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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Leitungen an trennbaren Vakuumkammerelementen. In Betracht kommen vorrangig wartungs- und montagebedingt mehrteilig ausgeführte Vakuumkammern, wie beispielsweise solche in Dünnfilm-Beschichtungsanlagen zur Glasbeschichtung.
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Im Umfeld der Erfindung dreht es sich um schwergewichtige Vakuumkammern, die wegen des Vakuums und wegen großflächiger Substrate – Maßzahlen der Breite und Länge über 1 m – stabil und massiv ausgeführt sind. Diese Kammern kommen aneinandergereiht nach einer Art Modulsystem zur Aufstellung und bilden so eine Kette aus evakuierten oder evakuierbaren Schleusen-, Puffer-, Transfer- und Prozesskammern, und somit eine Anlage, wie sie sich beispielsweise zur Beschichtung von Glasscheiben eignet.
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Derartige Kammern sehen eine Reihe technischer Mittel beziehungsweise Komponenten vor: primär zur Beschichtung, zum Transport, zur Kühlung, zur Überwachung und zum Ausbilden des Vakuums sowie Weitere. Ein Teil der genannten Komponenten befindet sich auch aus Gründen der regelmäßigen Wartung am Kammerdeckel. Der Kammerdeckel ist daher zumeist trennbar mit dem unteren Teil der Kammer verbunden. Für das Abnehmen der Kammerdeckel sind teilweise Krane notwendig.
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Kammerdeckel sind aufgrund ihrer gelegentlichen Entnahme weitestmöglich trennbar zu angebundenen Leitungssystemen verbunden. Neben einer Vielzahl von elektrischen Leitungen wie Strom-, Steuer- und Messleitungen sind Leitungen für Gase und Flüssigkeiten relevant. Die Zuführung der genannten Leitungen erfolgt zunächst zum fest stationierten unteren Teil der Kammer hin und von dort über Leitungsverbindungen – wie erwähnt trennbar – zu den Komponenten auf dem Kammer-Oberteil (Deckel). Die Art und Weise und insbesondere die der elektrischen Kontaktierung sieht hier konventionelle Mittel wie Steckverbinder vor.
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Im Übrigen lassen sich Vakuumkammern auch so anordnen, dass die hier erwähnten Deckel hochkant und gegebenenfalls in Schräglage stehen, was zwar den Zugang zu den Komponenten erleichtern kann, jedoch an Transport und Komponenten andere Anforderungen stellt. Auch diesen anders gearteten Formen der Anordnung entzieht sich dem Erfindungsgedanken nicht.
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Die im Anwendungsbereich in Betracht kommenden Leitungsverbindungen und insbesondere elektrische Kontaktmittel sind dort von besonderem Interesse, wo ein erheblicher Leistungsübertrag stattfindet. Komponenten wie Magnetrons oder Heizelemente benötigen eine Versorgung mit hohen elektrischen Leistungen. Spannungen im kV-Bereich oder Ströme mit mehreren hundert Amper kommen in Betracht. Dafür erwerbbare Steckverbinder sind schon wegen der Kontakt- und Kabelquerschnitte mit Mühe zu handhaben. Hinzu kommt, dass die Kontakte im Zusammenhang mit einem Deckeltransfer zeitnah zu öffnen oder zu schließen sind. Bestenfalls ließe sich mit einer zu findenden Lösung ein breites Einsatzspektrum von Leitungsverbindungen zum Beispiel für Elektrizität, Elektronik, Optoelektronik, Prozessgase und -flüssigkeiten, Kühlung, Pneumatik und Mechanik erschließen.
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Nach dem Stand der Technik sind vielfältige Verbindungen für die eben angesprochenen Zweckbestimmungen bekannt. Das gilt sowohl für einzelne Leitungen als auch für Mehrfachleitungen. Zudem sind Kombinationen von Verbindungen unterschiedlichster Art keine Seltenheit.
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Das Erfindungsstreben bezieht dabei solche Verbindungen in seine Überlegungen ein, mit denen entweder ein Übertrag eines Mediums (Gas, Flüssigkeit) oder auch der Übertrag einer Energieform wie Elektrizität, für Signale oder auch für mechanische Bewegungen möglich ist. Es kommen lösbare Verbindungen in Betracht, jedoch nicht zwingend solche, die kontaktieren müssen.
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Mit Letzterem sind beispielsweise Verbindungen gemeint, die drahtlos mittels Infrarot, Funk, Induktion, Laser und Optik funktionieren, oder auch mechanische Kupplungen wie beispielsweise Steck- oder Rutschkupplungen.
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Im Fokus befinden sich ausschließlich solche, die im geraden aufeinander Zubewegen bzw. danach in der finalen Position die Verbindung selbstständig herstellen bzw. herstellen können. Elektrische Steckverbinder sind ein Musterbeispiel.
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Aus der erwerbbaren Vielfalt von elektrischen Steckverbindern sind montierbare Standard-Steckhülsen (auch Pins) für Einzelleitung und für ein breites Leistungsspektrum bekannt. Es ist diesen vorbestimmt, sie mit frei wählbaren konstruktiven Mitteln für Mehrfachleitungen zusammenzufassen. Ähnliches gilt auch für genannte weitere Verbindungen und deren Kombinationen.
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Geeignete konstruktive Mittel aufzuzeigen verbleibt als Zielstellung unter Berücksichtigung, dass solche für zusammenfügbare Vakuumkammerelemente bislang fehlen.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, nach der vorstehenden Zielstellung ein geeignetes konstruktives Mittel zu finden, das diese erfüllt, wobei es beim Zusammenfügen der schwergewichtigen Vakuumkammerelemente darauf ankommt, in diesen grobmotorischen Vorgang den automatischen Verbindungsschluss für Leitungsverbindungen, die mechanisch geringer belastbar als die Vakuumkammerelemente sind, einzubinden.
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Die Aufgabe wird durch die Leitungsverbindung mit den Merkmalen des Patentspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die Erfindung beruht auf einer Leitungsverbindung als Steckeinheit, die zwei Steckelemente mit jeweils mindestens einen darauf befestigten Steckverbinder und mindestens ein Justierelement als Justiermittel umfasst, wobei – in Steckrichtung – zusammengeführte Steckelemente die Steckverbinder paarweise jeweils eine Leitung verbinden sowie richtungsentgegen trennen. Zudem werden mittels Justierelement beim Zusammenführen der Steckelemente diese zunächst zueinander positioniert und anschließend zueinander formschlüssig gehalten. Dazu ist das mechanisch stabile Justierelement an mindestens einem Ende verjüngt und wie die Steckverbinder ausgerichtet.
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Es kennzeichnet die Erfindung, dass eine derartige Verbindung an Vakuumkammern im Trennbereich von Vakuumkammerelementen verwendet ist, dass die Steckrichtung der Deckelverschlussrichtung beim Zusammenführen der Vakuumkammerelemente gleicht und dass verbindende Halteelemente jeweils zwischen Vakuumkammerelementen und Steckelementen vorgesehen sind.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist mindestens eines der Steckelemente mit einem der Halteelemente derart gelagert verbunden, dass das Steckelement gegenüber dem Halteelement in einer Ebene orthogonal zur Deckelverschlussrichtung – Justierebene – beweglich ist, wozu Haltemittel vorgesehen sind.
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Derartiges ist auch als „schwimmende Lagerung” bekannt.
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Darauf aufbauend ist es von Vorteil, dass die Haltemittel in Deckelverschlussrichtung ausgerichtet sind.
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Alternativ ist es vorteilhaft, dass die Haltemittel orthogonal zur Deckelverschlussrichtung ausgerichtet sind.
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Bei Haltemitteln in Deckelverschlussrichtung bietet es sich an, dass das Haltemittel als Schraube ausgeführt und durch eine Bohrung im Steckelement hindurch im Halteelement fest gehalten ist, wobei im Bereich der Bohrung zur Schraube ein umlaufender Spalt und zudem die unfest eingedrehte Schraube die Bewegung des Steckelements in der Justierebene zulässt.
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Bei Haltemitteln orthogonal zur Deckelverschlussrichtung ist es vorteilhaft, dass das Halteelement seitlich des Steckelements Lager als Langlöcher für stiftförmige Haltemittel, die im Steckelement befestigt sind, aufweist.
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Zweckmäßig ist zum Vorhergehenden, dass die Lager in einer äquidistant beabstandeten Umrandung – kanalartig – vorgesehen sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an den Vakuumkammerelementen mindestens ein Justierelement der Kammer derart wirkend vorgesehen, dass beim Zusammenfügen der Vakuumkammerelemente deren örtliche Lage zueinander in der Justierebene ausgerichtet ist.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist das Justierelement beim Zusammenfügen vorgehend dem Justierelement der Steckeinheit wirkend ausgeführt, wozu das Justierelement geometrisch bestimmt ineinander greift und justierend wirkt bevor das Justierelement in gleicher Art und Weise nachfolgend wirksam wird, um die Steckelemente zueinander und damit die Steckverbinder zueinander in Position zu bringen.
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Es bietet sich nach dem Vorhergehenden an, dass es den Steckverbindern paarweise zu eigen ist, die jeweilige Leitung entweder kontaktierend – respektive berührend – oder kontaktlos herzustellen, wobei sie kontaktiert Elektrizität, Gase und Flüssigkeiten, Optik, Temperatur, Magnetismus sowie mechanische Drehbewegungen übertragen und sie kontaktlos auf der Basis von Wellen, Feldern oder Strahlung verbunden sind.
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In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung der Erfindung sind Schutzbügel an Halteelementen vorgesehen, wodurch seitliche mechanische Einwirkungen auf die Steckelemente verhindert sind.
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In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Steckeinheit in einem Gehäuse, das optional Sichtfenster aufweist. So wären beispielsweise lebensgefährliche elektrische Kontakte, Leiter und Stecker durch eine Abdeckung, die auch zum Prüfen des Steckvorgangs einsehbar ist, umschlossen.
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Über die Ausgestaltung der Justierelemente – sowohl das zur Kammer als auch das zur Steckeinheit – gelingt es, mechanische Toleranzbereiche sukzessive bei Zusammenfügen einzuengen. An beiden Justierelementen ließe sich das mit gestuften oder konischen Justiermitteln begünstigen, sodass mit der Annäherung der Vakuumkammerelemente – wie Deckel an Kammer – die Freiheitsgrade in der Justierebene auf einstellige Millimeter beschränkt sind. Die Kammer sollte beim Zusammenfügen vorrangig justieren, sodass die selbst justierende Steckeinheit geringe Toleranzgrenzen überwinden muss. Zweckmäßig sind mindestens je zwei Justierelemente, um Verdrehungen in der Justierebene zu unterbinden. Mit in Deckelverschlussrichtung mechanisch geführten Justierelementen lassen sich Kippeffekte vermeiden.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden. Zeichnungen zeigen dazu Folgendes:
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1 Schematische Darstellung – seitlicher Schnitt mit alle Bestandteilen
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2...7 Ausschnitte aus Konstruktionszeichnungen:
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2 3-D-Ansicht mit Steckeinheit an Prozesskammer
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3 Seitenansicht; geschnitten am Justierelement
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4 Seitenansicht; geschnitten an Halte- und Befestigungsmitteln
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5 Draufsicht; geschnitten
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6 Vorderansicht;
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7 Vorderansicht; geschnitten
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1 zeigt die Vakuumkammer 1 mit Kammerdeckel 2 und Kammergehäuse 3. In der Nähe des Kammerdeckels 2 macht ein Pfeil die Deckelverschlussrichtung 17 deutlich. Das Justierelement 4 besteht aus einem Bolzen, der befestigt am Kammerdeckel 2 in eine am Kammergehäuse 3 befestigte Führung hineinreicht. Derartige Justierelemente 4 können auch außen an der Vakuumkammer 1 angeordnet sein. Zur Steckeinheit 5 gehören beide Halteelemente 6 und 7, beide Steckelemente 8 und 9, ein Justierelement 10 und die Haltemittel 14.
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Befestigungsmittel 13 stellen Schrauben für lösbare Verbindungen dar. Mit diesen sind jeweils die Halteelemente 6 und 7 an Kammerdeckel 2 und Kammergehäuse 3 befestigt. Das obere Steckelement 8 ist so lösbar fest am Halteelement 6 angebracht.
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Im Gegensatz dazu trägt das gehäuseseitige Halteelement 7 das bewegliche Steckelement 9. Das verdeutlicht der Spalt 15 sowie der Pfeil für die Justierebene/-richtung 18. Spalte um die Haltemittel 14, mit denen das Steckelement 9 in Lage gehalten ist, lassen die Bewegung in der Justierebene/-richtung 18 zu. Als Haltemittel eignen sich beispielsweise Bundbolzen. Das Justierelement der Steckeinheit 10 hält in das bewegliche Steckelement 9 eingesteckt diese somit in der Justierebene/-richtung 19 in Lage. Die Verjüngung des Justierelements 10 begünstigt den Verschluss insofern, dass bei Zusammenführen in der Deckelverschlussrichtung 17 eine Fehlstellung zwischen Steckverbinder Stecker 11 und Steckverbinder Buchse 12 – hier je zwei – soweit aufgehoben wird, dass je beide Steckverbinder 11, 12 zusammenfügbar sind. Die Steckverbinder 11, 12 verfügen über Mittel zur Montage, was in 1 nicht dargestellt ist. An den Steckverbindern 11, 12 angeschlossene Leitungen 16 sind zeichnerisch angedeutet.
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Die 2 bis 7 stellen ein und dieselbe Ausführung aus verschiedenen Sichten dar.
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In räumlicher Darstellung zeigt 2 ausschnittsweise Teile der Vakuumkammer 1, Kammerdeckel 2 und Kammergehäuse 3. Ein Justierelement zur Vakuumkammer 1 enthält diese Darstellung nicht. Die beiden Halteelemente deckelseitig 6 und kammerseitig 7 der Steckeinheit 5 sind jeweils mit dem Kammerdeckel 2 und dem Kammergehäuse 3 über die Befestigungsmittel 13 fest verbunden. Das Steckelement 8 (oben) verbinden Befestigungsmittel 13 mit dem Halteelement deckelseitig 6. An dem Steckelement 8 sind vier Steckverbinder Stecker 11 angebracht. Gegenseitig stehen auf dem Steckelement 8 den dort angebrachten Steckverbinder Steckern 11 entgegen vier auf dem beweglichen Steckelement 9 befestigte Steckverbinder Buchsen 12.
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Durch das Justierelement Steckeinheit 10 (zwei davon sind abgebildet) ist das bewegliche Steckelement 9 positioniert und gehalten auf dem Halteelement kammerseitig 7. Zwischen dem beweglichen Steckelement 9 und dem Halteelement kammerseitig 7 befindet sich der Spalt 15.
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3 veranschaulicht die 2 in der seitlichen Ansicht, wogegen 4 eine Schnittdarstellung aus der gleichen Perspektive ist.
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In der 5 ist die Konstruktion gemäß 2 in der Draufsicht gezeichnet.
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6 und 7 zeigen Vordersichten. Erstere 6 als Ansicht und 7 in Schnittdarstellung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vakuumkammer
- 2
- Kammerdeckel
- 3
- Kammergehäuse
- 4
- Justierelement Kammerdeckel
- 5
- Steckeinheit
- 6
- Halteelement deckelseitig
- 7
- Halteelement gehäuseseitig
- 8
- Steckelement fest
- 9
- Steckelement beweglich
- 10
- Justierelement Steckeinheit
- 11
- Steckverbinder Stecker
- 12
- Steckverbinder Buchse
- 13
- Befestigungsmittel
- 14
- Haltemittel
- 15
- Spalt
- 16
- Leitung
- 17
- Deckelverschlussrichtung
- 18
- Justierebene/-richtung
