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EP3219987A1 - Entladungskammer für ein ionentriebwerk - Google Patents

Entladungskammer für ein ionentriebwerk Download PDF

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Publication number
EP3219987A1
EP3219987A1 EP17158594.6A EP17158594A EP3219987A1 EP 3219987 A1 EP3219987 A1 EP 3219987A1 EP 17158594 A EP17158594 A EP 17158594A EP 3219987 A1 EP3219987 A1 EP 3219987A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
discharge chamber
ceramic coating
ion engine
facing
carrier assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17158594.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Georg Hey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Airbus DS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus DS GmbH filed Critical Airbus DS GmbH
Publication of EP3219987A1 publication Critical patent/EP3219987A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters

Definitions

  • the present invention relates to a discharge chamber suitable for use in an ion engine. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a discharge chamber. Finally, the invention relates to an ion engine equipped with such a discharge chamber.
  • Ion propulsion engines used as propulsion for spacecraft generate thrust, and thus propulsion energy, by first ionizing a fuel gas, such as xenon, in a discharge chamber and then accelerating the gas particles in an electric field.
  • the ion beam is neutralized after exiting the engine and finally ejected at a speed of 10 to 130 km / s.
  • a magnet arrangement is provided outside a discharge chamber housing, which is insulated by the discharge chamber housing from the plasma flowing through the discharge chamber. In the region of the wall of the discharge chamber housing, therefore, edge losses occur which increase with increasing wall thickness of the discharge chamber housing.
  • the discharge chamber housing is usually made of a ceramic material such as alumina or boron nitride, and is conventionally manufactured by a machining process such as turning from a solid body or by sintering a raw material powder.
  • the minimum wall thickness of a conventionally produced discharge chamber housing is typically about 1 mm.
  • complex, for example, undercuts having housing geometries are very difficult or impossible to implement.
  • the present invention has for its object to provide a suitable for use in an ion engine discharge chamber, which has a very thin wall thickness and can be realized if necessary with a complex geometry. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for producing such a discharge chamber. Finally, the invention is directed to the object of specifying an ion engine equipped with such a discharge chamber.
  • a discharge chamber suitable for use in an ion engine comprises a support assembly comprising an electrically and / or magnetically active member of the ion engine and having a contour, i. defines a geometry of the discharge chamber.
  • the carrier arrangement thus fulfills the dual function of being electrically and / or magnetically effective on the one hand and serving or contributing, for example, to generating an electric field or of a magnetic field in the ion engine and, on the other hand, defining a geometry of the discharge chamber.
  • the carrier arrangement can predetermine a nozzle-shaped contour of the discharge chamber.
  • On a inner space of the discharge chamber facing an inner surface of the support assembly a ceramic coating is applied.
  • the carrier arrangement in particular the electrically and / or magnetically active component of the ion engine forming part of the carrier arrangement, as well as other electrically conductive components of the ion engine arranged outside the interior of the discharge chamber, are insulated from the plasma during operation of the ion engine flows through the discharge chamber.
  • the discharge chamber can be dispensed with existing from a separate ceramic component discharge chamber housing. Rather, a component which is present in any case in the ion engine is used as a carrier for the ceramic coating delimiting the interior of the discharge chamber. This eliminates the costly and costly production of the ceramic discharge chamber housing.
  • the ceramic coating may have a substantially thinner wall thickness than a conventionally manufactured discharge chamber housing.
  • the discharge chamber is thus characterized, in particular with small geometries of the discharge chamber, as they are, for example, in the course of miniaturization of the ion engine, by low edge losses.
  • the geometry of the discharge chamber is no longer limited by the manufacturing method used to produce a conventional ceramic discharge chamber housing. Rather, the coating of a component already present in the ion engine enables a variable and almost arbitrary design of the geometry of the discharge chamber interior.
  • the carrier arrangement comprises a magnet for generating a magnetic field in the interior of the discharge chamber.
  • the magnet may in particular be designed in the form of a permanent magnet and have a geometry that substantially defines the contour of the discharge chamber. Such magnets are used, for example, in ion engines with magnetic electron confinement. Additionally or alternatively, however, the carrier assembly may also include other electrically conductive components of the ion engine, such as pole pieces and / or metal parts.
  • the ceramic coating preferably has a thickness which is sufficient to insulate the carrier assembly from the plasma that flows through the interior of the discharge chamber during operation of the ion engine. Incidentally, the thickness of the ceramic coating is kept as low as possible. Such a design of the ceramic coating ensures a proper insulating effect of the ceramic coating. At the same time, the weight of the discharge chamber and the edge losses caused by the ceramic coating are minimized.
  • the ceramic coating may have a thickness of less than 0.5 mm. In particular, the ceramic coating has a thickness of less than 0.2 mm.
  • the ceramic coating contains boron nitride in powder form.
  • Boron nitride is characterized by good insulation properties and good processability when applying the coating to the carrier assembly.
  • a carrier assembly which comprises an electrically and / or magnetically active component of the ion engine and defines a contour of the discharge chamber.
  • a ceramic coating is applied on a interior of the discharge chamber facing an inner surface of the carrier assembly.
  • the carrier arrangement comprises a magnet assembly comprising a plurality of magnets for generating a characteristic magnetic field geometry in the interior of the discharge chamber and / or electrically conductive components of the ion engine.
  • the ceramic coating is preferably applied with a thickness to the interior surface of the carrier arrangement facing the interior of the discharge chamber, which is sufficient to insulate the carrier arrangement from a plasma flowing through the interior of the discharge chamber during operation of the ion engine.
  • the ceramic coating having a thickness of less than 0.5 mm, in particular less than 0.2 mm, is applied to the interior surface of the carrier arrangement facing the interior space.
  • the ceramic coating may contain boron nitride or aluminum oxide in powder form.
  • the ceramic coating can be applied in the form of a suspension to the inner surface of the carrier arrangement facing the interior of the discharge chamber.
  • the suspension may contain the ceramic coating material, for example boron nitride or aluminum oxide in powder form.
  • the ceramic coating material in powder form may be incorporated in a solvent.
  • a solvent for example, ethanol or other organic solvent which evaporates quickly can be used. As a result, it can be prevented that the solvent counteracts the insulating effect of the coating by the release of carbon under the influence of the plasma.
  • a binder in particular an inorganic binder, which improves the stability of the suspension and the adhesion of the suspension to the inner surface of the carrier arrangement can be contained in the suspension.
  • the suspension containing the ceramic coating material in powder form is passed through Dip coating, painting, spraying or electrospray applied to the interior of the discharge chamber facing the inner surface of the support assembly.
  • the dip coating, painting and spraying of the inner surface of the carrier assembly with the suspension containing the ceramic coating material in powder form is relatively easy to implement, but usually requires the use of a binder-containing suspension.
  • the coating is dried. During the drying process, the solvent evaporates, so that only residues of the solvent can be contained in the dried coating. Then the engine can be installed in a vacuum chamber for testing. In this case, any solvent still contained in the coating evaporates, so that it is ensured that the insulating effect of the coating is not impaired by solvent residues contained in the coating.
  • An additional heat treatment of the coating, in particular a "burning" of the coating on the inner surface of the support assembly is not required, but may optionally be considered.
  • the ceramic coating can be applied by plasma spraying of the ceramic coating material in powder form on the inner surface of the carrier assembly facing the interior of the discharge chamber. Accordingly, when applying the ceramic coating to the inner surface of the carrier assembly by plasma spraying dispensed with the preparation of a binder-containing suspension and the ceramic powder are sprayed directly onto the surface to be coated.
  • An ion engine comprises a discharge chamber described above.
  • the discharge chamber 10 'of an ion engine shown and known in the prior art comprises a discharge chamber housing 12' made of a ceramic material, which is produced by a machining process such as turning from a solid body or by sintering a raw material powder.
  • the minimum wall thickness of such a discharge chamber housing 12 ' is typically about 2 mm.
  • Disposed outside a discharge chamber housing 12 ' is a plurality of magnets and pole pieces containing magnet assembly 14' which is isolated by the discharge chamber housing 12 'from a plasma which flows through an interior 16' of the discharge chamber housing 12 'during operation of the ion engine.
  • the discharge chamber housing 12 ' also isolates other conductive components of the ion engine, such as another pole piece 18' and another magnet 20 'from the plasma passing through the interior 16' of the discharge chamber housing 12 'during operation of the ion engine.
  • Discharge chamber 100 shown a carrier assembly 102 which comprises an electrically and / or magnetically active component of the ion engine and a contour, that defines a geometry of the discharge chamber 100.
  • the carrier assembly 102 comprises a plurality of magnets and pole pieces containing magnet assembly 104 for generating a magnetic field in an inner space 106 of the discharge chamber 100 and here in the form of another pole piece 108 and another magnet 110 formed electrically conductive components of the ion engine.
  • a ceramic coating 114 is applied to the carrier arrangement 102, that is, to an inner surface 112 of the carrier arrangement 102 facing the interior 106 of the discharge chamber 100.
  • the ceramic coating 114 has a thickness that is sufficient to insulate the carrier assembly 102 and other (not shown here) located outside of the inner chamber 106 discharge chamber 100 components of the ion engine against the plasma, the interior 106 of the discharge chamber 100 during operation of the ion engine flows through.
  • the thickness of the ceramic coating is kept as low as possible and is usually less than 0.5 mm, in particular less than 0.2 mm.
  • the ceramic coating 114 contains in particular boron nitride or aluminum oxide in powder form.
  • a suspension which contains the ceramic coating material, that is, for example, boron nitride or aluminum oxide in powder form.
  • the suspension contains a solvent, for example ethanol.
  • a binder in particular an inorganic binder can be introduced into the suspension.
  • the suspension is applied by dip coating, painting, spraying, electrospray onto the inner surface 112 of the carrier arrangement 102 facing the interior 106 of the discharge chamber 100 and then dried.
  • the ceramic coating material in powder form can also be applied by plasma spraying directly onto the inner surface 112 of the carrier arrangement 102 facing the inner space 106 of the discharge chamber 100.

Landscapes

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Abstract

Eine Entladungskammer (100) zur Verwendung in einem Ionentriebwerk umfasst eine Trägeranordnung (102), die ein elektrisch und/oder magnetisch wirksames Bauteil des Ionentriebwerks umfasst und eine Kontur der Entladungskammer (100) definiert. Ferner umfasst die Entladungskammer (100) eine keramische Beschichtung (114), die auf eine einem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebracht ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine zur Verwendung in einem Ionentriebwerk geeignete Entladungskammer. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Entladungskammer. Schließlich betrifft die Erfindung ein mit einer derartigen Entladungskammer ausgestattetes Ionentriebwerk.
  • Als Antrieb für Raumfahrzeuge genutzte Ionentriebwerke erzeugen Schub und damit Antriebsenergie, indem ein Treibstoffgas, wie zum Beispiel Xenon, in einer Entladungskammer zunächst ionisiert wird und die Gasteilchen anschließend in einem elektrischen Feld beschleunigt werden. Der Ionenstrahl wird nach dem Austritt aus dem Triebwerk neutralisiert und schließlich mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 130 km/s ausgestoßen. Bei Ionentriebwerken mit magnetischem Elektroneneinschluss ist außerhalb eines Entladungskammergehäuses eine Magnetanordnung vorgesehen, der durch das Entladungskammergehäuse gegenüber dem die Entladungskammer durchströmenden Plasma isoliert ist. Im Bereich der Wand des Entladungskammergehäuses treten daher Randverluste auf, die mit steigender Wandstärke des Entladungskammergehäuses zunehmen. Das Entladungskammergehäuse besteht üblicherweise aus einem keramischen Material, wie zum Beispiel Aluminiumoxid oder Bornitrid, und wird konventionell durch ein spanendes Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Drehen aus einem Vollkörper, oder durch Sintern eines Rohstoffpulvers hergestellt. Die minimale Wandstärke eines konventionell hergestellten Entladungskammergehäuses liegt typischerweise bei ca. 1 mm. Darüber hinaus sind komplexe, beispielsweise Hinterschnitte aufweisende Gehäusegeometrien nur sehr schwierig oder gar nicht zu realisieren.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Verwendung in einem Ionentriebwerk geeignete Entladungskammer anzugeben, die eine sehr dünne Wandstärke aufweist und bei Bedarf auch mit einer komplexen Geometrie realisiert werden kann. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Entladungskammer bereitzustellen. Schließlich ist die Erfindung auf die Aufgabe gerichtet, ein mit einer derartigen Entladungskammer ausgestattetes Ionentriebwerk anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Entladungskammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und ein Ionentriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
  • Eine zur Verwendung in einem Ionentriebwerk geeignete Entladungskammer umfasst eine Trägeranordnung, die ein elektrisch und/oder magnetisch wirksames Bauteil des Ionentriebwerks umfasst und eine Kontur, d.h. eine Geometrie der Entladungskammer definiert. Die Trägeranordnung erfüllt somit die Doppelfunktion, einerseits elektrisch und/oder magnetisch wirksam zu sein und beispielsweise zur Erzeugung eines elektrischen Felds oder eines Magnetfelds in dem Ionentriebwerk zu dienen oder beizutragen, und andererseits eine Geometrie der Entladungskammer festzulegen. Beispielsweise kann die Trägeranordnung eine düsenförmige Kontur der Entladungskammer vorgeben. Auf eine einem Innenraum der Entladungskammer zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung ist eine keramische Beschichtung aufgebracht. Durch die keramische Beschichtung werden die Trägeranordnung, insbesondere das einen Teil der Trägeranordnung bildende elektrisch und/oder magnetisch wirksame Bauteil des Ionentriebwerks, sowie andere außerhalb des Innenraums der Entladungskammer angeordnete elektrisch leitende Bauteilen des Ionentriebwerks gegenüber dem Plasma isoliert, das im Betrieb des Ionentriebwerks den Innenraum der Entladungskammer durchströmt.
  • Bei der Entladungskammer kann auf ein aus einem separaten keramischen Bauteil bestehendes Entladungskammergehäuse verzichtet werden. Vielmehr wird ein ohnehin in dem Ionentriebwerk vorhandenes Bauteil als Träger für die den Innenraum der Entladungskammer begrenzende keramische Beschichtung genutzt. Dadurch kann die aufwändige und kostenintensive Fertigung des keramischen Entladungskammergehäuses entfallen. Darüber hinaus kann die keramische Beschichtung eine wesentlich dünnere Wandstärke aufweisen als ein konventionell gefertigtes Entladungskammergehäuse. Die Entladungskammer zeichnet sich somit insbesondere bei kleinen Geometrien der Entladungskammer, wie sie beispielsweise im Zuge einer Miniaturisierung des Ionentriebwerks gewünscht sind, durch geringe Randverluste aus. Schließlich wird die Geometrie der Entladungskammer nicht länger durch das zur Herstellung eines konventionellen keramischen Entladungskammergehäuses eingesetzte Fertigungsverfahren limitiert. Vielmehr ermöglicht die Beschichtung eines ohnehin in dem Ionentriebwerk vorhandenen Bauteils eine variable und nahezu beliebige Gestaltung der Geometrie des Entladungskammerinnenraums.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Entladungskammer umfasst die Trägeranordnung einen Magneten zum Erzeugen eines Magnetfelds in dem Innenraum der Entladungskammer. Der Magnet kann insbesondere in Form eines Permanentmagneten ausgebildet sein und eine die Kontur der Entladungskammer im Wesentlichen definierende Geometrie aufweisen. Derartige Magnete kommen beispielsweise in Ionentriebwerken mit magnetischem Elektroneneinschluss zum Einsatz. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Trägeranordnung jedoch auch andere elektrisch leitende Komponenten des Ionentriebwerks, wie zum Beispiel Polschuhe und/oder Metallteile umfassen.
  • Die keramische Beschichtung hat vorzugsweise eine Dicke, die ausreichend ist, um die Trägeranordnung gegenüber dem Plasma zu isolieren, das den Innenraum der Entladungskammer im Betrieb des Ionentriebwerks durchströmt. Im Übrigen wird die Dicke der keramischen Beschichtung so gering wie möglich gehalten. Durch eine derartige Gestaltung der keramischen Beschichtung wird eine ordnungsgemäße Isolationswirkung der keramischen Beschichtung gewährleistet. Gleichzeitig werden das Gewicht der Entladungskammer und die durch die keramische Beschichtung verursachten Randverluste minimiert.
  • Die keramische Beschichtung kann eine Dicke von weniger als 0,5 mm haben. Insbesondere weist die keramische Beschichtung eine Dicke von weniger als 0,2 mm auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Entladungskammer enthält die keramische Beschichtung Bornitrid in Pulverform. Bornitrid zeichnet sich durch gute Isolationseigenschaften und eine gute Verarbeitbarkeit beim Aufbringen der Beschichtung auf die Trägeranordnung aus. Alternativ dazu ist es jedoch auch denkbar, die Entladungskammer mit einer keramischen Beschichtung zu versehen, die andere keramische Materialien in Pulverform, wie zum Beispiel Aluminiumoxidpulver, enthält.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung einer zur Verwendung in einem Ionentriebwerk geeignete Entladungskammer wird eine Trägeranordnung bereitgestellt, die ein elektrisch und/oder magnetisch wirksames Bauteil des Ionentriebwerks umfasst und eine Kontur der Entladungskammer definiert. Auf eine einem Innenraum der Entladungskammer zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung wird eine keramische Beschichtung aufgebracht.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Trägeranordnung eine mehrere Magnete umfassende Magnetanordnung zum Erzeugen einer charakteristischen Magnetfeldgeometrie in dem Innenraum der Entladungskammer und/oder elektrisch leitende Komponenten des Ionentriebwerks.
  • Vorzugsweise wird die keramische Beschichtung mit einer Dicke auf die dem Innenraum der Entladungskammer zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung aufgebracht, die ausreichend ist, um die Trägeranordnung gegenüber einem den Innenraum der Entladungskammer im Betrieb des Ionentriebwerks durchströmenden Plasma zu isolieren.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Entladungskammer wird die keramische Beschichtung mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm, insbesondere von weniger als 0,2 mm auf die dem Innenraum zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung aufgebracht.
  • Die keramische Beschichtung kann Bornitrid oder Aluminiumoxid in Pulverform enthalten.
  • Die keramische Beschichtung kann in Form einer Suspension auf die dem Innenraum der Entladungskammer zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung aufgebracht werden. Die Suspension kann das keramische Beschichtungsmaterial, beispielsweise Bornitrid oder Aluminiumoxid in Pulverform enthalten.
  • Das in Pulverform vorliegende keramische Beschichtungsmaterial kann in ein Lösungsmittel eingebracht sein. Als Lösungsmittel kann beispielsweise Ethanol oder ein anderes organisches Lösungsmittel verwendet werden, das schnell verdampft. Dadurch kann verhindert werden, dass das Lösungsmittel durch die Freisetzung von Kohlenstoff unter dem Einfluss des Plasmas der isolierenden Wirkung der Beschichtung entgegenwirkt.
  • Ferner kann in der Suspension ein Bindemittel, insbesondere ein anorganisches Bindemittel enthalten sein, das die Stabilität der Suspension und die Haftung der Suspension auf der Innenfläche der Trägeranordnung verbessert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer zur Verwendung in einem Ionentriebwerk geeignete Entladungskammer wird die Suspension, die das keramische Beschichtungsmaterial in Pulverform enthält, durch Tauchbeschichten, Lackieren, Aufsprühen oder Elektrospritzen auf die dem Innenraum der Entladungskammer zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung aufgebracht. Das Tauchbeschichten, Lackieren und Besprühen der Innenfläche der Trägeranordnung mit der das keramische Beschichtungsmaterial in Pulverform enthaltenden Suspension ist vergleichsweise einfach realisierbar, verlangt jedoch in der Regel die Verwendung einer bindemittelhaltigen Suspension.
  • Nach dem Aufbringen der Suspension auf die dem Innenraum der Entladungskammer zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung wird Beschichtung getrocknet. Während des Trocknungsvorgangs verdampft das Lösungsmittel, so dass in der getrockneten Beschichtung lediglich Reste des Lösungsmittels enthalten sein können. Anschließend kann das Triebwerk zum Test in einer Vakuumkammer installiert werden. Dabei verdampf eventuell noch in der Beschichtung enthaltenes Lösungsmittel, so dass sichergestellt ist, dass die isolierende Wirkung der Beschichtung nicht durch in der Beschichtung enthaltene Lösungsmittelreste beeinträchtigt wird. Eine zusätzliche Wärmebehandlung der Beschichtung, insbesondere ein "Aufbrennen" der Beschichtung auf die Innenfläche der Trägeranordnung ist nicht erforderlich, kann aber optional in Betracht gezogen werden.
  • Alternativ dazu kann die keramische Beschichtung durch Plasmaspritzen des keramischen Beschichtungsmaterials in Pulverform auf die dem Innenraum der Entladungskammer zugewandte Innenfläche der Trägeranordnung aufgebracht werden. Demnach kann beim Aufbringen der keramischen Beschichtung auf die Innenfläche der Trägeranordnung durch Plasmaspritzen auf die Herstellung einer bindemittelhaltigen Suspension verzichtet und das Keramikpulver direkt auf die zu beschichtende Oberfläche aufgespritzt werden.
  • Ein Ionentriebwerk umfasst eine oben beschriebene Entladungskammer.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert, von denen
    • Figur 1
    eine aus dem Stand der Technik bekannte Entladungskammer eines Ionentriebwerks zeigt und
    Figur 2
    eine erfindungsgemäße Entladungskammer eines Ionentriebwerks zeigt.
  • Eine in Figur 1 gezeigte und aus dem Stand der Technik bekannte Entladungskammer 10' eines Ionentriebwerks umfasst ein aus einem keramischen Material bestehendes Entladungskammergehäuse 12', das durch ein spanendes Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Drehen aus einem Vollkörper, oder durch Sintern eines Rohstoffpulvers hergestellt ist. Die minimale Wandstärke eines derartigen Entladungskammergehäuses 12' liegt typischerweise bei ca. 2 mm. Außerhalb eines Entladungskammergehäuses 12' ist eine Mehrzahl von Magneten und Polschuhe enthaltende Magnetanordnung 14' vorgesehen, der durch das Entladungskammergehäuse 12' gegenüber einem Plasma isoliert ist, das einen Innenraum 16' des Entladungskammergehäuses 12' im Betrieb des Ionentriebwerks durchströmt. Ferner isoliert das Entladungskammergehäuse 12' auch weitere leitende Komponenten des Ionentriebwerks, wie zum Beispiel einen weiteren Polschuh 18' und einen weiteren Magneten 20' von dem den Innenraum 16' des Entladungskammergehäuses 12' im Betrieb des Ionentriebwerks durchströmenden Plasma.
  • Im Gegensatz dazu umfasst eine in Figur 2 dargestellte Entladungskammer 100 eine Trägeranordnung 102, die ein elektrisch und/oder magnetisch wirksames Bauteil des Ionentriebwerks umfasst und eine Kontur, d.h. eine Geometrie der Entladungskammer 100 definiert. Die Trägeranordnung 102 umfasst eine Mehrzahl von Magneten und Polschuhe enthaltende Magnetanordnung 104 zum Erzeugen eines Magnetfelds in einem Innenraum 106 der Entladungskammer 100 sowie hier in Form eines weiteren Polschuhs 108 und eines weiteren Magneten 110 ausgebildete elektrisch leitende Komponenten des Ionentriebwerks. Auf die Trägeranordnung 102, d.h. auf eine dem Innenraum 106 der Entladungskammer 100 zugewandte Innenfläche 112 der Trägeranordnung 102, ist eine keramische Beschichtung 114 aufgebracht. Dadurch kann bei der Entladungskammer 100 auf ein in Form eines separaten keramischen Bauteils ausgebildetes Entladungskammergehäuse verzichtet werden.
  • Die keramische Beschichtung 114 hat eine Dicke, die ausreichend ist, um die Trägeranordnung 102 sowie weitere (hier nicht veranschaulichte) außerhalb des Innenraums 106 Entladungskammer 100 liegende Bauteile des Ionentriebwerks gegenüber dem Plasma zu isolieren, das den Innenraum 106 der Entladungskammer 100 im Betrieb des Ionentriebwerks durchströmt. Im Übrigen wird die Dicke der keramischen Beschichtung so gering wie möglich gehalten und beträgt in der Regel weniger als 0,5 mm, insbesondere weniger als 0,2 mm. Die keramische Beschichtung 114 enthält insbesondere Bornitrid oder Aluminiumoxid in Pulverform.
  • Zur Herstellung der Entladungskammer 100 wird eine Suspension hergestellt, die das keramische Beschichtungsmaterial, also beispielsweise Bornitrid oder Aluminiumoxid in Pulverform enthält. Darüber hinaus enthält die Suspension ein Lösungsmittel, beispielsweise Ethanol. Ferner kann ein Bindemittel, insbesondere ein anorganisches Bindemittel in die Suspension eingebracht werden. Schließlich wird die Suspension durch Tauchbeschichten, Lackieren, Spritzen, Elektrospritzen auf die dem Innenraum 106 der Entladungskammer 100 zugewandte Innenfläche 112 der Trägeranordnung 102 aufgebracht und anschließend getrocknet. Alternativ kann das keramische Beschichtungsmaterial in Pulverform auch durch Plasmaspritzen unmittelbar auf die dem Innenraum 106 der Entladungskammer 100 zugewandte Innenfläche 112 der Trägeranordnung 102 aufgebracht werden.

Claims (15)

  1. Entladungskammer (100) zur Verwendung in einem Ionentriebwerk, die umfasst:
    - eine Trägeranordnung (102), die ein elektrisch und/oder magnetisch wirksames Bauteil des Ionentriebwerks umfasst und eine Kontur der Entladungskammer (100) definiert, und
    - eine keramische Beschichtung (114), die auf eine einem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebracht ist.
  2. Entladungskammer nach Anspruch 1,
    wobei die Trägeranordnung (102) eine Magnetanordnung (104) zum Erzeugen eines Magnetfelds in dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) und/oder elektrisch leitende Komponenten des Ionentriebwerks umfasst.
  3. Entladungskammer nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die keramische Beschichtung (114) eine Dicke hat, die ausreichend ist, um die Trägeranordnung (104) gegenüber einem den Innenraum (106) der Entladungskammer (100) im Betrieb des Ionentriebwerks durchströmenden Plasma zu isolieren.
  4. Entladungskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei die keramische Beschichtung (114) eine Dicke von weniger als 0,5 mm, insbesondere von weniger als 0,2 mm hat.
  5. Entladungskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei die keramische Beschichtung (114) Bornitrid oder Aluminiumoxid in Pulverform enthält.
  6. Verfahren zur Herstellung einer zur Verwendung in einem Ionentriebwerk geeigneten Entladungskammer (100), mit den Schritten:
    - Bereitstellen einer Trägeranordnung (102), die ein elektrisch und/oder magnetisch wirksames Bauteil des Ionentriebwerks umfasst und eine Kontur der Entladungskammer (100) definiert, und
    - Aufbringen einer keramischen Beschichtung (114) auf eine einem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102).
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    wobei die Trägeranordnung (102) eine Magnetanordnung zum Erzeugen eines Magnetfelds in dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) und/oder elektrisch leitende Komponenten des Ionentriebwerks umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    wobei die keramische Beschichtung (114) mit einer Dicke auf die dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebracht wird, die ausreichend ist, um die Trägeranordnung (102) gegenüber einem den Innenraum (106) der Entladungskammer (100) im Betrieb des Ionentriebwerks durchströmenden Plasma zu isolieren.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    wobei die keramische Beschichtung (114) mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm, insbesondere von weniger als 0,2 mm auf die dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
    wobei die keramische Beschichtung (114) Bornitrid oder Aluminiumoxid in Pulverform enthält.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    wobei die keramische Beschichtung in Form einer Suspension, die ein Lösungsmittel, insbesondere Ethanol, und/oder ein anorganisches Bindemittel enthält, auf die dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebracht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    wobei die Suspension durch Tauchbeschichten, Lackieren, Spritzen, Elektrospritzen auf die dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    wobei die auf die dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebrachte Suspension getrocknet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
    wobei die keramische Beschichtung (114) durch Plasmaspritzen des keramischen Beschichtungsmaterials in Pulverform auf die dem Innenraum (106) der Entladungskammer (100) zugewandte Innenfläche (112) der Trägeranordnung (102) aufgebracht wird.
  15. Ionentriebwerk mit einer Entladungskammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
EP17158594.6A 2016-03-17 2017-03-01 Entladungskammer für ein ionentriebwerk Withdrawn EP3219987A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016204438.9A DE102016204438A1 (de) 2016-03-17 2016-03-17 Entladungskammer für ein Ionentriebwerk

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3219987A1 true EP3219987A1 (de) 2017-09-20

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