DE1539142A1 - Vorrichtung fuer magnetisch eingeschnuerte Glimmentladung - Google Patents

Description

Vorrichtung für magnetisch eingeschnürte Glimmentladung

Prioritätϊ 20. Juli I964 - VV St. v. Amerika US-Ser.lTos. 383,677 und 383,681

Bie Erfindung betrifft Vakuumvorrichtungen und insbesondere Vorrichtungen für magnetisch, 'eingeschnürte Glimmentladungen. Die Erfindung ist zwar nicht auf Vakuumpumpen beschränkt, aber besonders nützlich bei solchen anwendbar, wenn ein verunreinigungsfreies Hochvakuum geschaffen werden soll, wie es beispielsweise beim Niederschlag von dünnen Filmen, bei der nachbildung grosser Hohen, bei Reibungsuntersuchungen, bei der Verarbeitung von Halbleitern, bei der Herstellung von Elektronenröhren und in Beschleunigern für energiereiche Partikel benötigt wird*

Kommerziell brachbare bekannte Glimmentladungspumpen mit magnetischer Einschnürung bestanden gewöhnlich aus ausserhalb des Pumpengehäuses

angeordneten. Permanentmagneten, die oft C-förmig, schüsseiförmig, rechteckig oder zylindrisch ausgebildet waren und oft Polschuhe aufwiesen, die in den verschiedensten geometrischen Formen angeordnet waren, beispielsweise rechteckig, T-förmig, zylindrisch und derg'leichen. Wegen des starken Streuflusses um die Magneten und um die Luftspalte waren die bekannten Magnetanordnungen, die zur Erzeugung der erforderlichen Feldstärken zum wirksamen Pumpbetrieb erforderlich waren, relativ schwer und massig, und bildeten gewöhnlich die wichtigste Einflussgrösse für das Gewicht» die Grosse und die Kosten der ganzen Pumpe. Gleichzeitig wird bei solchen Magnetformen eine komplizierte Form des Pumpengehäuses erforderlich, um die Magnete aufzunehmen.

Ein. "brauchbares Maß für die Ausnutzung der Magnete ist das Verhältnis von Pumpgeschwindigkeit zum Volumen des Magnetwerkstoffs,

S wobei S = Pumpgesehwindigkeit in 1/sec. -

m und V = Volumen des Magnetwerkstoffs in cm sind.

In bekannten Pumpen kann gezeigt werden, dass dieses Verhältnis im Bereich von etwa 0,24 bis 0,5 ls~ cm für Pumpen mit *Ferritmagneten wie Indox "und im Bereich von 0,18 bis 0,6 Is" cm - bei Pumpen mit Älnieo-Magneten liegt. ' ' .

Um die Pumpgesehwindigkeit bei einem gegebenen Volumen der Pumpe zu erhöhen, lag der Nachdruck der Entwicklung in der Richtung zur Verwendung immer stärkerer Magnetfelder, etwa 1.000 Gauss im Jahre 1958» als magnetisch"eingeschnürte Glimmentiadungspumpen erstmalig kommerziell verwendbar wurden, bis heute, wo 2.000 Gauss und mehr verwendet werden. Gewisse Schwierigkeiten wurden jedoch bei' den Versuchen fest-

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gestellt, grössere PumpgeBchwindigkeiten pro Volumeneinhezt auf diese Weise zu erreichen.

Wie bereits erwähnt, war der Zug nach stärkeren Magnetfeldern auf den Wunsch zurückzuführen, die Pumpgeschwindigkeit pro Volumeneinheit der Pumpe ausschliesslich der Magnete zu erhöhen. Für jeden Wert der Induktivität B gibt es eine optimale charakteristische Querabmessung oder einen Durchmesser d einer einzelnen Anodenzelle (der auch vom Betriebsdruckbereich abhängt). Im allgemeinen verringert sieh der optimale Wert von d mit wachsendem B. "

Es hat sich nun gezeigt, dass zwar eine Erhöhung der Induktion B tatsächlich zu einem grösseren Verhältnis von Pumpgeschwindigkeit zu Pumpvolumen führt, eine Erhöhung der Induktion B aber auch zu einer Herabsetzung des Verhältnisses S/V führt. Das ergibt sich aus folgenden Gründen:

- 1. Stärkere Magnetfelder führen .zu einem stärkeren Niederschlag

von zerstäubtem Kathodenmaterial auf der Pumpenanode- Mit Hücksi.cnt auf die Nachströmung und die Haftwahrscheinlicfakeiten '

von Gasen wie Stickstoff und Sauerstoff fallt der Ausnutzungsgrad des zerstäubten Kathodenmaterials, wenn ^-die Niederschlagsrate steigt.

2. Das Verhältnis der Entladungsintensität (l/P) zu V fällt etwas

mit steigendem B (bei optimalem d mit wachsendem

J. Die höhere Pumpgeschwindigkeit pro Volumeneinheit Pumpvolumen, die die Verwendung stärkerer Magnetfelder begleitet, erfordert, dass ein grösserer Teil des Luftspaltes für den Gaszmtritt

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(Konduktanz) freibleibt. Dadurch wird die Verwendung grösserer Magnete-erforderlich, womit wieder das Verhältnis S/V verkleinert wird.

Es spielen noch andere Paktoren eine Rolle, durch die die Verwendung' schwächerer Magnetfelder begünstigt wird. Wegen der herabgesetzten Geschwindigkeit pro Volumeneinheit der Pumpe werden die Flächen von Kathode und Anode vergrössert. Das führt zu einer geringeren Aufheizung der Pumpe während des Hochdruckbetriebes, zu einer grösseren Kathodenlebensdauer, und zu einer längeren Betriebszeit vor einem "Abblättern" von der Anode. Wegen des verbesserten Ausnutzungsgrades des zerstäubten Kathodenmaterials wird auch eine kleinere elektrische Leistung zum Abpumpen einer bestimmten Gasmenge benötigt.

Der.wichtigste Faktor liegt vielleicht darin, dass, wenn genügend schwache Magnetfelder verwendet werden können, Magnetwerkstoffe wie Alnico V, Alnico V-7 und Alnico VIII in den Magnetkreisen verwendet werden können, die wesentlich wirksamer sind als die für stärkere Magnetfelder erforderlichen. Insbesondere liegt das mit Alnico V unter Verwendung des,einfachsten, wirksamsten Magnetkreises erreichbare Feld im Bereich von 450 - 55° Gauss. Mit Alnico V-7 liegt das entsprechende Magnetfeld im Bereich von 550 - 700 Gauss, und mit Alnico VIII liegt das entsprechende Magnetfeld im Bereich von 800 -1.000 Gauss.

Es sind zwar stärkere Magnetfelder in ähnlich wirksamen Magnetkreisen unter Verwendung von Ferritmagneten (wie Indox V) erreichbar, Alnico-Magnete sind jedoch oft vorzuziehen, weil sie wesentlich höheren Ausheiztemperaturen widerstehen können, mechanisch weniger empfindlich sind

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und unmittelbar innerhalb in der Pumpe verwendet werden können (ohne "eingedost" zu werden). .

Es gibt selbstverständlich praktische untere Grenzen für die Stärke des Magnetfeldes, das in handelsüblichen Pumpen verwendet werden kann. In gewissem Maße wird diese untere Grenze durch das Verhältnis der Pumpgeschwindigkeit zur Pumpengrösse bestimmt; je schwächer das Magnetfeld ist, umso grosser werden die Pumpenelemente (abgesehen von den . Magneten).

Durch die Erfindung soll eine Glimmentladungspumpe mit magnetischer Einschnürung verfügbar gemacht werden, bei der der Magnetwerkstoff mit wesentlich grösserem Nutzeffekt verwendet wird und bei der die mechanische Konstruktion der Pumpe im grössten praktisch durchführbaren Maße vereinfacht ist, so dass der Herstellungsaufwand wesentlich herabgesetzt wird,und darüber hinaus das Betriebsverhalten der Pumpe mit Bezug auf Energieverbrauch, Erwärmung und Lebensdauer verbessert wird.

Kurz gesagt wird gemäss einer Lehre der Erfindung eine Glimmentladungsvorrichtung mit magnetischer Einschnürung verfügbar gemacht, die aus einem evakuierbaren Gefäss, im Gefäss angeordneten Magneteinrichtungen, mit einem Paar Permanentmagnete, von denen jeder einen Nordpol an einem Ende und einen Südpol am anderen Ende hat, die in einem Stapel derart angeordnet sind, dass benachbarte Magneten im Stapel in entgegengesetzten Richtungen polarisiert sind, Polschuhen, die von den Magnetpolen abstehen, und Glimmentladungseinrichtungen besteht, nämlich Anoden und · Kathoden, die zwischen den Polschuhen angeordnet sind. Das Streufeld quer zum Magnet geht damit in den zugehörigen Nutzspalt, und das Streufeld, das einen Magneten umgibt, geht damit in den Nutzspalt des benachbarten Magneten. 9098 18/0718 - . - 6 -

!Durch die Erfindung wird also eine Glimmentladung mit magnetischer Einschnürung verfügbar gemacht, "bei der die Magneteinrichtungen im Vorrichtungsgefäss angeordnet sind und aus einem Paar Permanentmagneten bestehen, die jeder einen Kordpol an einem Ende und einen Südpol am anderen Ende haben und die in einem Stapel so angeordnet sind, dass' benachbarte Magneten im Stapel in entgegengesetzten -Richtungen polari-

wobei

siert sind ,/Polschuhe sich von den Polen der Magnete nach aussen erstrecken und Glimmentladungseinrichtungen zwischen den Polschuhen angeordnet sind.

Weiter wird durch die Erfindung eine Vorrichtung dieser Art verfügbar gemacht, bei der die Glimmentladungseinrichtungen die Magnete umgeben und auf diese zentriert sind, wobei entweder eine kreisförmige oder eine quadratische Form verwendet wird.

Weiter wird durch die Erfindung eine Vorrichtung der genannten Art verfügbar gemacht, bei der die Länge der Pole gross ist im Vergleich zu ihrer Breite, wobei die G-limmentladungseinriohtungen vorzugsweise eine ' rechteckige Form haben. '

Weiter wird durch die Erfindung eine Vorrichtung der genannten Art verfügbar gemacht, in der eine Anode aus einer Vielzahl von Zellen mit offenen Enden verwendet wird, die in zva Zellenreihen ausserhalb des Magneten angeordnet sind, eine zweite Reihe ausserhalb der ersten Zellenreihe, gesehen vom Magneten, angeordnet ist und die Zellen der zweiten Reihe vorzugsweise eine grossere charakteristische Querabmessung haben als die charakteristische Querabmessung der Zellen der ersten Reihe. . ■ ■

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Diese und weitere Merkmale und Ziele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung! es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines typischen Evakuiersystems mit einer neuartigen Glimmentladungs-Vakuumpumpe mit magnetischer Einschnürung gemäss der Erfindung;

Fig. 2 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt einer erfihdungsgemässen Gdimmentladungs-Vakuumpumpe mit magnetischer Einschnürung in Kreisformj

Fig. 3 einen tjuerschnitt längs der Linie 3-3 iⁿ Fig. 2}

Fig. 3^a einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 3 durch eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3b einen Teilquerschni.tt ähnlich Fig. 3 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Teilquerschnitt längs der Linie 4-4 in Pig· 3»

Fig. 5 einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 3 durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung in quadratischer Form;

Fig. 6 einen Teilquerschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 einen Teilquerschnitt ähnlich Fig. 5 durch eine rechteckige (

Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. θ einen Teilquerschnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7·

In Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild für die Verwendung einer erfindungsgemässen Glimmentladungs-Takuumpumpe mit magnetischer Einschnürung dargestellt. Genauer ist die erfindungsgemässe Vakuumpumpe mittels einer Leitung und durch einen ersten Hochvakuumanschluss 12, bestehend aus einem Paar Ultrahochvakuumflanschen und einer nicht dargestellten Metalldichtung, an einen Behälter 13 angeschlossen, der leerge-

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pumpt werden soll. Eine Vakuum-Adsorptionspumpe I4 ist ebenfalls an ; . den zu evakuierenden Behälter I3 mittels Leitungen und über zwei Hochvakuumanschlüsse I5» 16 und ein Hochvakuumventil 17 angeschlossen. Häufig wird statt der Vakuum-Adsorptionspumpe 14 eine mechanische Pumpe verwendet* Um den Behälter zu evakuieren, wird die Vakuum-Adsorptionspumpe 14 in eine Kühlflüssigkeit 18 getaucht, beispielsweise flüssigem Stickstoff, die in einem offenen Gefäss I9 enthalten ist. Gasmoleküle werden von der Pumpe Η aus dem Behälter I3 adsorbiert, woduroh der Druck im Behälter I3 auf 5-20 Mikron, oder niedriger herabgesetzt " wird, und zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil I7 geschlossen und die Vakuumpumpe 11 in Betrieb genommen.

Die Pumpe 11 wird von einer Quelle 20, beispielsweise dem Netz, über einen Transformator 21 mit Betriebsspannung versorgt. Die Sekundärseite des Transformators 20 ist mit einem Gleichrichter 22 und einem dazu "parallel liegenden Glättkondensator23 verbunden, so dass zwischen die Anode und die geerdeten Kathoden der Vakuumpumpe 11 eine Gleichspannung gelegt werden kann; die Pumpe wird im folgenden näher be-. schrieben.

In Fign· 2 - 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die kreisförmig aufgebaut ist. Speziell besteht die Pumpe 11 aus einem zylindrischen, evakuierbaren Gefäss 24» beispielsweise aus 3 mm starkem rostfreiem Stahl 304. Die Enden des Gefässes 24 sind mit einer mit Öffnungen versehenen Deckplatte 25 und einer Bodenplatte 26, beide beispielsweise aus rostfreiem Stahl 304,geschlossen, die beide am Gefäss 24 befestigt sind, beispielsweise durch Heliarc-Schweissung.

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Ein Absaugrohr 27» beispielsweise aus rostfreiem Stahl 304» wird von der mit Öffnungen versehenen Deckplatte 25 getragen und steht mit dem Inneren des Gefässes 24 in Verbindung. Ein Vaküumdichtungsflansch 28, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, wird vom Ende des Rohres 27 in vakuumdichter Weise gehalten und paßt zu einem anderen Dichtungsflansch} beide Planschen dienen dazu, eine nicht dargestellte Kupferdichtung zwischen sich zusammenzupressen, so dass die vakuumdichte Verbindung ■ gebildet wird. Bei einer typischen Ausführungsform kann das Gefäss 24 kreisförmig sein, etwa einen Durchmesser von 30 cm haben und eine Höhe g von 38 cm. ^;

Axial im G-efäss 24 sind eine Anzahl Pumpeinheiten 29 angeordnet. Jede Einheit 29 besteht aus einer Magneteinrichtung 30» nämlich einem Paar Permanentmagnete 31» 32, die jeder einen Nordpol F an einem Ende und einen Südpol S am anderen Ende haben und die in einem Stapel derart angeordnet sind, dass benachbarte Magneten im Stapel in entgegengesetzten Richtungen polarisiert sind; Polschuhen33» die von den Polen der Magnete 31, 32 nach aussen hervorstehen, und Pumpelementen 34» nämlich voneinander entfernten Kathoden 35 und Anoden 36 > d-ie zwischen&en Polschuhen 33 angeordnet und um die Magnete 31 > 32 zentriert sind.

Die Magnete 31> 32 können aus kreisförmigen, zylindrischen Stäben aus Permanentmagnetwerkstoff bestehen, die so magnetisiert sind, dass an einem Ende ein Nordpol N und am anderen Ende ein Südpol S gebildet wird. Die. Magnete 31» 3-2 sind derart in einem Stapel angeordnet, dass sie in einander entgegengesetzten .Richtungen polarisiert sind. Es können zwar 'Ferritmagnete wie "Indox" verwendet werden, Stahlmagnete wie Alnico V, Alnico V-7 und Alnico YIII werden jedoch bevorzugt. Das liegt daran,

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dass die Magnete 31> 32 im Gefäss 24 angeordnet sind und ein Alnico-Magnet höheren Temperaturen besser widerstehen kann und ein besserer Vakuumwerkstoff ist, d.h. weniger porös ist und weniger ausgast. Eine Montage der Magnete 31» 32 innerhalb des Gefässes 24 so dicht wie möglich an den Pumpelementen 34 ermöglicht eine merkliche Verringerung der Menge, des Gewichtes und damit der Kosten des Magnetwerkstoffs. Insbesondere wird kein Teil des Nutzmagnetspaltes vom Pumpgefäss eingenommen. Bei einer typischen Ausführungsform bestehen die Magnete 31»32 « aus Alnico. VIII, haben einen Durchmesser von 6,5 cm und eine Höhe von ™ 5 cm, und liefern eine Induktion B in der Fähe von 800 Gauss.

Von den Polen der Magnete 31» 32 erstrecken sich Polschuhe 33 nach aussen, die beispielsweise aus nickelplatiertem Weicheisen bestehen. Die Polschuhe 33 können auf Stiften 37 zentriert sein, die sich von Kanälen in den Magneten 31> 32 durch die Öffnungen in den Polschuhen 33 erstrecken. Statt dessen können die Polschuhe 33 ringförmig ausgebildet und entweder durch Löten, Anbolzen oder durch magnetische Anziehung a,n den Polen der Magnete 31 > 32 festgelegt sein. Zusätzlich können die Polschuhe 33 verjüngt sein, um über die ganze Länge eine möglichst gleichförmige Kraftliniendichte zu liefern, wobei die Endpolschuhe etwa die Hälfte der Dicke der mittleren Polschuhe haben. Eine Verjüngung der Polschuhe setzt ferner die Streufelder herab, so dass sowohl Magnetwerkstoff als auch Weicheisen für die Polschuhe gespart wird und damit

das Gesamtgewicht der Pumpe weiter herabgesetzt, wird. Die Polschuhe to

Q · dienen dazu, die magnetischen Kraftlinien auf den Magnetnutzspalt zu

OO konzentrieren, die Grosse des magnetischen Streufeldes herabzusetzen

und das Feld in dem Bereich zu formen, in dem die Pumpelemente 34 ange- ^j ordnet sind. Bei einer typischen Ausführungsform haben die Polschuhe 34 einen Durchmesser von 14 cm, sind die Endpolschuhe 8 mm stark und der mittlere Polschuh 16 mm stark.

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Zwischen den Polschuhen 35 sind die Pumpelemente 54 angeordnet und um dieMagnete 31, 32 zentriert, und die·Pumpelemente sind dazu geeignet, bei Erregung eine Glimmentladung einzuleiten und aufrechtzuerhalten. Jedes Pumpelement 34 besteht aus einem Paar gespalten-ringförmiger, voneinander entfernter, reaktionsfähiger Kathodenplatten 35» beispielsweise aus Titan. Jede Platte 35 wird mit einem zugehörigen Polschuh 33 ^mi"t einer Anzahl Stifte 38 und Spliten 39 (vgl. Fign. 3 und 4) in.enger Berührung gehalten, wobei die Stifte "$&■ ümtoIr. Öffnungen in den PoI-

schuhen 33 und Schlitzen 40 in den Platten 55 reichen. Die Schlitze 40 und die Spalte in den Kathodenplatten 35 erlauben diesen eine thermische Dehnung ohne Verwerfung gegenüber den Polschuhen 53· Statt dessen können die Polschuhe 33 ^mit aem Kathodenwerkstoff (gewöhnlich Titan) beschichtet sein. Andere geeignete reaktionsfähige Werkstoffe sind bekannt und brauchen deshalb hier nicht aufgezählt zu werden. Zusätzlich können die Platten 35 in halbkreisförmige Segmente aufgespalten sein, um die Montage und die Auswechslung zu erleichtern.

Zwischen den Kathodenplatten 35 und gegen diese isoliert sind eine Anzahl kreisförmiger Anodenzellen angeordnet, die beispislsweise aus Titan oder rostfreiem Stahl mit Wanddicken von 0,38 bis 0,65 n™ bestehen und zu einem ringförmigen Glied j6 zusammengelötet oder punktgeschweisst sind. Ausserdem kann auch das Anodenglied 56 in halbkreisförmige Segmente aufgespalten sein, um die Montage und Auswechslung zu erleichtern. Die Anode 36 wird so gehalten, dass.die einzelnen Zellenachsen' im wesentlichen parallel zu den magnetischen Kraftlinien liegen, und zwar an drei Punkten des Umfangs mit Armen 41» beispielsweise aus Titan oder rostfreiem Stahl, im Abstand von den Kathodenplatten 35» die Halter 41 sind an einem Ende an die Anode und am anderen Ende an

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einen rohrförmigen leitenden Abstandshalter 42 > "beispielsweise aus rostfreiem Stahl, punktgeschweisst, der auf einen Anodenträger 43» ■beispielsweise aus rostfreiem Stahl, montiert ist. Die Abstandshalter-_; 42 können mit Öffnungen versehen sein, so dass in den Zwischenräumen zwischen den Abstandshaltern 42 und den Trägern 45 eingefangene Gase während des Pumpens leicht entweichen können. Die Anodenträger 43 sind in einem keramischen Isolator 44 ^an einem Ende verankert, der seinerseits auf einem unteren Polschuh 33 sitzt, und an einem oberen Querana 45 am oberen Ende. Win weiterer Isolator 46, der zwischen dem <4uerarm 45 wn-di einem oberen Polschuh 33 verankert ist, dient dazu, den Magnetstapel und die Polschuhe zusammenzuhalten. Gewünschtenfalls können Zerstäubung's schirme koaxial zu und in geringem Abstand von den Isolatoren 44 und 4-6 angeordnet sein. So sind die Stäbe 45 und die-Abstandshalter' 42 elektrisch vom Jefäss 24 und den Kathodenplatten 35 isoliert. Bine hohe positive Spannung, typischerweise im Bereich von 2 - 10 k? gegenüber den Kathodenplatten 35 wird an die Anode J>6 über eine Hochspannungsdurchführung 47» die durch das Gefäss 24 führt,ein leitendes Band 48., einen Abstandshalter .42 auf einem der Stäbe 43 und den Arm 4I ' gelegt. Bei einer typischen Ausführungsform sind die Kathodenplat.teu. 2,28 mm dick und sind 10 Anodenzellen je 40,6 mm lang mit einem Durchmesser von 31»8 ^mm in einer solchen ringförmigen Anordnung von Anodeuzellen vorgesehen.

Im bis jetzt beschriebenen typischen Baustein 29 aus zwei -Magneten zwanzig Anodenzellen ist die'Pumpgeschwindigkeit grosser als 40 l/sec. während das Volumen .an Magnetwerkstoff 328 cm^ beträgt. Das Verhältnis Pumpgeschwindigkeit zu-Volumen des Magnetwerkstoffs In der eingangs er wähnten Gleichung übersteigt also 2 1 see." cm"?, liegt also um-einen

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Faktor von zwei oder mehr besser als bei bekannten handelsüblichen Pumpen. Solche Bausteine können aber nicht nur als alleinstehende Pumpen verwendet werden, sondern auch als Grundbausteine für grössere Pumpen. So sind in der in Fign. 2-4 beschriebenen Ausführungsform mehrere Pumpeinheiten 29 in einem Stapel angeordnet. Hoch grössere Pumpen können hergestellt werden, beispielsweise indem die Stapel grosser gemacht werden oder mehrere Stapel parallel im gleichen Gefäss angeordnet werden.

Ein weiteres Verfahren ein noch günstigeres Yerhältnis der Pumpgeschwindigkeit zum Volumen des Magnetwefkstoffs zu erzielen, besteht darin, mehrere Reihen von Anodenzeilen um jeden Permanentmagneten anzuordnen. In Fig»3^a ist- eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Anode aus einer ersten Reihe Anodenzellen 36a bestehtf die die Magnete JO umgibt, und einer zweiten Reihe Anodenzellen J&a' , die die erste Reihe 36a umgibt. Aus der US-Patentschrift 3 028 071 ist es bekannt, dass bei einem bestimmten Wert der magnetischen Induktion B eine bestimmte optimale charakteristische· Querabmessung d.existiert, die eine maximale Pumpgeschwindigkeit ergibt, und dass d sich umgekehrt proportional B ändert. Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform verringert sich die magnetische Induktion B im Hutzmcgnetspalt radial nach aussen. Bei einer Ausführungsform, in der mehrere Zellenreihen um den Magneten herum angeordnet sind, kann eine maximale Pumpgeschwindigkeit und eine maximale Ausnutzung des· verfügbaren. Magnetfeldes erreicht werden, wenn die charakteristische Querabmessung der einzelnen Zellen in jeder nach aussen sich anaehliessenden Reihe grosser gemacht wird als in der inneren, vorangehenden Reihe. In Fig. 3a ist die charakteristische i^uerabmessung oder der Durchmesser der

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einzelnen Zellen der Reihe 36a¹ entsprechend der' Magnetfeidstärke äir--* diesem Punkt grosser dargestellt als der Durchmesser'der· Zellen in ^; ■ Reihe 36a. . * ·.-... '■ . " ^; ·■ ·*.

Eine weitere andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig'-. . Jb- dar*-^: '"■-gestellt, in der die Anode aus kreisförmigen und radialen SVreiferi mi&^:"-Titan oder rostfreiem Stahl besteht, die so zusammengelötet otf&r "pünkfi-'· geschweisst sind, dass sie eine innere Reihe 36b und eine äussere Reihe ^ Job¹ bilden« Zusätzlich kann sich bei einer Ausführungsform, ^;b'¥i der---^r ' mehrere Zellenreihen um den Magne'ten herum angeordnet sind,""die äüsserste Reihe leicht über den Aussenumfang der tolschuhe hinaus erstreck-enj so dass das Randfeld in diesem Bereich noch "ausgenutzt wird; ■·' -'-■""

Im Falle von einigen G-limmentladung-spumpen mit magnetischer Einschnürung ist.es erwünscht, die Pumpelemente zu kühlen, beispielsweise die Ka-thode. Bine solche Pumpe ist in der US.-Patentschfift 3 149 774 " ------

(entsprechend der deutschen Patentanmeldung Y 21 913) offenbart. Beim Gegenstand der firfindung kann dasdadurch erreicht irerdenj dass ein ' als Kühlmittel geeignetes Strömungsmittel wie Luft, Wasser oder ein Kühlmittel wie flüssiger Stickstoff durch eine Leitung 49 geleitet werden, die an die Kanten der Polschuhe 35 angelötet ist. Die Enden der Leitung 49 führen durch das G-efäss 24 über eine Kühlmitteldurchführung 50 ttftd sind an eine nicht dargestellte äussere Kühlmittelqueile angeschlossen.

In Fign. 5 und 6 ist eine andere Ausführungsform der Lrfindung darge-' stellt, bei der eine quadratische Form verwendet wird. Die MagnVte ^Ö'^r haben einen quadratischen Querschnitt und quadratische Polschuhe 35''

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weisen von'diesen nach aussen. Zwischen den Polschuhen 33" ^un<i "⁰^ Magnete 30' herum sind Pumpelemerite 34' angeordnet, nämlich Kathodenplatten 35' » die quadratisch angeordnet sind, und eine Anode 36' in Form eines Quadrates, die aus zwei Seihen von kreisförmigen Anodenzellen besteht. Selbstverständlich können quadratische Zellen auch verwendet werden, und können die äusseren Zellen grosser·sein als die inneren Zellen.

Eine weitere Herabsetzung des magnetischen Streufeldes kann durch tibergang zu einer Rechteckform erreicht werden. In Fign. 7 und 8 ist eine rechteckige Ausführungsform dargestellt, bei der längliche Magnete 31"» 52" und rechteckige Polschuhe 33" verwendet werden, die von den Magneten abstehen. Zwischen den Polschuhen 33" uncl auf beiden Seiten der Magnete 31"» 32" sind Pumpelemente 34"» nämlich rechteckige Kathodenplatten 55" und Anoden 36" angeordnet, die aus zwei geraden Reihen von Ailodenzellen bestehen» um eine maximale Pumpgesehwindigkeit zu erreichen. Der Durchmesser der'Zellen in den äusseren Reihen ist grosser als der Durchmesser der Zellen in den inneren -Reihen.

Bei einer typischen Ausführungsform sind die Magnete 31"» 32" 51 » hoch (h), 35 nin¹ breit (w) und 510 mm lang (l). Die Polschuhe 33" sind 19 mm dick, 24O mm breit und 510 mm lang. Die Kathoden 35" sind 2,28 mm dick und die Anodenzellen sind 40»6 mm lang und haben einen Durchmesser von 32,8 mm.

Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass er von selbst zu einer dichteren Packung der Zellen führt, und zu einer wirksameren Ausnutzung der Spaltfläche, weil durch grosse Länge der Pole im Vergleich zu ihrer Breite der iitreufluss an den Enden vernachlässigbar wird.

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Claims (1)

1. PATENTANWALT

   DIPL.-ING. H. KLAUS BERNHARDT 1 639 1 42

   8000 MÖNCHEN 23 . MAINZERSTR.S V1 P57D

   Ji

   Pa tenta η Sprüche

   M/) Vorrichtung für magnetisch eingeschnürte Glimmentladung, bestehend aus einem evakuierbaren Gefäss, einer Magneteinrichtung, "bestellend. ψ aus einem Paar im Gefäss angeordneten Permanentmagneten, und Glimm-

   entladungseinriehtungen, die jede aus einer Anode und einer davon . entfernten Kathode bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete in einem Stapel-derart angeordnet sind, dass benachbarte Magnete in entgegengesetzten .Richtungen polarisiert sind und dass Polschuhe im Gefäss angeordnet sind, die sich von den Polen der Magnete hinweg erstrecken, und dass die Glimmentladungseinrichtungen zwischen den Polschuhen angeordnet sind.

   2. Torrichtung nach Anspruch 1 ,* dadurch gekennzeichnet, dass jede Anode eine Vielzahl von Glimmentladungskanälen aufweist, deren Achsen parallel zu den magnetischen Kraftlinien zwischen den Polschuhen verlaufen, und dass die Kathode aus einem Paar reaktionsfähiger Metallteile besteht, die auf beiden Seiten der Anode derart angeordnet sind, dass die magnetischen Kraftlinien zwischen den Polschuhen im · wesentlichen senkrecht zu den beiden Kathodenteilen verlaufen.

   J. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten eines Polschuhes reaktionsfähige Metallelemente angeordnet sind.

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   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die eine thermische Dehnung der reaktionsfähigen Metallteile gegenüber den Polschuhen zulassen.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet, dass die (ilimmentladungs einrichtungen um die Magnete herum angeordnet und zu diesen zentriert sind.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete kreisförmig zylindrisch sind, die Polschuhe ringförmige Teile aufweisen, die nach aussen von den Magnetpolen hinwegweisen und die Anode und die reaktionsfähigen Metallteile ringförmig sind.

   7» Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete quadratische Zylinder sind, die Polschuhe quadratisch und die Anoden und die reaktionsfähigen metallenen Kathodenteile ebenfalls quadratisch sind.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Pole gross gegenüber ihrer Breite ist.

   9» Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete rechteckigen Querschnitt haben und die Polschuhe rechteckig - sind.

   10.Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 5—9» dadurch gekennzeichnet» dass die Anode aus mehreren Zellen mit offenen. Enden besteht» die zu zwei ausserhalb der Magnete angeordneten Reihen

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   zusammengestellt sind, wobei die zweite Zellenreihe weiter von den Magneten entfernt ist als die erste Zellenreihe.

   11* Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristische Querabniessung der einzelnen Zellen der zweiten Zellenreihe grosser ist als die charakteristische Querabmessung der einzelnen Zellen der ersten Zellenreihe.

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