DE102007034478A1 - Vacuum housing and method of making an insert for a vacuum housing - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Vakuum-Gehäuse, mit einem Einsatz in einer Gehäuse-Wandung, insbesondere als Durchführung einer elektrischen Verbindung, mit mindestens einem im Einsatz gehaltenen Körper, welcher sich durch die Gehäuse-Wandung hindurch erstreckt, wobei der Einsatz ein Einsatzteil aus einem Polymer-Werkstoff und ein Dichtungsteil aus einem Elastomer-Werkstoff aufweist, und wobei das Dichtungsteil (12) den Körper zum Einsatzteil abdichtet.The invention relates to a vacuum housing, with an insert in a housing wall, in particular as performing an electrical connection, with at least one held in use body, which extends through the housing wall, wherein the insert is an insert made of a polymer Material and a sealing member made of an elastomeric material, and wherein the sealing member (12) seals the body to the insert part.
Description
Die Erfindung betrifft ein Vakuum-Gehäuse, mit einem Einsatz in einer Gehäuse-Wandung, insbesondere als Durchführung einer elektrischen Verbindung, als mechanische Durchführung, für Schaugläser oder für andere vakuumdichte Unterbrechungen der Gehäuse-Wandung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Einsatzes für ein Vakuum-Gehäuse.The The invention relates to a vacuum housing, with an insert in one Housing wall, in particular as an implementation an electrical connection, as a mechanical feedthrough, for sight glasses or for others Vacuum-tight interruptions of the housing wall. It also concerns the invention a method for producing an insert for a vacuum housing.
Technisch-wissenschaftliche Apparate oder Instrumente können mit einem Vakuumsystem ausgestattet sein. Durch das Vakuumsystem werden Bereiche höheren Drucks (auch Normaldruck) gegenüber Bereichen relativ niedrigen Drucks (auch 10–9 mbar) voneinander getrennt. Hierfür ist als Bestandteil des Vakuumsystems ein Gehäuse mit entsprechend stabilen Wandungen vorgesehen.Technical-scientific apparatus or instruments may be equipped with a vacuum system. Due to the vacuum system, areas of higher pressure (even normal pressure) are separated from areas of relatively low pressure (also 10 -9 mbar). For this purpose, a housing with correspondingly stable walls is provided as part of the vacuum system.
Niederdruckseite und Hochdruckseite des Vakuumsystems müssen für die verschiedensten Zwecke und Anwendungen miteinander in Verbindung stehen oder gekoppelt sein. Beispielsweise sind elektrische Leitungen in das Gehäuse hineingeführt oder Leitungen für Flüssigkeiten und Gase (auch Kapillaren). Für bestimmte Anwendungen sind Schaugläser in der Gehäuse-Wandung vorzusehen. In allen Fällen weist die Gehäuse-Wandung eine Unterbrechung mit einem vakuumdicht angeordneten Einsatz auf.Low pressure side and high-pressure side of the vacuum system must be for a variety of purposes and applications related or coupled be. For example, electrical lines are led into the housing or Lines for liquids and gases (also capillaries). For certain applications are sight glasses in the housing wall provided. In all cases has the housing wall an interruption with a vacuum-tight arranged use.
Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung sind Vakuumsysteme für Massenspektrometer. Vorzugsweise geht es um elektrische Durchführungen in Wandungen entsprechender Vakuum-Gehäuse. Andere Anwendungen im Zusammenhang mit Vakuumsystemen gehören ebenfalls zum Bereich der Erfindung.One Particularly important application of the invention are vacuum systems for mass spectrometers. Preferably, it is about electrical feedthroughs in walls corresponding Vacuum housing. Other applications related to vacuum systems are also included Field of the invention.
Bekannte elektrische Durchführungen weisen einen leitfähigen Pin oder Draht auf, welcher üblicherweise umgeben ist von einem keramischen Isolator, der in ein Metallteil eingebettet ist. Das Metallteil ist in die Gehäuse-Wandung vakuumdicht eingesetzt. Die dauerhafte Verbindung von Keramik- und mit Metallteilen ist aufwendig und teuer.Known electrical feedthroughs have a conductive Pin or wire on, which is usually surrounded by a ceramic insulator, which is in a metal part is embedded. The metal part is inserted in the housing wall vacuum-tight. The permanent connection of ceramic and metal parts is complicated and expensive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer kostengünstigen und auch im Zusammenbau effizienten Lösung für eine Durchführung an einem Vakuum-Gehäuse. Insbesondere soll teures keramisches Dicht- und Isoliermaterial vermieden werden, ebenso wie ein Metallteil als Träger.task The present invention is to provide a low-cost and also in the assembly efficient solution for a implementation a vacuum housing. In particular, expensive ceramic sealing and insulating material be avoided, as well as a metal part as a carrier.
Das erfindungsgemäße Vakuum-Gehäuse weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Danach ist der Einsatz mehrteilig ausgebildet, mit einem Einsatzteil aus einem Polymer-Werkstoff und einem Dichtungsteil aus einem Elastomer-Werkstoff, wobei das Dichtungsteil den im Einsatz gehaltenen Körper zum Einsatzteil abdichtet. Bei dem Körper handelt es sich beispielsweise um einen leitfähigen Pin oder Draht, etwa aus Stahl, über den eine elektrische Verbindung zwischen dem Inneren des Vakuum-Gehäuses und der Außenseite desselben herstellbar ist. Polymer und Elastomer sind als Vakuum-geeignete Werkstoffe auszuwählen. In Verbindung mit elektrischen Leitern sollen die Werkstoffe auch elektrisch isolieren, insbesondere der Polymer-Werkstoff. Das Einsatzteil aus dem Polymer-Werkstoff ist in geeigneter Weise mit der Gehäuse-Wandung verbunden, etwa durch Verschrauben oder Kleben und in Verbindung mit einem Dichtring oder einer anderen Dichtung. Das Dichtungsteil gewährleistet eine vakuumdichte Verbindung zwischen Körper und Polymer-Werkstoff, und zwar auch bei auftretenden mechanischen Spannungen, etwa durch Wärmeausdehnung, herstellungsbedingte Schrumpfungsprozesse, auf den Körper wirkende mechanische Kräfte durch Anschließen und Lösen von Leitungen.The inventive vacuum housing has the features of claim 1. Thereafter, the use is multi-part formed, with an insert of a polymer material and a sealing part made of an elastomer material, wherein the sealing part in use held body to Inserts insert. In the body For example, it is a conductive pin or wire, for example made of steel, over an electrical connection between the interior of the vacuum housing and the outside the same is produced. Polymer and elastomer are suitable as vacuum-compatible materials select. In conjunction with electrical conductors, the materials should also electrically isolate, in particular the polymer material. The insert part made of the polymer material is suitably connected to the housing wall connected, such as by screwing or gluing and in conjunction with a sealing ring or other seal. The sealing part guaranteed a vacuum-tight connection between body and polymer material, and even with occurring mechanical stresses, such as through Thermal expansion, production-related shrinkage processes, acting on the body mechanical forces through Connect and release of wires.
Im Einsatzteil können auch mehrere Körper, zum Beispiel leitfähige Drähte oder Stäbe gehalten sein. Vorzugsweise ist dann jedem Körper ein eigenes Dichtungsteil zugeordnet, so dass im Einsatzteil mehrere Dichtungsteile angeordnet sind.in the Insert part can also several bodies, for Example conductive wires or bars be held. Preferably, then each body is a separate seal part assigned, so that arranged in the insert part a plurality of sealing parts are.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der Polymer-Werkstoff spritzgussfähig. Entsprechend ist das Einsatzteil durch Spritzguss hergestellt. Vorzugsweise handelt es sich um einen Polycarbonat-Werkstoff. Das Einsatzteil kann komplett aus Polycarbonat im Spritzguss hergestellt werden. Polycarbonat weist die erforderliche Dichtigkeit (geringe Diffusion) auf sowie eine geringe Ausgasung nach dem Spritzgießen.To Another idea of the invention is the polymer material injection capable. Accordingly, the insert is made by injection molding. Preferably it is a polycarbonate material. The insert part can be made entirely of polycarbonate by injection molding. polycarbonate has the required tightness (low diffusion) and a low outgassing after injection molding.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung beinhaltet der Elastomer-Werkstoff Silikon oder eine Silikon-Verbindung. Vorzugsweise besteht das Dichtungsteil aus Silikon und dichtet das Einsatzteil gegen den Körper ab, auch bei Schrumpfung nach dem Spritzgießen, bei mechanischen Spannungen. Silikon haftet sehr gut an vielen Feststoffen insbesondere auch an Stahl. Durch Wärme und Druck beim Spritzgießen entsteht auch eine innige Verbindung zwischen dem Silikon des Dichtungsteils und dem Werkstoff des Einsatzteils.To Another aspect of the invention includes the elastomeric material Silicone or a silicone compound. Preferably, the sealing part made of silicone and seals the insert against the body, even with shrinkage after injection molding, with mechanical stresses. silicone adheres very well to many solids, especially steel. By heat and pressure during injection molding also creates an intimate connection between the silicone of the sealing part and the material of the insert.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der im Einsatz gehaltene Körper ein elektrischer Leiter, insbesondere ein metallischer elektrische Leiter. Vorzugsweise handelt es sich um einen oder mehrere Stifte, die mit Hilfe des Einsatzes durch die Gehäuse-Wandung hindurchgeführt sind.To Another idea of the invention is that held in use body an electrical conductor, in particular a metallic electrical Ladder. Preferably, it is one or more pins, which are passed with the help of the insert through the housing wall.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist das Einsatzteil mehrteilig mit einem Vorspritzling unmittelbar am Dichtungsteil und mit einem am Vorspritzling angespritzten Bereich. Der angespritzte Bereich umgibt den Vorspritzling vorzugsweise vollständig, jedenfalls in Richtung der Ebene der Gehäuse-Wandung. Senkrecht zur Gehäuse-Wandung kann der Vorspritzling über den angespritzten Bereich hervortreten.According to a further aspect of the invention, the insert is in several parts with a pre-molded part directly on the sealing part and with a molded on the pre-molded part. The injection-molded area preferably completely surrounds the pre-molded part, at least in the direction of the plane of the housing wall. Perpendicular to the housing wall, the pre-molded part can protrude beyond the molded area.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Vorspritzling mehrteilig ausgeführt ist mit Behälter und Deckel, wobei im Behälter das Dichtungsteil vorgesehen ist. Dabei kann der Behälter in einem ersten Vorspritzvorgang hergestellt sein und zeitlich parallel dazu oder später der Deckel.In Further development of the invention is provided that the pre-molded part executed in several parts is with container and lid, being in the container the sealing part is provided. The container in a be prepared first preheating and parallel in time or later the lid.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung umgibt der Vorspritzling das Dichtungsteil vollständig, zumindest in Richtung oder in der Ebene der Gehäuse-Wandung. Sofern der Vorspritzling das Dichtungsteil vollständig umgibt, erstreckt sich der Körper, Leiter oder dergleichen durch beide Teile – Vorspritzling und Dichtungsteil – hindurch.To In another aspect of the invention, the pre-molded part surrounds the Sealing part completely, at least in the direction or in the plane of the housing wall. If the pre-molded part the sealing part completely surrounds, the body extends, Ladder or the like through both parts - pre-molded part and sealing part - through.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass das Einsatzteil eine Nut zur Aufnahme einer Ringdichtung aufweist, wobei die Ringdichtung den Einsatz zur Gehäuse-Wandung abdichtet. Vorteilhafterweise ist der Einsatz außerhalb der Nut mit der Gehäuse-Wandung fest verbunden, insbesondere verschraubt.According to the invention is still provided that the insert part has a groove for receiving a ring seal wherein the ring seal seals the insert to the housing wall. Advantageously, the insert is outside the groove with the housing wall firmly connected, in particular screwed.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine stark vereinfachte Ausführung eines Vakuum-Gehäuses mit einer vakuumdichten Unterbrechung einer Gehäuse-Wandung. Die Gehäuse-Wandung oder sogar das Gehäuse insgesamt können aus einem Polymer-Werkstoff hergestellt sein, insbesondere Polycarbonat. Ein zusätzlicher Einsatz aus Polymer-Werkstoff ist dann nicht zwingend erforderlich. Stattdessen ist ein Dichtungsteil aus einem Elastomer-Werkstoff in der Gehäuse-Wandung angeordnet und dichtet so einen durch die Wandung hindurchgeführten Körper zur Wandung hin ab. Der Elastomer-Werkstoff erstreckt sich an oder innerhalb der Gehäuse-Wandung rund um den Körper. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Elastomer-Werkstoff um Silikon oder um einen anderen geeigneten Elastomer.object The invention is also a highly simplified embodiment of a Vacuum housing with a vacuum-tight interruption of a housing wall. The housing wall or even the case in total can made of a polymer material be prepared, in particular polycarbonate. An additional one Use of polymer material is then not mandatory. Instead is a sealing member made of an elastomeric material in the housing wall arranged and thus seals a passed through the wall body Wall down. The elastomer material extends to or within the housing wall around the body. Preferably If the elastomer material is silicone or one other suitable elastomer.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Einsatzes für Vakuum-Gehäuse weist folgende Schritte auf:
- a) ein Vorspritzling wird um einen einzubettenden Körper herumgespritzt, derart, dass der Körper beidseitig aus dem Vorspritzling hervorsteht, und derart, dass ein Hohlraum um den Körper herum für ein Dichtungsteil frei bleibt.
- b) das Dichtungsteil wird in den Hohlraum eingebracht,
- c) anschließend wird der Vorspritzling zur Erzielung einer gewünschten Gestalt des Einsatzes umspritzt unter Bildung eines angespritzten Außenteils des Einsatzes.
- a) a preform is sprayed around a body to be embedded, such that the body protrudes from both sides of the preform, and such that a cavity around the body remains free for a sealing part.
- b) the sealing part is introduced into the cavity,
- c) then the preform is overmolded to obtain a desired shape of the insert to form a molded outer part of the insert.
Die Herstellung erfolgt im Spritzgussverfahren. Die Aufteilung des Verfahrens in die Herstellung des Vorspritzlings, das Einbringen des Dichtungsteils und das anschließende Anspritzen eines Außenteils hat sich als vorteilhaft für die Dichtigkeit und Maßhaltigkeit des Einsatzes herausgestellt.The Production takes place by injection molding. The division of the procedure in the production of the pre-molded part, the introduction of the sealing part and the subsequent one Injection of an outer part has to be beneficial for the tightness and dimensional stability of the insert.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der Vorspritzling mehrteilig ausgeführt, nämlich zumindest mit Behälter und Deckel. Entsprechend wird zunächst der Behälter um den Körper herum vorgespritzt, dann das Dichtungsteil in den Behälter eingebracht und danach der Deckel zur Abdeckung des Dichtungsteils vorgespritzt. Deckel und Behälter sind die Bestandteile des Vorspritzlings.To In another aspect of the invention, the preform is made in several parts executed, namely at least with container and lid. Accordingly, the container is first to the body pre-injected around, then introduced the seal member in the container and then the lid is pre-molded to cover the sealing part. Lid and container are the components of the preform.
Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Einsatzes für ein Vakuum-Gehäuse weist zumindest folgende Schritte auf:
- a) ein nach der Herstellung beidseitig aus dem Einsatz hervorstehender Körper wird mit einem Dichtungsteil versehen,
- b) ein Einsatzteil wird im Spritzgussverfahren um das Dichtungsteil herumgeformt.
- a) a body protruding from the insert on both sides after production is provided with a sealing part,
- b) an insert is molded around the seal member by injection molding.
Wie weiter oben bereits erwähnt, ist das Dichtungsteil aus einem Elastomer hergestellt, vorzugsweise aus Silikon oder einem anderen geeigneten Elastomer, etwa auf Kautschuk- oder Acrylbasis. Das Einsatzteil besteht aus einem spritzgussfähigen Polymer, insbesondere Polycarbonat.As already mentioned above, the sealing member is made of an elastomer, preferably made of silicone or another suitable elastomer, such as rubber or acrylic base. The insert consists of an injection-moldable polymer, in particular polycarbonate.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Massenspektrometer mit einem Vakuum-Gehäuse in der beschriebenen Ausführung.object The invention also provides a mass spectrometer with a vacuum housing in the described Execution.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:Further Features of the invention will become apparent from the description of the remainder and from the claims. Advantageous embodiments The invention will be explained below with reference to figures. It demonstrate:
In
Der
Einsatz
Bei
der Herstellung des Einsatzes
Schließlich wird
radial außen
an Behälter
Der
elektrische Leiter
Die
in mehreren Schritten ausgeführte
Herstellung mit Vorspritzling
Grundsätzlich hängt die
Form des Einsatzes
Auch
sind spezielle anwendungsspezifische Formen des Einsatzes
Das
Vakuum-Gehäuse
oder eine Wandung desselben können
zusammen mit dem Einsatz einteilig hergestellt sein. Auch können mehrere
Leiter
Anstelle eines elektrischen Leiters können andere Körper vorgesehen sein, etwa Schaugläser (viewports), optische oder opto-elektronische Kopplungen, Glasfasern, mechanische Durchführungen (zum Beispiel Drehdurchführungen), Kapillaren usw. Die Erfindung ist grundsätzlich verwendbar für alle Arten von Durchführungen, das heißt zum Durchführen von Nicht-Kunststoffen allgemein durch urgeformte Kunststoffteile zum Masse-, Energie- oder Informationstransport im Zusammenhang mit einem Vakuum-Gehäuse. Dabei können die Kunststoffteile auch auf andere Art als durch Spritzguss ausgeformt werden, beispielsweise durch Extrudieren.Instead of of an electrical conductor can be others body be provided, such as sight glasses, optical or opto-electronic couplings, glass fibers, mechanical Bushings (for Example rotary joints), Capillaries, etc. The invention is basically usable for all types of bushings, this means to perform of non-plastics in general by urformed plastic parts related to mass, energy or information transport with a vacuum housing. there can the plastic parts are also formed in a different way than by injection molding, for example by extrusion.
Schließlich betrifft
Die Erfindung ist bevorzugt verwendbar im Zusammenhang Massenspektrometern und mit Hochvakuum- bzw. Ultrahochvakuum-Bedingungen in einem Vakuum-Gehäuse.The Invention is preferably usable in the context of mass spectrometers and with high vacuum or ultrahigh vacuum conditions in a vacuum enclosure.
- 1010
- Einsatzcommitment
- 1111
- elektrischer Leiterelectrical ladder
- 1212
- Dichtungsteilsealing part
- 1313
- Außenteilouter part
- 1414
- VorspritzlingPreform
- 1515
- Behältercontainer
- 1616
- Deckelcover
- 1717
- TrennungslinieDividing line
- 1818
- Hohlraumcavity
- 1919
- Ringnutring groove
- 2020
- Schraubverbindungscrew
- 2121
- Schauglassight glass
- 2222
- Einsatzteilinsert
- 2323
- Dichtkantesealing edge
- 2424
- Kapillarecapillary
- 2525
- elastisches Dichtmaterialelastic sealing material
- 2626
- Gehäuse-WandungHousing wall
- 2727
- Muldetrough
Claims (14)
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