DE102015016009B4 - Elektrische Verbindungsanordnung sowie Massenspektrometer mit einer solchen elektrischen Verbindungsanordnung - Google Patents

Abstract

Elektrische Verbindungsanordnung (100) für ein wissenschaftliches Instrument (424), die Folgendes umfasst:mehrere elektrische Verbindungselemente (212), die in einem Flansch (14, 210) angeordnet sind, zur Wechselwirkung mit mehreren wissenschaftlichen Instrument (424), wobei die mehreren elektrischen Buchsen (438) am Verbindungselemente (212) in mehreren Gruppen (214, 216, 218) angeordnet sind, wobei elektrische Verbindungselemente (212) in einer ersten Gruppe (214) und elektrische Verbindungselemente (212) in einer zweiten Gruppe (216) um einen Abstand voneinander getrennt sind, der nicht geringer ist als ein Abstand A; undeine Leistungsversorgung (526), die angeordnet ist, um ein Potential zu jedem der ersten Gruppe (214) von elektrischen Verbindungselementen (212) zuzuführen, wobei die über die erste Gruppe (214) angelegten Potentiale ein erstes mittleres Potential aufweisen;wobei die Leistungsversorgung (526) angeordnet ist, um ein Potential zu jedem der zweiten Gruppe (216) von elektrischen Verbindungselementen (212) zuzuführen, wobei die über die zweite Gruppe (214) angelegten Potentiale ein zweites mittleres Potential aufweisen; undwobei der Abstand A gleich oder größer als ein Schwellenabstand ist, der durch die Differenz zwischen dem ersten mittleren Potential und dem zweiten mittleren Potential bestimmt ist.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbindungsanordnung und elektrische Verbindungselemente, die zum Verbinden von elektrischen Zuleitungen geeignet sind. Die Erfindung kann für die Verwendung in wissenschaftlichen Instrumenten besonders vorteilhaft sein, die eine stabile Hochspannungsversorgung erfordern. Die beschriebene elektrische Verbindungsanordnung und elektrischen Verbindungselemente können innerhalb eines Massenspektrometers implementiert werden.
• Hintergrund zur Erfindung
• Viele wissenschaftliche Instrumente erfordern eine große Anzahl von elektrischen Verbindungen, beispielsweise um Leistung zu Modulen des wissenschaftlichen Instruments zuzuführen oder um die Übertragung oder den Empfang der Messsignale zu ermöglichen. Einige der elektrischen Verbindungen führen hohe Spannungen (in einigen Fällen im Maßstab von kV). Andere Verbindungen führen viel kleinere Spannungen, beispielsweise Steuer- oder Messsignale mit einigen V oder mV.
• Wenn Verbindungselemente, die hohe Spannungen führen, zu einer Verbindung mit dem Massepotential (oder Verbindungselementen, die viel niedrigere Spannungen führen) in unmittelbare Nähe kommen, besteht ein Risiko für einen Lichtbogen oder Funken. Der Lichtbogen kann über einen Luftspalt gebildet werden, wenn die Durchbruchspannung des Luftspalts durch die Differenz zwischen dem Potential in den zwei Bereichen überschritten wird. Dieser Typ von Lichtbogen oder Entladung kann gefährlich sein, wobei er eine Beschädigung an der Ausrüstung und eine Verletzung des Benutzers verursacht. Daher sollte ein ausreichender Luftspalt aufrechterhalten werden, um diesen Typ von Kriechweg zur Masse zu verhindern.
• Um elektrische Verbindungen mit einem wissenschaftlichen Instrument zu verbinden, verbindet üblicherweise die Bedienperson separat jede individuelle elektrische Zuleitung von einem Bündel von elektrischen Kabeln. Die Kabel können dann von jedem Verbindungselement am Instrument während der Verwendung verlaufen und können für einen versehentlichen Kontakt oder eine versehentliche Bewegung anfällig sein. Dies kann zur Verringerung des Abstandes zwischen den Verbindungselementen oder Zuleitungen führen, die eine unterschiedliche Spannung führen, und somit können Entladungsereignisse auftreten. Ferner ist die separate Verbindung und Trennung jeder elektrischen Verbindung zeitraubend und lässt Raum für einen Fehler. Wenn eine unerwartet hohe Spannung an eine falsche elektrische Verbindung am wissenschaftlichen Instrument angelegt wird, kann eine Beschädigung oder eine Gefahr auftreten.
• Eine Mikroentladung ist auch ein spezielles Problem bei Hochspannungs-Verbindungselementen. Die Mikroentladung tritt aufgrund von Ladungen auf, die sich an Isolationsoberflächen nahe der Hochspannungszuleitung ansammeln. Wenn der Abstand zwischen der geladenen Oberfläche und einem Bereich mit niedrigerem Potential zu klein ist, kann ein vorübergehender Weg über die Isolationsoberfläche gebildet werden, wodurch Mikroentladungsereignisse ermöglicht werden. Diese Ereignisse werden als relativ kleine, kurze Schwankungen der Spannung beobachtet, die durch das Verbindungselement geleitet wird. Wenn beispielsweise eine Spannung von 10 kV zum Verbindungselement zugeführt wird, können Senken von ungefähr 1 V über 10 ms aufgrund der Mikroentladung beobachtet werden. An sich verursacht eine Mikroentladung eine Instabilität in der durch die elektrische Verbindung zugeführten Spannung, die für bestimmte spannungsempfindliche wissenschaftliche Instrumente problematisch sein kann.
• Ein Verfahren, das verwendet wird, um eine Mikroentladung zu verhindern, besteht darin, einen ausreichenden Abstand zwischen der elektrischen Zuleitung und Bereichen vorzusehen, die auf einem niedrigeren oder Massepotential vorgesehen sind. Ein steiler Potentialgradient über der Oberfläche des Isolators sollte vermieden werden. Der Abstand d, der erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu verhindern, skaliert exponentiell mit der Spannungsdifferenz ΔV zwischen den zwei Bereichen (mit anderen Worten d ∝ e^kΔV). Wenn beispielsweise in der Luft gelegen, muss der erforderliche Abstand zwischen dem Hochspannungsbereich und der Masse bei einer angelegten Spannung von 5 kV größer als oder gleich 24 mm sein, wohingegen der erforderliche Abstand für eine angelegte Spannung von 10 kV größer als oder gleich 290 mm sein muss. Die Einrichtung von wissenschaftlichen Instrumenten und ihren elektrischen Verbindungen kann dazu ausgelegt sein, den erforderlichen Luftspalt zwischen elektrischen Komponenten aufrechtzuerhalten, aber dies wird komplexer und mühseliger, wenn große Spannungen erforderlich sind.
• Die elektrische Verbindung mit einem Massenspektrometer kann besonders kompliziert sein. Nicht nur eine große Anzahl von elektrischen Verbindungen ist erforderlich, sondern eine Anzahl der Verbindungen muss mit sehr hohen Spannungen (bis zu 10 kV) vorgesehen werden. Massenspektrometer erfordern eine besonders stabile Spannungsversorgung für den elektrostatischen Analysator. Selbst kleine Schwankungen im zugeführten Potential können die Ionenoptik unterbrechen und die Auflösungsgrenze des Instruments verringern. Ferner ist das Gerät sowohl empfindlich als auch hochwertig, und somit ist das Vermeiden einer Beschädigung aufgrund einer falschen Konfiguration der elektrischen Verbindungen von höchster Bedeutung.
• WO 2009/ 137 178 A2 betrifft eine Durchführung, die mit einer Beschichtung auf Keramikbasis versehen ist, und ein Verfahren zum Bereitstellen einer Durchführung. Die Durchführung umfasst mindestens einen leitenden Stift, der sich durch einen Sockel erstreckt und ein freiliegendes erstes Ende und ein freiliegendes zweites Ende umfasst, die durch einen isolierten Abschnitt (224) beabstandet sind.
• US 6 364 216 B1 offenbart einen Verbinder mit einem länglichen, korrosionsbeständigen, isolierenden Kunststoffgehäuse mit mehreren Kammern für die Verbindung eines flexiblen Stromkabels mit einer Ausrüstung, die einer feststehenden Vorrichtung zugeordnet ist. Ein Ende des Gehäuses ist mit der festen Vorrichtung verschraubt. Das gegenüberliegende Ende und eine zentrale Stelle des Gehäuses weisen Eingänge zum Aufnehmen von Buchsen auf, an denen ein flexibles Stromkabel angeschlossen sein kann. Eine schwimmende Adapterbuchse ist zwischen der Buchse und einer Aussparung angeordnet, um eine Wärmeausdehnung und - kontraktion aufzunehmen, die zwischen Geräten, die den Adapter tragen, und der Aussparung auftreten können.
• GB 2 214 003 A betrifft eine elektrische Verbindungsvorrichtung zum gleichzeitigen Bereitstellen von mehr als einem eigensicheren elektrischen Verbindungssystem mit zusammenfügbaren Komponenten. Jede Komponente hat eine Vielzahl von Anschlussstiften oder Buchsenelementen. Die Stifte und Buchsen sind in Gruppen unterteilt, wobei jede Gruppe alle Verbindungen in einem jeweiligen elektrischen System vom Eigensicherheitstyp bereitstellt. Die Stifte jeder Gruppe sind von jeder benachbarten Gruppe durch einen Abstand getrennt, der ausreichend groß ist, um eine angemessene Sicherheit gemäß einer Norm wie der CENELEC-Norm EN 50020 bereitzustellen.
• Folglich besteht ein Bedarf, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die elektrische Verbindung mit einem wissenschaftlichen Instrument zu schaffen, die die Wahrscheinlichkeit für Mikroentladungsereignisse verringern, während sie zweckmäßiger und weniger fehleranfällig sind. Es besteht eine weitere Anforderung, ein elektrisches Verbindungselement zu schaffen, das die Wahrscheinlichkeit für eine Mikroentladung verringert, um ein stabiles angelegtes Potential aufrechtzuerhalten.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Vor diesem Hintergrund wird eine Hochspannungs-Durchführungsanordnung geschaffen, in der ein freiliegender Bereich einer Hochspannungszuleitung mit einem ausreichenden Abstand von einem Bereich mit Massepotential gehalten wird, um eine Mikroentladung zu verhindern. Die beschriebene Anordnung blockiert einen mit Luft gefüllten Durchgang zwischen einem Bereich mit hohem Potential und Masse, wodurch verhindert wird, dass Ladungen hindurchgehen. Folglich kann der Abstand, der erforderlich ist, um die Mikroentladung zu verhindern, verringert werden. Ferner wird eine elektrische Anordnung geschaffen, die einen erforderlichen Abstand zwischen Verbindungselementen aufrechterhält, die verschiedene Spannungen führen, um das Auftreten einer Mikroentladung zu verhindern. Die mehreren elektrischen Verbindungselemente an der elektrischen Anordnung können mehrere beschriebene Hochspannungs-Durchführungsanordnungen umfassen.
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Hochspannungs-Durchführungsanordnung mit einer elektrischen Zuleitung, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und einer Isolationsabdeckung, die die elektrische Zuleitung ergreift, geschaffen. Die Isolationsabdeckung erstreckt sich entlang der elektrischen Zuleitung in der Längsrichtung und weist eine Breite auf, die in einer Achse senkrecht zur Längsrichtung definiert ist. Ferner ist ein Flansch vorgesehen, wobei sich die Isolationsabdeckung durch den Flansch erstreckt und durch diesen gehalten wird, so dass die elektrische Zuleitung, die durch die Isolationsabdeckung ergriffen ist, sich durch den Flansch erstreckt, aber von diesem isoliert ist. Die Anordnung umfasst ferner einen Adapterkörper, der in beabstandeter Beziehung zum Flansch gehalten wird, wobei der Adapterkörper einen Hohlraum aufweist, der sich durch diesen erstreckt, wobei die Breite des Hohlraums des Adapterkörpers größer ist als die Breite der Isolationsabdeckung, und wobei ein Abschnitt der Isolationsabdeckung und der elektrischen Zuleitung, der sich vom Flansch erstreckt, sich in den Hohlraum erstreckt. Schließlich umfasst die Anordnung einen Kranz, der im Adapterkörperhohlraum angeordnet ist, der sich radial zwischen dem Adapterkörper und der Isolationsabdeckung erstreckt, um die Isolationsabdeckung und die elektrische Zuleitung so zu halten, dass die Isolationsabdeckung radial von den Wänden des Hohlraums im Adapterkörper beabstandet ist, und um den Adapterkörper in der beabstandeten Beziehung zum Flansch abzustützen. Vorteilhafterweise wird der Adapter in beabstandeter Beziehung sowohl zur Isolationshülse als auch zum Flansch gehalten. Dies hält einen Luftspalt oder Abstand, der die Isolationshülse umgibt, aufrecht. Der Flansch kann geerdet sein und der Luftspalt kann durch den Kranz blockiert sein, so dass ein Durchgang durch den Luftspalt zwischen dem freiliegenden Abschnitt der elektrischen Zuleitung und der Masse geschlossen ist. Folglich wird der minimale Abstand, der zwischen dem freiliegenden Abschnitt der elektrischen Zuleitung und der Masse erforderlich ist, der ausreicht, um Mikroentladungsereignisse zu verhindern, verringert.
• Der Flansch kann an der Wand einer abgedichteten Kammer, insbesondere einer Vakuumkammer, angeordnet sein. Der Flansch kann ein Vakuumflansch sein, der eine vakuumdichte Abdichtung mit der Wand der Kammer schafft. Wenn der Flansch in der Wand einer Vakuumkammer gelegen ist, können der Adapterkörper und zumindest der Abschnitt der Isolationshülse und der elektrischen Zuleitung, der sich in den Hohlraum des Adapterkörpers erstreckt, auf der Luftseite des Flanschs angeordnet sein. Um eine Mikroentladung zu verhindern, ist der Abstand, der zwischen dem freiliegenden Abschnitt der elektrischen Zuleitung und der Masse erforderlich ist, in der Luft viel größer als im Vakuum.
• Vorzugsweise erstreckt sich der Kranz zusammenhängend in der radialen Richtung zwischen dem Adapterkörper und der Isolationsabdeckung, um den Hohlraum in der Längsrichtung zu blockieren. Der Kranz sperrt einen Weg zwischen der Spitze der elektrischen Zuleitung und dem Flansch. Insbesondere blockiert der Kranz einen Durchgang durch den Luftspalt. Daher werden Mikroentladungsereignisse verhindert. Der Kranz kann nur eine schmale Breite in der Längsrichtung aufweisen. Alternativ kann sich der Kranz in der Längsrichtung durch den Hohlraum des Adapterkörpers erstrecken.
• Durch Blockieren des Durchgangs durch den Luftspalt können vorteilhafterweise die angesammelten Ladungen keinen vorübergehenden Weg über die Oberfläche der Isolationshülse zur Masse bilden. Um eine Mikroentladung zu verhindern, kann daher der erforderliche Abstand zwischen dem freiliegenden Abschnitt der elektrischen Zuleitung und Masse signifikant verringert werden. An sich kann die beschriebene Anordnung besonders vorteilhaft sein, wenn eine Hochspannungs-Durchführungsanordnung der Luft außerhalb eines Vakuums ausgesetzt werden muss.
• In einigen alternativen Konfigurationen kann der Kranz kleine Spalte oder Schlitze aufweisen oder kann Streben umfassen, die angeordnet sind, um die Isolationshülse und die elektrische Zuleitung innerhalb des Hohlraums des Adapterkörpers abzustützen. Die Form des Kranzes kann dazu ausgelegt sein, eine minimale Entfernung oder Oberfläche zwischen dem Hochspannungsabschnitt und Masse aufrechtzuerhalten. Die minimale Entfernung oder der minimale Abstand wird ausgewählt, um eine Mikroentladung zu verhindern. In einem bevorzugten Beispiel ist jedoch der Kranz ein massiver Körper, der sich kontinuierlich um die Isolationshülse erstreckt und den Luftspalt zwischen der Isolationshülse und der Innenwand des Hohlraums des Adapterkörpers füllt.
• Wahlweise ist der Abstand in der Längsrichtung zwischen dem Ende der Isolationsabdeckung, das innerhalb des Hohlraums des Adapterkörpers angeordnet ist, und der Fläche des Flanschs entgegengesetzt zum Adapterkörper ein Abstand D. Der Abstand D kann von der Potentialdifferenz zwischen der Spannung an der elektrischen Zuleitung und dem Flansch abhängen. Der Abstand D kann ausreichend sein, um eine Mikroentladung zu verhindern. Der Abstand D nimmt zu, wenn die durch die elektrische Zuleitung geführte Spannung relativ zur Spannung am Flansch erhöht wird. Insbesondere skaliert der erforderliche Abstand D exponentiell mit der Spannungsdifferenz.
• Die Anordnung kann ferner ein Abstandselement umfassen, das angeordnet ist, um die Isolationsabdeckung in einer beabstandeten Beziehung zur elektrischen Zuleitung abzustützen. Das Abstandselement kann aus demselben Material wie das Isolationselement ausgebildet sein und kann ein Ring oder eine kranzartige Komponente sein, die die innere Oberfläche der Isolationshülse von der äußeren Oberfläche der elektrischen Zuleitung beabstandet hält. An sich kann nur das Abstandselement einen direkten Kontakt mit der elektrischen Zuleitung herstellen. Damit die elektrische Zuleitung in dieser Position gesichert wird, kann die elektrische Zuleitung starr und/oder unflexibel sein. In einigen Anordnungen kann der Abstandhalter aus einem Material ausgebildet sein, das von der Isolationshülse verschieden ist, beispielsweise einem Metall. In einem speziellen Beispiel ist der Abstandhalter aus einer Metallkappe ausgebildet, die an der Isolationsabdeckung stabil befestigt ist und an die zentrale Elektrode gelötet ist.
• Vorzugsweise ist das Abstandselement an einem Ende der Isolationsabdeckung ausgebildet, das innerhalb des Hohlraums des Adapterkörpers angeordnet ist. Mit anderen Worten, das Abstandselement bildet eine „Kappe“ am Ende der Isolationshülse, durch die die elektrische Zuleitung verläuft. Der Abstandhalter kann eine Dichtung für die Isolationshülse um die elektrische Zuleitung vorsehen, so dass die Mehrheit der Länge der elektrischen Zuleitung nicht der Luft ausgesetzt ist.
• Wahlweise ist das Abstandselement einteilig mit der Isolationsabdeckung an einem Ende davon ausgebildet. Der Abstandhalter kann beispielsweise als Teil der Isolationshülse ausgebildet sein, so dass die Isolationshülse einen Bereich mit einem kleineren Innendurchmesser als der Rest der longitudinalen Länge der Isolationshülse aufweist. Dieser Bereich mit kleinerem Innendurchmesser kann als Abstandhalter wirken, um die elektrische Zuleitung abzustützen. Der Abstandhalter kann einteilig an einem Ende der Isolationshülse ausgebildet sein oder kann anderswo entlang der Länge der Isolationshülse ausgebildet sein.
• Die Isolationshülse kann als ein Stück ausgebildet sein oder kann in irgendeiner Anzahl von Abschnitten ausgebildet sein. Die Isolationshülse kann beispielsweise einen ersten Abschnitt, der sich in den Hohlraum des Adapterkörpers erstreckt, umfassen und dieser erste Abschnitt kann einen ersten Durchmesser aufweisen. Die Isolationshülse kann ferner einen zweiten Abschnitt mit einem anderen Durchmesser aufweisen, der am Flansch vorgesehen ist und der die Durchführung am Flansch vorsieht. In anderen Beispielen kann die Isolationshülse einen dritten Abschnitt umfassen, der eine Kappe der Isolationshülse am Ende der Isolationshülse ist, an dem die elektrische Zuleitung freiliegt. Der dritte Abschnitt kann eine Kappe oder ein geschlossenes Ende zur Isolationshülse umfassen und als Abstandhalter wirken.
• Der Kranz kann in einer Position auf der longitudinalen Länge der Isolationsabdeckung angeordnet sein, die zwischen dem Abstandhalter und dem Flansch liegt. Wahlweise ist der Kranz in einer Position auf der longitudinalen Länge der Isolationsabdeckung angeordnet, die zwischen dem Abstandhalter und der Fläche des Adapterkörpers liegt, die entgegengesetzt zum Flansch angeordnet ist. Der Kranz kann jedoch entlang fast irgendeines Abschnitts der Länge der Isolationshülse angeordnet sein. Die Position des Kranzes sollte den Adapterkörper in einer Position fest abstützen, die einen Kontakt mit dem Flansch oder der Isolationshülse vermeidet (und den erforderlichen Luftspalt dazwischen aufrechterhält), die jedoch keine übermäßige Belastung auf die Isolationshülse unter dem Gewicht des Adapterkörpers aufbringt.
• Vorzugsweise ist der Kranz aus einem Isolationsmaterial ausgebildet. Vorteilhafterweise verhindert dies, dass an der Oberfläche der Isolationshülse angesammelte Ladungen durch den Kranz leiten. Das Vorsehen des Kranzes, der aus einem Isolationsmaterial ausgebildet ist, blockiert beispielsweise irgendeinen leitfähigen Weg zwischen der elektrischen Zuleitung und der Fläche des Flanschs. Dies verringert die Mikroentladung. Ferner verhindert die Verwendung eines Isolationsmaterials für den Kranz irgendeinen leitfähigen Weg zwischen der Isolationshülse und dem Adapterkörper, der aufgrund der Aufladung der Isolationshülse durch einen Kontakt mit der elektrischen Zuleitung auf einem anderen Potential als die Isolationshülse gehalten werden könnte.
• Wahlweise ist der Kranz ein O-Ring. Ein O-Ring schafft eine eng passende, kontinuierliche Abstützung um die Isolationshülse. Ferner kann ein O-Ring aus einem gummierten Material ausgebildet sein, das ein guter elektrischer Isolator ist. Der O-Ring kann in einer Nut oder einer Rinne an der inneren Oberfläche des Hohlraums des Isolationskörpers liegen, um den Kranz zu halten und eine Bewegung des Adapterkörpers relativ zur Isolationshülse in der Längsrichtung zu verhindern. Alternativ kann der Kranz aus Kunststoff oder einem anderen Material ausgebildet sein und kann einteilig mit dem Adapterkörper oder der Isolationshülse ausgebildet sein oder kann ein separates Stück sein.
• Vorteilhafterweise kann der Adapterkörper aus einem Isolationsmaterial wie z. B. Polyacetal ausgebildet sein. Polyacetal (auch als POM oder Polyoxymethylen bekannt) kann für die Verwendung als Adapterkörper besonders günstig sein. Polyacetal ist ein Thermoplast, der sowohl steif ist als auch eine geringe Reibung aufweist, daher kann der Adapterkörper leicht geformt werden, während er Festigkeit und Haltbarkeit aufrechterhält.
• Die hier beschriebene Hochspannungs-Durchführungsanordnung kann für die Verbindung von hohen Spannungen mit einem Massenspektrometer besonders günstig sein. Dies liegt daran, dass ein Massenspektrometer die Zufuhr einer sehr hohen Spannung zur Ionenoptik (beispielsweise nicht niedriger als 10 kV) erfordert. Ferner ist die Ionenoptik in einer Vakuumkammer aufgenommen. Die Hochspannungs-Verbindungselemente, die an der äußeren Oberfläche des Instruments aufgenommen sind (die vielmehr in Luft als in einem Vakuum angeordnet sind), sind für Mikroentladungen besonders anfällig. Die Mikroentladungsereignisse können die Auflösung der Messung im Massenspektrometer signifikant verringern, für das Stabilität des an die Ionenstrahloptik angelegten Potentials von besonderer Bedeutung ist. An sich kann die Verwendung der beschriebenen Hochspannungs-Durchführungsanordnung an den elektrischen Verbindungselementen mit dem Massenspektrometer besonders vorteilhaft sein, um eine Mikroentladung zu verhindern und die Stabilität der zugeführten Spannung zu erhöhen.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es eine elektrische Verbindungsanordnung für ein wissenschaftliches Instrument mit mehreren elektrischen Verbindungselementen, die in einem Flansch angeordnet sind, für die Wechselwirkung mit mehreren elektrischen Buchsen am wissenschaftlichen Instrument. Die mehreren Verbindungselemente sind in mehreren Gruppen angeordnet, wobei elektrische Verbindungselemente in einer ersten Gruppe und elektrische Verbindungselemente in einer zweiten Gruppe um einen Abstand voneinander getrennt sind, der nicht geringer ist als ein Abstand A. Eine Leistungsversorgung ist auch vorgesehen, die angeordnet ist, um ein Potential zu jedem der ersten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen zu liefern, wobei die über die erste Gruppe angelegten Potentiale ein erstes mittleres Potential aufweisen. Die Leistungsversorgung ist auch angeordnet, um ein Potential zu jedem der zweiten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen zu liefern, wobei die über die zweite Gruppe angelegten Potentiale ein zweites mittleres Potential aufweisen. Der Abstand A ist gleich oder größer als ein Schwellenabstand in Abhängigkeit von und in Bezug auf die Differenz zwischen dem ersten mittleren Potential und dem zweiten mittleren Potential. Die mehreren elektrischen Verbindungselemente können mehrere Stecker oder Buchsen oder eine Mischung von Steckern und Buchsen umfassen. In einem speziellen Beispiel umfassen die mehreren elektrischen Verbindungselemente mehrere der Hochspannungs-Durchführungsanordnung.
• Ein Bereich von Potentialen kann zu den Verbindungselementen der ersten Gruppe zugeführt werden und ein Bereich von Potentialen kann an die Verbindungselemente der zweiten Gruppe angelegt werden. Vorzugsweise sind jedoch Verbindungselemente, die mit einem Potential mit demselben Betrag versorgt werden, zusammen gruppiert. Daher kann die erste Gruppe Verbindungselemente, die eine hohe Spannung, beispielsweise zwischen 5 kV und 10 kV liefern, umfassen. Die zweite Gruppe kann Verbindungselemente, die ein niedriges Potential, beispielsweise zwischen 1 und 10 V, liefern, umfassen. Verbindungselemente, die ein Potential liefern, das einen anderen Betrag aufweist, sollten nicht miteinander gruppiert werden. Der Abstand A wird gemäß dem relativen Betrag zwischen der zur ersten Gruppe zugeführten Spannung und der zur zweiten Gruppe zugeführten Spannung bestimmt.
• In einigen Konfigurationen können mehr als zwei Gruppen von Verbindungselementen vorliegen. Tatsächlich kann eine beliebige Anzahl von Gruppen von Verbindungselementen innerhalb der mehreren Verbindungselemente vorhanden sein. Jede Gruppe von Verbindungselementen ist um einen Abstand von jeder anderen Gruppe in Bezug auf den relativen Betrag des zu den Verbindungselementen jeder Gruppe zugeführten Potentials getrennt. Die Verbindungselemente können beispielsweise um einen Abstand beabstandet sein, der mit dem zu jeder Gruppe zugeführten mittleren Potential skaliert. Beispielsweise kann eine dritte Gruppe von Verbindungselementen vorhanden sein, die von der ersten Gruppe um einen zweiten Abstand B getrennt sind und von der zweiten Gruppe um einen dritten Abstand C getrennt sind.
• Vorteilhafterweise sind die Gruppen der Verbindungselemente am Flansch angeordnet, um: a) einen minimalen Abstand oder Luftspalt zwischen den Gruppen von Verbindungselementen aufrechtzuerhalten, der erforderlich ist, um Mikroentladungsereignisse zwischen Gruppen von Verbindungselementen, die unterschiedliche Spannungen führen, zu verhindern; und b) die Abstände zwischen den Verbindungselementen am Flansch zu optimieren. Die beschriebene Anordnung schafft einen Potentialgradienten über die Fläche des Flanschs. Dies wird beispielsweise durch Anordnen von Verbindungselementen, die gleiche Spannungen führen, in Gruppen, so dass sie sich im gleichen Bereich des Flanschs befinden, und dann Anordnen der Gruppen von Verbindungselementen derart, dass die zu jedem der Verbindungselemente zugeführte Spannung über den Flansch abgestuft oder „sortiert“ wird, erreicht. Dies hilft, den Abstand der Verbindungselemente zu optimieren. Eine erste Gruppe von Verbindungselementen, die eine hohe Spannung führen, kann beispielsweise enger beabstandet sein zu einer zweiten Gruppe von Verbindungselementen, die eine Zwischenspannung führen, als zu einer dritten Gruppe, die eine relativ niedrige Spannung führt. Durch Gruppieren von Verbindungselementen, die ein gleiches Potential führen, und „Sortieren“ des Potentials in der beschriebenen Weise kann daher der Abstand optimiert werden.
• Vorzugsweise steht der Abstand A mit der Differenz zwischen dem ersten mittleren Potential und dem zweiten mittleren Potential exponentiell in Beziehung. Mit anderen Worten, der Abstand d kann exponentiell mit dem relativen Betrag des an die erste Gruppe von Verbindungselementen angelegten Potentials im Vergleich zur an die zweite Gruppe von Verbindungselementen angelegten Spannung skalieren. Der Abstand A kann ausreichend sein, so dass der Luftspalt zwischen Verbindungselementen, die unterschiedliche Potentiale führen, nicht zu einer Mikroentladung vom Verbindungselement mit hohem Potential zum Verbindungselement mit niedrigerem Potential führt. Der erforderliche Abstand kann mit der Durchschlagfestigkeit von Komponenten zwischen den Bereichen mit hohem und niedrigem Potential in Beziehung stehen.
• Wahlweise können die elektrischen Verbindungselemente der ersten Gruppe im Flansch um einen Abstand voneinander getrennt angeordnet sein, der nicht geringer ist als ein Abstand B. Ferner können die elektrischen Verbindungselemente der zweiten Gruppe im Flansch um einen Abstand voneinander getrennt angeordnet sein, der nicht geringer ist als ein dritter Abstand C. Der zweite Abstand B und der dritte Abstand C können geringer sein als der Abstand A. Vorteilhafterweise können die Verbindungselemente innerhalb einer gegebenen Gruppe enger beabstandet sein als zu Verbindungselementen von anderen Gruppen, da die Differenz des Potentials, das von den Verbindungselementen innerhalb derselben Gruppe geführt wird, wahrscheinlich geringer ist. Daher ist ein verringerter Abstand ausreichend, um Mikroentladungen zwischen den Verbindungselementen in derselben Gruppe zu verhindern. Wie vorstehend, skaliert die spezifische minimale Entfernung oder der spezifische minimale Abstand, der zwischen zwei Verbindungselementen erforderlich ist, exponentiell mit der Differenz der durch die Verbindungselemente geführten Spannung. Vorteilhafterweise kann durch sorgfältige Konstruktion der Verbindungselemente der Abstand zwischen den Gruppen und zwischen Verbindungselementen jeder Gruppe optimiert werden, um die Fläche zu verkleinern, über die die Verbindungselemente angeordnet sind, während immer noch Entladungsereignisse verhindert oder verringert werden. Wenn keine signifikante Differenz zwischen der durch die Verbindungselemente innerhalb einer Gruppe geführten Spannung besteht, können die Verbindungselemente innerhalb einer Gruppe frei angeordnet werden.
• Vorzugsweise umfasst die elektrische Verbindungsanordnung ferner eine gemeinsame Rückwandplatine, wobei jedes der mehreren elektrischen Verbindungselemente so konfiguriert ist, dass es mit der gemeinsamen Rückwandplatine verbunden ist. Ferner können die Verbindungen der ersten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen mit der Rückwandplatine so konfiguriert sein, dass sie von den Verbindungen mit der Rückwandplatine der zweiten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen getrennt sind, wobei die Trennung nicht geringer ist als der Abstand A. Der Abstand A kann dieselbe minimale Entfernung oder derselbe minimale Abstand wie zwischen den Gruppen von Verbindungselementen, die am Flansch angeordnet sind, sein. Wie vorher skaliert der minimale Abstand A mit der Differenz des an den Verbindungen mit der Rückwandplatine der ersten Gruppe geführten mittleren Potentials im Vergleich zum an den Verbindungen mit der Rückwandplatine der zweiten Gruppe geführten mittleren Potential. Insbesondere skaliert der minimale Abstand exponentiell mit der Differenz des Potentials. Idealerweise sind die Verbindungen mit der Rückwandplatine geordnet oder sortiert über die planare Oberfläche der Rückwandplatine, um einen Gradienten des elektrischen Potentials über die Verbindungen zu schaffen.
• Wahlweise sind die Verbindungen mit der Rückwandplatine von jedem der ersten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen voneinander um einen Abstand getrennt, der nicht geringer ist als der zweite Abstand B. Ferner können die Verbindungen mit der Rückwandplatine von jedem der zweiten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen um einen Abstand voneinander getrennt sein, der nicht geringer ist als der dritte Abstand C. Vorzugsweise sind der Abstand B und C gleich wie der Abstand zwischen Verbindungselementen der ersten Gruppe und Verbindungselementen der zweiten Gruppe am Flansch, wie vorstehend beschrieben. Die Abstände B und C können geringer sein als der Abstand A.
• Vorzugsweise umfasst die elektrische Verbindungsanordnung mehrere starre Drähte, wobei ein starrer Draht von den mehreren starren Drähten angeordnet ist, um jedes der mehreren elektrischen Verbindungselemente mit der gemeinsamen Rückwandplatine zu verbinden. Jeder der starren Drähte kann geformt sein, um eine beabstandete Beziehung voneinander aufrechtzuerhalten. Insbesondere kann jeder der starren Drähte, die die erste Gruppe von elektrischen Verbindungselementen mit der Rückwandplatine verbinden, von jedem der starren Drähte, die die zweite Gruppe von elektrischen Verbindungselementen mit der Rückwandplatine verbinden, um einen Abstand getrennt sein, der nicht geringer ist als die Entfernung A, wobei der Abstand der Entfernung A entlang der vollständigen Länge des starren Drahts aufrechterhalten wird. Die starren Drähte können in eine geeignete Form gebogen sein, so dass die Drähte dazu konfiguriert sind, einen minimalen Abstand dazwischen aufrechtzuerhalten. Der minimale Abstand, der zwischen den starren Drähten erforderlich ist, steht mit einem Abstand in Beziehung, der erforderlich ist, um Mikroentladungen zu verhindern, die auftreten, wenn ein unterschiedliches Potential von jedem der Drähte geführt wird. Insbesondere wird der Abstand auf einer Entfernung A gehalten, die gleich der vorstehend erörterten Entfernung A sein kann und zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen am Flansch sowie zwischen den ersten und den zweiten Verbindungselementen an der Rückwandplatine vorgesehen ist.
• Vorteilhafterweise wird der Abstand A zwischen jedem Verbindungselement oder jeder Verbindungskomponente aufrechterhalten, die innerhalb der elektrischen Verbindungsanordnung unterschiedliche Spannungen führt. Der Abstand wird beispielsweise zwischen den Verbindungselementen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe am Flansch, zwischen den starren Drähten der ersten und der zweiten Gruppe und zwischen den Verbindungen der Drähte der ersten Gruppe mit der Rückwandplatine im Vergleich zu den Verbindungen der Drähte der zweiten Gruppe mit der Rückwandplatine aufrechterhalten. Vorteilhafterweise schafft die Verwendung von starren Drähten und die Verwendung einer Rückwandplatine eine unbewegliche Konfiguration mit einem festen Abstand. Vorteilhafterweise verhindert dies, dass der Abstand zwischen Potential führenden Wegen versehentlich verringert wird, wodurch ermöglicht wird, dass eine Mikroentladung oder sogar Funken oder Lichtbögen auftreten.
• Wahlweise ist jeder der starren Drähte, die die erste Gruppe von elektrischen Verbindungselementen mit der gemeinsamen Rückwandplatine verbinden, geformt, um einen Abstand voneinander aufrechtzuerhalten, der nicht geringer ist als der zweite Abstand B. Ferner kann jeder der starren Drähte, die die zweite Gruppe von elektrischen Verbindungselementen mit der gemeinsamen Rückwandplatine verbinden, geformt sein, um einen Abstand voneinander aufrechtzuerhalten, der nicht geringer ist als der dritte Abstand C. Der zweite und der dritte Abstand können dieselben, wie vorstehend in Bezug auf den Abstand der Verbindungselemente innerhalb der ersten und der zweiten Gruppe am Flansch beschrieben, sein. Ferner können der Abstand B und C geringer sein als der Abstand A.
• Idealerweise kann ein Steckverbindungselement an jedem der mehreren elektrischen Verbindungselemente vorgesehen sein. Das Steckverbindungselement ist zur Wechselwirkung mit einer elektrischen Zuleitung an einer elektrischen Buchse am wissenschaftlichen Instrument konfiguriert. Das Steckverbindungselement kann mit Gold plattiert sein. Vorteilhafterweise können die Steckverbindungselemente am Verbindungselement mit einem Ende eines starren Drahts verbunden sein. Die Steckverbindungselemente können dazu konfiguriert sein, die Spitze einer elektrischen Zuleitung eines Steckers oder einer Buchse aufzunehmen, die mit jedem elektrischen Verbindungselement in Wechselwirkung tritt. Die Spitze der elektrischen Zuleitung kann gegen das Steckverbindungselement schieben, das gegen die verbindende elektrische Zuleitung oder den starren Draht unter Verwendung einer Feder oder eines anderen Vorbelastungsmittels vorbelastet sein kann. Daher wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Zuleitung, dem Steckverbindungselement und dem starren Draht hergestellt. Vorteilhafterweise verringert die Verwendung von Steckverbindungselementen die Bildung von Luftspalten zwischen der elektrischen Zuleitung und dem Steckverbindungselement. In einigen Beispielen können die Steckverbindungselemente auch zwischen dem starren Draht und der Rückwandplatine vorgesehen sein. Hier ist das Steckverbindungselement so angeordnet, dass es gegen den Verbindungsdraht oder Stift an der Rückwandplatine vorbelastet ist, und dadurch die Wahrscheinlichkeit verringert, dass Luftspalte zwischen den Komponenten für die Verbindung gebildet werden. An sich kann das Auftreten einer Mikroentladung verringert werden.
• Wahlweise können die Komponenten unter Verwendung eines Zwei-Komponenten-Lötmittels verbunden sein. Der starre Draht kann beispielsweise mit jedem Steckverbindungselement über ein Zwei-Komponenten-Lötmittel verbunden sein. Die Verwendung dieses Verbindungsmaterials schafft einen verbesserten elektrischen Kontakt (mit geringem Widerstand).
• Vorzugsweise umfasst die beschriebene elektrische Verbindungsanordnung ferner einen geschlossenen Schrank. Der vorstehend beschriebene Flansch kann in einer Wand des Schranks angeordnet sein und die gemeinsame Rückwandplatine kann innerhalb des Inneren des geschlossenen Schranks angebracht sein. Der geschlossene Schrank kann ein abgedichteter oder abdichtungsfähiger Schrank sein. Unter einigen Umständen kann der Schrank mit Druck beaufschlagt sein, beispielsweise einen Unterdruck enthalten. Vorteilhafterweise ermöglicht die Verwendung eines geschlossenen Schranks, dass die mehreren Verbindungselemente, die starren Drähte und die Rückwandplatine zusammen relativ zum wissenschaftlichen Instrument bewegt werden, so dass jedes der mehreren Verbindungselemente gleichzeitig verbunden oder getrennt werden kann. Daher vermeidet die Verwendung eines Schranks die Anforderung, dass die Bedienperson jedes individuelle elektrische Verbindungselement separat verbindet und trennt. An sich wird die Wahrscheinlichkeit für eine falsche Verbindung der elektrischen Verbindungselemente verringert. Die feste Art der Verbindungselemente, der starren Verdrahtung und der Rückwandplatine am Schrank ermöglicht, dass der Schrank als Modul wirkt. Daher können untereinander austauschbare Schränke für die Verbindung mit den elektrischen Buchsen an einem wissenschaftlichen Instrument verwendet werden.
• Idealerweise ist das Innere des geschlossenen Schranks von der Außenseite des geschlossenen Schranks elektrisch isoliert. Mit anderen Worten, der Schrank schafft ein vollständig geschlossenes Modul für die Zufuhr eines Potentials zu allen der mehreren elektrischen Verbindungselemente.
• Vorzugsweise umfasst der geschlossene Schrank ferner ein Klimatisierungsmodul für die Steuerung der Temperatur und Feuchtigkeit im Inneren des Schranks. Der Schrank kann verwendet werden, um das Innere des Schranks auf einer festen Temperatur zu halten. Vorteilhafterweise kann dies die Stabilität des durch Verbindungen innerhalb des Schranks mit den Verbindungselementen geführten Potentials verbessern. Dies liegt daran, dass die Temperaturkonstante (T_c) der Verdrahtung für Schwankungen der Temperatur, insbesondere für Hochspannungsverbindungen, sehr empfindlich sein kann. An sich ist es günstig, wenn eine konstante Temperatur aufrechterhalten wird, und dies erhöht die Stabilität der über die Verbindungen zugeführten Spannung. Unter einigen Umständen kann ein niedriger (oder hoher) Druck im Schrank aufrechterhalten werden oder der geschlossene Schrank kann einen Unterdruck enthalten.
• Vorzugsweise ist der geschlossene Schrank an einer Schiene montiert, so dass er auf der Schiene relativ zum wissenschaftlichen Instrument zwischen einer ersten Position, in der die mehreren elektrischen Verbindungen mit dem wissenschaftlichen Instrument verbunden sind, und einer zweiten Position, in der die mehreren elektrischen Verbindungen vom wissenschaftlichen Instrument getrennt sind, bewegt werden kann. Mit anderen Worten, die Schiene ermöglicht, dass der Schrank relativ zum wissenschaftlichen Instrument für die Verbindung oder Trennung von jedem der mehreren elektrischen Verbindungselemente gleichzeitig bewegt wird. Die Verbindung oder Trennung der mehreren Verbindungen kann beispielsweise für die Wartung des wissenschaftlichen Instruments erforderlich sein. Die Schienenmontage des Schranks ermöglicht eine leichtere Bewegung des elektrischen Verbindungsschranks und eine zweckmäßigere Trennung der mehreren elektrischen Verbindungselemente. Ferner verbessert die Verwendung einer Schienenmontage die Ausrichtung der Verbindungselemente am Schrank auf die Wechselwirkungsbuchsen am wissenschaftlichen Instrument.
• Wahlweise umfasst die elektrische Verbindungsanordnung eine Ausrichtungsvorrichtung am Schrank, die dazu konfiguriert ist, die mehreren elektrischen Verbindungselemente am Schrank auf die mehreren elektrischen Buchsen am wissenschaftlichen Instrument auszurichten. Die Ausrichtungsvorrichtung kann ein Stift an der äußeren Oberfläche des Schranks oder Flanschs, der durch eine Öffnung oder einen Hohlraum in der Fläche des wissenschaftlichen Instruments aufgenommen wird (oder umgekehrt), sein. Alternativ kann die Ausrichtungsvorrichtung eine Markierung am Schrank oder Flansch und wissenschaftlichen Instrument umfassen, die vom Benutzer visuell ausgerichtet werden kann. Vorteilhafterweise unterstützt die Ausrichtungsvorrichtung bei der korrekten Ausrichtung der elektrischen Verbindungselemente im Flansch oder Schrank auf die Wechselwirkungsbuchsen des wissenschaftlichen Instruments. Folglich hilft die Ausrichtungsvorrichtung, eine Beschädigung an den elektrischen Verbindungselementen aufgrund einer falschen Verbindung zu verhindern.
• In einem weiteren Aspekt umfasst ein Massenspektrometer die hier beschriebene elektrische Verbindungsanordnung. In einem Beispiel können mehrere der Hochspannungs-Durchführungsanordnung an einer Außenwand des Massenspektrometers vorhanden sein und die mehreren elektrischen Verbindungselemente, die einen Teil der vorstehend beschriebenen elektrischen Verbindungsanordnung bilden, können zur Wechselwirkung angeordnet sein.
• Figurenliste
• Eine Hochspannungs-Durchführungsanordnung und eine elektrische Anordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung werden nur beispielhaft mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• 1A eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Hochspannungs-Durchführungsanordnung ist;
• 1B eine Seitenansicht der Hochspannungs-Durchführungsanordnung von 1A ist;
• 2 eine schematische Ansicht einer elektrischen Anordnung mit einem Flansch mit mehreren elektrischen Verbindungselementen ist;
• 3 eine schematische Ansicht der mehreren elektrischen Verbindungselemente von 2 in Bezug auf eine gemeinsame Rückwandplatine angeordnet ist; und
• 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Implementierung der elektrischen Anordnung von 2 und 3 ist; und
• 5 eine schematische Ansicht eines Massenspektrometers mit der Hochspannungs-Durchführungsanordnung und der elektrischen Anordnung ist.
• Wenn geeignet, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche Elemente. Die Figuren sind nicht maßstäblich.
• Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Mit Bezug zuerst auf 1A und 1B befindet sich dort eine Hochspannungs-Durchführungsanordnung 100. 1A zeigt die Anordnung 100 im Querschnitt und 1B zeigt dieselbe Anordnung 100 von einer Seitenansicht, wobei in Richtung der Spitze der elektrischen Zuleitung geblickt wird und entlang der Längsachse einer elektrischen Zuleitung geblickt wird.
• Die Anordnung umfasst eine Hochspannungszuleitung 10, die angeordnet ist, um ein Potential V zu führen. Eine Isolationshülse 12 ergreift oder nimmt die elektrische Zuleitung 10 auf, so dass die Isolationshülse 12 eine Abdeckung oder Hülle bildet, die um das Meiste der Länge der elektrischen Zuleitung 10 gewickelt ist. Nur an einem Ende liegt die elektrische Zuleitung 10 von der Isolationshülse 12 frei. Dieser freiliegende Abschnitt der elektrischen Zuleitung 10 kann angeordnet sein, um einen elektrischen Kontakt mit einem in Wechselwirkung stehenden elektrischen Stecker oder Verbindungselement herzustellen.
• Die Isolationshülse 12 und die elektrische Zuleitung 10 sind innerhalb eines Flanschs 14 an einer Fläche des wissenschaftlichen Instruments oder an der Fläche eines Schranks einer Leistungsversorgung angeordnet. Der Flansch 14 hält die starre Isolationshülse 12 und die elektrische Zuleitung 10 fest, so dass die Isolationshülse 12 und die elektrische Zuleitung 10 sich durch den Flansch 14 erstrecken, um in den (oder aus dem) Schrank oder Behälter zu verlaufen, in dem der Flansch 14 angeordnet ist. Das äußere Ende der Isolationshülse 12 und der elektrischen Zuleitung 10 steht von der Außenfläche 15 des Flanschs 14 vor. Die Isolationshülse 12 ist derart angeordnet, dass das äußere Ende der Isolationshülse 12 um einen minimalen Abstand D von der Außenfläche 15 des Flanschs 14 beabstandet ist. Eine Dichtung zwischen der Isolationshülse 12 und dem Flansch 14 kann derart vorgesehen sein, dass ein Unterdruck im Schrank, in dem der Flansch 14 angeordnet ist, aufrechterhalten werden kann.
• In dem in 1A und 1B dargestellten Beispiel umfasst die Isolationshülse 12 einen Abstandhalter 22, der die Isolationshülse 12 in einer beabstandeten Konfiguration von der elektrischen Zuleitung 10 hält. Der Abstandhalter 22 ist am Ende der Isolationshülse 12 ausgebildet, das von der Außenkante des Flanschs 14 vorsteht, am weitesten von der Außenfläche 15 des Flanschs 14. In dem dargestellten Beispiel ist der Abstandhalter 22 einteilig in der Isolationshülse 12 ausgebildet. Hier bildet der Abstandhalter 22 eine Kappe oder Dichtung zur Isolationshülse 12 und zum Luftspalt oder beabstandeten Bereich, der zwischen der elektrischen Zuleitung 10 und den Innenwänden der Isolationshülse 12 vorhanden ist. Die elektrische Zuleitung 10 und der Abstandhalter 22 sind beide aus starren Materialien ausgebildet. Die Isolationshülse 12 kann beispielsweise aus Keramik ausgebildet sein und die elektrische Zuleitung 10 kann ein starrer Draht mit niedrigem Widerstand sein.
• Ein Adapterkörper 16 ist in einer beabstandeten Beziehung zur Außenfläche 15 des Flanschs 14 angeordnet. Der Adapterkörper 16 weist einen Hohlraum 17 oder eine Bohrung auf, die sich durch sein Zentrum erstreckt. Die Wände des Hohlraums 17 oder der Bohrung sind im Vergleich zu den Wänden der Isolationshülse 12 dick. Der Abschnitt der Isolationshülse 12 und des elektrischen Drahts (elektrische Zuleitung 10), der von der Außenfläche 15 des Flanschs 14 vorsteht, ist so angeordnet, dass er sich in den Hohlraum 17 innerhalb des Adapters 16 erstreckt. Die Isolationshülse 12 ist im Hohlraum 17 des Adapters 16 so angeordnet, dass der freiliegende Abschnitt der elektrischen Zuleitung 10 innerhalb des Hohlraums 17 des Adapterkörpers 16 angeordnet ist. Ferner ist der Adapterkörper 16 derart positioniert, dass ein Abstand oder Luftspalt 20 sowohl radial um die Isolationshülse 12 als auch in Bezug auf die Außenfläche 15 des Flanschs 14 aufrechterhalten wird.
• Der Adapter 16 wird in dieser beabstandeten Beziehung unter Verwendung eines Kranzes 18 oder einer Dichtung gehalten, die um die Isolationshülse 12 angeordnet ist. Insbesondere erstreckt sich der Kranz 18 zwischen der äußeren Oberfläche der Isolationshülse 12 und der inneren Oberfläche des Hohlraums 17 innerhalb des Adapterkörpers 16. Der Kranz 18 hält den Adapterkörper 16 fest in Position. An sich wird ein Luftspalt 20 um den Isolationskörper (Isolationshülse 12) und zwischen dem Adapterkörper 16 und dem Flansch 14 aufrechterhalten. Ferner wird ein minimaler Abstand D zwischen dem Ende der Isolationshülse 22, das an den freiliegenden Abschnitt der elektrischen Zuleitung 10 angrenzt, und der Außenfläche 15 des Flanschs 14 aufrechterhalten.
• In dem in 1A und 1B gezeigten Beispiel bildet der Kranz 18 einen vollständigen Ring um den Isolationskörper (Isolationshülse 12). Wie in 1B zu sehen ist, ist der Kranz zusammenhängend zwischen der Oberfläche der Isolationshülse 12 radial auswärts zur Innenwand des Hohlraums 17 des Adapters 16. Daher bildet der Kranz 18 eine vollständige, ununterbrochene Scheibe, die den Luftspalt 20 um den Isolationskörper (Isolationshülse 12) sperrt oder blockiert. Der Kranz 18 ist so angeordnet, dass kein offener Durchgang durch den Hohlraum 17 im Adapterkörper 16 zwischen der Spitze der elektrischen Zuleitung 10 und der Außenfläche 15 des Flanschs 14 besteht. Hier ist der Kranz 18 ein O-Ring (aus einem gummiartigen Material hergestellt), der in einer Rinne 24 in der inneren Oberfläche des Hohlraums 17 des Adapterkörpers 16 angeordnet ist. Der Durchmesser des O-Rings ist so ausgewählt, dass er eng um die Isolationshülse 12 passt.
• Bei der Verwendung kann eine Hochspannungs-Leistungsversorgung mit der elektrischen Zuleitung 10 verbunden werden. Der Flansch 14 kann mit Masse verbunden werden. Der Abstand D zwischen dem äußeren Abschnitt der Isolationshülse 12 (hier Abstandhalter 22) und der Außenfläche 15 des Adapterflanschs 14 (z. B. die Fläche entgegengesetzt zum Adapterabschnitt) schafft eine spezielle Oberflächenisolationslänge. Der minimale Abstand D wird so gewählt, dass er ausreichend ist, so dass Mikroentladungen für eine zur Verbindungsanordnung 100 zugeführte gegebene Spannung nicht auftreten. An sich kann irgendeine gegebene Verbindungsanordnung 100 für das Führen einer spezifischen Spannung gemäß dem Abstand D bemessen sein. Der Wert des Abstandes D nimmt exponentiell zu, wenn die zu führende Spannung erhöht wird.
• Vorteilhafterweise wird in der beschriebenen Konfiguration ein Luftspalt 20 aufrechterhalten, der die Isolationshülse umgibt. Der Kranz 18 unterbricht und blockiert den Luftspalt 20 zwischen der Hochspannungszuleitung (Zuleitung 10) und der Fläche (Außenfläche 15) des Flanschs 14 (der mit Masse verbunden ist). Daher können Ladungen, die an der Oberfläche der Isolationshülse 12 am nächsten zur Spitze oder zum freiliegenden Abschnitt der elektrischen Zuleitung 10 erzeugt werden, keinen Weg zu Masse bilden. An sich wird eine Mikroentladung für einen gegebenen Abstand merklich verringert. Ferner wird der Abstand D, der erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu verhindern, beträchtlich verringert im Vergleich zu einer Anordnung, in der der Kranz nicht vorgesehen ist.
• Bei Abwesenheit des Kranzes liegt der Weg zur Masse mit geringstem Widerstand für irgendwelche angesammelten Ladungen an der Isolationshülse entlang der Oberfläche der Isolationshülse durch die Luft. Dies liegt daran, dass die Leitfähigkeit von Luft höher ist als von anderen Komponenten der Anordnung, die die elektrische Zuleitung mit Masse verbindet (beispielsweise im Vergleich zur Leitfähigkeit der Isolationshülse selbst). In der beschriebenen Konfiguration blockiert der Kranz den Luftspalt und erhöht somit beträchtlich den Widerstand des Weges zur Masse. Der zwischen dem freiliegenden Bereich der Hochspannungszuleitung und der Masse erforderliche Abstand hängt daher vom restlichen Weg mit geringstem Widerstand zur Masse sowie vom angelegten Potential ab.
• Die Isolationshülse selbst kann kein perfekter Isolator sein. Obwohl beispielsweise die Leitfähigkeit einer keramischen Isolationshülse viel niedriger sein kann als jene von Luft, ist die Leitfähigkeit immer noch endlich. Wenn ein genügend hoher Potentialgradient über der Isolationshülse angelegt ist, schafft daher die Isolationshülse selbst einen Weg zur Masse für die angesammelten Ladungen. In der beschriebenen Anordnung erfordert an sich, um die Mikroentladung zu verhindern, der erforderliche Abstand D immer noch einen Abstand, der ausreicht, um die Leitung von angesammelten Ladungen durch die Isolationshülse zu verhindern.
• Verschiedene Modifikationen an der Hochspannungsanordnung 100 sind auch für den Fachmann ersichtlich. Die Isolationshülse 12 kann beispielsweise aus einem einzigen Teil bestehen, der sich kontinuierlich vom Hohlraum des Adapterkörpers, durch den Flansch 14 und in das wissenschaftliche Instrument erstreckt. Alternativ kann die Isolationshülse 12 aus einem ersten und einem zweiten Abschnitt bestehen. Der erste Abschnitt kann beispielsweise am Schnittpunkt mit dem Flansch 14 angeordnet sein und ein zweiter Abschnitt kann mit dem ersten Abschnitt verbunden sein und sich in den Hohlraum 17 des Adapterflanschs erstrecken. Die Abschnitte können denselben Durchmesser oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. In beiden Fällen schafft die Isolationshülse 12 eine Isolationsschicht, die die Mehrheit der longitudinalen Länge der elektrischen Zuleitung 10 innerhalb der Verbindungsanordnung 100 umgibt.
• Obwohl die Isolationshülse 12 im gegenwärtig beschriebenen Beispiel einen Abstandhalter 22 (zum Abstützen der Isolationshülse 12 in einer beabstandeten Beziehung zur elektrischen Zuleitung 10) umfasst, ist kein Abstandhalter 22 erforderlich. Obwohl im beschriebenen Beispiel der Abstandhalter 22 als sich am Ende der Isolationshülse 12 befindend gezeigt ist, kann der Abstandhalter 22 ferner irgendwo entlang der Länge der Isolationshülse 12 angeordnet sein, so dass die Isolationshülse 12 in einer beabstandeten Beziehung zum elektrischen Draht (Zuleitung 10) abgestützt ist. In einigen Ausführungsformen ist ferner kein Abstandhalter vorhanden, so dass die Isolationshülse 12 mit der elektrischen Zuleitung 10 entlang viel ihrer Länge in direktem Kontakt steht.
• In den in 1A und 1B dargestellten Beispielen umfasst der Kranz 18 einen O-Ring, der in einer Rinne 24, Kerbe oder Kontur an der Innenwand des Adapterhohlraums (Hohlraum 17) vorgesehen ist. Der Kranz 18 könnte jedoch einteilig mit dem Adapterkörper 16 oder der Isolationshülse 12 ausgebildet sein. Alternativ könnte der Kranz 18 mit dem Adapterkörper 16 oder der Isolationshülse 12 über ein anderes Mittel verbunden sein. Ferner muss der Kranz 18 kein O-Ring sein, sondern könnte ein Kunststoffkranz oder ein Kranz, der aus einem anderen Material besteht, sein. Idealerweise ist das Material isolierend.
• Die Isolationshülse kann aus irgendeinem Material ausgebildet sein, das eine geringe Leitfähigkeit und eine hohe Durchschlagfestigkeit aufweist. Die Isolationshülse kann beispielsweise Keramik oder Glas umfassen.
• In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist der Kranz 18 ein zusammenhängender Körper, der sich zwischen der Isolationshülse 12 und den Innenwänden des Hohlraums 17 des Adapterkörpers 16 erstreckt, der um das Isolationselement (Isolationshülse 12) ohne Lücken oder Löcher vorgesehen ist. Obwohl dies die vorteilhafteste Konfiguration für den Kranz 18 sein kann, kann der Kranz 18 mit kleinen Löchern, Lücken oder Schlitzen innerhalb des Kranzes 18 versehen sein.
• Die elektrische Zuleitung 10, die Isolationshülse 12 und der Hohlraum 17 des Adapterflanschs sind als mit einem kreisförmigen Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung der elektrischen Zuleitung 10 dargestellt. Der Querschnitt kann jedoch gleichermaßen quadratisch oder von irgendeiner anderen Form sein, vorausgesetzt, dass ein minimaler Luftspalt um die Isolationshülse 12 vorgesehen ist.
• Obwohl in 1A und 1B nicht gezeigt, kann die Anordnung 100 mit einer Wechselwirkungsbuchse verbunden sein, so dass die elektrische Zuleitung 10 mit einem elektrischen Kontakt verbunden ist. Die elektrische Zuleitung 10 kann dazu konfiguriert sein, ein elektrisches Signal vom elektrischen Kontakt an der Buchse zu liefern oder zu empfangen.
• In den Beispielen von 1A und 1B bildet der Adapterkörper 16 einen Körper um eine einzelne Isolationshülse 12 und elektrische Zuleitung 10. Der Adapterkörper 16 kann jedoch mit einer Anzahl von Isolationshülsen und elektrischen Zuleitungen geteilt werden. An sich kann der Adapterkörper 16 den Körper eines „Steckers“ bilden. In diesem Fall wäre jede Isolationshülse und elektrische Zuleitung in einem zweckgebundenen Hohlraum oder einer zweckgebundenen Bohrung durch den Adapterkörper gemäß der beschriebenen Konfiguration aufgenommen.
• 2 zeigt die äußere Oberfläche eines Flanschs 210oder einer Durchführung. Eine Anzahl von Verbindungselementen 212 ist in der Oberfläche des Flanschs 210 angeordnet. Die Verbindungselemente 212 können mit Steckern oder Buchsen an einem wissenschaftlichen Instrument in Wechselwirkung stehen.
• Die mehreren Verbindungselemente 212 sind in Gruppen 214, 216, 218 angeordnet. In diesem Beispiel sind die mehreren Verbindungselemente 212 in einer ersten Gruppe 214, einer zweiten Gruppe 216 und einer dritten Gruppe 218 angeordnet. Die Verbindungselemente 212 sind im Flansch 210 derart angeordnet, dass jedes der ersten Gruppe 214 von Verbindungselementen mit einem minimalen Abstand A von jedem der zweiten Gruppe 216 von Verbindungselementen angeordnet ist. Der Abstand A darf nicht geringer als ein vorbestimmter Abstand sein.
• Eine Leistungsversorgung (nicht dargestellt) ist mit jedem der Verbindungselemente 212 verbunden. Die Leistungsversorgung ist angeordnet, um eine Spannung zu jedem Verbindungselement 212 zuzuführen. In einem speziellen Beispiel ist die Leistungsversorgung angeordnet, um eine erste, hohe mittlere Spannung (wie z. B. 10 kV) zur ersten Gruppe 214 von Verbindungselementen und eine zweite, niedrigere mittlere Spannung zur zweiten Gruppe 216 von Verbindungselementen (beispielsweise 100 V) zuzuführen. Der minimale Abstand A zwischen der ersten und der zweiten Gruppe 214, 216 von Verbindungselementen steht mit der Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten mittleren Spannung in Beziehung. Der Abstand A kann beispielsweise eine exponentielle Beziehung zur Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Spannung aufweisen. In dem vorstehend dargestellten Beispiel ist die Potentialdifferenz ungefähr 9,9 kV und der Abstand A müsste ungefähr 290 mm sein.
• Die Verbindungselemente 212 sind derart gruppiert, dass gleiche Potentiale an die Verbindungselemente innerhalb einer Gruppe angelegt werden. Daher könnten im beschriebenen Beispiel die Verbindungselemente in der ersten Gruppe 214 Spannungen im kV-Bereich führen, wohingegen die durch die zweite Gruppe 216 geführte Spannung nur einige Volt sein könnte. Im Allgemeinen führen die Verbindungselemente jeder Gruppe eine Spannung mit demselben Betrag wie andere Verbindungselemente in derselben Gruppe. Daher skaliert der Abstand A mit der Differenz des Betrags der durch die zwei Gruppen 214, 216 geführten Spannung. Je größer die Potentialdifferenz ist, desto größer ist der Abstand, der erforderlich ist. Der Abstand ist die Entfernung, die ausreicht, um eine Mikroentladung an Verbindungselementen, die ein unterschiedliches Potential führen, zu vermeiden.
• Weitere Gruppen von Stiften können am Flansch angeordnet sein, wobei sie jeweils mit einer Leistungsversorgung verbunden sind. Die dritte Gruppe 218 von Verbindungselementen kann beispielsweise sowohl von der ersten als auch der zweiten Gruppe 214, 216 beabstandet angeordnet sein. Der Abstand F zwischen der zweiten und der dritten Gruppe 216, 218 ist wiederum zur Differenz der zu jeder Gruppe durch die Leistungsversorgung zugeführten Spannung proportional. Wenn eine große Potentialdifferenz besteht, ist ein viel größerer Abstand zwischen den Gruppen vorgesehen. Bei der Verwendung können die Verbindungselemente 212 jeweils eine unterschiedliche Spannung zu anderen in der Gruppe führen. Alle Verbindungselemente innerhalb einer Gruppe führen jedoch eine Spannung mit ähnlichem Betrag.
• Idealerweise kann der Abstand durch Sortieren der Gruppen 214, 216, 218 von Verbindungselementen an der Fläche des Flanschs 210 optimiert werden. Daher könnte in dem gezeigten Beispiel die zweite Gruppe 216 ein mittleres Potential führen, das zwischen den durch die erste Gruppe 214 geführten hohen Spannungen und den sehr niedrigen Spannungen, die durch die dritte Gruppe 218 geführt werden, liegt. Die dargestellte Anordnung könnte beispielsweise derart angeordnet sein, dass die erste Gruppe 214 Spannungen im Kilovoltbereich (kV-Bereich) führt, die zweite Gruppe 216 Spannungen im Voltbereich (V-Bereich) führt und die dritte Gruppe 218 Spannungen im Millivoltbereich (mV-Bereich) führt. Der Abstand A und F werden dann gemäß der Potentialdifferenz zwischen den Gruppen gewählt. An sich ist ein viel größerer Abstand zwischen der ersten und der dritten Gruppe 214, 218 als zwischen der ersten Gruppe 214 und der zweiten Gruppe 216 oder der zweiten Gruppe 216 und der dritten Gruppe 218 erforderlich. Das Anordnen der zweiten Gruppe 216 zwischen der dritten Gruppe 218 minimiert folglich die Gesamtfläche, über die die Verbindungselemente angeordnet sind.
• Folglich sind die elektrischen Verbindungselemente 212 „sortiert“ im Flansch 210, so dass ein Potentialgradient der durch die Verbindungen 212 geführten Spannung vorgesehen ist. Geeignete Abstände sind zwischen jedem Verbindungselement 212 vorgesehen, um einen Luftspalt aufrechtzuerhalten, der eine Mikroentladung zwischen den Stiften vermeidet. Die beschriebene Anordnung optimiert jedoch die Anordnung der Stifte derart, dass die Abstände minimiert sind. Innerhalb jeder Gruppe sind die elektrischen Verbindungselemente 212 auch voneinander beabstandet angeordnet. Jedes Verbindungselement innerhalb der ersten Gruppe 214 von Verbindungselementen ist beispielsweise um einen Abstand voneinander beabstandet, der nicht geringer ist als ein Abstand B. Die Verbindungselemente innerhalb der zweiten Gruppe 216 sind voneinander um einen Abstand beabstandet, der nicht geringer ist als ein Abstand C. Ebenso sind die Verbindungselemente in der dritten Gruppe 218 voneinander um einen Abstand beabstandet, der nicht geringer ist als E. Die Abstände B, C und E stehen mit der Potentialdifferenz zwischen der durch jedes der Verbindungselemente innerhalb der Gruppe geführten Spannung in Beziehung. Der Abstand ist gewählt, um den Luftspalt aufrechtzuerhalten, der erforderlich ist, um eine Mikroentladung zwischen den Verbindungselementen zu verhindern.
• Wie der Fachmann erkennt, könnte, obwohl nur drei Gruppen von Verbindungselementen hier beschrieben sind, irgendeine Anzahl von Gruppen von Verbindungselementen am Flansch angeordnet sein. Die Verbindungselemente wären angeordnet, um die Gruppen innerhalb des Flanschs gemäß der mittleren Spannung zu sortieren, die von den Verbindungselementen innerhalb jeder Gruppe geführt wird. Daher wird ein Gradient im angelegten Potential über die Verbindungselemente am Flansch hergestellt.
• Die Abstände, die zwischen Gruppen von Verbindungselementen erforderlich sind, um eine Mikroentladung zu verhindern, hängen von einer Anzahl von Faktoren ab. Der zwischen Elektroden erforderliche Abstand hängt sowohl von der Potentialdifferenz als auch von der elektrischen Festigkeit des Mediums, durch das Ladungen geleitet werden können, ab. An Verbindungselementen, die hohe Spannungen führen, tritt eine Mikroentladung durch eine Bewegung von angesammelter Ladung an der Oberfläche eines Isolators auf. Dies tritt aufgrund der niedrigen Durchschlagfestigkeit von Luft im Vergleich zum Isolationsmaterial auf. An sich ist die Spannungsdifferenz, die zwischen den zwei Elektroden vor dem Auftreten einer Mikroentladung angelegt werden kann, größer, wenn entweder der Abstand oder die Oberfläche zwischen den zwei Elektroden vergrößert wird, oder alternativ wenn die Dielektrizitätskonstante des Weges zwischen den zwei Elektroden erhöht wird.
• Jedes der Verbindungselemente in 2 ist mit einer gemeinsamen Rückwandplatine 320 verbunden, wie in 3 gezeigt. Die gemeinsame Rückwandplatine 320 schafft eine starre Platine, an der die elektrischen Verbindungen parallel zueinander angeordnet sind. An der Rückwandplatine 320 wird auf jede Verbindung relativ zu einem gemeinsamen Massepotential oder gemeinsamen Stift Bezug genommen. Die elektrischen Verknüpfungen an der Rückwandplatine 320 können als Leiterbahnen an der Platine vorgesehen sein. Daher ist der Abstand zwischen den Leiterbahnen fest. Der Weg oder die Anordnung von jeder der elektrischen Verbindungen oder Verknüpfungen an der Rückwandplatine 320 ist spezifisch ausgelegt, um zumindest einen minimalen erforderlichen Abstand aufrechtzuerhalten.
• Die vorstehend in Bezug auf 2 beschriebenen elektrischen Verbindungselemente 212 sind in 3 mit der Rückwandplatine 320 verbunden gezeigt. Die Verbindungselemente und Verbindungen mit der Rückwandplatine 320 sind so angeordnet, dass der erforderliche Luftspalt zwischen Verbindungen aufrechterhalten wird. Insbesondere sind die Verbindungen mit der Rückwandplatine 320 der elektrischen Verbindungselemente in der ersten Gruppe 214 in einer beabstandeten Beziehung zu den Verbindungen mit der Rückwandplatine 320 dieser Verbindungen in der zweiten Gruppe 216 angeordnet. Der Abstand ist nicht geringer als der Abstand A. Hier ist der Abstand A derselbe minimale Abstand, der vorstehend in Bezug auf den Abstand der ersten und der zweiten Gruppe von Verbindungselementen 214, 216 am Flansch 210 beschrieben wurde. Der Abstand A skaliert mit der Differenz des mittleren Potentials, das von jedem der ersten Gruppe 214 und der zweiten Gruppe 216 von Verbindungselementen und Verbindungen mit der Rückwandplatine 320 geführt wird. Insbesondere skaliert der Abstand A exponentiell mit der Differenz im mittleren Potential, das von jeder Gruppe geführt wird.
• In 3 ist die dritte Gruppe von elektrischen Verbindungselementen 218 auch mit der gemeinsamen Rückwandplatine 320 verbunden. Diese sind sowohl von der ersten Gruppe 214 als auch der zweiten Gruppe 216 beabstandet verbunden. Insbesondere ist die dritte Gruppe 218 von der zweiten Gruppe 216 um einen Abstand beabstandet, der nicht geringer ist als F. In diesem Beispiel sind diese Entfernungen oder der Abstand derselbe minimale Abstand, wie vorstehend für die Anordnung der elektrischen Verbindungselemente im Flansch 210 beschrieben. Daher sind die Abstände gemäß der Differenz des mittleren Potentials festgelegt, das von jeder der ersten, der zweiten und der dritten Gruppe 214, 216, 218 geführt wird. Wenn eine größere Potentialdifferenz besteht, ist der Abstand, der zwischen den Verbindungen erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu vermeiden, größer.
• Ferner ist jedes der elektrischen Verbindungselemente der ersten Gruppe 214 voneinander beabstandet, wenn sie mit der Rückwandplatine 320 verbunden sind. Die Verbindungen mit der Rückwandplatine 320 der ersten Gruppe 214 sind beispielsweise um einen Abstand B voneinander beabstandet, und die Verbindungen der dritten Gruppe 218 sind um einen Abstand E voneinander beabstandet. Die in 3 gezeigten Abstände entsprechen den in 2 gezeigten.
• Unter einigen Umständen können die Verbindungen mit der Rückwandplatine 320 und insbesondere die Gruppen 214, 216, 218 von Verbindungen mit der Rückwandplatine 320 angeordnet sein, um einen Potentialgradienten über die Rückwandplatine 320 vorzusehen. Mit anderen Worten, die Verbindungen können derart vorgesehen sein, dass jede der Hochspannungsverbindungen an einem ersten Ende oder Bereich der planaren Oberfläche der Rückwandplatine 320 angeordnet ist, wobei die Verbindungen mit niedriger Spannung am entgegengesetzten Ende oder einem Bereich entgegengesetzt auf der planaren Oberfläche der Rückwandplatine 320 angeordnet sind. Die restlichen Verbindungen, die eine Zwischenspannung führen, können dazwischen konfiguriert sein. Daher wird ein Gradient des elektrischen Potentials über die Rückwandplatine 320 erzeugt.
• Das in 3 gezeigte Beispiel verwendet starre Drähte 322, um jedes der Verbindungselemente mit der gemeinsamen Rückwandplatine 320 zu verbinden. Mit anderen Worten, die Drähte 322 oder Zuleitungen sind steif und können geformt oder gestaltet sein, wobei die Drähte 322 die geformte Gestalt beibehalten. Jeder der starren Drähte 322 ist gestaltet, um den Abstand zwischen jedem Draht 322 aufrechtzuerhalten. Die Drähte 322 können einander kreuzen müssen, insbesondere wenn die Konfiguration der Verbindungselemente am Flansch 210 nicht dem erforderlichen Gradienten des elektrischen Potentials entspricht, der an der Rückwandplatine 320 bevorzugt ist. Daher ist die Verwendung von starren Drähten 322 oder solchen mit fester Form besonders günstig, um eine feste Konfiguration der Verbindungen oder Verknüpfungen zwischen den elektrischen Verbindungselementen am Flansch 210 und an der Rückwandplatine 320 aufrechtzuerhalten. Dagegen würde die Verwendung von flexiblen Drähten eine Möglichkeit einer Bewegung der Verknüpfungen ermöglichen und könnte daher zu einer Verringerung des Luftspalts und möglichen Mikroentladungen oder sogar einer Lichtbogenbildung zwischen den Drähten führen.
• Wie in 3 gezeigt, sind die starren Drähte 322 so geformt, dass die vorher erforderlichen Abstände zwischen den Gruppen von Verbindungselementen 214, 216, 218 gemäß der geführten Spannung aufrechterhalten werden. An sich ist jeder der starren Drähte 322, die mit einem Verbindungselement in der ersten Gruppe 214 verbunden sind, von einem Draht, der mit einem Verbindungselement der zweiten Gruppe 216 verbunden ist, um beispielsweise mindestens einen Abstand A beabstandet. Ferner werden die anderen Abstände (z. B. B, C, E oder F) zwischen Drähten, die mit Verbindungselementen derselben Gruppe verbunden sind, und anderen Gruppen auch aufrechterhalten.
• Die in 3 dargestellte elektrische Anordnung demonstriert einen festen Abstand zwischen allen Komponenten gemäß den geführten Potentialen. Dies weist eine Anzahl von Vorteilen auf. Zuerst wird ein Luftspalt ausreichend gehalten, um Mikroentladungen zwischen den Verbindungen zu verhindern. Zweitens kann der Abstand zwischen jeder Verbindung optimiert werden ohne den Bedarf, einen übermäßigen Abstand zu ermöglichen, um die Bewegung der Drähte zu berücksichtigen. Drittens ist die Verbindungsanordnung „modular“ und ermöglicht, dass alle elektrischen Verbindungen als ein Segment oder einzelnes Element bewegt werden.
• Ein bevorzugtes Beispiel der elektrischen Anordnung ist in 4 dargestellt. Der vorstehend in Bezug auf 2 und 3 beschriebene Flansch 210 (mit den mehreren elektrischen Verbindungselementen 212) ist in einer Außenwand eines Schranks 426 angebracht. Hier besteht der Körper des Flanschs 210 aus einem Isolationsmaterial. Die mit Bezug auf 3 erörterte Rückwandplatine 320 ist innerhalb des Schranks 426 aufgenommen. Die mehreren starren Drähte 322 sind innerhalb des Schranks 426 angeordnet, um die elektrischen Verbindungselemente am Flansch 210 und die Rückwandplatine 320 zu verbinden. Die Verwendung eines Schranks 426, um die vorstehend erwähnte elektrische Anordnung aufzunehmen, ermöglicht eine gleichzeitige Verbindung oder Trennung von jedem der mehreren elektrischen Verbindungselemente mit Buchsen oder Verbindungselementen 438, die in der Wand eines wissenschaftlichen Instruments 424 angeordnet sind.
• Jedes der mehreren elektrischen Verbindungselemente am Flansch 210 umfasst Steckverbindungselemente 428. Jedes Steckverbindungselement 428 ist in einem Isolationsgehäuse 444 aufgenommen, das das Steckverbindungselement 428 an der Fläche des Flanschs 210 umgibt. Die Steckverbindungselemente 428 sind angeordnet, um eine elektrische Zuleitung 442 der elektrischen Buchse 438 am wissenschaftlichen Instrument 424 aufzunehmen. Wenn die elektrischen Verbindungselemente 212 am Schrank 426und die elektrischen Verbindungselemente 438 am wissenschaftlichen Instrument 424 verbunden werden, schiebt die elektrische Zuleitung 442 gegen das Steckverbindungselement 428, was bewirkt, dass das Steckverbindungselement 428 gegen die elektrische Zuleitung 442 vorbelastet wird.
• Die Verwendung von Steckverbindungselementen 428 verhindert die Bildung von irgendwelchen kleinen Luftspalten an den Verbindungselementen und hilft auch, einen besseren elektrischen Kontakt bereitzustellen. Ferner schafft die Verwendung eines Isolationsgehäuses 444, das jedes Steckverbindungselement 428 umgibt, einen zusätzlichen Widerstand zwischen der Hochspannungszuleitung und Masse. Die Steckverbindungselemente 428 verringern zusammen mit dem Isolationsgehäuse 444 und dem Isolationsflansch 210 signifikant den minimalen erforderlichen Abstand, um eine Mikroentladung zu verhindern.
• Wie in 4 gezeigt, sind die Steckverbindungselemente 428 auch an der Verbindung jedes starren Drahts 322 mit der Rückwandplatine 320 vorgesehen. Wiederum stellt dies einen guten elektrischen Kontakt zwischen den starren Drähten 322 und der Rückwandplatine 320 sicher.
• Der Schrank 426 ist derart abgedichtet, dass das Innere des Schranks von der Außenseite des Schranks elektrisch isoliert ist. Mit anderen Worten, der Schrank 426 bildet eine abgedichtete isolierte Kammer oder ein Modul. Dies ermöglicht, dass der Schrank 426, der HochspannungsVerbindungen enthält, sicherer gehandhabt wird. Eine einzige Eingangsleistungsversorgung (nicht dargestellt) kann für den Schrank 426 und spezieller für die Rückwandplatine 320 vorgesehen sein. Dies hilft, die elektrischen Verbindungen an der Rückwandplatine 320 zu regulieren, so dass das durch jede der Verbindungen geführte Potential auf eine gemeinsame Spannungsversorgung bezogen ist.
• Der abgedichtete Schrank 426 ist mit einer Klimaanlage (in 4 nicht gezeigt) versehen. Die Klimaanlage reguliert die Eigenschaften der Luft innerhalb des Schranks 426. Insbesondere reguliert die Klimaanlage die Temperatur und die Feuchtigkeit der Temperatur innerhalb des Schranks 426. Die Regulierung der Temperatur des Inneren des Schranks 426 hilft, Entladungsereignisse zu verringern und die Gesamtstabilität der durch die starren Drähte 322 und elektrischen Verbindungselemente 212 zugeführten Spannung aufrechtzuerhalten.
• Der Schrank 426 von 4 ist ferner an einer Schiene 432 montiert. In dem gezeigten Beispiel ist der Schrank 426 mit Rädern 434 montiert, die mit der Schiene 432 verbinden, obwohl andere Typen von beweglicher Verbindung mit der Schiene 432 vom Fachmann in Erwägung gezogen werden können. Die Schienenmontage des Schranks 426 ermöglicht eine leichtere Verbindung oder Trennung der mehreren elektrischen Verbindungen am Flansch 210. Dies ist besonders günstig, um die Trennung der elektrischen Verbindungen für die Wartung oder Probenbeladung zu ermöglichen. Die mehreren elektrischen Verbindungen 212 können leicht gleichzeitig getrennt oder verbunden werden durch Bewegung des Schranks 426 auf der Schiene 432 relativ zum wissenschaftlichen Instrument 424.
• Der Schrank 426 umfasst ferner eine Ausrichtungsvorrichtung 436, 440, um den Benutzer bei der korrekten Ausrichtung des Schranks 426 auf die wissenschaftliche Ausrüstung (das wissenschaftliche Instrument 424) zu unterstützen. Die Ausrichtungsvorrichtung 436, 440, die in 4 gezeigt ist, ist ein Stift am Schrank 426, der durch eine Buchse am wissenschaftlichen Instrument 424 aufgenommen wird. Die Ausrichtungsvorrichtung könnte jedoch aus Ausrichtungsmarkierungen am Schrank und an der wissenschaftlichen Ausrüstung oder einem anderen Typ von Ausrichtungsvorrichtung bestehen.
• Modifikationen an den Merkmalen der beschriebenen Ausführungsformen sind für den Fachmann leicht ersichtlich und diese sollen einen Teil der Erfindung bilden. Die starren Drähte 322 können beispielsweise eine Isolationsabdeckung entlang der Mehrheit ihrer longitudinalen Länge umfassen. Mit anderen Worten, der starre Draht kann mit einem Isolationsmaterial (beispielsweise Teflon) beschichtet sein, das den Draht entlang seiner Länge einkapselt, wobei nur die Enden des Drahts freiliegen, die einen Kontakt mit anderen Komponenten herstellen. Wenn eine Isolationsabdeckung verwendet wird, kann der Abstand zwischen den starren Drähten 322, der erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu verhindern, geringer sein als erforderlich, wenn die Drähte unbedeckt sind.
• Wie vorstehend mit Bezug auf 4 beschrieben, kann jedes der elektrischen Verbindungselemente 212 ein Isolationsgehäuse 444 umfassen. Dieses Isolationsgehäuse 444 bildet eine Isolationswand um den Umfang jedes elektrischen Verbindungselements 212. Mit anderen Worten, das elektrische Verbindungselement 212 ist zum Isolationsgehäuse 444 konzentrisch. Das Isolationsgehäuse 444 kann zum „Blockieren“ des Spalts zwischen Verbindungselementen vorteilhaft sein, wodurch der Widerstand von irgendeinem eine Ladung führenden Weg, der zwischen den beiden gebildet wird, erhöht wird. Ferner wird der Oberflächenabstand über den Isolator erhöht. Aufgrund dessen kann der gesamte Abstand, der zwischen den zwei Verbindungselementen oder Gruppen von Verbindungselementen erforderlich ist, geringer sein als er ansonsten erforderlich wäre, um eine Mikroentladung zu verhindern. Mit anderen Worten, der effektive Abstand oder Luftspalt zwischen den Verbindungselementen ist größer als der tatsächliche Abstand. In anderen Beispielen können die mehreren elektrischen Verbindungselemente 212 kein Isolationsgehäuse umfassen. Wenn dies der Fall ist, ist der Abstand, der zwischen den elektrischen Verbindungselementen erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu verhindern, größer.
• In dem Beispiel von 4 ist der Abstand als derselbe zwischen verschiedenen Gruppen von elektrischen Verbindungselementen, starren Drähten und Verbindungen mit der Rückwandplatine beschrieben. Dies ist der minimale Abstand, der erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu verhindern. In einigen Konfigurationen kann jedoch der Abstand zwischen verschiedenen Komponenten der Anordnung unterschiedlich sein. Unter Verwendung des Isolationsgehäuses 444 um jedes der mehreren elektrischen Verbindungselemente 212 kann beispielsweise der Abstand zwischen Verbindungselementen, der erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu verhindern, verringert werden. Ebenso kann die Verwendung einer Isolationsabdeckung um die starren Drähte 322 den erforderlichen Abstand verringern. Zwischen den Verbindungen mit der Rückwandplatine, wo keine zusätzliche Isolation vorgesehen ist, kann jedoch der erforderliche Abstand vergleichsweise größer sein. Die elektrische Verbindungsanordnung kann so angeordnet sein, dass der Abstand zwischen jeder Komponente jeder Gruppe minimiert wird. Daher kann unter einigen Umständen der Abstand zwischen der ersten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen und der zweiten Gruppe von elektrischen Verbindungselementen beispielsweise geringer sein als der Abstand zwischen den Verbindungen der ersten Gruppe mit der Rückwandplatine und den Verbindungen der zweiten Gruppe mit der Rückwandplatine. Vorteilhafterweise sind die Abstände derart optimiert, dass die Abstände, die zwischen Gruppen aufrechterhalten werden, die eine Spannung mit unterschiedlichem Betrag führen, größer gehalten werden als jener, der zwischen irgendeiner gegebenen Komponente erforderlich ist.
• Obwohl die mehreren elektrischen Verbindungselemente, die in 4 dargestellt sind und vorstehend beschrieben wurden, ein Steckverbindungselement betrachten, um eine elektrische Zuleitung aufzunehmen, wäre die beschriebene elektrische Anordnung gleichermaßen vorteilhaft, wenn die mehreren elektrischen Verbindungselemente Stecker oder Buchsen umfassen. Insbesondere können die mehreren elektrischen Verbindungselemente jeweils eine Hochspannungs-Durchführungsanordnung umfassen, wie vorstehend in Bezug auf 1A und 1B beschrieben. Dies kann zusätzliche Vorteile zum Optimieren des Abstandes schaffen, der erforderlich ist, um eine Mikroentladung zu verhindern.
• Die Hochspannungs-Durchführungsanordnung und die elektrische Verbindungsanordnung, die vorstehend beschrieben sind, sind für die Verwendung in einem Massenspektrometer besonders vorteilhaft. Massenspektrometer erfordern die Zufuhr einer hohen Spannung (beispielsweise 10 kV) zur Ionenquelle. Ferner muss die an das Massenspektrometer angelegte Spannung sehr stabil sein, um Messungen mit der höchsten Auflösung zu ermöglichen. Aufgrund der Anforderung für hohe Stabilität der angelegten Potentiale können Mikroentladungsereignisse besonders problematisch sein und können an der Luftgrenzfläche der Hochspannungs-Verbindungselemente an der Außenseite des Massenspektrometers beobachtet werden. Ferner kann eine große Anzahl von elektrischen Verbindungen mit dem Massenspektrometer mit einem großen Bereich von Spannungen erforderlich sein. An sich ist das Risiko für Mikroentladungen zwischen verschiedenen Verbindungselementen erhöht.
• Angesichts dieser Erwägungen kann die vorstehend beschrieben Hochspannungs-Durchführungsanordnung besonders vorteilhaft sein, wenn sie an den elektrischen Verbindungen eines Massenspektrometers implementiert wird. Mehrere der vorstehend beschriebenen Hochspannungs-Durchführungen können an der Wand einer Kammer angeordnet sein, die das Massenspektrometer aufnimmt.
• Eine spezielle Ausführungsform des Massenspektrometers mit der Hochspannungs-Durchführungsanordnung und der elektrischen Verbindungsanordnung ist in 5 gezeigt. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines doppelt fokussierenden Massenspektrometers 500. Die Ionen werden an der Ionenquelle 540 erzeugt, die durch eine modulare Leistungsversorgung 526 gespeist wird, die über Verbindungselemente 214, 216, 218, 438 verbunden ist. Die Ionen werden beschleunigt und durch den elektrostatischen Analysator (ESA) 542 geleitet, der bei der Fokussierung des Ionenstrahls und beim Auswählen von Ionen mit der erforderlichen Energie unterstützt. Die Ionen treten als nächstes in einen Fokussierungsquadrupol 544 ein, um den Ionenstrahl weiter zu fokussieren. Beim Verlassen des Fokussierungsquadrupols tritt der Ionenstrahl durch eine einstellbare Aperturplatte 546 hindurch und dann weiter durch ein Magnetfeld am elektromagnetischen Sektor 548. Das Magnetfeld trennt die Ionen innerhalb des Ionenstrahls gemäß ihrem Masse/Ladungs-Verhältnis. Der getrennte Ionenstrahl wird anschließend durch einen Dispersionsquadrupol 550 und dann zum Detektor 552 zur Analyse geleitet.
• Das Leistungsversorgungsmodul 526 kann die elektrische Verbindungsanordnung umfassen, wie vorstehend in Bezug auf 4 beschrieben. Die Leistungsversorgung 526 kann beispielsweise den an der Schiene montierten Schrank 426 mit mehreren elektrischen Verbindungen 212 mit einer Rückwandplatine 320 mit einer festen Konfiguration und einem festen Abstand umfassen. Jedes der Verbindungselemente 214, 216, 218, 438 kann Flansche 210 mit jeweils mehreren darin angeordneten elektrischen Verbindungselementen 212 umfassen. Die elektrischen Verbindungselemente 212 können in einer geordneten oder abgestuften Weise gemäß dem vorstehend mit Bezug auf 3 beschriebenen Beispiel angeordnet sein.
• Ferner kann jedes der elektrischen Verbindungselemente am Massenspektrometer die vorstehend in Bezug auf 1 beschriebene Hochspannungs-Durchführungsanordnung 100 umfassen. Diese kann mit den elektrischen Verbindungselementen der Leistungsversorgung gemäß dem vorstehend in Bezug auf 4 beschriebenen Beispiel in Wechselwirkung stehen.
• Bezugszeichenliste

10

Zuleitung (Draht)

12

Isolationsabdeckung (Isolationshülse, Isolationskörper, Isolationselement)

14

Flansch

15

Außenfläche

16

Adapterkörper (Adapter)

17

Hohlraum (Adapterholraum)

18

Kranz

20

Luftspalt (Abstand)

22

Abstandselement

24

Rinne

100

Elektrische Verbindungsanordnung

210

Flansch (Isolationsflansch)

212

Verbindungselemente

214

Erste Gruppe Verbindungselemente

216

Zweite Gruppe Verbindungselemente

218

Dritte Gruppe Verbindungselemente

320

Rückwandplatine

322

Drähte

424

Instrument

426

Schrank

428

Steckverbindungselement

432

Schiene

434

Räder

436

Ausrichtungsvorrichtung (Stift)

438

elektrische Buchse

440

Ausrichtungsvorrichtung (Buchse)

442

elektrische Zuleitung

444

Isolationsgehäuse

500

Massenspektrometer

526

Leistungsversorgung

540

Ionenquelle

542

elektrostatischen Analysator (ESA)

544

Fokussierungsquadrupol

546

Aperturplatte

548

elektromagnetischen Sektor

550

Dispersionsquadrupol

552

Detektor

Claims (25)

1. Elektrische Verbindungsanordnung (100) für ein wissenschaftliches Instrument (424), die Folgendes umfasst: mehrere elektrische Verbindungselemente (212), die in einem Flansch (14, 210) angeordnet sind, zur Wechselwirkung mit mehreren wissenschaftlichen Instrument (424), wobei die mehreren elektrischen Buchsen (438) am Verbindungselemente (212) in mehreren Gruppen (214, 216, 218) angeordnet sind, wobei elektrische Verbindungselemente (212) in einer ersten Gruppe (214) und elektrische Verbindungselemente (212) in einer zweiten Gruppe (216) um einen Abstand voneinander getrennt sind, der nicht geringer ist als ein Abstand A; und eine Leistungsversorgung (526), die angeordnet ist, um ein Potential zu jedem der ersten Gruppe (214) von elektrischen Verbindungselementen (212) zuzuführen, wobei die über die erste Gruppe (214) angelegten Potentiale ein erstes mittleres Potential aufweisen; wobei die Leistungsversorgung (526) angeordnet ist, um ein Potential zu jedem der zweiten Gruppe (216) von elektrischen Verbindungselementen (212) zuzuführen, wobei die über die zweite Gruppe (214) angelegten Potentiale ein zweites mittleres Potential aufweisen; und wobei der Abstand A gleich oder größer als ein Schwellenabstand ist, der durch die Differenz zwischen dem ersten mittleren Potential und dem zweiten mittleren Potential bestimmt ist.
2. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Abstand A exponentiell mit der Differenz zwischen dem ersten mittleren Potential und dem zweiten mittleren Potential in Beziehung steht.
3. Elektrische Verbindungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei: die elektrischen Verbindungselemente (212) der ersten Gruppe (214) im Flansch (14, 210) um einen Abstand voneinander getrennt angeordnet sind, der nicht geringer ist als ein zweiter Abstand B; und die elektrischen Verbindungselemente (212) der zweiten Gruppe (216) im Flansch (14, 210) um einen Abstand voneinander getrennt angeordnet sind, der nicht geringer ist als ein dritter Abstand C; wobei der zweite Abstand B und der dritte Abstand C geringer sind als der Abstand A.
4. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine gemeinsame Rückwandplatine (320) umfasst, wobei jedes der mehreren elektrischen Verbindungselemente (212) so konfiguriert ist, dass es mit der gemeinsamen Rückwandplatine (320) verbunden ist, und wobei: die Verbindungen der ersten Gruppe (214) von elektrischen Verbindungselementen (212) mit der Rückwandplatine (320) so konfiguriert sind, dass sie von den Verbindungen mit der Rückwandplatine (320) der zweiten Gruppe (214) von elektrischen Verbindungselementen getrennt sind, wobei die Trennung nicht geringer ist als der Abstand A.
5. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, wobei: die Verbindungen mit der Rückwandplatine (320) von jedem der ersten Gruppe (214) von elektrischen Verbindungselementen (212) um einen Abstand voneinander getrennt sind, der nicht geringer ist als der zweite Abstand B; und die Verbindungen mit der Rückwandplatine (320) von jedem der zweiten Gruppe (216) von elektrischen Verbindungselementen (212) voneinander um einen Abstand getrennt sind, der nicht geringer ist als der dritte Abstand C.
6. Elektrische Verbindungsanordnung nach den Ansprüchen 4 oder 5, die ferner mehrere starre Drähte (322) umfasst, wobei ein starrer Draht (322) von den mehreren starren Drähten (322) angeordnet ist, um jedes der mehreren elektrischen Verbindungselemente (212) mit der gemeinsamen Rückwandplatine (320) zu verbinden, wobei die starren Drähte (322) geformt sind, um eine beabstandete Beziehung voneinander aufrechtzuerhalten, so dass: jeder der starren Drähte (322), die die erste Gruppe (214) von elektrischen Verbindungselementen (212) mit der Rückwandplatine (320) verbinden, von jedem der starren Drähte (322), die die zweite Gruppe (216) von elektrischen Verbindungselementen (212) mit der Rückwandplatine (320) verbinden, um einen Abstand getrennt ist, der nicht geringer ist als der Abstand A, wobei der Abstand des Abstands A entlang der vollen Länge des starren Drahts (322) aufrechterhalten wird.
7. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 6, wobei jeder der starren Drähte (322), die die erste Gruppe (214) von elektrischen Verbindungselementen (212) mit der gemeinsamen Rückwandplatine (320) verbinden, geformt sind, um einen Abstand voneinander aufrechtzuerhalten, der nicht geringer ist als der zweite Abstand B; und jeder der starren Drähte (322), die die zweite Gruppe (216) von elektrischen Verbindungselementen (212) mit der gemeinsamen Rückwandplatine (320) verbinden, geformt sind, um einen Abstand voneinander aufrechtzuerhalten, der nicht geringer ist als der dritte Abstand C.
8. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner ein Steckverbindungselement (428) an jedem der mehreren elektrischen Verbindungselemente (212) umfasst, wobei das Steckverbindungselement (428) zur Hin- und Herbewegung mit einer elektrischen Zuleitung an einer elektrischen Buchse (438) am wissenschaftlichen Instrument konfiguriert ist.
9. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner einen geschlossenen Schrank (426) umfasst, wobei der Flansch (14, 210) in einer Wand des Schranks (426) angeordnet ist und die gemeinsame Rückwandplatine (320) innerhalb des Inneren des geschlossenen Schranks (426) montiert ist.
10. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 9, wobei das Innere des geschlossenen Schranks (426) von der Außenseite des geschlossenen Schranks (426) elektrisch isoliert ist.
11. Elektrische Verbindungsanordnung nach den Ansprüchen 9 oder 10, wobei der geschlossene Schrank (426) ferner ein Klimatisierungsmodul zur Steuerung der Temperatur und Feuchtigkeit des Inneren des Schranks (426) umfasst.
12. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der geschlossene Schrank (426) an einer Schiene (432) montiert ist, so dass der geschlossene Schrank (426) auf der Schiene (432) relativ zum wissenschaftlichen Instrument (424) zwischen einer ersten Position, in der die mehreren elektrischen Verbindungen mit dem wissenschaftlichen Instrument verbunden sind, und einer zweiten Position, in der die mehreren elektrischen Verbindungen vom wissenschaftlichen Instrument getrennt sind, bewegt werden kann.
13. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, die ferner eine Ausrichtungsvorrichtung (436) am Schrank (426) umfasst, die dazu konfiguriert ist, die mehreren elektrischen Verbindungselemente (212) am Schrank (426) auf die mehreren elektrischen Buchsen (438) am wissenschaftlichen Instrument auszurichten.
14. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei jedes der mehreren elektrischen Verbindungselemente (212) eine Hochspannungs-Durchführungsanordnung aufweist, die Folgendes umfasst: (a) eine elektrische Zuleitung (10), die sich in einer Längsrichtung erstreckt; (b) eine Isolationsabdeckung (12), die die elektrische Zuleitung (10) ergreift und sich entlang der elektrischen Zuleitung (10) in der Längsrichtung erstreckt, wobei die Isolationsabdeckung (12) eine Breite aufweist, die in einer Achse senkrecht zur Längsrichtung definiert ist; (d) einen Flansch (14), wobei sich die Isolationsabdeckung (12) durch den Flansch (14) erstreckt und durch diesen so gehalten wird, dass die elektrische Zuleitung (10), die durch die Isolationsabdeckung (12) ergriffen ist, sich durch den Flansch (14) erstreckt, aber von diesem isoliert ist; (c) einen Adapterkörper (16), der in einer beabstandeten Beziehung zum Flansch (14) gehalten wird, wobei der Adapterkörper (16) einen Hohlraum (17) aufweist, der sich durch diesen erstreckt, wobei die Breite des Hohlraums (17) des Adapterkörpers (16) größer ist als die Breite der Isolationsabdeckung (12), wobei ein Abschnitt der Isolationsabdeckung (12) und der elektrischen Zuleitung (10), der sich vom Flansch (14) erstreckt, sich in den Hohlraum (17) erstreckt; und (e) einen Kranz (18), der im Hohlraum (17) angeordnet ist, der sich radial zwischen dem Adapterkörper (16) und der Isolationsabdeckung (12) erstreckt, um die Isolationsabdeckung (12) und die elektrische Zuleitung (10) so zu halten, dass die Isolationsabdeckung (12) radial von den Wänden des Hohlraums (17) im Adapterkörper (16) beabstandet ist, um den Adapterkörper (16) in der beabstandeten Beziehung zum Flansch (14) abzustützen.
15. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 14, wobei der Kranz (18) sich zusammenhängend in der radialen Richtung zwischen dem Adapterkörper (16) und der Isolationsabdeckung (12) erstreckt, um den Hohlraum (17) in der Längsrichtung zu blockieren.
16. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei der Abstand in der Längsrichtung zwischen dem Ende der Isolationsabdeckung (12), das innerhalb des Hohlraums (17) des Adapterkörpers (16) angeordnet ist, und der Fläche des Flanschs (14) entgegengesetzt zum Adapterkörper (16) ein minimaler Abstand D ist.
17. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, die ferner ein Abstandselement (22) umfasst, das angeordnet ist, um die Isolationsabdeckung (12) in einer beabstandeten Beziehung zur elektrischen Zuleitung (10) abzustützen.
18. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 17, wobei das Abstandselement (22) an einem Ende der Isolationsabdeckung (12) ausgebildet ist, das innerhalb des Hohlraums (17) des Adapterkörpers (16) angeordnet ist.
19. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei das Abstandselement (22) einteilig mit der Isolationsabdeckung (12) an einem Ende davon ausgebildet ist.
20. Elektrische Verbindungsanordnung nach Anspruch 17, Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei der Kranz (18) in einer Position auf der longitudinalen Länge der Isolationsabdeckung (12) angeordnet ist, die zwischen dem Abstandselement (22) und dem Flansch (14) liegt.
21. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Kranz (18) in einer Position auf der longitudinalen Länge der Isolationsabdeckung (12) angeordnet ist, die zwischen dem Abstandselement (22) und der Fläche des Adapterkörpers (16) liegt, die entgegengesetzt zum Flansch (14) angeordnet ist.
22. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Kranz (18) aus einem Isolationsmaterial ausgebildet ist.
23. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Kranz (18) ein O-Ring ist.
24. Elektrische Verbindungsanordnung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Adapterkörper aus einem Isolationsmaterial wie z. B. Polyacetal ausgebildet ist.
25. Massenspektrometer mit der elektrischen Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24.

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