DE4112407A1 - Heisskathoden-ionisationsmanometer - Google Patents

Description

Heißkathoden-Ionisationsmanometer mit den folgenden, mit gegenseitigem Abstand voneinander in der angegebenen Reihen­ folge längs einer Achse angeordneten Elektroden

• a) einer Glühkathode, die einen mittleren aktiven Teil und seitliche Halterungsteile aufweist;
• b) einer ebenen, blendenartigen Steuerelektrode,
• c) einem ebenen Beschleunigungsgitter und
• d) einer ebenen Ionenfängerelektrode,

und mit einer Grundplatte, an der die Steuerelektrode, das Beschleunigungsgitter und die Ionenfängerelektrode jeweils über eine senkrecht zum Hauptteil der betreffenden Elektrode verlaufende Lasche und einen mit der Lasche verbundenen Halterungsbolzen angebracht sind.

Ein solches Heißkathoden-Ionisationsmanometer ist aus DE 36 28 847 A, Fig. 7 bekannt. Die Steuerelektrode, das Be­ schleunigungsgitter und die Ionenfänger-Elektrode haben am unteren Rand jeweils eine rechtwinklig abstehende Halterungs­ lasche, die mit einem auch zum elektrischen Anschluß dienenden Halterungsbolzen verschraubt ist. Die Halterungs­ bolzen gehen durch eine Grundplatte aus Metall, gegen die sie durch Keramikbuchsen isoliert sind. In der Praxis sind die Halterungsbolzen gekröpft und sie gehen dann noch durch eine zweite Platte, um sie gegen ein Verdrehen zu sichern. Diese Konstruktion ist kompliziert und muß sehr sorgfältig montiert werden, da die Keramikbuchsen leicht brechen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heißkathoden- Ionisationsmanometer mit den oben angegebenen Merkmalen zu schaffen, welches robuster sowie einfacher im Aufbau und der Montage ist und das kleiner baut.

Diese Aufgabe wird bei einem Heißkathoden-Ionisationsmano­ meter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß die Elektroden in einer flächenhaften Keramikanordnung gelagert sind. Die flächige Keramikanordnung kann Keramikleisten enthalten, die quer zur Achse des Elektrodensystems verlaufen und ihrerseits an einer Grundplatte aus Metall befestigt sind, oder sie kann durch eine einstückige, an mindestens einer Oberfläche teilweise metallisierte Keramikplatte gebildet werden.

Vorzugsweise weisen die Beschleunigungselektrode und die Ionenfängerelektrode jeweils einen abgewinkelten Fuß auf, der mit einem Anschlußbolzen verbunden, vorzugsweise verschweißt ist, wobei die Ionenfängerelektrode und die Beschleunigungselektrode mit einander zugewandten Füßen an einer ersten Keramikleistenanordnung oder der Keramik- Grundplatte gehaltert und so ausgebildet sind, daß die Halterungslasche der einen dieser Elektroden unter den unteren Rand der anderen Elektrode reicht ohne diese zu berühren. Im Falle der Halterung durch Keramikleisten sind die Steuerelektrode und die Glühkathode an einer zweiten Keramikleistenanordnung gehaltert, welche in axialem Abstand von der ersten Keramikleistenanordnung auf der Grundplatte befestigt ist. Jede Keramikleistenanordnung enthält vorzugs­ weise eine Leiste aus Glaskeramik und eine zweite Leiste aus Aluminiumoxidkeramik.

Vom aktiven Teil der Glühkathode aus fluchten die Durch­ brechungen bzw. Fenster der Steuer- und der Beschleunigungs­ elektrode, und die Ionenfängerelektrode ist so groß, daß sie sich vom aktiven Teil der Kathode aus gesehen über das ganze "Gesichtsfeld" erstreckt.

Das vorliegende Heißkathoden-Ionisationsmanometer ist einfach im Aufbau, robust und leicht zu montieren. Es läßt sich sehr klein bauen, so daß es nicht nur unter beengten Verhältnissen einsetzbar ist, sondern auch eine kürzere Ansprechzeit als das oben erwähnte bekannte Ionisations­ manometer hat. Es hat sich ferner herausgestellt, daß der Winkelbereich ("Öffnungswinkel"), innerhalb dessen sich die Richtung eines Magnetfeldes, in dem das Ionisationsmanometer betrieben wird, ändern kann, ohne die Funktion des Ionisationsmanometers zu beeinträchtigen, erheblich größer ist als im bekannten Falle.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte, vergrößerte Darstellung eines Elektrodensystems mit zugehöriger Halterung eines Heißkathoden-Ionisationsmanometers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Elektrodensystem gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht und Seitenansicht der Glühkathode des Ionisationsmanometers gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Draufsicht und Seitenansicht der Steuer­ elektrode des Ionisationsmanometers gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 5a und 5b eine Vorder- und Seitenansicht eines ersten Rahmenteiles des Beschleunigungsgitters;

Fig. 5c eine Vorderansicht eines zweiten Rahmenteiles des Beschleunigungsgitters;

Fig. 5d eine Vorderansicht eines Gittereinsatzes des Beschleunigungsgitters;

Fig. 6 eine Vorder- und Seitenansicht der Ionenfänger­ elektrode des Ionisationsmanometers gemäß Fig. 1 und 2;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Ionisations­ manometers gemäß Fig. 1 bis 6 mit Gehäuse;

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Keramik-Grundplatte für ein Ionisationsmanometer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 einen Schnitt in einer Ebene 9-9 der Fig. 8, in den noch weitere Teile des Ionisationsmanometers eingezeichnet sind.

Das in den Fig. 1 bis 7 dargestellte bevorzugte Aus­ führungsbeispiel des vorliegenden Heißkathoden-Ionisations­ manometers enthält eine Glühkathode 10 aus einem etwa 0,4 bis 0,8 mm, insbesondere 0,6 mm dicken thorierten Wolfram­ draht, ferner eine ebene Steuerelektrode 12, ein ebenes Beschleunigungsgitter 14 und eine ebene Ionenfängerelektrode 16, die in der angegebenen Reihenfolge längs einer Achse A angeordnet sind.

Wie Fig. 3 genauer zeigt enthält die Glühkathode einen mittleren, geraden aktiven Teil 10a, an den sich zwei schleifenförmige seitliche Teile 10b anschließen, die zur Wärmeisolation dienen und in gerade Teile 10c übergehen, welche jeweils in einen Metallfuß 18 hart eingelötet sind.

Die in Fig. 4 genauer dargestellte Steuerelektrode 12 enthält einen ebenen, plattenförmigen Teil 12a und einen mit diesem einstückigen L-förmigen Fußteil 12b, der an der Mitte der Längsseite des plattenförmigen Teiles 12a ansetzt und im abgewinkelten Schenkel ein Montageloch 12c aufweist. Der plattenförmige Teil 12a hat eine schlitzförmige Durch­ brechung 12d, die von einer Ausfräsung umgeben ist, so daß der die Durchbrechung umgebende Teil der Steuerelektrode dünner ist, so daß er sich bei der im Betrieb auftretenden Erhitzung durch die von der Kathode ausgehende Wärme nicht so leicht verzieht.

Das Beschleunigungsgitter 14 ist eine dreiteilige Kon­ struktion. Es enthält einen ersten, plattenförmigen Rahmen­ teil 14a, der an der einen Längsseite einen integralen, abgewinkelten Halterungsteil 14b mit einem Montageloch 14c aufweist. Das Beschleunigungsgitter enthält ferner einen zweiten, rechteckigen Rahmenteil 14d (Fig. 5c) sowie einen Gittereinsatz 14e (Fig. 5d). Die beiden Rahmenteile haben jeweils ein rechteckiges Fenster 14f, 14g und der Gitter­ einsatz 14e hat in einem mittleren Bereich, der den Fenstern 14f, g entspricht, ein Gitterfenster 14h mit einer Anzahl paralleler vertikaler Schlitze deren Anzahl und Breite je nach Verwendungszweck des Ionisationsmanometers verschieden sein können, worauf noch näher eingegangen werden wird.

Bei der Herstellung des Beschleunigungsgitters werden der erste Rahmenteil 14a (Fig. 5a), der Gittereinsatz 14e (Fig. 5d) und der zweite Rahmenteil 14d (Fig. 5c) aufeinander gelegt, so daß sich die Fenster 14f, 14g und 14h decken, und die drei Teile werden dann durch Punkt­ schweißen miteinander verbunden.

Die in Fig. 6 genauer dargestellte Ionenfängerelektrode 16 hat einen massiven Plattenförmigen Teil 16a und einen integralen, kurzen, L-förmigen Halterungsteil 16b, der am einen Ende des unteren Längsrandes des plattenförmigen Teiles 16a ansetzt und im waagrechten Schenkel ein Montage­ loch 16c aufweist. Der mit dem plattenförmigen Teil 16a fluchtende senkrechte Schenkel des Halterungsteiles ist so hoch, daß der waagrechte Schenkel des Halterungsteiles 14b des Beschleunigungsgitters sich unter den unteren Rand des Teiles 16a erstrecken kann ohne ihn zu berühren. Dies ermög­ licht es, die Ionenfängerelektrode näher an der Beschleunigungselektrode anzuordnen, als bei dem eingangs erwähnten bekannten Ionisationsmanometer, wodurch nicht nur die Abmessungen verkleinert werden, sondern auch gewähr­ leistet ist, daß die Ionenfängerelektrode das ganze, durch die Durchbrechungen der Steuer- und der Beschleunigungs­ eletrode begrenzte "Gesichtsfeld" des aktiven Teiles der Kathode überdeckt.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind die beschriebenen Elektroden auf einer Grundplatte 20 aus Metall über Paare von Keramikleisten 22, 24 bzw. 26, 28 gelagert. Die Keramik­ leisten 22, 26 bestehen aus Glaskeramik; die Keramikleisten 24, 28 aus Aluminiumoxidkeramik.

Die abgewinkelten Halterungsteile der Elektroden 12, 14 und 16 sind jeweils mit einem Halterungsbolzen 36, 30 bzw. 32, dessen Kopf sich durch das betreffende Montageloch 12c, 14c bzw. 16c erstreckt, vernietet. Die Halterungsbolzen haben jeweils ein Außengewinde. Die Metallfüße 18 der Kathodenan­ schlüsse sind ebenfalls mit entsprechenden Schraubenbolzen 34 verbunden oder werden durch diese gebildet.

Die Halterungsbolzen 30, 32 des Beschleunigungsgitters 14 bzw. der Ionenfängerelektrode 16 sitzen in dem ersten Paar 22, 24 von Keramikleisten, während die Halterungsbolzen 34, 36 der Kathode bzw. der Steuerelektrode in den anderen beiden Keramikleisten 26, 28 sitzen. Zwischen den Halte­ rungsbolzen 30, 32 befindet sich eine geerdete Schraube 38.

Die aus Al₂O₃ bestehenden Keramikleisten 24, 28 weisen lediglich drei Löcher auf. Die Glaskeramikleisten 22, 26 haben zusätzlich an ihrer Unterseite, die der Grundplatte 30 zugewandt ist, einen leistenartigen Ansatz 22a bzw. 26a, der jeweils in einen Schlitz 20a bzw. 20b der Grundplatte ein­ greift. Wie analog unten anhand von Fig. 8 erläutert werden wird, sind an der Oberseite der Glaskeramikleisten rechts und links von den Bohrungen für die Halterungsbolzen kurze seitliche Schlitze (oder ein durchgehender Schlitz) vor­ gesehen, in die Querstifte eingreifen, welche in Quer­ bohrungen der Halterungsbolzen sitzen und eine Verdrehung der Halterungsbolzen verhindern, wenn Muttern 40 (Fig. 7), die die Anordnung zusammenhalten, auf die Halterungsbolzen aufgeschraubt werden. Durch die beschriebene Anordnung werden auch Drehmomente von Kabeln, die mit den Halterungs­ bolzen über Kabelschuhe, aufgesteckte oder aufgeschraubte, mit den Anschlußkabeln verlötete Buchsen oder dergleichen angebracht sind (nicht dargestellt), aufgenommen.

Die in einer mittleren Bohrung in den Keramikleisten 22, 24 sitzende, über die Grundplatte 20 geerdete Schraube 38 verhindert Kriechströme vom Beschleunigungsgitterhalter zum Ionenfängerhalter.

Die beschriebene Anordnung ist einfach zu montieren, sehr zuverlässig und auch raumsparend, da für den Anschluß der Kabel keine zweite Platte unterhalb der Grundplatte erforder­ lich ist. Wie Fig. 7 zeigt, hat die Metall-Grundplatte 20 eine zur Montage dienende, etwa L-förmige Verlängerung 20a mit Montagelöchern 20b. Sie hat ferner an ihrer rechten, linken und oberen Seite jeweils einen Positionierungsansatz 20c, für ein Metallgehäuse 42, welches mindestens ein Gas­ einlaß-Loch 42a aufweist und an der Grundplatte angeschweißt ist. Die Grundplatte 20 kann auch an zwei entgegengesetzten Seiten jeweils einen umgebogenen Flansch zur Befestigung des Gehäuses mit Schrauben oder dergl. aufweisen. Die Befestigung kann vorteilhafterweise auch mittels eines am Gehäuse angebrachten Flansches oder dergl. erfolgen.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung bestanden die Elektroden 12, 14 und 16 jeweils aus 1 mm dickem nicht­ rostenden Stahl. Die Steuerelektrode 12 hatte eine schlitz­ förmige Öffnung mit einer Höhe von 2,5 mm und einer Breite von 16 mm. Im Bereich der Ausfräsung, die 8×16 mm groß war, betrug die Dicke etwa 0,2 mm. Die Fenster des Beschleuni­ gungsgitters waren 6 mm hoch und 16 mm breit. Die freien Abstände zwischen dem aktiven Teil der Kathode und der Steuerelektrode sowie zwischen letzterer und dem Beschleuni­ gungsgitter betrugen jeweils ca 1 mm. Der Abstand zwischen dem Beschleunigungsgitter 14 und Ionenfänger 16 betrug 7,5 mm und die Kathode 10, sowie die Öffnungen der Steuer­ elektrode 12 und des Beschleunigungsgitters waren bezüglich des Ionenfängers 16 so angeordnet, daß letzter sich über den ganzen Höhenbereich eines Winkelsektors (Fig. 1) erstreckt, der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ± 25° bezüglich der Achse A groß ist und durch Geraden begrenzt wird, die vom aktiven Teil der Kathode durch den oberen bzw. unteren Rand der schlitzförmigen Öffnung 12d der Steuerelektrode sowie den oberen bzw. unteren Rand des resultierenden Fensters des Beschleunigungsgitters 14 gehen.

Die Schlitze und Stäbe des Beschleunigungsgitters können beispielsweise folgende Abmessungen haben:

Typ I:
2 Schlitze/mm; Schlitzbreite 0,4 mm; Stabbreite 0,1 mm.
Typ II:	2 Schlitze/mm; Schlitzbreite 0,1 mm; Stabbreite 0,4 mm.
Typ III:	4 Schlitze/mm; Schlitzbreite 0,15 mm; Stabbreite 0,1 mm.

Der Gittereinsatz 14e kann beispielsweise aus 50 µm dicker Folie aus Molybdän, Berylliumbronze oder nichtrostendem Stahl bestehen.

Das Gehäuse 42 umgibt das Elektrodensystem mit geringem Abstand, z. B. 1 mm.

Der Begriff "Glaskeramik" soll hier stellvertretend für alle relativ leicht bearbeitbaren, z. B. fräsbaren Keramik­ materialien stehen.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 erläutert wird, tritt eine Keramik-Grundplatte 120 an die Stelle der Metall-Grundplatte 20 und der Keramikleisten 22-28.

Die Keramik-Grundplatte 120 hat sechs Löcher 151 bis 156, die den Löchern der Keramikleisten entsprechen und die Halterungsbolzen der Elektroden aufnehmen. Die Oberseite der Grundplatte ist mit einer Metallschicht 140, z. B. aus Gold, überzogen, die in einem solchen Abstand vom Rand der Löcher, mit Ausnahme des die geerdete Schraube aufnehmenden Loches endet, daß die Halterungsbolzen 30, 32 mit ihren Köpfen und ggf. untergelegten Beilagscheiben 30a, bzw. 32a keinen Kontakt mit der geerdeten Metallschicht machen. Eine ent­ sprechende Beschichtung 142 ist auch auf der Unterseite der Keramikplatte vorgesehen. Die Oberseite der Keramikplatte ist ferner mit zwei Nuten 144, 146 versehen, die durch die Löcher 151 bis 153 bzw. 154 bis 156 gehen und die oben bereits erwähnten, zur Verdrehungssicherung dienenden Querstifte 148 aufnehmen. Im übrigen entspricht die Konstruktion der gemäß Fig. 1 bis 7. Die Halterung erfolgt z. B. über das nicht dargestellte Gehäuse oder die geerdete Schraube 38.

Die anhand von Fig. 8 und 9 erläuterte Konstruktion läßt sich dadurch noch weiter vereinfachen, daß man die Halterungsbolzen 30, . . . mit einem hitzebeständigen Keramik­ kleber, Glaslot, Hartlot oder dgl., in den entsprechenden Löchern 151 bis 156 befestigt. Die Muttern 40 können dann entfallen und die Montage wird entsprechend vereinfacht.

Claims (10)

1. Heißkathoden-Ionisationsmanometer mit den folgenden, mit gegenseitigem Abstand voneinander in der angegebenen Reihen­ folge längs einer Achse (A) angeordneten Elektroden

• a) einer Glühkathode (10), die einen mittleren aktiven Teil (10a) und seitliche Halterungsteile (10b, 10c) aufweist;
• b) einer ebenen, blendenartigen Steuerelektrode (12),
• c) einem ebenen Beschleunigungsgitter (14) und
• d) einer ebenen Ionenfängerelektrode (16), und mit einer Grundplatte (20), an der die Steuerelektrode, das Bescheunigungsgitter und die Ionenfängerelektrode jeweils über eine senkrecht zum Hauptteil der betreffenden Elektrode verlaufende Lasche und einen mit der Lasche verbundenen Halterungsbolzen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsbolzen jeweils über streifenförmige Keramikleisten (22, 24, 26, 28) an der aus Metall bestehenden Grundplatte (20) gehaltert sind.

2. Ionisationsmanometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (120) aus Keramik besteht und auf mindestens einer Seite mit einer Metallschicht versehen ist, die im Abstand von den Rändern von die Halterungsbolzen aufnehmenden Löchern (151, 153-156) endet (Fig. 8 und 9).

3. Ionisationsmanometer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glühkathode (10) und die Steuerelektrode (12) durch eine gemeinsame erste Keramikleistenanordnung (26, 28) an der Grundplatte (20) gehaltert ist und daß das Beschleunigungsgitter (14) sowie der Ionenfänger (16) über eine gemeinsame zweite Keramikleistenanordnung (22, 24) an der Grundplatte (20) gehaltert sind.

4. Ionisationsmanometer nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Keramikleistenanordnung eine Leiste (22, 26) aus Glaskeramik und eine Leiste (24, 28) aus Oxidkeramik enthält, die auf entgegengesetzten Seiten der Grundplatte angeordnet sind.

5. Ionisationsmanometer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich die Laschen (14b, 16b) des Beschleunigungsgitters (14) bzw. der Ionenfängerelektrode (16) in einander entgegengesetzte axiale Richtungen erstrecken dadurch gekennzeichnet, daß die Lasche der einen der genannten Elektroden bis unter den unteren Rand der anderen Elektrode reicht, ohne ihn zu berühren.

6. Ionisationsmanometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen der Elektroden mit den Halterungsbolzen vernietet oder verschweißt sind.

7. Ionisationsmanometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch mit Masse verbundenes leitendes Teil (38) zwischen den Halterungsbolzen (30, 32) der Beschleunigungselektrode (14) und der Ionenfänger­ elektrode (16) angeordnet ist.

8. Ionisationsmanometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Elektroden eng umgebendes Gehäuse (42), das mindestens eine Gaseinlaß­ öffnung (42a) aufweist.

9. Ionisationsmanometer nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse eine Vorrichtung zur Halterung des Ionisationsmanometers aufweist.

10. Ionisationsmanometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (20) eine zur Halterung des Ionisationsmanometers dienende Verlängerung (20a) aufweist.