziehungsweise 1038 miteinander hartverlötet sein.
-
In 11 ist eine Vorderansicht von einem Beispiel einer anderen Implementierung eines VFB Anoden-Arrayelementes 1100 gezeigt, welches auf einem VFB Anoden-Array-Untergruppenelement, welches in 10 gezeigt ist, basiert. In 11 sind sechs individuelle VFB Anoden-Array-Untergruppenelemente 1102, 1104, 1106, 1108, 1110 und 1112 gezeigt, welche das VFB Anoden-Arrayelement 1100 aufbauen. In diesem Beispiel sind die sechs individuellen VFB Anoden-Array-Untergruppenelemente 1102, 1104, 1106, 1108, 1110 und 1112 an jedes angrenzende Element hartverlötet. Als ein Beispiel sind VFB Anoden-Array-Untergruppenelement 1110 und 1112 an den Lötnähten 1114, 1116 beziehungsweise 1118 miteinander verlötet.
-
Zusätzlich ist es ersichtlich, dass zusätzlich zum Vakuumlöten des gesamten VFB Anoden-Arrayelements, die Kathoden 106 und 108 (aus 1) auch zusammen mit dem VFB Anoden-Arrayelement Vakuum-gelötet sein können.
-
Obwohl die vorangegangene Beschreibung nur bestimmte Beispiele von verschiedenen Implementierungen veranschaulicht, ist die Erfindung nicht auf die vorangehenden veranschaulichenden Beispiele limitiert. Ein Fachmann ist sich bewusst, dass die Erfindung, wie in den anhängenden Ansprüchen definiert, in verschiedenen weiteren Implementierungen und Modifikationen angewendet sein kann. Besonders ist eine Kombination von den verschiedenen Merkmalen von den beschriebenen Implementierungen möglich, soweit wie diese Merkmale nicht in Widerspruch miteinander sind. Dementsprechend ist die voranstehende Beschreibung von Implementierungen zu Illustrations- und Beschreibungszwecken präsentiert worden. Sie ist nicht vollständig und limitiert die beanspruchten Erfindungen nicht auf die präzisen offenbarten Formen. Modifikationen und Variationen sind angesichts der oberen Beschreibungen möglich oder können vom Praktizieren der Erfindung erworben werden. Die Ansprüche und ihre Äquivalente definieren den Umfang der Erfindung.
