DE1514990A1 - Hohllathode - Google Patents

Description

Beochreibung au dom Pateatgesuch der Firma

IWIiEBD AIHCRAFT CORPORATION, 400 LIaLn Street, Easu Hartford,

Connecticut, V.St.A.

betreffend
Hohlkathode

Priorität» 10. Dezember 1964 - 7.St.A.

Dio Erfindung betrifft eine ringförmige Hohlkathode und insbeeoudere ο Ine perforierte Kathode, weiche einen achGlboriföz'juigoii Elektronenstrahl radial nach innen von einer Schlitzöffnung dar Lnnerun Umfangsfläche aussendet*

BoI üblichen Verfahren a ma Erzeugen von Elektronenbündein wcrdon Eliifctrunen au a der Ober fluche oiner geheizten Kathode durch

Emits β L ο ti freigeaotat. In einer Hohlkathode wordan

durch Freiauttton von Elakfcronon ala folge dae Zuaomiaonatoßeo schneller Elektronen mit iJaniuo lekii len in der Hohlkathode

Die bisher bekannten flohikathoden uuifaaaen einen geeohloueenan Hohläsylinder aue Drahtgeflecht; oder perforiertam Mefcaii »it aintr Kreiaöffnung in der einen Stirnfläche. Wenn dia Kathode auf »in hohes negatives Potential in Bsaug auf die Uüj^ebung »orgespenni; iofc, welch;?; als Anod*; wirlrt, oo -wird eine· Glimmentladung eingeleitet.

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Bti gewleaen Kombinationen der KathodenabmeeBungen und der Höhe des Druckes wird ein gutgebündelt·* Elektronenbündel hoher Stromdichte erzeugt, wobei βohne11a Slektrohen aus der Öffnung der Hohlkathode austreten. Dae Elektronenbündel kann durch XoIiehe elektromagnetloche Linsen bie auf Energiedichtan fokussiert werden, welche mit denen bei üblichen Elektronenbündelechweißyorrichtungen vergleichbar elnd.

Gegenstand der Erfindung ist eine Hohlkathode, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet let und ein dünnes, scheibenförmiges Ilektroneribündel erzeugt. Die Elektronen werden Von einer kreisfÖrralgött öffnung in der !Cathode emittiert und radial nach innen gegen da« Werkstück «u beschleunigt mit einer Energie, die annähernd dar rollen an der Bntladungsstrecke liegenden Spannung entspricht, dl) gewöhnlich im Bereich von Kilovolt liegt. Venn das MQVküt'dük mti Metall besteht, kann en ale Anode dienen. Ist es hingegen ein Isolator, so wird der elektrische Kreis s.B. durch öakUndäröiaktr.i/ianeiaiaoion ran der ferketUokoberflache und duroh Leitung dutch tine reutliehe vtialiegende Plaaaa su einer entfernt liegenden AfioI^ yervollefcändigt. Die ringförmige Kathüde kann für rsraohiödenartige Zwecke varwendet werden, e.B. eum Schweifien, zum Löten, zum Zonenschmelzen, aua Ziehen von Fasern und aum Verdampfen und Hfiederechlagen der Dämpfe.

Die Hohlkithüli nach der Erfindung iat rorsugawelea ale hohler Hingköi-por oder in ähnlicher Form auegebildet und au* Drmhtgeflaolrt,

gewöhnlich au» aixiein feuerfesten Metall, hergeatsLlt, Die Kathode

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wird gegenüber der Anode auf eines negativen Potential gehalten, wobei die Inode entweder dae Werkstück aelbet oder ein metallenen feil der Torriohttrag 1st, etwa die tragenden Bauteile. Aue des ringförmigen Schliti in der Innenseite dea Toroide werden Elektronen emittiert. Un die Kathode «u betreiben, wird der Druck der Uegebung im allgemeinen tie auf eine GrSBe von 0,1 Mikron Hg redüiiert. Die 1« weeentlieben eYakuierte laraer wird eodann wieder Mit eine» Inerten Qaa gefüllt, etwa Helium oder Argon, oder Bit irgendeinem Gao, das πich mit dem Werkstück bei den angewendeten Tesperaturon rerträgt. Bei geeignetem Druck, dar gewöhn Ii oh Is Bereich ron 1 bis 1000 Mikron Hg Hegt, kann eint Hohlkathodenentladung eingeleitet und alt einer Poientialdiffiren* ▼on mehreren taueend Volt zwischen Kathode und Anode oder fferkntUek aufrecht erhalten werden. Unter dleeen Bedingungen wird ein gui fokuesiertee Slektronenbiinde! au· dom ringiOrwigen Schule: esiitiert und prallt auf dae Werkstück, und swar gleiohmftöig uii deeeon Unifang.

Ee laeeen eich auch abgeänderte· lathodenfomen tiiid Anordnungen τβτ-wenden» s.B. invortierto Kathoden, deren Kltk.tronenliUrtdei rudißl. na oh auJien geric:htn1 aind, Kcthoden mit ailal gerichteten El«ktiOnenbündeln» MehrfHChltalhoden odar 7-vbup/^ongisresif Fathoö*»n, R(m1· Kathoden «it ■:;. r- -^eliutSi'j£,on Qutirnol-iip M df Ku ilsfn, Abn»t'»eung«n oder Foreen$ um u:. ^g< !rciißi{; gofcT-nsi»· ff<^si ■ ■ ■ ⁴- UcΛ■<· vu f»..lirf>1 ßen odnr bearbeiten.

ffegcnetaud "df r Frf tJiduii^· let ιΰη*· ir ■-„t.'jM.-ni > S d:<-ü rJ ugf Wrmlge Bohlhcu«^ asit ίυ^Ιιϋ ο«··, j>criorif^; '.(■.■ >· ^;ίΐ»·^·η, ·,.■ \<)ti> vielt rswnh) bei

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nicht leitender; als auch bei metallischen Werkstücken verwenden IKBt. Sie Kathode nach der Erfindung läßt eich sum Schweißen, Löten, Zonenschmelzen, Ziehen von Fasern und Verdampfen und Niederschlagen des Dampfes verwenden und kann eine unregelmäßige Gestalt fttr die Bearbeitung unregelmäßiger tferkstüoke aufweisen. Die Kathode naoh der Erfindung läßt sich auoh «um Schweißen oder fUr •Ädere Bearbeitungevorgänge im Innenraum eines Rohres oder eines Werkstück·· verwenden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eohematlsoher Zeichnungen an mehreren AuafUhrungebeispielen ergäneend beschrieben!

Figur 1 zeigt eine perforierte. Hohlkathode bekannter Art.

Figur 2 zeigt ein typisches ringförmiges Hohlkathodensystem. figur 3 zeigt eine Einzelheit einer bevorzugten ringförmigen Bohlkathode.

Figur 4 zeigt die Betriebsweise der ringförmigen Hohlkathode.

Figur 5 zeigt eine Hohlkathode mit Werkstück im Querschnitt sowi« das erzeugte Elektronenetrahlbttndel.

Figur 6 zeigt zusätzliche räumliche Anordnungen von Hohlkathoden nach der Erfindung.

Die bekannte Hohlkathode nach Figur 1 umfaßt einen geschlossenen hohlen Zylinder 10, der aus einem Drahtgeflecht hergestellt ist. In einer Stirnseite der zylindrischen Kathode 10 ist eine kreisförmig· Öffnung 12 eingeschnitten. Wenn die Kathode in Bezug auf die Anode,

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«etir* dl« Umgebung oder das Werkstück, negativ vorgespannt wird, wird eine Glimmentladung eingeleitet und es entsteht ein aebneUe Elektronen führendes Elektronenbündel 14« Wegen der besonderen Geometrie der Kathode 10 gelangen die meisten Elektronen» die ■loh in den Teil des Plasmas innerhalb des Zylinders befinden, als Bündel 14 durch die öffnung nach außen. Außerdem werden diese !Elektronen annähernd entsprechend der gesamten Spannung der Entladungsetrecke beschleunigt in einem sehr nahe bei der Öffnung 12 liegenden Bereich. Daher haben sämtliche schwachen elektrischen Felder» die etwa in dem umgebenden Plasma vorhanden sind, welches den Behälter ausfüllt, eine vernachlässigbare Wirkung auf die Energie oder die Richtung des ElektronenbUndels T4. Ein in dem feg des Elektronenbündels 14 liegendes Werkstück 16 läßt sich erhitzen, achweißen oder anderweitig mit dem Elektronenbilndel 14 bearbeiten. Dieses kann durch elektromagnetische Linsen (nicht dargestellt) fokussiert werden. Eine Entladung tritt im allgemeinen nur ein bei Drücken unterhalb 1000 Mikron Hg.

Pigur 2 zeigt schematisoh ein ringförmiges Hohlkathodenentladungseystem nach der Erfindung und Figur 3 zeigt den Aufbau einer Hohlkathode nach der Erfindung. Die ringförmige Hohlkathode 20 1st beispielsweise aus rostfreiem Stahl in Gestalt eines Drahtnetsee hergestellt mit einer Drahtstärke von 25 Mikron (10 mil) und einer Maechenweite von 40. Derart hergestellte Kathoden haben einen äußeren Durchmesser D_Q, der typischerweiee das 1,3- bis 4-faohe dee inneren Durohsfessers D₁ beträgt, wobei diese Verhältnisse jedoch nicht al« Grenzen gelten. Die Höhe H der Kathode scheint kein

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kritischer Faktor au sein» jedoch kann die Größe der öffnung A kritisch eein, wie Im folgenden noch erläutert ist. Auch die ffand-Aloke und dl· Vasohenweite βoheint keinen merklichen Binfluß auf UmM abgegeben«-. BlektronenbUndel au haben.

Si· Kathode 20, das Werkstück 22 und die zugeordneten Tragteile sind in einen luftdichten Behälter 24 untergebracht» der etwa aus Glas oder ethern anderen geeigneten Material hergestellt ist. Die Kathode 1st von einem Arm 26 gehalten, der gleichzeitig als negative Anschlußleitung für die Kathode r^ev kann. Bas Werkstück 22 wird mittels elnee Metallärmea 30 gehaiteu, an dem zwei einstellbare O.sm.mgiieder 28 und 28' angebracht sind. Falls das Werkstück 22 aus Metall besteht» kamt et. geerdet werden, um als Anode BU dient ü. ^e In Figi'i" 3 dargestellt iat# kann eine getrennte Anode 32 ry^^.is.3 5 r.uiu Λϊΐ je-iir Stelle innerhalb des Behälters 24. Die Anode küzsji &iuo positive Spannungezuführung und einen Anodenhalter 34 u»rt»is^e?>o Figur 5 zeigt im Querschnitt das durch die Kathode 20 •rseu&M» vjßf't. auf das forketück 22 fokuseierte Elektronenbilndel,

Der Behälter 24 wird zuerst mittels einer Vakuumpumpe 36 evakuiert, ■ach den Srakiaieren auf den richtigen Druck wird eine Gaerorratsquelle angeschlossen, um eine Gasatmosphäre «u schaffen. Als Gas kann Helium, Wasserstoff, Stickstoff oder Argon oder auch irger^lcla fOr das betreffende Werkstück geeignetes Gas verwendet werd<efu

Die Theorie der*Wirkungsweise der Hohlkathode, wie sie bisher bekannt ist, läfit sich anhand von Figur 4 erläutern. Es gibt mehrer unter-

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eohiedliohe Betriebsarten. Die wünschenswerte Betriebsart, d.h. die Betriebeart, bei der ein Elektronenbündel erzeugt wird, ist ahnlich einer anormalen Glimmentladung, indem sie eine positive BpannungB-Strom-Charalrterietik aufweist und einen übergang in •ine bogenartige Betriebsweise zeigt, welche manchmal "fountain" -Betriebsart genannt wird, wobei der Energiepegel erhöht ist. Die Spannung oder der Strom, bei der dieser übergang stattfindet, hängt Ton der Geometrie der Kathode, von dem verwendeten Gas und dem Gasdruck ab.

Die Punktion der Entladungearten läßt sich vergleiche mit der Wirkungsweise üblicher Glimmentladungen. In einer üblichen Glimmentladung liegt faet das gesamte Spannungsgefälle der Entladung in einem Bereich dicht an der Kathode, wobei dieser Bereich als

Kathodenfall bekannt ist. Die charakteristische Dicke D des

Kathodenfalls hängt vom Gasdruck, der Gasart, dem Kathodenmaterial und der angelegten Spannung ab. Das ein hohes Potential aufweisende Snde dieses Bereiches kann mit dem Auge durch die Trennungsateile »wischen einem dunklen Bereich dee Entladungeraumes In der Nähe der Kathode, dem sogenannten Kathodendunkelraua, und einem hellen Bereich, dem sogenannten Kathodenglimmlicht, identifiziert werden. Die Äquipotentiallinien für eine derartige Spannungsverteilung verlaufen parallel sur Kathode.

Wenn dl* ringförmige Öffnung A der Hohlkathode um weniger als den Faktor 10 kleiner ist als die Dicke D_ des Kathodenfalle, so wird

die Potentialverteilung hierdurch nicht wesentlich gestört.

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Dies tritt ein bei niedrigen Drücken und / oder niedrigen Spannungen· Bei diesen Betriebsbedingungen arbeitet die Kathode wie eine feste Kathode ohne Blende, und hierbei findet praktisch keine Entladung innerhalb der Kathode statt, da der Innenraum derselben sich auf dem Kathodenpotential befindet. Daher wird auch kein Elektronenbündel gebildet. Desgleichen tritt innerhalb der Kathode unter diesen Bedingungen nur ein sehr geringes Glimmlicht auf.

Wenn die Öffnung Λ in der ringförmigen Hohlkathode annähernd gleich der Dicke D. ist, so stört die öffnung die Potentialverteilung und demzufolge liegt ein Teil dea Kathodenfalleβ innerhalb der Kathode. In Figur 4 sind diese Verhältnisse dargestellt. Der Potentialabfall innerhalb der Kathode umfaßt gewöhnlich einen geringen Anteil des gesamten Kathodenfalls. Außerdem macht die besondere Form der Kathode es höchst unwahrscheinlich, daß durch Ionisation in dem Hohlraum gebildete Elektronen aus diesem durch irgendwelche Löcher austreten, mit Ausnahme der betreffenden öffnung. Elektronen, die von der Innenseite des Drahtnetzes 44 durch Sekundäremission emittiert werden, werden ebenfalls mit hoher Wahrscheinlichkeit in den inneren Fotentialbereich eingefangen. Selbst bei einer Entladung mit einigen Kilovolt ist das maximale Potential innerhalb der Kathode wahrscheinlich kleiner als 100 Volt. Elektronen, die innerhalb dieses Potentialraumes eingefangen werden, bilden eine Sekundärentladung, welche eine erhebliche Erzeugung von Ionen-Elektro.-nen-Paaren mit sich bringt auf Grund des Elektronenbeschusses, gon der Kathode 'emittierte Se^ind&g.elektronen sind die Hauptquelle für Elektronen, die zum Halten der Entladung innerhalb der Kathode dienen·

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Der Beschul} alt Ionen, die außerhalb der Kathode gebildet sind» 1st eine weitere Hauptquell· für Sekundärelektronen.

Gemäß Figur 4 erinnert die gestörte Potentialverteilung in der Nähe der öffnung A an eine konkave Linse. Die normal zu den Äquipotentiallinien verlaufenden Feldlinien konvergieren in der Nähe der öffnung. In des Hohlraum befindliche Elektronen treiben auf die öffnung zu, in der das elektrische feld verhältnismäßig schwach ist. Im Bereioh der öffnung werden sie durch den vollen Kathodenfall beschleunigt und erreichen damit eine hohe gerichtete Geschwindigkeit annähernd in Längsrichtung der Feldlinien. Auf diese Weise erzeugt die mit perforierten fänden auegestattete hohle Kathode ein in hohem Maße gebündeltes energierelohes Elektronenblindel. Bs 1st daher sehr wünschenswert, den Potentialabfall innerhalb der Kathode auf einem Bruchteil des gesamten Kathodenfalles «u halten. Aue diesem Grunde sollte die öffnung A etwas kleiner sein als die Dioke D₀. Die öffnung A darf jedoch nicht zu klein gemacht werden, da sonst, wie bereite oben erwähnt, kein £lektronenbündel gebildet wird.

fenn die öffnung A wesentlich größer als die Dicke D_ß des Kathodenfalle let, so liegt der gesamte Kathodenfall innerhalb der Kathode. Au· dem Innenraum der Kathodenoberfläohe emittierte Elektronen werden durch nahezu die gesamte Entladungsspannung in einer ziemlich kurzen Entfernung von der Wand beschleunigt. Dabei verlaufen verhältnismäßig wenig llvktronenbahnen durch die öffnung. Die meisten Elektronen werden in dem,tiefen Potentialbereich innerhalb der Kathode abgefangen

und können nur austreten, in dem es zn Zusammenstößen kommt und/oder

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su wiederholten Reflexionen von den Wänden dee Potentlalbereiohes· Di· »ei·ten Elektronen verlieren bei den Zusammenstößen ait Atomen bei elastischen ZueaaaenatöQen «it niedergeeohwinden Elektronen and treiben dann auf die öffnung sa_v in der ein-verhältnissaftig schwaches feld herrsoht. Daher bildet sich ein sioalioh intensives Plasma innerhalb der Kathode und es werden viele Ionen-Elektronen-Paare in den Kathodenranm duroh Blektronenbeeohufi erseugt Die derart erseugten Ionen werden direkt auf die Kathodenwand zu beschleunigt. Bei einer derartigen Betriebsweise_t die als Bogenentladung bekannt ist, wird die Kathode oft bi« ium Glühenⁿ *rhltit, woraus aan ersieht, daß ein beträftlisher Änergieverlust an der Kathode entsteht. Daher ist ei si der»rtiger Betrieb im allgeueinen α lebt w'lsBchenawerf.

Yertiaohe mit Ringkathodec_f welche feste (nicht unterbrochene) Wände aufweisen, haban ergeben, daß bei des eelben Oasdruok und dereelben Spannung die Kathode Mit festen Winden einen niedrigeren Intladung·» strom hat und einen niedrigeren Wirkungsgrad der ElektronenbUndeleraeugung als die perforierte Kathode der gleiohen Abmessungen · Der Beitrag der Perforationen wird gewöhnlich suriiokgefuhrt auf ein Druck-fesfluBphänoaen. Die Wirkungsweise einer Blngkathode alt festen Wänden kann dadurch verbessert werden, da8 für sin· direkt« Chuisuftthrung ^ur Kathode gesorgt wird. Dis Perforation Ia Asa fiaissi haben jedoch nooh weitere weeentliohe Wirkungen auf di· der Kathode.

Wie oben beschrieben, ist die Punktion einer Hohlkathode alt perforierten Wänden in der ElektronenbUndel-Betrlebswsise analog einer

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anormalen Qllmasntladung. Die Sekundärentladung, welche la Innern tor Hohlkathode stattfindet» und Al· damit Terbundene Brseugung τοη Ioasn-Blektroaen-Pasxen ergibt noon «In· sueäteliohe Quell· für Slsktrontn und ·1η· größere Stromlleferfähigksit ale bei einer ebenen Π11—ntieilTini Der wirke ame te Betrieb ergibt ei oh, wenn der Strom ▼on der Of fang den τοη der äußeren Oberf läobe der Kathode auegehenden Strom VvMAtIiClI Überschreitet. Der iußere Strom «teilt einen Verluststro* dar» da er in keiner Weise au dem Blsktronsnbundsl beiträgt. t Ionen außerhalb der Kathode werden jedooh duroh die Kathoden-

Perforationen «ad duroh die öffnung beschleunigt Ond treffen auf die Innenwand der Kathode» eo dal an dieser Sslcandixelvktronsn freiceeetit werden. IeI einer Kathode mit einer bestimmten totalen Vltomwadorohorwonaag (offene Vllohea) ist der in den Innenrana der Kathode eindringende Ionenetrom la weeentliohen unabhängig τοη der oharmfcterietleohen lochgrö·· der Durchbreonungen. Dies rührt daher» daß die Ionen gleichmäßig durch den Kathodenfall beeohleunlgt werden und daher eine genügend hohe Oeeohwlndigkeit erhalten» eo daß ihre Bahnen nicht wesentlich durch die Feinstruktur dss elektrischen leides in unmittelbarer Sähe der Kathodenperforationen gestört wird· Ein wirksames Slnfangsn τοη Elektronen in der Entladung innerhalb der Kathode erfordert jedooh, dal sin wesentlicher Teil das Potentialabfalle im Innern dicht an dsr Innenwand dsr Kathode stattfindet. •rrsieht daher sin wirksameres Blnfangsn dsr Blsktroasm, wen dl· charakteristische Loohgrußs der Perforationen (I>orohbrsohi]ngsn) ringsrt wird» ohne dis durchbrochene flache sslbst su indsrn. Bs srgibt sich sin» Tergrößerter Wirkungsgrad dsr Blsktronsnbündelsrssugung mit Verringerung der charakteristischen Lochgruße.

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Bei der Elektronenbündel-Betriebewelse weist eine ringförmige Hohlkathode mit perforierten Wänden eine positive Spannungs-Strom-Oharakterietlk auf. Bei einer gegebenen Kathode ist der Spannungs-StroB-Betriebsbereich stark abhängig τοη dem Gasdruck oder besser gesagt τοη der Gattdichte. Versuche haben ergeben, daS der Übergang In eine Hochstrom-Bogenentladung bei höheren Drucken eintritt» wenn die Entladungeleistung erhöht wird. Es hat sich ferner gezeigt, dafi die maximale Spannung, die Über eine Entladungsβtrecke bei der Blektronenbündel-Betriebsweise aufrecht erhalten werden kann, mit zunehmenden Druck fällt. Bei einem gegebenen Druck erhält man ferner niedrigere Ströme, wenn man feste Wände anstelle perforierter Wände Terwendet. Kathoden mit festen Wänden lassen sich jedoch bei höheren Drücken betreiben, beTor in ihnen eine Bogenentladung auftritt. Dies kann bei gewissen Anwendungen manche Vorteile mit sich bringen. Bei dem gleichen Druck und der gleichen Spannung sind sowohl die gemessene Strahlleistung als auch die Eingangsleistung τοη Kathoden mit perforierten Wänden etwas höher für größere Kathoden. Eine Kathode mit festen Wänden arbeitet mit bedeutend niedrigerer Leistung als irgendeine perforierte Kathode, unabhängig von der Größe. Der Strahlleistung8-Wirkung8g*ad ist für alle Kathoden mit perforierten fänden Tergleichbar. Es sind Wirkungsgrade τοη 75 £ bei ringförmigen Kathoden ersielt worden. Als wirksame Maßnahme zum Erhöhen dta Wirkungsgrades bei derartigen Kathoden hat sich eine Abschirmung ua die ringförmige Hohlkathode erwiesen.

Figur 6 zeigt abgeänderte Aasführungsformen einer Kathode nach der Erfindung. Bei der Anordnung nach Figur 6a 1st die Kathode 70

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invertiert, eo daß das Elektronenbündel radial nach außen gerichtet ist und daher die Innenseite des Rohres 72 oder eines ähnlichen Werkstückes schweißt. Das Ende des Rohres 72 muß natürlich abgedichtet sein. Bei der Anordnung naoh Figur 6B ist die Kathode 70 nicht in einer Ebene angeordnet, sondern in einem Winkel, so daß das Elektronenbündel nicht in der Ebene der Kathode fokussiert wird, sondern an einem τοη dieser entfernt liegenden Bereich des Werkstückes 72. Das Elektronenbündel hat hierbei eine Kegelform.

Figur 6C zeigt die Verwendung übereinanderliegend^ Kathoden 70 und 70', welche gleichzeitig auf das Werkstück 72 einwirken können. Eine der Kathoden hat eine kreisförmige Querschnittsform. Die Kathoden können i η Bezug auf den Kathodenhalter bewegbar ausgebildet seine Figur 6D zeigt die Verwendung einer Kathode 70 mit einem axial gerichteten Elektronenbündel» welcher kreisförmig auf das Werkstück 72 auftrifft«

Zur Verwendung bei unregelmäßig geformten Werkstücken lassen sich zahlreiche Abänderungen der Kathode nach der Erfindung verwenden. Figur 6E zeigt eine unregelmäßig geformte Kathode 70, welche mit einem unregelmäßig geformten Werkstück 72 zusammen verwendet wird. Es können auch Kathoden verwendet werden mit unregelmäßiger Quer-Bohnittsform, wie z.B. in Figur 6F gezeigt ist. Ohne erfinderische Überlegung lassen sich leicht noch andere Kathodenformen ausdenken! s.B. Kathoden unterschiedlicher Geometrie, etwa dreieckige oder trapezförmige Kathoden, Kathoden mit unterschiedlicher Breite der öffnung oder mit unregelmäßig geformten öffnungen oder mit einer

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teilweise verdeckten öffnung.

Bin Anwendungsgebiet der ringförmigen Hohlkathode nach der Erfindung ist das Stoßschweißen von Rohren- aua den gleichen oder aus unterschiedlichen Stoffen, etwa aus Aluminium, rostfreiem Stahl, Kovar, Titan und Niobium. ISo lassen aich Schweißstellen von hoher Zugfestigkeit herstellen. Wenn daa Werkstück in Bezug auf die Mittellinie einer symmetriBchen Kathode versetzt liegt, eo könnte der von der Kathode am weitesten entfernt liegende Bereich des Werkstückea Überhitzt werden, so daß man für eine genaue tfluchtung Borgen muß.

»eitere Anwendungsgebiete der ringförmigen Hohlkathode sind das Löten, Abtragen und Zerstäuben und die Zonenerhitzung. Z.B. läßt sich die Eigenschaft einer ringförmigen Kohlkathode, das sich mit dieser sowohl Isolatoren als auch Leiter erhitzen lassen, zum zonalen Reinigen (refining) von keramischen Stoffen und zum Ziehen von Kristallen, etwa aus Tonerde, verwenden. Bringt man die ringförmige Hohlkathode in ein kuppenförmigea magnetisches Feld, so läßt sich hierdurch die erhitzte Zone verbreitern.

Sie ringförmige Hohlkathode läßt sich auch verwenden, um die Hitze zum Ziehen von Pasern aus Pyrex*H Vycor*^, geschmolzener Kieselerde und anderen ahnliehen Stoffen verwenden. Die Kathode läßt eich anoh zum Erhitzen von Wolfram und geschmolzener Kieselerde oder anderen Substraten der chemischen Verdampfung und Niederschlagung verwenden·

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Si· ringförmige Hohlkathode nach der Erfindung erzeugt ein gut fokussiert·· Elektronenbunde1 hoher Energiedichte unter Verwendung •in·· mechanisch einfachen Elektronenbeschleunigungesystems, «•loh·· kein· kritisch· Ausfluchtung erfordert. Ea let nicht nötig, di· Kathode elektrisch eu heizen, so daß die Lebensdauer der Kathode vergrößert ist. Es ist auch nicht erforderlich, ein Hooh« vakuumsystem bereiteuhalten, wodurch sich eine Diffusionspumpe •rU.brigt, wi· ei· bei anderen Elektronenbttndelsystemen erforderlich ist. Ton besonderem Torteil ist der Umetand, daß die ringförmige Hohlkathode sowohl bei Richtleitern, als auch bei Metallen verwendet w«rd«n kann» ohne daß Irgendein besonderes Zubehör erforderlich Ut.

Si· Erfindung läßt sich in mannigfacher Hinsicht im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens abwandeln, s.B. in Bezug auf die geometrischen Formen der Kathode.

In den Ansprüchen soll der Auedruck "ringförmig" oder "im wesentlichen ringförmig" eine im wesentlichen geschlossene Form bedeuten und auoh unregelmäßige Formen umfassen, a.B. die Form eines "C,eines "U", eines Polygons, einer Ellipse, eines Kreises usw.

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Claims (1)

1. ~ 16 -

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   Patentansprüche

   1. Hohlkathode, gekennzeichnet durch ein im wesentlichen ringförmiges hohles metallenes Bauteil, welches eine enge öffnung aufweist» die eich wenigstens Über einen Teil von dessen Oberfläche und ua die Mitte des Bauteiles erstreckt.

   2. Hohlkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung sich durchlaufend über die Oberfläche des metallischen Bauteiles erstreckt.

   3. Hohlkathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Wand des Bauteiles perforiert ist.

   4« Hohlkathode nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Bauteil eine Querachnittsform aufweist, dit eine im wesentlichen geschlossene ebene Figur bildet, welche durch einen echmalen Umfangtschlitz unterbrochen ist, der einen Teil der durchgehenden öffnung bildet.

   5. Hohlkathode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, deJ der Querschnitt des Bauteiles sich mit der azimutalen Stellung um die Mitte des Bauteiles bezüglich der Fläche und der geometrischen form ändert.

   6. Hohlkathode nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daft der ümfaugenschutz in seiner Orientierung und in der Fläch· mit der azimutalen Stellung um die Mitte des Bauteiles variiert.

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   BAu uRiQINAL

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   7» Bohlkathode nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet» daß das Bauteil die Torrn eines Körpers hat, der durch die Umfangebewegung einer in wesentlichen geschlossenen ebenen !Figur auf einen geschlossenen Weg erzeugt ist» der um eine Achse verläuft, die in der Sbene der Figur liegt.

   8. Hohlkathode nach Anspruch 7» daduroh gekennzeichnet» daß die ebene Figur ein Rechteck ist und in einer Seite desselben einen Durchbruch enthält.

   9« Hohlkathode nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet» daß die ebene Figur kurvenförmig ist«

   10» Hohlkathode nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet» daß sie in einem Behälter betrieben wird, in dem sich ein niedriger Druck erzeugen läßt und der eine Elektrode enthält» so daß sich eine Potentialdifferenz zwischen dem metallischen Bauteil der Kathode und der Elektrode herstellen läßt» um eine Elektronenentladung aus der öffnung herbeizuführen»

   11. Hohlkathode naoh Anspruch 10, daduroh gekennzeichnet, daß der Behälter mit einem Gas von vorbestimmtem Druck gefüllt ist.

   12. Hohlkathode naoh Anspruch 10 oder 11, daduroh gekennzeichnet» daß sie zum Bearbeiten von Werkstücken verwendet wird» welche in dtr Bahn des Elektronenbündels angeordnet sind.

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   J3· Hohlkathode nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück als Elektrode verwendet wird und in dem Behälter angeordnet ist.

   14· Hohlkathode nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein Isolator ist.

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