DE1440661B2 - Stromdurchfuehrung fuer glimmentladungsgefaesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromdurchführung für Glimmentladungsgefäße zur Durchführung chemischer und metallurgischer Prozesse bei einem Druck im Entladungsraum von etwa 0,5 und mehr mm Hg mit einem spannungsführenden Leiter und einem Isolator zwischen diesem und der Gefäßwand, und bei der im Gefäßinneren eine über unterschiedliche Querschnitte geführte Füllgasströmung an den Übergangsstellen Metall—Isolator einen vom Druck im Entladungsraum verschiedenen, schützenden Gasdruck hervorruft, der die Ausbildung einer Glimmentladung an diesen gefährdeten Stellen verhindert.

Solche Stromdurchführungen sind bereits bekannt. Diese Stromdurchführungen haben zumeist einen Schutzspalt gegen die Zerstörung durch die Glimmentladung zwischen spannungsführenden Bauteilen des Rezipienten und dem Isoliermaterial. Solche Schutzspalten haben sich bewährt, solange mit niedrigen Drücken und stromschwachen Glimmentladungen gearbeitet wird. Werden derartige Entladungsgefäße jedoch mit stromstarken Glimmentladungen bei höheren Drücken betrieben, so besteht die Gefahr, daß an den Berührungsstellen zwischen spannungsführenden Metallteilen und Isolierkörpern durch den Angriff der Glimmentladung die Isolierkörper zerstört und längere Betriebsstörungen verursacht werden. Es ist auch bereits eine Stromdurchführung bekanntgeworden, bei der der Durchführungsisolator von dem Entladungsraum durch einen Schutzspalt getrennt ist, der durch den Stromzuführungsleiter und eine ihn in geringem Abstand umgebende Hülle, die ein Teil der Gefäßwand sein kann, gebildet wird und durch einen derartigen Anschluß der Gasabsaugleitung, daß das Gas durch den Schutzspalt abgesaugt wird. Es hat sich aber im Dauerbetrieb mit stromstarken Glimmentladungen bei höheren Drücken gezeigt, daß auch solche Stromdurchführungen nicht standhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch für den Dauerbetrieb mit stromstarken Glimmentladungen bei höheren Drücken eine sichere Stromdurchführung zu schaffen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Füllgas in der Nähe der gefährdeten Übergangsstellen zugeführt und hier durch gasabflußhemmende Mittel auf den schützenden Gasdruck gestaut wird, bevor es aus dieser Zone höheren Druckes in den Entladungsraum strömt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Stromdurchführung besteht darin, daß die. Gaszuleitung in einem ringförmigen, den Innenleiter umschließenden Raum einmündet, der von dem Innenleiter, dem Ende des Isolators und einem den Isolator auf einem Teil seiner Länge umschließenden Metallmantel begrenzt wird, und innerhalb dessen bei Gasdurchsatz die Zone höheren Druckes entsteht. Vorzugsweise ist der ringförmige Raum nach dem Entladungsraum zu durch einen mit dem Innenleiter in Verbindung stehenden Ring begrenzt, der derart bemessen und angeordnet ist, daß zwischen dem Ring und dem Metallmantel nur ein schmaler ringförmiger Spalt für den Abfluß des Gases offen bleibt.

Schließlich ist es vorteilhaft, daß der den Isolator umschließende Metallmantel von der Innenseite der Gefäßwand isoliert, etwa durch einen geringen Abstand von der Gefäßwand, und potentialfrei angeordnet ist. Vorteilhaft können die den Gasabfluß hemmenden Mittel derart einstellbar sein, daß der durch dieselben gebildete Strömungswiderstand veränderbar ist.

Durch die Erfindung ist es zudem möglich geworden, von den bei höheren Drücken schwierigen Schutzspalt-Abmessungen und auch einer zusätzlichen Kühlungsvorrichtung abzusehen.
An Hand der folgenden Figuren ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Stromdurchführung, bei der die Zone höheren Druckes durch Staudruck in einem Raum

ίο entsteht, der nach dem Entladungsraum zu eine Öffnung von nur geringem Querschnitt aufweist,

F i g. 2 eine Stromdurchführung, bei der die Zone höheren Druckes durch die Strömungsführung des Gases entsteht.

Die prinzipielle Wirkungsweise beruht darauf, daß bei einem bestimmten Gasdruck zur Aufrechterhaltung beispielsweise einer Glimmentladung eine bestimmte Spannung erforderlich ist. Die Höhe dieser Spannung ist im wesentlichen von dem im Entladungsgefäß herrschenden Druck abhängig, dagegen von dem Strom im Bereich des normalen Kathodenfalles völlig unabhängig und im Bereich stromstarker Glimmentladungen nur in geringem Maße abhängig. Bei einem bestimmten im Entladungsgefäß herrschenden mittleren Druck und einer entsprechenden im Entladungsgefäß eine Glimmentladung hervorrufenden Spannung kann man daher durch örtliche Erhöhung des Druckes die Ausbildung einer Glimmentladung in dieser Zone verhindern. In Entladungsgefäßen, die zur Durchführung solcher Prozesse bestimmt sind, bei denen ein ständiger Gasdurchsatz während des Prozesses stattfindet, Tcann die einströmende Gasmenge mit Vorteil zur Erzeugung einer solchen örtlichen Druckerhöhung verwendet werden,

z. B. derart, daß eine Staudruckzone gebildet wird, durch die das einströmende Gas hindurchströmen muß.

Auf diesem Prinzip der Bildung einer Staudruckzone beruht beispielsweise das in F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel. In Fig. 1 ist der kathodisches Potential führende Innenleiter 1 mittels der isolierenden Dichtungsplatten 2 und 3 und der Spannplatte 4 an der Außenseite der Gefäßwand 5 des Entladungsgefäßes befestigt und mittels des Isolierrohres 6 gegen die Gefäßwand 5 isoliert. Das für den Durchsatz bestimmte Gas wird dem Entladungsgefäß über die im Innenleiter 1 vorgesehene, als Gaszuleitung dienende Bohrung 7 zugeführt. Über die Mündungen 8 dieser Gaszuleitung strömt das Gas in die den Innenleiter umschließende ringförmige Zone 9, die außer vom Innenleiter vom Isolierrohr 6, dem Metallmantel 10 und dem Ring 11 begrenzt ist. Der Metallmantel 10 umschließt den Isolator 6 auf dem in das Gefäßinnere ragenden Teil seiner Länge und. ist an der Innenseite der Gefäßwand 5 mittels der isolierenden Dichtungsplatten 14 und 15 befestigt.

Für den Abfluß des Gases aus der ringförmigen Zone 9 bleibt nur der schmale ringförmige Spalt 12 zwischen dem Ring 11 und dem Metallmantel 10, dessen hoher Strömungswiderstand einem freien Abfluß des Gases hemmend im Wege steht. Infolgedessen staut sich das über die Mündungen 8 in die Zone 9 einströmende Gas in dieser Zone auf. Der in der Zone 9 demzufolge entstehende Staudruck ist um den Druckabfall an dem Strömungswiderstand des Spaltes 12 höher als der Druck im Gefäßinnenraum 13.
Der Strömungswiderstand des Spaltes 12 wird

zweckmäßigerweise so bemessen, daß der Staudruck in der Zone 9 gegenüber dem Druck im Entladungsgefäß genügend hoch ist, um die Ausbildung einer Glimmentladung in der Zone 9 zu verhindern. Die Höhe des Strömungswiderstandes des Spaltes 12 läßt sich beispielsweise durch Veränderung des Querschnittes bzw. der Breite des Spaltes 12 verändern. In bestimmten Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, die Stromdurchführungen mit Mitteln zur Verände-

Gases so, daß das Gas vor der zu schützenden Übergangsstelle 17 einen geschlossenen Strahlkegel oder Strahlring 18 mit Strömung in radialer Richtung bildet. Dadurch entsteht in der ringförmigen Zone 19 ein Druck, der wegen der Begrenzung der Zone 19 durch den Innenleiter 20, den Isolator 21 und dem Metallmantel 22 und wegen der sich daraus ergebenden Tatsache, daß ein Gasabfluß aus dieser Zone 19 nur durch den Strahlkegel 18 erfolgen könnte, etwa

rung der Breite des Spaltes 12 bzw. allgemein des io genauso groß wie der Druck ist, der innerhalb des

Strömungswiderstandes zwischen der Staudruckzone Strahlkegels 18 herrscht. Vom Strahlkegel 18 in

und dem Entladungsraum zu versehen, insbesondere Richtung des Gefäßinnenraumes 23 dagegen nimmt

dann, wenn das Entladungsgefäß, für das die Strom- der Druck rasch ab.

durchführungen vorgesehen sind, unter ständig wech- Bei einer derartigen Ausbildung der Stromdurchselnden Arbeitsbedingungen eingesetzt werden soll 15 führung ist zu beachten, daß der Druck längs einer oder z. B. in einem Labor zur Durchführung der ver- Umfangslinie auf dem Strahlkegel annähernd konschiedenartigsten Prozesse verwendet werden soll. stant sein soll, daß also die Strömung nach allen Seilst die Stromdurchführung ausschließlich für einen ten gleichmäßig erfolgen soll. In den Fig. 2a, 2b Betrieb vorgesehen, bei dem der Gasdurchsatz unab- und 2 c ist im Prinzip dargestellt, welche Möglichhängig vom Absolutwert des Druckes nach pro Zeit- 20 keiten es beispielsweise zur Erfüllung dieser Fordeeinheit zugeführtem Volumen festgelegt ist, so kann rungen gibt. F i g. 2 a zeigt, wie das Teilstück des der Strömungswiderstand niedriger als unter Voraus- Innenleiters von A bis B beispielsweise ausgebildet Setzung beliebiger Arbeitsbedingungen bemessen sein könnte. Fig. 2b zeigt eine andere Möglichkeit werden, weil in diesem Falle vorteilhafterweise das und stellt einen Schnitt durch den Inneiileiter an der Verhältnis zwischen dem Staudruck und dem Druck 25 Stelle dar, wo sich um den Innenleiter der Strahlim Entladungsgefäß etwa konstant bleibt. Beispiels- kegel bildet. Die stromlinienförmige Ausbildung der weise genügt in vielen Anwendungsfällen schon ein den Innenleiter zusammenhaltenden Verbindungs-Verhältnis Staudruck zu Entladungsraumdruck von stücke 24 verhindert, daß sich hinter den Verbin-2:1 zur Verhinderung des Auftretens einer Glimm- dungsstücken im Strahlkegel Zonen mit gegenüber entladung in der Staudruckzone. Die Konstanz dieses 30 der Umgebung geringerer Strömungsdichte ausbilden. Verhältnisses bleibt allerdings nur so lange aufrecht- F i g. 2 c schließlich zeigt eine weitere Möglichkeit erhalten, als der Strömungswiderstand als annähernd und stellt eine Außenansicht der Stelle des Innenlinearer betrachtet werden kann, d. h., solange der leiters dar, wo sich um den Innenleiter der Strahl-Druckabfall am Strömungswiderstand hauptsächlich kegel bildet. Die gegeneinander versetzten Lochreihen durch Reibung der Gasmoleküle an den den Strö- 35 25 stellen die Mündungen von Löchern dar, die von mungswiderstand bildenden festen Wänden verur- der im Zentrum des Innenleiters liegenden Gaszulei-

sacht wird, und demgemäß der Zahl der den Strömungswiderstand passierenden Gasmoleküle etwa proportional ist.

Bei der Ausbildung der Stromdurchführung ist ferner dafür Sorge zu tragen, daß der Strömungswiderstand der Gaszuleitung zu der Staudruckzone, also in F i g. 1 der Bohrung 7, möglichst vernachlässigbar klein gegen den Strömungswiderstand ist, der zwischen der Staudruckzone und dem Entladungsraum liegt.

Bei der Bemessung des zwischen Staudruckzone und Entladungsraum liegenden Strömungswiderstandes ist ferner zu beachten, mit welchen Entladungsleistungen das Entladungsgefäß beaufschlagt werden soll. Der Strömungswiderstand ist so zu bemessen, daß der Druck in der Staudruckzone auf jeden Fall um so viel höher als der Druck im Entladungsraum ist, daß die bei jedem möglichen Druckwert im Entladungsraum höchstmögliche Spannung mit Sicherheit nicht ausreichend ist, um in der Staudruckzone eine Glimmentladung zu verursachen.

Mit der Ausbildung eines derart hohen Staudrukkes in der Zone 9 ist gesichert, daß an der Übergangsstelle 16 Innenleiter—Isolator keine Glimmentladung auftreten kann und damit der Isolator vor dem zerstörenden Angriff der Glimmentladung geschützt ist.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich von dem in F i g. 1 gezeigten im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß hier die Bildung der notwendigen Staudruckzone vor der Übergangsstelle 17 Innenleiter—Isolator auf eine andere Weise erreicht wird. Man leitet hier die Strömung des zugeführten

tung ausgehen. Dadurch, daß diese Löcher ineinander versetzt sind, wird auch hier ein geschlossener Strahlkegel gebildet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Stromdurchführung für Glimmentladungsgefäße zur Durchführung chemischer und metallurgischer Prozesse bei einem Druck im Entladungsraum von etwa 0,5 und mehr mm Hg mit einem spannungsführenden Leiter und einem Isolator zwischen diesem und der Gefäßwand, und bei der im Gefäßinneren eine über unterschiedliche Querschnitte geführte Füllgasströmung an den Übergangsstellen Metall—Isolator einen vom Druck im Entladungsraum verschiedenen, schützenden Gasdruck hervorruft, der die Ausbildung einer Glimmentladung an diesen gefährdeten Stellen verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas in der Nähe der gefährdeten Übergangsstellen zugeführt und hier durch gasabflußhemmende Mittel auf den schützenden Gasdruck gestaut wird, bevor es aus dieser Zone höheren Druckes in den Entladungsraum strömt.

2. Stromdurchführung nach Anspruch 1 mit einem den Innenleiter umschließenden Isolator, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung in einem ringförmigen, den Innenleiter umschließenden Raum einmündet, der von dem Innenleiter, dem Ende des Isolators und einem den Isolator auf einem Teil seiner Länge umschlie-

ßenden Metallmantel begrenzt wird, und innerhalb dessen bei Gasdurchsatz die Zone höheren Druckes entsteht.

3. Stromdurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum nach dem Entladungsraum zu durch einen mit dem Innenleiter in Verbindung stehenden Ring begrenzt ist, der derart bemessen und angeordnet ist, daß zwischen dem Ring und dem Metallmantel nur ein schmaler ringförmiger Spalt für den Abfluß des Gases o£en bleibt.

4. Stromdurchführung nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolator umschließende Metallmantel von der Innenseite der Gefäßwand isoliert und potentialfrei ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen