DE2521427A1 - DEVICE FOR OPERATING A NUMBER OF GAS DISCHARGE ELECTRON BEAM GENERATING SYSTEMS SIMULTANEOUSLY - Google Patents
DEVICE FOR OPERATING A NUMBER OF GAS DISCHARGE ELECTRON BEAM GENERATING SYSTEMS SIMULTANEOUSLYInfo
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- DE2521427A1 DE2521427A1 DE19752521427 DE2521427A DE2521427A1 DE 2521427 A1 DE2521427 A1 DE 2521427A1 DE 19752521427 DE19752521427 DE 19752521427 DE 2521427 A DE2521427 A DE 2521427A DE 2521427 A1 DE2521427 A1 DE 2521427A1
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Description
PHN. 75/17 Va/FF/DUYS PHN. 75/17 Va / FF / DUYS
24-4-197524-4-1975
■■■u"!-■■■ u " ! - 252 U27252 U27
Am---, N.Y. Philips' Gioeikn penfabriebfl
Ak81Jo.. PHN- 7547 On ---, NY Philips' Gioeikn penfabriebfl
Ak 81 Jo .. PHN- 7547
Anmeldung vom; 13. Mai 1975Registration from; May 13, 1975
"Vorrichtung zum gleichzeitigen Betreiben einer Anzahl von Gasentladungselektroiienstrahlerzeugungssysteroen""Device for the simultaneous operation of a number of gas discharge electron beam generating systems "
Die Erfindung bezieht sich auf eineThe invention relates to a
Vorrichtung zum gleichzeitigen Betreiben einer Anzahl von Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssystemen, die aus mindestens einer Umhüllung und Mitteln zum Aufrechterhalten eines gasförmigen ionisierbaren Mediums innerhalb dieser Umhüllung bestehen, wobei innerhalb dieser Umhüllung mindestens zwei Elektrodensysteme untergebracht sind, die aus je mindestens einer zylindrischen auf beiden Seiten offenen Anode und einer Kathode aufgebaut sind, die derart einer der Seiten der zylindrischen Anode gegenüber angeordnet ist, dass zwischen der zylindrischen Anode und der Kathode ein Raum vorhanden ist, in dem die Glimment-Device for simultaneously operating a number of gas discharge electron gun systems, consisting of at least one envelope and means for maintaining a gaseous ionizable Medium exist within this envelope, with at least two electrode systems within this envelope are accommodated, each consisting of at least one cylindrical anode open on both sides and a cathode so arranged opposite to one of the sides of the cylindrical anode is that between the cylindrical anode and the cathode there is a space in which the glow
509850/0687509850/0687
252H27252H27
-/- . PHN. 75.47- / -. PHN. 75.47
24-4-1975 • α».24-4-1975 • α ».
ladung stattfindet, die den Elektronenstrahl erzeugt.charge takes place, which generates the electron beam.
Eine derartige Vorrichtung ist ausSuch a device is off
"Glow discharge beam techniques" von R.A. Dugdale, Proc. 6. Int. Congress Electr. Heat bekannt. Zwischen den Elektroden in den genannten Elektrodensystemen erfolgt eine Glimmentladung. Positive Ionen aus dieser Glimmentladung prallen auf die genannte Kathode und lösen dort durch Sekundäremission Elektronen aus. Diese Elektronen werden in dem elektrischen Feld zwischen der Anode und der Kathode in Richtung auf die Anode beschleunigt. Bei der Kathode weist das elektrische Feld eine derartige Form auf, dass der Ionenstrom mehr oder weniger zu einem kleinen Teil der Oberfläche in der Mitte der Kathode geschickt wird und die Sekundärelektronen die Kathode in Form eines Strahles verlassen."Glow discharge beam techniques" by R.A. Dugdale, Proc. 6th Int. Congress Electr. Heat known. Between the electrodes in the mentioned electrode systems a glow discharge takes place. Positive ions from this glow discharge collide with said cathode and there trigger electrons through secondary emission. These electrons are in the electric field accelerated between the anode and the cathode in the direction of the anode. The cathode shows that electric field has such a shape that the ion current is more or less to a small extent the surface in the center of the cathode is sent and the secondary electrons shape the cathode of a ray left.
In der britischen PatentschriftIn British patent specification
1.145·Ο13 werden, für den Fall, dass mehrere Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssysteme auf einem Kreis angeordnet sind, wegen der Gleichheit der Gasentladungselektronens trahlerzeugungssys teme, glei ehe Elektronenstrahlen erzeugt.1.145 · Ο13, in the event that several gas discharge electron guns are arranged on a circle, because of the equality of the gas discharge electrons jet generation systems, same marriage Electron beams generated.
Diese Vorrichtungen können bei einemThese devices can be at a
rohen Vakuum (.+ 10"" - 10 Torr) arbeiten und eignen sich daher besonders gut zur Materialbearbeitung wie z.B. Bohren, Schweissen und I-ackhärten. Dämpfe xind Gase, die bei diesen Vorgängen frei werden, stören das Vakuum in verhältnismässig nur geringem Masse. Einraw vacuum (. + 10 "" - 10 Torr) work and suit therefore particularly good for material processing such as e.g. drilling, welding and hardening. Vapors xind Gases that are released during these processes only disturb the vacuum to a relatively small extent. A
252H27252H27
. 75^7 24-/4-1975. 75 ^ 7 24- / 4-1975
Vorteil ist der, dass dieses rohe Vakuum sehr schnell erreicht werden kann.The advantage is that this raw vacuum is very quick can be reached.
Es ist jedoch wünschenswert, eineHowever, it is desirable to have one
Vorrichtung mit mehreren Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssystemen mit einer nahezu identischen Elektrodengeometrie zu erhalten, in der mehrere Bearbeitungen an einem Werkstück oder einer Anzahl von Werkstücken gleichzeitig durchgeführt werden, wobei jedes Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssystem seine eigene, der Bearbeitung angepasste Strahlintensität und Strahlform aufweist. Die Unterschiede in Strahlintensität können dadurch erhalten werden, dass der Druck für jedes Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssystem gesondert eingestellt wird. "Dies weist aber den Nachteil auf, dass die Pumpkapazität derart gross sein muss, dass im ungünstigsten Falle (eine grosse Gaszufuhr bei allen Elektronenstrahlerzeugungssystemen) die Gasentladungselektronenstrahlerzeufyungssysteme noch ohne gegenseitige Beeinflussung arbeiten können.Apparatus with multiple gas discharge electron guns with an almost identical electrode geometry, in which several machining operations be performed on a workpiece or a number of workpieces simultaneously, each Gas discharge electron gun has its own beam intensity and beam shape adapted to the processing. The differences in beam intensity can be obtained by taking the pressure for each gas discharge electron gun is set separately. "However, this has the disadvantage that the pumping capacity can be so large must that in the worst case (a large gas supply in all electron guns) the gas discharge electron beam generation systems can still work without mutual interference.
Der Strom pro Glimmentladung könnteThe current per glow discharge could be
auch dadurch eingestellt werden, dass für jedes Elektronens trahlerzeugungs sys tem eine angepasste Beschleunigungsspannung zwischen der Anode und der Kathode gewählt wird. Ein Nachteil dabei besteht darin, dass infolge einer niedrigen Beschleunigungsspannung keine optimale !Leistungsdichte erreicht werden kann. "Dadurch können schlechte Schweissungen erhalten werden. Ein zusätzlicher Nachteil ist noch der, dass für jedesalso be adjusted by that for each electron jet generation system an adapted acceleration voltage between the anode and the cathode is chosen. One disadvantage is that due to a low acceleration voltage none optimum! power density can be achieved. "Through this bad welds can be obtained. An additional disadvantage is that for each
509850/0687509850/0687
252H27252H27
-(r- . ' PHN. 7547 , 24-4-1975- (r-. 'PHN. 7547 , 24-4-1975
einzelne Gasentladungselektronenstrahlerzeugimgssystem eine eingestellte Speisespannung erforderlich ist, was teuer und umständlich ist.single gas discharge electron gun system a set supply voltage is required, which is expensive and cumbersome.
'Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Betreiben einer Anzahl von Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssystemen zu schaffen, bei der eine Anzahl von Elektronenstrahlen mit je der gewünschten Intensität erhalten wird, ohne dass eine gegenseitige Beeinflussung der Glimmentladungen in den Elektronenstrahlerzeugungssystemen auftritt, infolge der Tatsache, dass nahezu keine Druckunterschiede zwischen den Elektronenstrahlerzeugtmgssystemen auftreten. Weiter bezweckt die Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Pumpkapazität optimal ausgenutzt wird. Die Erfindung bezweckt ausserdem noch, eine Vorrichtung mit einer Anzahl von Gasentladungselektronens trahlerzeiigungssystemen mit einer nahezu gleichen Elektrodengeometrie und einer einfachen elektrischen Speisung zu schaffen.The invention aims to provide an apparatus for operating a number of gas discharge electron guns simultaneously to create in which a number of electron beams each having the desired intensity is obtained without any mutual influencing of the glow discharges occurs in the electron gun, as a result the fact that there are almost no pressure differences between electron guns. Another object of the invention is to create a device in which the pump capacity is optimally used will. The invention also aims at a device with a number of gas discharge electrons beam display systems with almost the same electrode geometry and a simple electrical one To create feeding.
Nach der Erfindung ist eine VorrichtimgAccording to the invention is a Vorrichtimg
der im ersten Absatz genannten Art dadurch gekennzeichnet dass der Raum zwischen der zylindrischen Anode und der Kathode von einem Teil der Umhüllung derart umgeben ist, dass bei mindestens zwei Gasentladungseiektronenstrahlerzeugungssystemen mit einer nahezu identischen Elektrodengeometrie der genannte Raum ein anderes Volumen aufweist, während darin nahezu der gleiche Druck vorherrscht.of the type mentioned in the first paragraph that the space between the cylindrical anode and the cathode is surrounded by part of the envelope is that with at least two gas discharge electron guns with an almost identical electrode geometry, the space mentioned is another Has volume while almost the same pressure prevails therein.
5G985Ö/O68?5G985Ö / O68?
252H27252H27
-jj- PHN. 75^7-yy- PHN. 75 ^ 7
24-4-197524-4-1975
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Strom durch die Glimmentladung durch die Abmessungen des Raumes, in dem die Entladung stattfindet, mitbestimmt wird. Es stellt sich dabei heraus, dass vor allem eine Aenderung des Durchmessers des Entladungsraumes einen grossen Einfluss auf den Strom durch die Entladung in dem Gasentladungselektronenstrahl erzeugungssystem ausübt, welcher Einfluss viel grosser als der Einfluss einer Aenderung des Abstandes zwischen der Anode und der Kathode ist. Der Gedanke, gerade diesen Parameter für die Einstellung des Stromes durch die Glimmentladung in einem Gasentladungselektronenstrahl erzeugungs sys tem zu benutzen, ist ganz neu und bietet z.B. im Vergleich zu Aenderungen des Gasdruckes (des Druckes des gasförmigen ionisierbaren Mediums) viele Vorteile. Bei einem kleineren Durchmesser des Raumes, in dem die Entladung stattfindet, wird der Strom durch die Glimmentladung kleiner, wodurch auch die Intensität des erzeugten Elektronenstrahls kleiner wird.The invention is based on the knowledge that the current flows through the glow discharge the dimensions of the room in which the discharge takes place is also determined. It turns out that above all a change in the diameter of the discharge space has a great influence on the current exerts by the discharge in the gas discharge electron beam generating system, which influence much is greater than the influence of a change in the distance between the anode and the cathode. The thought, precisely this parameter for setting the current through the glow discharge in a gas discharge electron beam using the generation system is completely new and offers compared to changes in the Gas pressure (the pressure of the gaseous ionizable medium) has many advantages. With a smaller diameter of the room in which the discharge takes place, the current through the glow discharge becomes smaller, whereby the intensity of the generated electron beam also becomes smaller.
In der genannten Veröffentlichung vonIn the aforementioned publication by
R.A. Dugdale wird nur angegeben, dass die p.d.-Anforderung für die gewünschte Betriebsspannung erfüllt werden muss, wobei ρ den Gasdruck und d einen mit dem Abstand zwischen der Anode und der Kathode zusammenhängenden Wert darstellt.R.A. Dugdale only indicated that the PD requirement must be met for the desired operating voltage, where ρ is the gas pressure and d one with the Distance between the anode and the cathode is related value.
Bei einer konstanten und nahezu gleichen Gaszufuhr und Beschleunigungsspannung führen verschiedeneWith a constant and almost identical gas supply and accelerating voltage, different
509850/0687509850/0687
252U27252U27
PHN.75^7PHN.75 ^ 7
Abmessungen des Raumes zwischen der Kathode und der Anode (Entladungsraum) dadurch einen sehr verschiedenen Strom durch die Glimmentladung herbei. Dies hat zur Folge, dass Elektronenstrahlen mit sehr verschiedenen Intensitäten erhalten werden. Es ist vorteilhaft, dass, falls- Elektronenstrahlerzeugungssysteme eine gleiche Beschleunigungsspannung aufweisen, für diese Systeme nur eine einzige elektrische Speisequelle erforderlich ist. Indem der Durchmesser des Entladungsraumes und/oder der Abstand zwischen der Anode und der Kathode geändert werden, können Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssysteme mit nahezu gleicher Elektrodengeometrie, aber mit einem anderen Volumen des Entladungsraumes hergestellt werden. Es stellt sich heraus, dass eine Aenderung des Abstandes zwischen der Anode und der Kathode nur einen geringen Einfluss auf die Strom-Spannungs-Kennlinie ausübt. Ein grösserer Abstand zwischen der Anode und der Kathode ergibt aber wohl ein in elektronenoptischer Hinsicht besseres System.Dimensions of the space between the cathode and the anode (discharge space) are very different Current through the glow discharge. This has the consequence that electron beams with very different Intensities are obtained. It is advantageous that if electron guns are the same Have accelerating voltage for these systems only a single electrical supply source is required. By the diameter of the discharge space and / or the distance between the anode and the cathode can be changed, gas discharge electron guns produced with almost the same electrode geometry, but with a different volume of the discharge space will. It turns out that changing the distance between the anode and the Cathode only has a minor influence on the current-voltage characteristic. A greater distance between the anode and the cathode, however, there is probably a better system from an electron-optical point of view.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below, for example with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung, undFig. 1 is a schematic section through a device according to the invention, and
Fig. 2 die Kennlinien zweier Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssysteme mit zwei verschiedenen Innendurchmessern.2 shows the characteristics of two gas discharge electron gun systems with two different inside diameters.
In Fig. 1 sind in einem Vakuumraum zweiIn Fig. 1 there are two in a vacuum space
509850/OS8?509850 / OS8?
-/- PHN. 75 '*7- / - PHN. 75 '* 7
24-4-1975 * τ »24-4-1975 * τ »
Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssysteme A und B mit Durchmessern des Entladungsraximes D bzw. D„ angeordnet. In dieser Figur ist ein schema.tischer Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Die genannten Durchmesser betragen 12 mm (D_) und 17»4 mm (D.. ), aber der Durchmesser kann über einen noch viel grösseren Bereich geändert werden.Gas discharge electron gun systems A and B arranged with diameters of the discharge practice D or D ". In this figure is a schematic section represented by an embodiment. The mentioned diameters are 12 mm (D_) and 17 »4 mm (D ..), but the diameter can be changed over a much larger range.
Jedes Gas en ti adTings elektronen strahl er-Every gas en ti adTings electron beam
zeugungssystem besteht ans einem Elektrodensystem, das in diesem Falle aus einer Kathode 2 und einer zylindrischen Anode 3 aufgebaut ist. Eine Speiseqtielle 5 liefert eine stabilisierte Spannung V und einen begrenzten Strom I. Ueber ein geregeltes Gaseinlassventil h wird Gas aiis den Behältern G in den Entladtxngsraum eingelassen. Ein Druck von 0,01 bis 0,1 Torr wird in der Umhüllung 1 mittels der Pumpe 7 aufrechterhalten. Indem nun die Kathode 2 auf eine stark negative Spannung (z.B. 25 kV) in bezug auf die Anode 3 gebracht wird, wird eine Glimmentladiing in dem Entladungsraum 6 erhalten. Die in der Glimmentladung erzeugtenpositiven Ionen prallen auf die Kathode 2, wodurch diese anfängt, Elektronen zn emittieren (Sekundäremission). Durch die Form des elektrischen Feldes zwischen der Anode und der Kathode 2 werden die genannten Elektronen zu einem Strahl fokussiert. Der nach der Erfindung eingestellte Strom kann mittels eines bereits bekannten ' Regels3*-stems (das in Fig. 1 nicht dargestellt ist) stabilisiert werden, das Aenderungen in diesem Stromgenerating system is ans an electrode system, which is made up of a cathode 2 and a cylindrical anode 3 in this case. A supply 5 supplies a stabilized voltage V and a limited current I. Via a regulated gas inlet valve h , gas from the containers G is admitted into the discharge space. A pressure of 0.01 to 0.1 Torr is maintained in the envelope 1 by means of the pump 7. By now bringing the cathode 2 to a strongly negative voltage (eg 25 kV) with respect to the anode 3, a glow discharge is obtained in the discharge space 6. The positive ions generated in the glow discharge collide with the cathode 2, as a result of which it begins to emit electrons (secondary emission). Due to the shape of the electric field between the anode and the cathode 2, the electrons mentioned are focused into a beam. The current set according to the invention can be stabilized by means of an already known control system (which is not shown in FIG. 1), which changes in this current
509850/0687509850/0687
252H27252H27
PHN.75^7 22,-4-1975·PHN.75 ^ 7 22, -4-1975 ·
detektiert und korrigiert, dadurch, dass es das Einlassventil h mehr oder weniger öffnet, wodurch der Druck des gasförmigen ionisierbaren Mediums in dem Entladungsraum 6 geregelt wird (geringe Aenderungen).detected and corrected by the fact that it opens the inlet valve h more or less, whereby the pressure of the gaseous ionizable medium in the discharge space 6 is regulated (small changes).
Fig. 2 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinien zweier Gasentladungselektronenstrahlerzeugungssysteme mit "Durchmessern von 12 bzw. 17»^ nun (D bzw. 1D1). Der kleinere Durchmesser weist eine Kennlinie auf, die bei einer gleichen Beschleunigungsspannung V einen erheblich niedrigeren Kathodenstrom zeigt. Indem der Durchmesser des Entladungsraumes geändert wird, können Gasentladungselektronenstrahlerzeugimgssysteme mit einer ganz anderen Strom-Spannungs-Kennlinie bei der gleichen Elektrodengeometrie erhalten werden. Die Anoden 3 dürfen auch mit Blenden versehen sein. Die Anoden können einen Teil der Wand der Umhüllung bilden. Die Kathoden können vom sogenannten "Hohlkathodentyp" sein, bei dem die Elektronen in dem sich in der hohlen Kathode befindenden Teil der Glimmentladung erzeugt werden, oder sie können von dem in der genannten britischen Veröffentlichung von R.A. Dugdale beschriebenen Typ sein, bei dem die Elektronen durch Sekundäremission erzeugt werden. Die Kathoden 2 können auch derart ausgebildet sein, dass stets ein anderer Teil der Kathode dem lonenbeschuss ausgesetzt wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Kathoden z.B. rotierend ausgeführt werden.Fig. 2 shows the current-voltage characteristics of two gas discharge electron beam generating systems with "diameters of 12 or 17» ^ now (D or 1 D 1 ) By changing the diameter of the discharge space, gas discharge electron beam generating systems with a completely different current-voltage characteristic can be obtained with the same electrode geometry. The anodes 3 may also be provided with diaphragms. The anodes can form part of the wall of the envelope Cathodes can be of the so-called "hollow cathode" type, in which the electrons are generated in the part of the glow discharge located in the hollow cathode, or they can be of the type described in the aforementioned British publication by RA Dugdale, in which the electrons are generated by secondary emission The cathodes 2 can also dera be designed so that a different part of the cathode is always exposed to the ion bombardment. This can be done in that the cathodes are designed to rotate, for example.
Die erzeugten Elektronenstrahlen könnenThe electron beams generated can
5 0 9 8 5 0/06875 0 9 8 5 0/0687
252H27252H27
■ -gfc. pun.7547■ -gfc. pun.7547
24-4-197524-4-1975
mit Hilfe elektrischer oder.magnetischer Felder fokussiert werden. Durch Anwendung einer oder mehrerer Vierpollinsen kann ein astigmatischer Strahl erhalten werden, mit dem z.B. eine linienförmige Schweissung hergestellt werden kann.with the help of electric or magnetic fields be focused. An astigmatic beam can be obtained by using one or more quadrupole lenses with which, for example, a linear weld can be produced.
Oie Spannung zwischen der Anode und der Kathode kann auch umgekehrt und angepasst werden, so dass ein Ionenstrahl statt eines Elektronenstrahls erze"ug$ wird.The voltage between the anode and the Cathode can also be reversed and adjusted so that an ion beam instead of an electron beam ores "ug $ will.
509850/0687509850/0687
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
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| NL7407058A NL7407058A (en) | 1974-05-27 | 1974-05-27 | DEVICE FOR THE SIMULTANEOUS OPERATION OF A NUMBER OF GAS DISCHARGE ELECTRONIC GUNS. |
| NL7407058 | 1974-05-27 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| DE2521427B2 DE2521427B2 (en) | 1976-10-21 |
| DE2521427C3 DE2521427C3 (en) | 1977-06-02 |
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ID=
Also Published As
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| ATA399175A (en) | 1975-11-15 |
| FR2273367B1 (en) | 1979-03-30 |
| DE2521427B2 (en) | 1976-10-21 |
| JPS55853B2 (en) | 1980-01-10 |
| JPS514495A (en) | 1976-01-14 |
| NL7407058A (en) | 1975-12-01 |
| CA1030588A (en) | 1978-05-02 |
| CH585964A5 (en) | 1977-03-15 |
| SE398023B (en) | 1977-11-28 |
| AT331370B (en) | 1976-08-25 |
| SE7505869L (en) | 1975-11-28 |
| GB1518153A (en) | 1978-07-19 |
| FR2273367A1 (en) | 1975-12-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |