DE1923590C3 - Kathodenstrahlerzeugungssystem mit auswechselbarer Kathode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kathodenstrahlerzeugungssystem mit auswechselbarer Kathode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Kathodenstrahlerzeugungssystem dieser Art ist aus der BE-PS 5 27 538 bekannt.

Bei dieser bekannten Vakuumschleuse ist also eine Bewegungsrichtung der vorderen Verschlußplatte ein Hin- und Herschieben, wodurch die PIaMe durch eine Führung geführt Werden muß. Derartige Führungen haben sich nachteiligerweise als besonders störanfällig, wartungsbedürftig und teuer erwiesen. Als weiterer schwerwiegender Nachteil hat sich bei der genannten Vakuumschleuse erwiesen, daß keinerlei Verriegelung

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gegen Fehlbedienung vorgesehen sind. Insbesondere ist die vordere Verschlußplatte auch in an Ringdichtungen angepreßter Stellung hin- und herschiebbar, wodurch die Ringdichtungen abgenützt und beschädigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionssicherheit einer Vakuumschleuse von der eingangs genannten Art zu erhöhen und deren Störungsanfäl'igkeit und Wartungsbedürftigkeit zu verringern, wobei vor allem Fehlbedingungen unmöglich gemacht werden sollen.

Dieie Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale des Kathodenstrahlerzeugungssystems gelöst.

Aus der CH-PS 2 54 930 ist eine Einrichtung zum Einschleusen von Objekten in den Vakuumraum eines Korpuskularstrahlenapparates bekannt, bei welcher die für das Einsetzen der Patrone in den Patronenhalter erforderliche Abdichtung des Schleusenraumes gegenüber dem oberen und unteren Teil des Vakuumraumes durch zwei zwangsläufig gesteuerte Decke! erfolgt. Eine Kopplung des die Schleuse nach außen abschießenden Deckels ist nicht vorgesehen. Eine versehentliche Belüftung des Vakuumraumes kann daher nicht ausgeschlossen werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Kathodenstrahlerzeugungssystems nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch das K athodenstrahlerzeugungssystem mit geöffnetem vorderen und geschlossenem hinteren Verschluß,

F i g. 2 einen Teil des Querschnitts der F i g. 1 mit geöffnetem hinteren Verschluß,

F ι g. 3 einen Teil eines Schnittes nach der Linie HI-IlI der F i g. 1.

F i g. 4 dieselbe Darstellung wie F i g. 3, jedoch bei geschlossenem Verschluß,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der F i g. 3.

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie Vi-VI der F i g. 4,

Fig. 7 ei..e Ansicht in Richtung des Pfeiles VlI der Fig.l.

Fig. 8 eine Ansicht in Richtung des Pfei'es VIII der Fig. 2.

Fig.9 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IX der Fig. 7.

Fig. 10 eine Ansicht in Richtung der Pfeile X-X der Fig. 8,

F i g. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der F i g. 7 und

Fig. 12 einen Schniu nach der Linie XII-XII der Fig. 1.

Das in den Zeichnungen dargestellte Kathodenstrahlerzeugungssystem ist an einem Ende eines Kathodenstrahlrohres angebaut Das System, das in einem Steuerschichtprojektor verwendet werden kann, weist eine Kathode, eine Wehnelt-EIektrode und eine Anode auf. Zwischen Kathode und Anode ist eine Hochspannung, beispielsweise 15 Kilovolt, angelegt, wobei vorzugsweise die Anode geerdet und der negative Pol der Hochspannung an der Kathode angeschlossen ist. Die Wehnelt-Elektrode liegt im allgemeinen an demselben Potential wie die Kathode oder ist gegenüber dieser geringfügig, beispielsweise um 100 VoSt, negativ.

Gemäß F i g. 1 ist ein Kopf 1 unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 3 an ein Kathodenstrahlrohr 2 angebaut, welches vöi zugsweise aus Isoliermaterial besteht. Im Rohr 2 ist eine Anode 4 eingesetzt, welche tellerförmig ausgebildet ist, im Zentruni eine öffnung 5 aufweist und durch Federn 6 und Schrauben 7 zentriert werden kann. Eine Schraube 7 kann gleichzeitig als elektrischer Anschluß für die Anode ausgebildet sein. Der Kopf 1 weist zur Aufnahme einer Kathodenpatrone 8 eine durchgehende axiale Bohrung 23 auf, welche vorn gegen das Innere des Kathodenstrahlrohres und hinten gegen außen durch je einen Verschluß vakuumdicht abschließbar ist Diese Bohrung 23 wird im folgenden Kathodenraum genannt und ist vorn und hinten durch je eine Ringdichtung 21 bzw. 22 umschlossen. Gemäß Fig. 12 entspricht der Durchmesser des Kathodenraumes dem Außendurchmesser der Kathodenpatrone 8, wodurch diese präzis geführt ist Um die Luftströmung zu erleichtern, ist der Kathodenraum 23 mit Kanälen 29 versehen. Im Innern der Kathodenpatrone ist eine vorzugsweise V-förmig geformte Kathode derart angebracht, daß deren Spitze in der Achse des Systems liegt. Die beiden elektrischen Anschlüsse der Kathode sind gegen das Patronengehäuse ISO¹¹Tt nach hinten auf Kontaktstifte 9 geführt. Die Wennelt-Elektrode ist durch eine Scheibe 10 mit einer durchgehenden Bohrung im Zentrum gebildet Sie ist vorne am Kopf 1 angesetzt wobei jedoch zwischen dieser Scheibe 10 und dem Kopf Raum für den vorderen Verschluß vorgesehen ist Die Scheibe 10 und der Kopf t bestehen vorzugsweise aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Messing, wodurch der elektrische Anschluß für die Wehnelt- Elektrode am Kopf !

in angebracht sein kann. Im Kopf 1 ist eine weitere Bohrung angebracht durch die eine Achse 11 geführt ist. Am vorderen Ende der Achse 11 ist ein Zahnrad 12, am hinteren Ende ein Griff 13 angebracht Eine die Achse 11 umschließende Ringdichtung 14 verhindert ein Eindringen von Luft in den Vakuumraum.

Der vordere Verschluß ist durch zwei Platten 15 und 16 gebildet, welche um eine in der Scheibe 10 und dem Kopf 1 gelagerte Achse 17 schwenkbar sind. Im Kopf 1 ist eine Feder 18 eingelassen, welche eine Kugel 19 gegen die Platte 16 drückt. Die Platte 15 ist an einer Se te verzahnt, wobei diese Verzahnung mit derjenigen des Zahnrades 12 im Eingriff steht. Die Platten 15 und 16 weisen je eine Bohrung auf, welche irr geöffneten Zustand des Verschlusses fluchten und somit den

+5 Kathodenstrahl durchtreten lassen. Ei.ie weitere Bohrung ist an der Platte 15 angebracht, in welcher eine Kugel 20 geführt ist Der Durchmesser dieser Kugel ist größer als die Dicke der Platte 15. In der Platte 16 ist eine Senkbohrung angebracht, in welche die Kugel 20 bei geöffnetem Verschluß eingerastet ist.

Die Funktionsweise des vorderen Verschlusses wird nun anhand der F i g. 1 und F i g. 3 bis 6 erläutert. F i g. 3 und S :eigen den Verschluß in geöffnetem und F i g. 4 und 6 in geschlossenem Zustand. Ausgehend vom geöffneten Zustand wird bei Drehung des Griffs 13 (Fig. 1) die verzahnte Verschlußplatte 15 in schließendem Drehsinn geschwenkt. Die Platte 16 schwenkt durch Wirkung der eingerasteten Kugel 20 und der unter Federdrucf stehenden Kugel 19 mit, bis deren

f>n vorstehende Kante an einem Anschlag, beispielsweise an einem Absatz des Kopfes 1, anliegt. Wird die Platte

15 durch Weiterdrehen des Griffs 13 wekergeschwenkt. So rastet die Kugel 20 aus der Senkbohrung der Platte

16 aus und drückt diese entgegen der Feder 18 gegen die Ringdichtung 21 (1· i-g. 6). Dadurch ist der Kathodenraum 23 gegen das Innere des Rohres 2 vakuumdicht abgeschlossen. Durch entgegengesetzte Drehung des Griffs 13 schwenkt die Platte 15 bis die Kugel 20 wieder

einrastet (F i g. 5) und die Platte 16 von der Dichtung 21 durch Wirkung der Feder 18 abgehoben und gegen die Platte 15 gedruckt ist. Beim Weiterdrehen des Griffs 13 schwenken die beiden Platten gemeinsam bis sie gleichzeitig an einem Anschlag anliegen (F i g. 3).

Gemäß den Fig. 1,2 und Fig. 7,8 besteht der hintere Verschluß aus einer exzentrisch angeordneten Scheibe 30, weiche durch Kugeln 31 zwischen am Kopf 1 befestigten Segmenten 34, 35 und 36 drehbar gelagert ist. Die Kugeln 31 sind durch einen als drehbarer Kugelkäfig ausgebildeten Zwischenring 32 gehalten und in an der Scheibe und den Segmenten angebrachten kugelbahnen geführt. Die an der Scheibe 30 angebrachte Kugelbahn 33 verläuft ringsum in einer zur Scheibenachse normalen Ebene; dagegen weisen die an den Segmenten 34, 35 und 36 angebrachten Kugelbahnen 37 eine schraubenartige axiale Steigung auf. Fig. 10 zeigt die Kugelbahn 37 des Segmentes 34, wobei zur Begrenzung der Drehbewegung des Zwischenrings 32 ein hinterer Anschlag 56 und ein vorderer Anschlag 57 angebracht ist. In der Scheibe 30 sind zwei exzentrisch zur Scheibenachse liegende Bohrungen 42 und 43 angebracht, wobei im geöffneten Zustand des Verschlusses die Bohrung 42 über der Bohrung des Kathodenraumes 23 liegt (Fig.2) und nach Drehung der Scheibe 30 um 180° die Bohrung 43 über der Bohrung des Kathodenraumes 23 liegt (Fig. 1). Der Durchmesser der Bohrung 42 ist geringfügig größer als der Außendurchmesser der Kathodenoatrcme 8. Die Bohrung 43 ist durch eine Isolierplatte 44 vakuumdicht verschlossen. In dieser Isolierplatte sind Anschlußstifte 45 eingesetzt, welche über Federn 46 mit Kontaktnieten 47 verbunden sind, welche Nieten 47 in geschlossenem Zustand des Verschlusses federnd an den Kontaktstiften 9 der Kathodenpatrone 8 anliegen.

Am Segment 35 ist, gemäß F i g. 7 und F i g. 9, auf einem Distanzbolzen 48 eine federnde Klinke 49 befestigt, welche im geschlossenen Zustand des Verschlusses (F i g. 7) auf einer Auflauffläche 50 eines Nockens 51 aufliegt. Der Nocken 51 ist auf der Scheibe 30 befestigt.

Gemäß F i g. 7 und F i g. 11 ist an der Scheibe 30 ein Griff 41 befestigt, welcher als Drehsicherung zwischen der Scheibe 30 und dem feststehenden Segment 36 ausgebildet ist, wobei ein im Segment 36 eingesetzter Stift 52 bei geschlossenem Verschluß in eine in dem Griff 41 angebrachte Bohrung eingreift

Die Funktion des hinteren Verschlusses soll nun anhand der F i g. 7 bis 11 erläutert werden, wobei vom geschlossenen Zustand (F i g. 7) ausgegangen wird. Der Zwischenring 32 hält die Kugeln 31 in den vorderen Endstellungen Jer Kugelbahnen 37 wodurch die Scheibe 30 gegen die Ringdichtung 22 (Fig. 1) gepreßt und der Griff 41 im Stift 52 eingerastet ist Zum Öffnen des -Verschlusses wird der Zwischenring 32 mittels einem Griff 40 in Pfeilrichtung A gedreht, bis die Kugel 3! am Anschlag56 der Kugelbahn 37 anliegt (Fig. 10). Durch diese Drehung werden die Kugeln 31 in den schrägen Kugelbahnen 37 nach hinten geschraubt und die Scheibe 30 — wegen des immer noch eingerasteten Griffs 41 ohne Drehbewegung — vom Kopf 1 abgehoben. Durch das Abheben der Scheibe vom Kopf und somit von der Ringdichtung 22 (F i g. 1) heben die Kontakte 47 ab und der Griff 41 fährt aus dem Stift 52 aus. Darauf wird der Griff 41 und damit die Scheibe 30 in Pfeilrichtung B

gedreht, wobei bei Beginn dieser Drehung die Aunauffiäche 50 unter der Klinke 49 wegfährt und diese dadurch in eine im Zwischenring 32 angebrachte Nut 53 einrastet und den Zwischenring gegen Drehung sichert (gestrichelt in Fig.7). Die Scheibe 30 wird gedreht, bis der Griff 41 an einem Anschlag 54 anliegt. In dieser Stellung liegt die Bohrung 42 hinter der Kathodenpätrorie 8, wodurch diese, vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines geeigneten Werkzeuges, nach hinten entfernt und durch eine neue ersetzt werden kann.

Zum Schließen des hinteren Verschlusses wird die Scheibe 30 entgegen der Pfeilrichtung B gedreht, bis der Griff 41 an einem Anschlag 55 anliegt. Dabei wird durch die eingerastete Klinke 49 ein Mitdrehen des Zwischenringes 32 verhindert und die Kugeln 31 bleiben bezüglich der Kugelbahnen 37 der Segmente 34,35 und 36 stationär. Dadurch führt die Scheibe 30 nur eine Drehbewegung aus, wodurch ein Schleifen der Kontakte 47 und eine Abnützung der Ringdichtung 22

Drehbewegung fährt die Klinke 49 auf die Auflauffläche 50 des Nockens 51 auf und entriegelt den Zwischenring 32, wurauf dieser entgegen der Pfeilrichtung A gedreht werden kann. Während dieser Drehbewegung werden die Kugeln 31 in den schrägen Kugelbahnen der Segmente geführt bis sie am Anschlag 57 (Fig. 10) anliegen. Die Scheibe 30 wird dabei nach vom bewegt, wobei die Kontakte 47 auf den Kontaktstiften 9 aufliegen und die Ringdichtung 22 zusammengepreßt wird.

Um zu verhindern, daß der vordere und der hintere Verschluß gleichzeitig geöffnet iv?Hen kann, ist der Griff 13 des vorderen Verschlusses im Bereich des Zwischenrings 32 des hinteren Verschlusses angebracht und als Scheibe ausgebildet (F i g. 7 und 8), wobei die Scheibe eine segmentartige Aussparung aufweist. Diese Aussparung korrespondiert bei geschlossenem vorderen Verschluß mit dem Zwischenring 32 (Fig.8), wodurch dieser gedreht und der hintere Verschluß somit geöffnet werden kann. Bei geöffnetem hinteren Verschluß ist — wie bereits beschrieben — der Zwischenring 32 nach hinten abgehoben, wodurch wegen der Aussparung in der Scheibe ein Drehen des Griffs 13 und somit ein Öffnen des vorderen Verschlusses verhindert wird. Bei geschlossenem hinteren Verschluß ist der Griff 13 drehbar. Beim öffnen des vorderen Verschlusses gelangt die Scheibe des Griffs 13 in eine am Zwischenring 32 angebrachte Aussparung (Fig.7), wodurch ein Drehen des Zwi-

schenrings und somit ein öffnen des hinteren Verschlusses unmöglich wird. Es liegt selbstverständlich im Rahmen dieser Erfindung, daß das Öffnen und Schließen der Verschlüsse durch einen einzigen Griff erfolgt, wobei dieser Griff in der vorgezeigten Reihenfolge auf die Achse 11 (vorderer Verschluß), den Zwischenring 32 (Abheben der Seheibe 30) und die Scheibe 30 einzuwirken hat

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß außer geringer Kathodenwechselzeit und einfacher Bedienung praktisch keine Fehlermöglichkeiten vorhanden sind. Die Vorrichtung ist praktisch wartungsfrei, da die Ringdichtungen weder einer Abnützung noch einer Verschmutzungsgefahr ausgesetzt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlerzeugungssystem mit auswechselbarer Kathode, bei dem die Kathode in einer Vakuumschleuse angeordnet ist, deren vorderer, vakuumseitiger Verschluß durch eine Verschlußplatte gebildet ist, die durch Verschiebung in zwei senkrecht zueinander stehenden Bewegungsrichtungen betätigbar ist, wobei eine Bewegung ein Anpressen bzw. Abheben von Ringdichtungen um die vakuumseitige öffnung der Schleuse bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vakuumschleuse gegen außen abdichtende, hintere Verschluß gleichfalls durch eine Verschlußplatte gebildet ist, die durch Verschiebung in zwei senkrecht zueinander stehenden Bewegungsrichtungen betätigbar ist, daß auch bei dem hinteren Verschluß eine Bewegung ein Anpressen gegen Ringdichtungen bzw. Abheben von den Ringdichtungen bewirkt, und daß bei beiden Verschlüssen die andere Bewegung eine Drehbewegung ist, wobei die beiden Bewegungen jedes Verschlusses derart gekoppelt sind, daß die Drehbewegung jeweils nur bei abgehobener Stellung der Verschlußplatte ausführbar ist, und daß die beiden Verschlüsse durch eine Verriegelungsvorrichtung gekoppelt sind, die den einen Verschluß nur dann zum öffnen freigibt, wenn der jeweils andere Verschluß geschlossen ist

2. Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Verschluß '''iich zwei um eine gemeinsame Achse schwenkbare Platten (15, 16) gebildet ist, wobei durch Betätigung eines Grifts (13) die erste Platte (15) derart verschwenkhar is¹ daß sie über der vakuumseitigen Öffnung liegt oder diese freigibt, und die zweite Platte (16) zwischen der ersten und der Vakuumschleuse in Richtung der gemeinsamen Achse verschiebbar und durch Federkraft gegen die erste Platte gepreßt angeordnet ist und durch Wirkung einer zwischen den Platten in Bohrungen eingerasteten Kugel (20) beim Schwenken der ersten Platte mitschwenkt und in über die vakuumseitige Öffnung eingeschwenkter Stellung an einem in ihrer Schwenkbahn angeordneten Anschlag anliegt, so daß bei dem Weiterschwenken der ersten Platte die Kugel zumindest aus einer Bohrung ausrastet und die zweite Platte axial gegen die Ringdichtung (21) preßt.

3 Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Verschluß durch eine eine hintere Öffnung verschließende oder freigebende drehbare Kreisscheibe (30) gebildet ist, welche durch in Kugelbah nen (33, 37, 38, 39) geführte Kugeln (31) zwischen feststehenden Kreissegmentteilen (34, 35, 36) gelagert ist, wobei an der Scheibe eine Kugelbahn (33) ringsum in einer zur Scheibenachse normalen Ebene und an den Segmentteilen Kugelbahnen mit axialer Steigung angebracht und die Kugeln in einem zwischen angepreßter und abgehobener Stellung drehbaren Zwischenring (32) gehalten sind, daß an einem Segmentteil eine auf den Zwischenring einwirkende und ifl abgehobener Stellung des Zwischenrings eingerastete erste Drehsicherung (41, 25) befestigt ist, daß an einem Segmentteil eine auf die Scheibe einwirkende und in angepreßter Stellung und während einer Drehbewegung des Zwischenrings eingerastete zweite Drehsicherung (49, 53)

befestigt ist, und daß in der Scheibe eine exzentrische Bohrung (42) zur Durchführung der Kathode (8) angebracht ist

4. Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Schleuse zugewandten Seite der Scheibe (30) federnde Kontakte (47) angebracht sind, deren Anschlüsse (45) vakuumdicht und elektrich isoliert durch die Scheibe geführt sind, wobei die -Kontakte in geschlossener Stellung des Verschlusses federnd auf an der Kathode (8) angebrachten Gegenkontakten (9) aufliegen.

5. Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drehsicherung durch eine in eine Nut (53) des Zwingenrings (32) einrastbare Klinkenfeder (49) gebildet ist

6. Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehsicherung durch einen parallel zur Scheibenachse befestigten Bolzen (52) gebildet ist, welcher in eine Bohrung einrastbar ist, wobei die Bohrung in einem an der Scheibe (30) befestigten Griff (41) angebracht ist.

7. Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der auf die erste Plans (15) einwirkende Griff (13) im Bereich des drehbaren Zwischenrings (32) angeordnet und als Verriegelungsvorrichtung zwischen vorderem Verschluß und hinterem Verschluß ausgebildet ist, wobei der Griff nur in angepreßter Stellung des Zwischenrings und der Zwischenring nur in geschlossener Stellung der ersten Platte drehbar ist.

8. Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Griff (13) durch eine Scheibe mit einer dem Umfang des Zwischenrings (32) angepaßten Aussparung ausgebildet ist und daß im Zwi;:henring eine dem scheibenförmigen Griff angepaßte Nut angebracht ist, wobei die Aussparung und die Nut derart angeordnet sind, daß der Griff bei angepreßter Stellung des Zwischenrings in der Nut liegt und daß die Aussparung bei geschlossener Stellung der ersten Platte mit dem Zwischenring korrespondiert.

9 Kathodenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Verschlüsse ein in zwangsläufiger Reihenfolge auf die erste Platte (15), den Zwischenring (32) und die Scheibe (30) einwirkender Griff angebracht ist