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Einrichtung zur Erzeugung von Hochvakuum Die Erfindung betrifft eine
Einrichtung zur Erzeugung von Hochvakuum, bei der eine zusätzliche Pumpwirkung durch
eine in der zur Vorvakuumpumpe führenden Saugleitung eingeleitete elektrische Gleichstromentladung
erzeugt wird.
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Bei- den bisher bekannten Einrichtungen wird gewöhnlich das Vorvakuum
mit einer rotierenden ülpumpe erzeugt. Zur Herstellung des Hochvakuums wird im allgemeinen
eine Quecksilberdampfstrahlpumpe (Diffusionspumpe) und zur Bindung noch vorhandener
Gasreste ein Fangstoff verwendet. Während des Evakuierens werden die Elektroden
der Röhre erhitzt, um die okkludierten Gase auszutreiben.
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Die Erfindung benutzt zur Erzeugung des Hochvakuums eine grundsätzlich
andere Methode. Sie besitzt in den Fällen, in denen nur gelegentlich einzelne Röhren
@evakuiert werden müssen, also in kleineren I.dboratorien, Vorteile, da keine besondere
Hochvakuumpumpe erforderlich ist, sondern nur eine im allgemeinen vorhandene .elektrische
Entladungsstrecke und entsprechende Schaltelemente, z. B. Drosseln, gebraucht werden.
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Es ist bekannt, daß in einer elektrischen Gasentladung ein Transport
der ionisierten Moleküle oder Atome stattfindet, die sich m einer Gleichstromentladung,
z. B. in Richtung des elektrischen Feldes, bewegen. Es sind .auch schon Vorrichtungen
bekannt, die diese Erscheinung benutzen, um eine Pump--,virkung zu erzielen. Damit
aber eine solche Pumpwirkung nicht schon bei einem verhältnismäßig schlechten Vakuum
durch das Abreißen der Entladung ,aufhört, sind besondere Schaltmaßnahmen erforderlich.
Es müssen auch Vorkehrungen getroffen werden, damit die Entladung noch bei gutem
Vakuum zünden kann, um auf diesem Wege ein wirkliches Hochvakuum zu erzielen.
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Bei einer Einrichtung zur Erzeugung von Hochvakuum in Entladungsgefäßen,
bei der eine zusätzliche Pumpwirkung durch eine in der zur Vorvakuumpumpe führende
Saugleitung eingeleitete elektrische Gleichstromentladung erzeugt wird, ist gemäß
der Erfindung in die Zuleitungen zu den Elektroden, zwischen denen die elektrische
Entladung stattfindet, ein Widerstand, z. B. eine Drosselspule, ein durch einen
Kondensator überbrückter Ohmscher Widerstand, eingescb.altet und zur Zündung der
Entladung eine Spannungsquelle mit hohem innerem Widerstand, z. B. Induktor, Teslatransformator,
vorgesehen. Die Entladung bleibt so lange bestehen, bis das Gefäß evakuiert ist.
Zwecks Einleitung der Entladung
und Erleichterung des Beginnes
der Entladung wird zweckmäßig eine Glühkathode verwendet. Man kann aber auch kalte
Katlwt den verwenden und zwischen diesen fit" Lichtbogen :durch kurzes Anlegen einer
4 hohen Spannung erzeugen, durch den Gas in der Entladungsbahn direkt ionisiert
wird. -Die Erfindung- kann man auch in umgekehrter Richtung benutzen und in einer
Kammer eines vorevakuierten Gefäßes eine gewisse Druckerhöhung gegenüber einer anderen
Kammer damit erzeugen.
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In Abb. i ist i ein einer gewöhnlichen Glühlampe ,ähnliches Gefäß,
das an eine Vorpumpe 2 .angeschlossen ist und eine Glühkathode 3 - enthält. Die
Elektronen werden durch eine Röhre 5 aus Isoliermaterial zur Anode 4. gezogen, die
von einem Gleichrichter 6 über eine Spule 7 positive Spannung erhält. Die Anode
ist durch eine Rohrleitung 8 mit dem zu evakuierenden Gefäß 9 verbunden. i o ist
der Kathodenheizkreis. Die Induktanz 7 ist verhältnismäßig groß und dient dazu,
nach der Zündung des Lichtbogens für den Pumpprozeß die Spannung wieder zu vergrößern;
da der Strom im Lichtbogen die Tendenz hat, abzunehmen, sobald das Vakuum im Gefäß
besser wird. Man erhält auf diese Weise ein höheres Vakuum, als ohne .die Erhöhung
der Spannung möglich wäre.
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Die Arbeitsweise der eben beschriebenen Einrichtung ist folgende Wenn
der Heizfaden 3 erhitzt wird, .geht von ihm ein Elektronenstrom zur Anode der auf
seinem Wege zur Anode das in dieser Wegstrecke enthaltene Gas ionisiert. Ionen bewegen
sich von der Anode zum Heizfaden. Sofern die Entladung durch ein Rohr von kleinem
Durchmesser hindurchgeht, wie beim Rohr 5, ist es für die Ionen, die durch das Rohr
hindurchgegangen und am Heizfaden neutralisiert sind, unmöglich, wieder in die Umgebung
der Anode 4. zurückzukehren. Infolgedessen wird dadurch, daß man- eine Hochspannungsentladung
zwischen der Anode q. und dem Heizfaden 3 erzeugt; eine Gasbewegung durch das Rohr
hindurch statt: finden und in dem zu entlüftenden Gefäß ein Vakuum erzeugen.
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Bei der Ausführungsform in Abb.2 ist von der - Isolatorröhre 5 der
Abb. i Abstand genommen. Hier wird die Kathode 51 von einem- Schirm 53 umgeben und
gegenüber der Mündung des Metallrohres 52 ,angeordnet, das zugleich als Anode dient.
- Die Kathode erhält von der Spannungsquelle 54 über die Leittungen 55 Heizstrom.
Der Anode 52 wird von der Spannungsquelle 56 über einen Widerstand 57 positive Spannung
zugeführt, so d,aß ein Elektronenfluß voll der Kathode 51 zur Anode 52 entsteht.
Ein Teil der Elektronen trifft erst im Rohr 52 auf die Rohrwandungen ",äüf. Der
Schirm 53 kann dieselbe Spannung #b@:ben wie .die Kathode. Er kann aber auch "über
einen Widerstand 58 eine negative Spannung erhalten, um eine Fokussierung der Elektronen
in das Rohr 52 hinein zu bewirken. 59 ist die zur Vorvakuumpumpe führende Leitung.
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Bei-; der Anordnung in Abb. 3 wird ein Pumpprozeß zwischen
kalten Elektroden erzeugt. Hier ist eine regelbare - Gleichspannungsquelle 31 mit
Metallröhren 32 und 33 verbunden, die durch Isolationszwischenstücke 34. ,aus Glas
o. dgl: voneinander getrennt sind. Der Anschluß von 32 erfolgt über die Sekundärwicklung
eines von einer Batterie 36 gespeisten Induktors 35; der zur Erzeugung sehr honen
Spannungsimpulse dient. Nachdem eine bestimmte Spannung erreicht ist, wird das Gas
innerhalb der Isolationsröhre 3q., das schon vorher durch die mech.anische Vakuumpumpe
verdünnt war, ionisiert. Hierdurch wird eine elektrische Entladung eingeleitet,
die wie in den vorhergehenden Fällen eine Pumpwirkung ausübt. Der Widerstand der
Hochspannungswicklung des Induktors dient dazu, das Anwachsen des Entladungsstromes
zu begrenzen. Bei der Verbesserung des Vakuums tritt eine Abnahme des Stromes ein,
die eine Erhöhung der Spannung an der Elektrode 32 mit sich bringt. Erforderlichenfalls
kann noch ein weiterer Widerstand in Reihe dazugeschaltet werden. Der Induktor wird
zweckmäßig so geschaltet, daß die Spannungsspitzen im gleichen Sinn wie die Gleichstromspannung
des Generators wirken. Die. Pumpwirkung wird erhöht, wenn i auch die Metallteile
innerhalb des zu evakuierenden Gefäßes mit der positiven Klemme des Generators verbunden
werden, und zwar über einen strombegrenzenden Widerstand ;7.
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Erforderlichenfalls kann man die hohe Spannung für die Elektrode 32
von der Sekundärwicklung- eines Tcslatransformators abnehmen, der gegenüber einer
einfachen Induktionsspu'e den Vorteil hat, daß der Gleichstromwiderstand und die
Energieverluste an den Elektroden etwas geringer sind. Wahrscheinlich rühren die
geringen Energieverluste von den verhältnismäßig nur kurzen Wegen her, den die Ionen
zwisch,cii den Wechseln. der Nochfrequenzspannung der Teslaspule zurücklegen können,
wodurch die Wechselstromkomponente der Entladung verhältnismäßig klein wird.
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In Abb. ¢ wird ein Generator 4.i, der durch einen veränderlichen Widerstand
:12 geregelt wird, als Gl.eichspannungsquelle benutzt. Der eine Pol seiner Spannung
wird mit den
Elektroden 4.3 und 44 und zweckmäßig auch mit den Metallteilen
innerhalb der zu evakuierenden Röhre verbunden. Der andere Pol liegt an der Elektrode
48. In den Leitungeil zu den Elektroden 4.3 und 44 liegen Widerstände, die den Strom
begrenzen, zweckmäßig überbrückt von Kondensatoren. Die Kondensatoren verbessern
die Wirkung der Pumpe, da sie starke momentane Entladuingen gestatten. Zur Einleitung
der Entladung wird in diesem Falle die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators
4.5, der über Leitungen q.9 gewöhnlichen Wechselstrom erhält, dazu benutzt, der
Elektrode 43 eine hohe Spannung zuzuführen. Der Pumpprozeß wird durch die mechanische
Pumpe 46 eingeleitet, die durch den Motor q.7 über das Getriebe q 8 angetrieben
wird. Nachdem ein genügendes Vorvakuum erreicht ist, wird der Generator q. i mit
geringer Spannung angelassen. und der Tra,nsformator45 eingeschaltet. Es geht sofort
eine elektrische Entladung von der Elektrode q.3 nach 4.8 über, die eine Pumpwirkung
ausübt und das Gas in den Einlaß der Pumpe 46 drückt. Es werden auch sekundäre Entladungen
stattfinden, und zwar von der Elektrode 4.4. und den Metallteilen der zu evakuierenden
Röhre zur Elektrode 48. Diese sekundären Enladungen unterstützen die Pumpwirkung.
Nach kurzer Zeit werden in dem Maße, in dem sich das Vakuum im System verbessert,
die Entladungen intermittWrend und weniger intensiv. Schließlich liegt die volle
Generatorspannung an den Elektroden. Natürlich wird man das Glasgefäß und die inneren
Elemente der Röhre gleichzeitig erhitzen, damit die okkludierten Gase auisgetrieben
und von der Pumpe abgesaugt -werden können.
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Abb.5 veranschaulicht ein Verfahren zum automatischen Anlassen der
Hochvakuumpumpe ohne hohe Gleichspannung. Hier wird eine mäßig hohe Gleichspannungsquielle
20 automatisch im richtigen Zeitpunkt mit Kontakten 2 i verbunden, und zwar durch
Schließen eines Schalters oder durch Drehen einer entsprechenden Vorrichtung. Durch
das Schließen der Kontakte 2 i wird der Pumpeinrichtung 22 Gleichspannung zugeführt,
die aber nicht genügt, einen Lichtbogen einzuleiten und die Pu mpeinrichtung in
Gang zu bringen. Zu diesem Zwecke ist im vorliegenden Falle eine Röhre 23 vorgesehen,
deren Gitter 24 eine geringe Vorspannung zugeführt wird, und die zusammen mit dem
Transformator 25 und dem Kondensator 26 Schwin-`gungen erzeugt. Dadurch werden der
Pumpe :z2" Schwingungsimpulse hoher Spannung zugeführt, die -das. Gas in der Entladungsbahn
der Pumpe ionisieren. Nach Einleitung :der Entladung lädt der durch den Widerstand
27 fließende Strom das Gitter 24 negativ auf und stoppt so die Schwingungen. Wenn
aus irgendeinem Grunde die Entladung in der Pumpe 22 aufhört, nimmt die negative
Gitterspannun,- in der Röhre 23 ab, so, daß diese wieder schwingt und der Pumpe
22 wieder starke Spannungsimpulse zuführt.