Technisches GebietTechnical field
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Drehbewegungen
in einer Vakuumkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The
The invention relates to a device for generating rotary movements
in a vacuum chamber according to the preamble of claim 1.
Zugrundeliegender Stand
der TechnikUnderlying stand
of the technique
Vorrichtungen
zum Erzeugen von Drehbewegungen in einer Vakuumkammer sind in verschiedenen
Ausführungen
bekannt. Dabei können
die Antriebsmittel der Drehbewegungen innerhalb der Vakuumkammer
vorgesehen sein. Bekannt sind Konstruktionen, bei denen vakuumtaugliche
Schrittmotoren unter Verzicht auf Schmiermittel verwendet werden.
Die Herstellung solcher Motoren erfordert spezielle Materialien
für Lager,
elektrische Kabel etc. und ist daher vor allem bei Verwendung im
Ultrahochvakuum vergleichsweise aufwändig und teuer. Darüber hinaus
ist die Bewegung der Motoren fast immer mit kleinen Druckanstiegen
verbunden, die für
sehr oberflächenempfindliche
Ultrahochvakuumexperimente schädlich
sein können.devices
to generate rotary movements in a vacuum chamber are in different
versions
known. You can
the driving means of the rotary movements within the vacuum chamber
be provided. Constructions are known in which vacuum-compatible
Stepper motors are used without lubricants.
The manufacture of such motors requires special materials
warehouse,
electrical cables etc. and is therefore especially when used in
Ultra high vacuum comparatively complex and expensive. Furthermore
is the movement of the motors almost always with small increases in pressure
connected who for
very surface sensitive
Ultra high vacuum experiments harmful
could be.
Die
Antriebsmittel der Drehbewegungen können jedoch auch außerhalb
der Vakuumkammer vorgesehen sein, wobei die Drehbewegungen dann über drehbare
Wellen oder Scheiben übertragen
werden können.The
However, drive means of the rotary movements can also be outside
the vacuum chamber can be provided, the rotary movements then via rotatable
Transfer waves or disks
can be.
Durch
die US 4,885,947 ist
eine Vakuum-Drehdurchführung
mit einer ersten und einer zweiten Welle zum Übertragen von rotatorischen
Bewegungen von außerhalb
der Vakuumkammer ins Innere der Vakuumkammer bekannt. Dabei ist
die erste Welle als Hohlwelle ausgebildet und die zweite Welle ist
in der ersten Welle drehbar gelagert. Die Wellen bilden keine von
der Vakuumseite bis zur Atmosphärenseite
durchgehende Wellen. Die Übertragung
der Drehbewegungen erfolgt über
einen komplexen Übertragungsmechanismus.
An dem äußeren Ende hat
die erste Welle eine relativ zu der Rotationsachse geneigte und
exzentrisch angeordnete Ausnehmung, in welche eine konische Hülse hineinragt.
Durch eine Taumelbewegung der konischen Hülse wird die erste Welle rotiert.
Die Rotation der zweiten Welle erfolgt ebenfalls über einen Exzenterantrieb.
Die Abdichtung der Wellen erfolgt über jeweils einen Faltenbalg. Durch
den komplexen Aufbau dieser Vakuum-Drehdurchführung ist die Präzision und
Stabilität
der Übertragung
der Drehbewegungen beeinträchtigt.
Weiterhin können
nur relativ kleine Drehmomente übertragen
werden.Through the US 4,885,947 is known a vacuum rotary union with a first and a second shaft for transmitting rotary movements from outside the vacuum chamber into the interior of the vacuum chamber. The first shaft is designed as a hollow shaft and the second shaft is rotatably supported in the first shaft. The waves do not form waves from the vacuum side to the atmosphere side. The rotary movements are transmitted via a complex transmission mechanism. At the outer end, the first shaft has an eccentrically arranged recess which is inclined relative to the axis of rotation and into which a conical sleeve projects. The first shaft is rotated by a wobbling movement of the conical sleeve. The second shaft is also rotated by an eccentric drive. The shafts are sealed by a bellows. Due to the complex structure of this vacuum rotary union, the precision and stability of the transmission of the rotary movements is impaired. Furthermore, only relatively small torques can be transmitted.
Zum Übertragen
von rotatorischen Bewegungen von außerhalb einer Vakuumkammer
ins Innere der Vakuumkammer mit hoher Präzision, hoher Stabilität und höheren Drehmomenten
sind Vakuum-Drehdurchführungen
mit einer von der Vakuumseite bis zur Atmosphärenseite durchgehenden Welle
bekannt. Eine solche Vakuum-Drehdurchführung wird beispielsweise durch
die Firma Thermo Vacuum Generators unter der Bezeichnung DPRF55
vertrieben und ist in 1 schematisch
dargestellt. Eine von der Vakuumseite 10 bis zur Atmosphärenseite 12 durchgehende,
in einem Vakuumflansch 14 kugelgelagerte Hohlwelle 16 wird
von der Atmosphärenseite 12 direkt
ins Vakuum 10 einer Vakuumkammer 18 geführt. Die
Abdichtung der Vakuumseite 10 (z. B. mit einem Druck von < 10-10 mbar)
gegenüber
der Atmosphärenseite 12 (ca.
103 mbar) wird über eine oder zwei differentielle
Pumpstufen erreicht. Zwischen zwei in axialem Abstand voneinander
angeordneten Dichtringen 20 und 22 wird durch
Pumpen über
einen Pumpstutzen 24 ein Zwischenvakuum 26 (z.
B. in der Größenordnung
von 10-2 mbar) erzeugt. Der erste Dichtring 20 dichtet
das Zwischenvakuum 26 gegen die Atmosphärenseite 12, während der
zweite Dichtring 22 die Vakuumseite 10 gegen das
Zwischenvakuum 26 dichtet. In einer zweistufigen Ausführung sind
ein weiterer, im axialen Abstand von dem Dichtring 22 angeordneter
Dichtring 28 und ein weiterer, im axialen Abstand von dem
Pumpstutzen 24 angeordneter Pumpstutzen 30 angeordnet
und es wird ein weiteres Zwischenvakuum 32 (z. B. von etwa
10-6 mbar – 10- 8 mbar je nach verwendeter Pumpe) erzeugt.
Die zweistufige Konstruktion wird vor allem bei großen Außendurchmessern
der Welle 16 angewandt. In der Hohlwelle 16 ist
eine Probenhalterung 34 zur Halterung einer Probe 36 vorgesehen.Vacuum rotary unions with a shaft that passes from the vacuum side to the atmosphere side are known for transmitting rotational movements from outside a vacuum chamber into the interior of the vacuum chamber with high precision, high stability and higher torques. Such a rotary vacuum feedthrough is sold, for example, by Thermo Vacuum Generators under the designation DPRF55 and is in 1 shown schematically. One from the vacuum side 10 to the atmosphere side 12 continuous, in a vacuum flange 14 ball-bearing hollow shaft 16 is from the atmosphere side 12 directly into the vacuum 10 a vacuum chamber 18 guided. Sealing the vacuum side 10 (e.g. with a pressure of <10 -10 mbar) towards the atmosphere side 12 (approx. 10 3 mbar) is achieved via one or two differential pump stages. Between two axially spaced sealing rings 20 and 22 is done by pumping over a pump nozzle 24 an intermediate vacuum 26 (e.g. in the order of 10 -2 mbar). The first sealing ring 20 seals the intermediate vacuum 26 against the atmosphere side 12 while the second sealing ring 22 the vacuum side 10 against the intermediate vacuum 26 seals. In a two-stage version there is another one, at an axial distance from the sealing ring 22 arranged sealing ring 28 and another, at an axial distance from the pump nozzle 24 arranged pump nozzle 30 arranged and there is another intermediate vacuum 32 (e.g. from about 10 -6 mbar - 10 - 8 mbar depending on the pump used). The two-stage design is particularly useful for large outer diameters of the shaft 16 applied. In the hollow shaft 16 is a sample holder 34 for holding a sample 36 intended.
Diese
Drehdurchführung
hat gegenüber
der in der US 4,885,947 beschriebenen
Drehdurchführung
mehrere Vorteile. Da die Drehung mit einer durchgehenden Welle ins
Vakuum übertragen
wird, wird eine sehr hohe mechanische Präzision und Stabilität ermöglicht.
Dies ist insbesondere für
eine Anwendung bei einem Röntgendiffraktometer
von großer
Wichtigkeit. Im Gegensatz zu der in der US 4,885,947 beschriebenen Drehdurchführung kann die
Rotationsachse der Welle 16 frei sein und ermöglicht damit
vielfältige
Arten der Probenhalterung. Beispielsweise kann die Probe 36 fest
mit einem Kryostaten außerhalb
der Vakuumkammer 18 verbunden und daher sehr effektiv gekühlt werden.
Oder es kann eine aufwändigere
Mechanik statt der in 1 skizzierten einfachen
Probenhalterung verwendet werden, die beispielsweise eine Rotation
der Probe um ihre Oberflächennormale
erlaubt. Weiterhin befinden sich alle Lagerungen und Antriebe (Kugellager,
Getriebe, Schrittmotoren) für
die Drehung außerhalb des
Vakuums und können
daher problemlos geschmiert und gewartet werden. Dies ist von großer Bedeutung,
da Schmiermittel in der Regel nur bedingt vakuumtauglich sind.This rotary feedthrough has compared to that in the US 4,885,947 described rotary union several advantages. Since the rotation is transferred to the vacuum with a continuous shaft, very high mechanical precision and stability are made possible. This is of great importance in particular for an application in an X-ray diffractometer. In contrast to that in the US 4,885,947 described rotary feedthrough can be the axis of rotation of the shaft 16 be free and thus enables various types of sample holder. For example, the sample 36 firmly with a cryostat outside the vacuum chamber 18 connected and therefore cooled very effectively. Or it can be a more complex mechanism instead of the one in 1 outlined simple sample holder can be used, which allows, for example, a rotation of the sample around its surface normal. Furthermore, all bearings and drives (ball bearings, gears, stepper motors) for rotation are outside the vacuum and can therefore be lubricated and serviced without any problems. This is of great importance since lubricants are generally only suitable for a limited amount of vacuum.
Nachteilig
bei dieser Drehdurchführung
ist jedoch die Tatsache, dass mehrere solche Drehdurchführungen
vorgesehen werden müssen,
wenn mehrere Drehbewegungen übertragen
werden sollen. Die Verwendung mehrerer getrennter Durchführungen
hat zur Folge, dass Pumpstutzen für die Zwischenvakua mitrotiert
werden müssen
und dass konzentrische Drehungen nicht ohne weiteres mit hoher Präzision realisiert
werden können.
Weiterhin vergrößert sich
der Aufbau in axialer Richtung erheblich.A disadvantage of this rotary union is the fact that several such rotations Implementations must be provided if several rotary movements are to be transmitted. The use of several separate feedthroughs means that pump sockets for the intermediate vacuums must also be rotated and that concentric rotations cannot be easily achieved with high precision. Furthermore, the structure increases considerably in the axial direction.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Vakuum-Drehdurchführung zu
schaffen, welche die Übertragung
von zumindest zwei Drehbewegungen mit hoher Präzision, hoher Stabilität und/oder
mit hohen Drehmomenten erlaubt.The
The invention has for its object to a compact vacuum rotary union
create the transmission
of at least two rotary movements with high precision, high stability and / or
allowed with high torques.
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention
Object achieved by the characterizing features of claim 1.
Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden rotatorische Bewegung von außerhalb der Vakuumkammer ins
Innere der Vakuumkammer übertragen.
Dies erfolgt mittels drehbarer Übertragungsglieder,
die als drehbare Wellen oder drehbare Scheiben ausgebildet sein
können.
Zur besseren Übersicht werden
in der folgenden Beschreibung solche Übertragungsglieder allgemein
als "Welle" bezeichnet.at
the device according to the invention
are rotational movement into the outside of the vacuum chamber
Transfer inside the vacuum chamber.
This is done by means of rotatable transmission elements,
which are designed as rotatable shafts or rotatable disks
can.
For a better overview
such transmission links in general in the following description
referred to as "wave".
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Erzeugen von Drehbewegungen in einer Vakuumkammer weist also
zumindest zwei Wellen zum Übertragen
von rotatorischen Bewegungen von außerhalb der Vakuumkammer ins
Innere der Vakuumkammer auf. Wesentlich ist dabei, dass die beiden
Wellen von der Vakuumseite bis zur Atmosphärenseite durchgehende Wellen
sind. Hierdurch wird die hohe Präzision und
die hohe Stabilität
der Drehbewegungen erreicht sowie die Möglichkeit, hohe Drehmomente
zu übertragen.
Wesentlich ist weiterhin, dass die zweite Welle in oder an der ersten
Welle drehbar gelagert ist. Dadurch kann die Vorrichtung kompakt
ausgebildet werden. Bei entsprechender Ausführung erlaubt diese Anordnung
der Wellen weiterhin bestimmte Korrelationen der Drehbewegungen.
Sie können
beispielsweise koaxial und/oder mit einander gekoppelt sein. Wie
später
beschrieben werden soll, ist es weiterhin möglich, eine für die Wellen
gemeinsam wirkende Dichtungsanordnung vorzusehen.The
device according to the invention
for generating rotary movements in a vacuum chamber
at least two waves to transmit
of rotational movements from outside the vacuum chamber into the
Inside of the vacuum chamber. It is essential that the two
Waves from the vacuum side to the atmosphere side continuous waves
are. This ensures the high precision and
the high stability
the rotational movements achieved as well as the possibility of high torques
transferred to.
It is also essential that the second wave in or on the first
Shaft is rotatably mounted. This makes the device compact
be formed. With an appropriate design, this arrangement allows
the waves continue to have certain correlations of the rotational movements.
You can
for example, coaxial and / or coupled to each other. How
later
to be described, it is still possible to use one for the waves
to provide jointly acting sealing arrangement.
In
einer Ausführung
der Erfindung ist die zweite Welle konzentrisch in der ersten Welle
gelagert, d.h. die beiden Wellen haben eine gemeinsame Drehachse
bzw. Längsachse.
Hierdurch können
sowohl unabhängige
als auch gekoppelte Drehbewegungen mit gemeinsamer Drehachse erzeugt
werden.In
an execution
of the invention, the second wave is concentric in the first wave
stored, i.e. the two shafts have a common axis of rotation
or longitudinal axis.
This can
both independent
as well as coupled rotary movements with a common axis of rotation
become.
In
einer weiteren Ausführung
der Erfindung ist die zweite Welle so in der ersten Welle gelagert, dass
die Drehachse der zweiten Welle relativ zu der Drehachse der ersten
Welle radial versetzt ist. Bei einer Drehung der ersten Welle wird
damit die zweite Welle mitgenommen und führt eine kreisende Bewegung
aus. Hierdurch lassen sich durch die besondere Anordnung festgelegte,
gekoppelte Bewegungen realisieren. Wenn die erste Welle als Hohlwelle
ausgebildet ist, wird die zweite Welle dann in der Wandung der ersten
Welle gelagert sein.In
another version
According to the invention, the second shaft is mounted in the first shaft in such a way that
the axis of rotation of the second shaft relative to the axis of rotation of the first
Shaft is radially offset. When the first shaft rotates
so that the second wave is carried along and performs a circular motion
out. As a result, the special arrangement
realize coupled movements. If the first wave as a hollow shaft
is formed, the second shaft is then in the wall of the first
Shaft mounted.
Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
die Drehachse der zweiten Welle parallel zu der Drehachse der ersten
Welle verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, die zweite Welle in
einer Schräglage
in der ersten Welle vorzusehen, wobei dann die Drehachse der zweiten
Welle mit der Drehachse der ersten Welle einen Winkel bildet. Hierdurch
lassen sich weitere, durch die besondere Anordnung festgelegte, gekoppelte
Bewegungen realisieren.at
the device according to the invention can
the axis of rotation of the second shaft parallel to the axis of rotation of the first
Wave run. However, it is also possible to in the second wave
an inclined position
to be provided in the first shaft, in which case the axis of rotation of the second
Shaft forms an angle with the axis of rotation of the first shaft. hereby
can be further coupled, determined by the special arrangement
Realize movements.
Bei
weiteren Ausführungen
der Erfindung enthält
die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine oder mehrere weiteren Wellen zum Übertragen von weiteren rotatorischen
Bewegung von außerhalb
der Vakuumkammer ins Innere der Vakuumkammer. Hierdurch können weitere,
unabhängige
oder gekoppelte Bewegungen in der Vakuumkammer realisiert werden.
Dabei kann die weitere Welle bzw. weiteren Wellen in der ersten
und/oder in der zweiten Welle drehbar gelagert sein und auch die
weiteren, bzgl. der zweiten Welle aufgeführten Aspekte (z. B. konzentrische
Anordnung, radial versetzte und parallele oder geneigte Drehachse)
aufweisen. Natürlich
kann auch die erste Welle in oder an einer der weiteren Wellen drehbar
gelagert sein.at
other versions
of the invention
the device according to the invention
one or more additional shafts for the transmission of further rotary
Movement from outside
the vacuum chamber inside the vacuum chamber. This allows further
independent
or coupled movements can be realized in the vacuum chamber.
The further wave or waves in the first
and / or be rotatably mounted in the second shaft and also the
other aspects listed with regard to the second wave (e.g. concentric
Arrangement, radially offset and parallel or inclined axis of rotation)
exhibit. Naturally
the first shaft can also be rotated in or on one of the further shafts
be stored.
In
einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist zumindest
eine der Wellen als Hohlwelle ausgebildet. Dadurch lassen sich die
im Zusammenhang mit der Beschreibung der Vakuum-Drehdurchführung der
Firma Thermo Vacuum Generators erwähnten Vorteile einer freien
Rotationsachse bzgl. der Probenhalterung auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
realisieren.In
a particularly advantageous embodiment of the invention is at least
one of the shafts is designed as a hollow shaft. This allows the
in connection with the description of the vacuum rotary union of the
Thermo Vacuum Generators mentioned advantages of a free
Rotation axis with respect to the sample holder also in the device according to the invention
realize.
Zum
Dichten der bei der Anordnung eingesetzten Wellen können beliebige
und auch für
die einzelnen Wellen unterschiedliche Dichtungsanordnungen verwendet
werden, z. B. eine einfache Dichtung mittels eines einzigen Dichtrings
für jede
Welle. In vielen Fällen
besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einer sogenannten
differentiell gepumpten Dichtungsanordnung für zumindest einer der Wellen. Bezogen
auf eine einzige Welle ist diese Dichtungsanordnung bereits im Zusammenhang
mit der Beschreibung der Vakuum-Drehdurchführung der Firma Thermo Vacuum
Generators erwähnt.
In diesem Fall besteht sie im allgemeinen aus zwei Dichtringen (z. B.
O-Ringen oder federelastischen PTFE-Dichtringen), zwischen welchen
ein mit einer Vakuumpumpe verbundener Pumpstutzen vorgesehen ist.
Luft, welche an dem ersten Dichtring vorbeiströmt, wird abgepumpt, bevor sie
an dem zweiten Dichtring vorbeiströmen kann. Wesentlich hierbei
ist also, dass die Dichtungsanordnung ein Zwischenvakuum aufweist. In
entsprechender Weise können
auch mehrere solche "Pumpstufen" aus mehreren Dichtringen
und mehreren Pumpstutzen vorgesehen werden, wobei mehrere hinter
einander wirkenden Zwischenvakua erzeugt werden.For sealing the shafts used in the arrangement, any sealing arrangements that are different for the individual shafts can be used, e.g. B. a simple seal by means of a single sealing ring for each shaft. In many cases, however, the use of a so-called differentially pumped sealing arrangement for at least one of the shafts is particularly advantageous. In relation to a single shaft, this sealing arrangement has already been mentioned in connection with the description of the vacuum rotary feedthrough from Thermo Vacuum Generators. In this case, it generally consists of two sealing rings (e.g. O-rings or spring-elastic PTFE sealing rings gen), between which a pump connection connected to a vacuum pump is provided. Air that flows past the first sealing ring is pumped out before it can flow past the second sealing ring. It is therefore essential here that the sealing arrangement has an intermediate vacuum. In a corresponding manner, it is also possible to provide a plurality of such “pump stages” consisting of a plurality of sealing rings and a plurality of pump sockets, a plurality of intermediate vacuums acting in succession being produced.
In
bestimmten Ausführungen
der Erfindung werden eine oder mehrere solche Pumpstufen zur Abdichtung
von zwei oder mehreren der Wellen gemeinsam verwendet. Hierfür werden
zwei oder mehrere der Zwischenvakua der Dichtungsanordnung miteinander
verbunden und über
einen gemeinsamen Pumpstutzen evakuiert. Dabei kann die Verbindung
von zwei Zwischenvakua durch eine Öffnung in der Wandung einer
der Wellen (oder durch eine entsprechende Bohrung in einer scheibenförmigen Welle)
realisiert werden. Die Öffnung
in der Wandung der Welle wird vorzugsweise durch eine radiale Bohrung erzeugt.In
certain versions
The invention uses one or more such pumping stages for sealing
shared by two or more of the shafts. For this be
two or more of the intermediate vacuums of the sealing arrangement with each other
connected and about
evacuated a common pump nozzle. The connection can
of two intermediate vacuums through an opening in the wall of one
the shafts (or through a corresponding hole in a disc-shaped shaft)
will be realized. The opening
in the wall of the shaft is preferably generated by a radial bore.
In
einer weiteren Ausführung
der Erfindung kann eine oder mehrere der Wellen eine oder mehrere
nicht-zentrische Bohrungen aufweisen. Diese Bohrungen können sowohl
axial als auch unter einem Winkel zur Drehachse verlaufen und zur
Aufnahme von Kabeln oder Leitungen o. dgl. dienen, welche von Außen ins
Vakuum hineingeführt
werden sollen. Mittels eines Vakuumflansches kann die Bohrung abgedichtet
werden.In
another version
In the invention, one or more of the shafts can be one or more
have non-centric holes. These holes can both
run axially and at an angle to the axis of rotation and to
Take up cables or lines or the like. Which serve from the outside into the
Vacuum introduced
should be. The bore can be sealed with a vacuum flange
become.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann bei allen Anwendungen zum Einsatz kommen, bei welchen irgend
welche Objekte in einer Vakuumkammer bewegt werden sollen, z. B.
bei einem Vakuum-Diffraktometer. Dabei können die Ausführungen
der erfindungs gemäßen Vorrichtung
bzgl. der Anzahl, der Lage und der Orientierung der Wellen an die
jeweiligen Anwendungsfälle
angepasst werden.The
device according to the invention
can be used in all applications in which any
which objects are to be moved in a vacuum chamber, e.g. B.
with a vacuum diffractometer. The executions
the device according to the Invention
with regard to the number, the position and the orientation of the waves to the
respective use cases
be adjusted.
Im
folgenden werden drei Anwendungsbeispiele anhand der 2 und 3 beschrieben.The following are three application examples based on the 2 and 3 described.
In
einem einfachen Anwendungsfall sollen zwei anhand von 2 beschriebene, unabhängige koaxiale
Drehbewegungen ins Vakuum mit hoher Präzision übertragen werden. Eine zu untersuchende Probe 38 muss
eine Rotation α um
den Punkt 40 durchführen,
um den Einfallswinkel beispielweise eines Röntgenstrahls 42 zu
variieren. Ein Detektor 44 muss eine Rotation β um dieselbe
Achse durchführen.
Dies entspricht einem sogenannten Θ/2Θ-Diffraktometer. In diesem
Fall werden die Probe 38 vakuumseitig mit einer inneren
und der Detektor 44 vakuumseitig mit einer äußeren Welle
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verbunden, wobei die Wellen konzentrisch angeordnet sind. Im Verhältnis zu
der Welle der Probe 38 wird dann die Welle des Detektors 44 mit
2-facher Winkelgeschwindigkeit rotiert. Die beiden Wellen können aber
auch unabhängig voneinander
rotiert werden. Erfindungsgemäß kann in
der äußeren Welle
eine mit einem atmosphärenseitigen
Flansch versehene Bohrung vorgesehen werden, durch die elektrische
Kabel zum Auslesen des Detektors in das Vakuum geführt werden.
Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Kabel vakuumseitig bis zum
Detektor fest verlegt werden können
und nicht beweglich sein müssen.
In einem erweiterten, ebenfalls anhand von 2 beschriebenen Anwendungsfall soll der
Detektor 44 um eine weitere Achse gedreht werden. Die Rotation β' soll an Rotation β gekoppelt
sein und senkrecht zu dieser erfolgen. Damit kann der Detektor 44 den
gesamten Halbraum oberhalb der Probe 38 erreichen. In diesem
Fall muss eine weitere Rotation ins Vakuum übertragen werden. Dies geschieht
mit Hilfe einer dritten Welle, die radial versetzt in der Wandung
der äußeren Welle
angeordnet ist. Für
die Rotation β' erfolgt dann vakuumseitig
eine Umlenkung um 90°,
beispielsweise mit einem Schneckengetriebe. Die dritte Welle und
das Getriebe sind an der äußeren Welle
montiert und werden zusammen mit dieser rotiert. Diese Koppelung
der dritten Rotation an die zweite Rotation erlaubt, die Rotation β' um eine Achse senkrecht
zur Rotation β durchzuführen, ohne β zu verändern. Alternativ
kann die Rotation β' auch über eine
Vakuum-Lineardurchführung,
die durch eine erfindungsgemäße nicht-zentrische
axial verlaufende Bohrung in der äußeren Welle eingeführt wird,
angetrieben werden.In a simple application, two should be based on 2 described independent coaxial rotary movements can be transferred into vacuum with high precision. A sample to be examined 38 must have a rotation α around the point 40 perform the angle of incidence for example an x-ray 42 to vary. A detector 44 must make a rotation β around the same axis. This corresponds to a so-called Θ / 2Θ diffractometer. In this case, the sample 38 vacuum side with an inner and the detector 44 connected on the vacuum side to an outer shaft of the device according to the invention, the shafts being arranged concentrically. Relative to the wave of the sample 38 then becomes the wave of the detector 44 rotates at 2 times the angular velocity. The two shafts can also be rotated independently of one another. According to the invention, a bore provided with a flange on the atmosphere side can be provided in the outer shaft, through which electrical cables for reading the detector are led into the vacuum. The advantage of this arrangement is that the cables can be firmly laid on the vacuum side up to the detector and do not have to be movable. In an extended, also based on 2 The use case described is the detector 44 can be rotated around a further axis. The rotation β 'should be coupled to the rotation β and take place perpendicular to it. So that the detector 44 the entire half space above the sample 38 to reach. In this case, another rotation must be transferred to the vacuum. This is done with the help of a third shaft, which is arranged radially offset in the wall of the outer shaft. The rotation β 'is then deflected by 90 ° on the vacuum side, for example with a worm gear. The third shaft and the gearbox are mounted on the outer shaft and are rotated together with it. This coupling of the third rotation to the second rotation makes it possible to carry out the rotation β 'about an axis perpendicular to the rotation β without changing β. Alternatively, the rotation β 'can also be driven via a vacuum linear bushing which is introduced through a non-centric axially running bore according to the invention in the outer shaft.
Bei
bestimmten, anhand von 3 beschriebenen
Anwendungsfällen
wird der von der Probe 46 reflektierte Strahl 48 nicht
direkt zum Detektor 50 geführt, sondern über einen
Analysator 52 (z. B. Beugungsgitter, Multilagenspiegel
oder Analysatorkristall), mit dessen Hilfe unter anderem die experimentelle
Winkelauflösung
verbessert und/oder eine Energie- und Polarisationsanalyse des reflektierten
Röntgenstrahls
durchgeführt
werden kann. Bei diesem Aufbau müssen
Analysator 52 und Detektor 50 um eine gemeinsame
Achse rotiert werden (Rotationen γ und δ um Punkt 54).
Die gesamte Anordnung von Analysator 52 und Detektor 50 muss
mit der Probe 46 um eine gemeinsame Achse rotiert werden
(Rotationen α und β um Punkt 56),
ohne die Stellung von Analysator 52 und Detektor 50 zueinander
zu verändern.
Dieser Aufbau, der vier Wellen benötigt, lässt sich auf der Grundlage
des ersten Anwendungsfalls (Θ/2Θ-Diffraktometer)
realisieren. Dazu wird zusätzlich
in der Wandung der äußeren Welle
ein weiteres, radial versetztes, Θ/2Θ-Diffraktometer installiert, wobei die
Abdichtung aller vier Wellen über
gemeinsame Zwischenvakua erfolgt. Dieses zweite Θ/2Θ-Diffraktometer kann unabhängig von
den Winkeln α und β die Rotationen γ und δ ausführen.For certain, based on 3 Use cases described will be that of the sample 46 reflected beam 48 not directly to the detector 50 managed, but via an analyzer 52 (e.g. diffraction grating, multilayer mirror or analyzer crystal), with the help of which, among other things, the experimental angular resolution can be improved and / or an energy and polarization analysis of the reflected X-ray beam can be carried out. With this setup, the analyzer 52 and detector 50 are rotated around a common axis (rotations γ and δ around point 54 ). The entire arrangement of analyzer 52 and detector 50 must with the sample 46 be rotated around a common axis (rotations α and β around point 56 ) without the position of the analyzer 52 and detector 50 to change each other. This structure, which requires four waves, can be realized on the basis of the first application (Θ / 2Θ diffractometer). For this purpose, a further, radially offset, Θ / 2Θ diffractometer is installed in the wall of the outer shaft, with the sealing of all four shafts via common intermediate vacuums. This second Θ / 2Θ diffractometer can be used independently of the angles α and β perform the rotations γ and δ.
Es
sei ausdrücklich
erwähnt,
dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
weder auf diese beispielhaft aufgeführten Anwendungsfälle, noch
auf die Anwendung bei einem Vakuum-Diffraktometer beschränkt ist.
Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei der
Halbleiterprozessierung im Vakuum Anwendung finden.It
be express
mentioned,
that the device according to the invention
neither on these examples of use, nor
is limited to use with a vacuum diffractometer.
For example, the device according to the invention can also be used in the
Semiconductor processing in vacuum can be used.
Weiterhin
sei noch einmal ausdrücklich
erwähnt,
dass die Form der hier als Welle bezeichneten Übertragungsglieder nicht auf
die Form einer rohrförmigen
Welle beschränkt
ist, sondern ebenfalls beispielsweise scheibenartig sein kann.Farther
be explicit again
mentioned,
that the shape of the transmission elements referred to here as the wave does not appear
the shape of a tubular
Wave limited
is, but can also be disc-like, for example.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert.embodiments
the invention are hereinafter with reference to the accompanying drawings
explained in more detail.
Kurze Beschreibung
der ZeichnungenShort description
of the drawings
1A ist eine Schnittdarstellung
und zeigt eine Vakuum-Drehdurchführung
nach dem Stand der Technik. 1A is a sectional view and shows a vacuum rotary union according to the prior art.
1B zeigt einen Schnitt der
Vakuum-Drehdurchführung
von 1A längs der
Linie A'-A. 1B shows a section of the vacuum rotary union of 1A along the line A'-A.
2 ist eine schematische
Darstellung und veranschaulicht Proben-Detektor-Anordnungen, bei welchen die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Einsatz kommt. 2 is a schematic representation and illustrates sample-detector arrangements in which the device according to the invention is used.
3 ist eine schematische
Darstellung und veranschaulicht weitere Proben-Detektor-Anordnungen, bei welchen die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Einsatz kommt. 3 is a schematic representation and illustrates further sample-detector arrangements in which the device according to the invention is used.
4A ist eine Schnittdarstellung
und zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Vakuum-Drehdurchführung
nach der Erfindung. 4A is a sectional view and shows a first embodiment of a vacuum rotary union according to the invention.
4B zeigt einen Schnitt der
Vakuum-Drehdurchführung
von 4A längs der
Linie A'-A. 4B shows a section of the vacuum rotary union of 4A along the line A'-A.
4C zeigt einen Schnitt der
Vakuum-Drehdurchführung
von 4B längs der
Linie B'-B. 4C shows a section of the vacuum rotary union of 4B along the line B'-B.
5A ist eine Schnittdarstellung
und zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Vakuum-Drehdurchführung
nach der Erfindung. 5A is a sectional view and shows a second embodiment of a vacuum rotary union according to the invention.
5B zeigt einen Schnitt der
Vakuum-Drehdurchführung
von 5A längs der
Linie A'-A. 5B shows a section of the vacuum rotary union of 5A along the line A'-A.
6A ist eine Schnittdarstellung
und zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Vakuum-Drehdurchführung
nach der Erfindung. 6A is a sectional view and shows a third embodiment of a vacuum rotary union according to the invention.
6B zeigt einen Schnitt der
Vakuum-Drehdurchführung
von 6A längs der
Linie A'-A. 6B shows a section of the vacuum rotary union of 6A along the line A'-A.
7 ist eine Schnittdarstellung
und zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel
einer Vakuum-Drehdurchführung
nach der Erfindung, wobei die linke und die rechte Hälfte Schnitte
in zwei verschiedenen Radialebenen darstellen. 7 is a sectional view and shows a fourth embodiment of a vacuum rotary union according to the invention, wherein the left and right half represent sections in two different radial planes.
Bevorzugte Ausführung der
ErfindungPreferred execution of the
invention
In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zum Erzeugen von Drehbewegungen in einer Vakuumkammer 58 dargestellt.
An der Vakuumkammer 58 ist ein Vakuumflansch 60 angebracht.
Die Vorrichtung enthält
eine erste Welle 62, welche mittels Kugellager 64 und 66 in
dem Vakuumflansch 60 drehbar gelagert ist, sowie eine zweite Welle 68,
welche mittels Kugellager 70 und 72 in der ersten
Welle 62 drehbar gelagert ist. Die zweite Welle 68 ist
konzentrisch in der ersten Welle 62 angeordnet, so dass
die Drehachse der zweiten Welle 68 parallel zu der Drehachse
der ersten Welle 62 verläuft. Beide Wellen 62 und 68 erstrecken
sich durchgehend von der Vakuumseite bis zur Atmosphärenseite
und dienen zum Übertragen
von rotatorischen Bewegungen von außerhalb der Vakuumkammer 58 ins
Innere der Vakuumkammer 58.In 4 is a first embodiment of a device for generating rotary movements in a vacuum chamber 58 shown. At the vacuum chamber 58 is a vacuum flange 60 appropriate. The device contains a first shaft 62 which by means of ball bearings 64 and 66 in the vacuum flange 60 is rotatably mounted, and a second shaft 68 which by means of ball bearings 70 and 72 in the first wave 62 is rotatably mounted. The second wave 68 is concentric in the first wave 62 arranged so that the axis of rotation of the second shaft 68 parallel to the axis of rotation of the first shaft 62 runs. Both waves 62 and 68 extend continuously from the vacuum side to the atmosphere side and serve to transmit rotary movements from outside the vacuum chamber 58 inside the vacuum chamber 58 ,
Sowohl
die erste als auch die zweite Welle 62 und 68 sind
als Hohlwellen ausgebildet, wobei die zweite Welle 68 in
dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
in dem zylindrischen zentralen Hohlraum der ersten Welle 62 angeordnet
ist.Both the first and the second wave 62 and 68 are designed as hollow shafts, the second shaft 68 in the in 4 illustrated embodiment in the cylindrical central cavity of the first shaft 62 is arranged.
Die
beiden Wellen 62 und 68 haben eine gemeinsam wirkende,
differentiell gepumpte Dichtungsanordnung mit zwei differentiellen
Pumpstufen. Die Dichtungsanordnung kann jedoch auch eine oder auch
mehr als zwei differentielle Pumpstufen aufweisen, die dann entsprechend
ausgebildet sein können.
Zwischen der ersten Welle 62 und dem Vakuumflansch 60 sind
ein erster, ein zweiter und ein dritter Dichtring 74, 76 und 78 in
axialem Abstand voneinander angeordnet, so dass zwischen dem ersten
und dem zweiten Dichtring 74 und 76 ein erster
Ringraum 80 und zwischen dem zweiten und dem dritten Dichtring 76 und 78 ein
zweiter Ringraum 82 entsteht. Zwischen der zweiten Welle 68 und
der ersten Wellen 62 sind ein vierter, ein fünfter und
ein sechster Dichtring 84, 86 und 88 in
axialem Abstand voneinander angeordnet, so dass zwischen dem vierten
und dem fünften
Dichtring 84 und 86 ein dritter Ringraum 90 und
zwischen dem fünften
und dem sechsten Dichtring 86 und 88 ein vierter
Ringraum 92 entsteht. In der Wandung der ersten Welle 62 sind Öffnungen
in Form von radialen Bohrungen vorgesehen. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind acht solche radiale Bohrungen vorhanden. Durch vier der Bohrungen 94, 96, 98 und 100 werden
der erste und der dritte Ringraum 80 und 90 miteinander
verbunden. Durch vier weitere radiale Bohrungen, von welchen nur
zwei Bohrungen 102 und 104 in 4 sichtbar sind, werden der zweite und
der vierte Ringraum 82 und 92 miteinander verbunden.The two waves 62 and 68 have a jointly acting, differentially pumped seal arrangement with two differential pump stages. However, the sealing arrangement can also have one or more than two differential pump stages, which can then be designed accordingly. Between the first wave 62 and the vacuum flange 60 are a first, a second and a third sealing ring 74 . 76 and 78 arranged at an axial distance from one another, so that between the first and the second sealing ring 74 and 76 a first annulus 80 and between the second and the third sealing ring 76 and 78 a second annulus 82 arises. Between the second wave 68 and the first waves 62 are a fourth, a fifth and a sixth sealing ring 84 . 86 and 88 arranged at an axial distance from each other so that between the fourth and fifth sealing ring 84 and 86 a third annulus 90 and between the fifth and the sixth sealing ring 86 and 88 a fourth annulus 92 arises. In the wall of the first wave 62 openings are provided in the form of radial bores. In the in 4 illustrated embodiment, there are eight such radial bores. Through four of the holes 94 . 96 . 98 and 100 become the first and third annulus 80 and 90 connected with each other. Through four more radial holes, of which only two holes 102 and 104 in 4 the second and fourth annulus are visible 82 and 92 connected with each other.
Der
Vakuumflansch weist einen ersten und einen zweiten, mit Vakuumpumpen
verbindbaren Pumpstutzen 106 und 108 auf. Der
erste Pumpstutzen 106 steht mit dem ersten Ringraum 80 direkt
und mit dem dritten Ringraum 90 über die radialen Bohrungen 94, 96, 98 und 100 in
Verbindung. Der zweite Pumpstutzen 108 steht mit dem zweiten
Ringraum 82 direkt und mit dem vierten Ringraum 92 über die
radialen Bohrungen 102 und 104 sowie zwei weitere, nicht
sichtbare radiale Bohrungen in Verbindung.The vacuum flange has a first and a second pump connection which can be connected to vacuum pumps 106 and 108 on. The first pump nozzle 106 stands with the first annulus 80 directly and with the third annulus 90 about the radial holes 94 . 96 . 98 and 100 in connection. The second pump nozzle 108 stands with the second annulus 82 directly and with the fourth annulus 92 about the radial holes 102 and 104 as well as two further, invisible radial bores in connection.
Durch
Pumpen über
die Pumpstutzen 106 und 108 werden in den Ringräumen 80, 82, 90 und 92 Zwischenvakua
erzeugt, wobei die Zwischenvakua in den Ringräumen 80 und 90 und
die Zwischenvakua in den Ringräumen 82 und 92 über die
entsprechenden radialen Bohrungen miteinander verbunden sind. Durch
die Verbindung der Ringräume 80 und 90 bzw. 82 und 92 sind
für die
Dichtung der zweiten Welle 68 keine weiteren Pumpstutzen
notwendig und es kann dieselbe Pumpenanordnung wie im Fall der in 1 beschriebenen, einfachen
Vakuum-Drehdurchführung
verwendet werden. Insbesondere müssen
keine Pumpleitungen mitgedreht werden.By pumping over the pump nozzle 106 and 108 are in the annuli 80 . 82 . 90 and 92 Intermediate vacuum generated, the intermediate vacuum in the annular spaces 80 and 90 and the intermediate vacuums in the annular spaces 82 and 92 are connected to one another via the corresponding radial bores. By connecting the ring spaces 80 and 90 respectively. 82 and 92 are for the seal of the second shaft 68 no further pump connections are necessary and the same pump arrangement as in the case of the in 1 described simple vacuum rotary feedthrough can be used. In particular, no pump lines have to be rotated.
Wie
bei der in 1 beschriebenen
Vakuum-Drehdurchführung,
ist auch hier die Rotationsachse der inneren Welle (hier die zweite
Welle 68) frei und ermöglicht
damit die gleiche Vielfalt der Arten der Probenhalterung wie dort.
Die in 4 dargestellte
Konstruktion besitzt auch alle weiteren, oben beschriebenen Vorteile
der in Zusammenhang mit 1 beschriebenen,
einfachen differentiell gepumpten Vakuum-Drehdurchführung und
erlaubt außerdem
eine zweite Drehung mit sehr präzise
koaxialen Drehachsen. Auf der Vakuumseite der ersten Welle 62 kann
beispielsweise ein Röntgendetektor fest
installiert und ein Diffraktionsexperiment gemäß 2 durchgeführt werden.As with the in 1 vacuum rotary feedthrough described here is also the axis of rotation of the inner shaft (here the second shaft 68 ) free and thus enables the same variety of sample holder types as there. In the 4 The construction shown also has all the other advantages described above in connection with 1 described, simple differentially pumped vacuum rotary feedthrough and also allows a second rotation with very precise coaxial axes of rotation. On the vacuum side of the first wave 62 For example, an X-ray detector can be permanently installed and a diffraction experiment according to 2 be performed.
In
einer ebenfalls anhand von 4 beschriebenen
Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
weist die erste Welle 62 eine axiale, nicht-zentrische
Bohrung 110 auf, welche als Vakuumdurchführung dient
und beim Drehen der ersten Welle 62 mitrotiert wird. Hier
können
beispielsweise die notwendigen elektrischen Kabel zum Auslesen des
Röntgendetektors
durchgeführt
werden mit dem Vorteil, dass sie auf der Vakuumseite fest verlegt
werden können.In a likewise based on 4 Modification of the first embodiment described has the first shaft 62 an axial, non-centric bore 110 on, which serves as a vacuum bushing and when turning the first shaft 62 is also rotated. Here, for example, the necessary electrical cables for reading out the X-ray detector can be carried out with the advantage that they can be firmly installed on the vacuum side.
Wie
erwähnt,
verläuft
die Drehachse der zweiten Welle 68 in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
parallel zu der Drehachse der ersten Welle 62. In einer
in den Zeichnungen nicht dargestellten, weiteren Abwandlung ist
die zweite Welle 68 nicht parallel zu der ersten Welle 62 ausgerichtet, sondern
die Drehachse der zweiten Welle 68 bildet mit der Drehachse
der ersten Welle 62 einen Winkel. Zu diesem Zweck kann
der die zweite Welle 68 aufnehmende, zylindrische Hohlraum
der ersten Welle 62 schräg in der ersten Welle 62 ausgebildet
werden, auch so dass die Achsen der beiden Wellen sich nicht schneiden.As mentioned, the axis of rotation of the second shaft runs 68 in the in 4 illustrated embodiment parallel to the axis of rotation of the first shaft 62 , In a further modification, not shown in the drawings, is the second shaft 68 not parallel to the first wave 62 aligned, but the axis of rotation of the second shaft 68 forms with the axis of rotation of the first shaft 62 an angle. For this purpose, the second wave 68 receiving, cylindrical cavity of the first shaft 62 obliquely in the first wave 62 be trained, so that the axes of the two shafts do not intersect.
In 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zum Erzeugen von Drehbewegungen in einer Vakuumkammer 58 dargestellt.
Es handelt sich um eine Erweiterung der in 4 dargestellten Konstruktion des ersten
Ausführungsbeispiels. Übereinstimmende
Teile sind in 5 mit
den gleichen Bezugszeichen wie in 4 versehen
und werden hier nicht erneut beschrieben.In 5 is a second embodiment of a device for generating rotary movements in a vacuum chamber 58 shown. It is an extension of the 4 shown construction of the first embodiment. Matching parts are in 5 with the same reference numerals as in 4 provided and are not described again here.
Ausgehend
von der in 4 beschriebenen Konstruktion
wird in 5 eine Vorrichtung
beschrieben, welche eine gekoppelte weitere Rotation um eine relativ
zu der Drehachse der ersten und zweiten Welle 62 und 68 parallel
versetzte Achse ermöglicht. Dazu
wird die erste Welle 62 mit einer zusätzlichen Bohrung 112 versehen,
in welcher eine dritte Welle 114 ähnlich wie die zweite Welle 68 geführt und
gedichtet wird. Die Abdichtung erfolgt wieder über differentielle Pumpstufen,
wobei zwischen Dichtringen 116, 118 und 120 gebildete
Ringräume 122 bzw. 124 auch
hier mit den Ringräumen 80 bzw. 82 in
Verbindung stehen, so dass die entsprechenden Zwischenvakua miteinander
verbunden sind. Zu diesem Zweck können eine oder mehrere Bohrungen
zwischen den entsprechenden Ringräumen 122 und 80 bzw. 124 und 82 vorhanden
sein. In dem in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel
verläuft
die zusätzliche
Bohrung 112 für
die dritte Welle 114 quer durch die radialen Bohrungen 94 und 102,
so dass die Verbindung der Ringräume 122 und 80 bzw. 124 und 82 über jeweils
einen Abschnitt dieser radialen Bohrungen 94 und 102 erfolgt.Starting from the in 4 described construction is in 5 described a device which coupled a further rotation about a relative to the axis of rotation of the first and second shaft 62 and 68 axis offset in parallel. This is the first wave 62 with an additional hole 112 provided in which a third wave 114 similar to the second wave 68 is led and sealed. Sealing is again carried out via differential pump stages, whereby between sealing rings 116 . 118 and 120 formed annuli 122 respectively. 124 here too with the ring spaces 80 respectively. 82 are connected so that the corresponding intermediate vacuums are connected to each other. For this purpose, one or more holes between the corresponding annuli 122 and 80 respectively. 124 and 82 to be available. In the in 5 illustrated embodiment runs the additional hole 112 for the third wave 114 across the radial holes 94 and 102 so that the connection of the annuli 122 and 80 respectively. 124 and 82 over a section of each of these radial bores 94 and 102 he follows.
Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
sind lediglich Pumpen an den nicht mitbewegten Pumpstutzen 106 und 108 notwendig,
so dass keine zusätzlichen
Pumpleitungen erforderlich sind. Die dritte Welle 114 kann,
wie in 5 gezeigt, als
Hohlwelle oder auch massiv ausgeführt sein und erlaubt einen präzisen Antrieb
einer weiteren Bewegung im Vakuum. Damit kann beispielsweise über ein
Schneckengetriebe ein an der ersten Welle 62 auf der Vakuumseite
drehbar befestigter Rotationsarm angetrieben werden, an dem ein
Röntgendetektor
montiert ist. Der Röntgendetektor
kann damit um zwei zueinander senkrechte Achsen bewegt werden und
ermöglicht ein
Experiment mit den Rotationen β und β' gemäß 2.In this exemplary embodiment, too, there are only pumps on the pump connections which are not moved 106 and 108 necessary so that no additional pump lines are required. The third wave 114 can, as in 5 shown, be designed as a hollow shaft or solid and allows a precise drive of another movement in a vacuum. This can be used, for example, via a worm gear on the first shaft 62 on the vacuum side rotatably mounted rotating arm driven on which an X-ray detector is mounted. The X-ray detector can thus be moved around two mutually perpendicular axes and enables an experiment with the rotations β and β 'according to 2 ,
In 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zum Erzeugen von Drehbewegungen in einer Vakuumkammer 58 dargestellt.
Es handelt sich um eine Erweiterung der in 5 dargestellten Konstruktion des zweiten
Ausführungsbeispiels. Übereinstimmende
Teile sind in 6 mit
den gleichen Bezugszeichen wie in 4 und 5 versehen und werden hier
nicht erneut beschrieben.In 6 is a third embodiment of a device for generating rotary movements in a vacuum chamber 58 shown. It is an extension of the 5 shown construction of the second embodiment. Matching parts are in 6 with the same reference numerals as in 4 and 5 provided and are not described again here.
Ausgehend
von der in 5 beschriebenen Konstruktion
wird in 6 eine Vorrichtung
beschrieben, mit welcher eine zusätzliche Drehung im Vakuum erzeugt
werden kann. Dazu wird eine zu der dritten Welle 114 koaxiale
vierte Welle 126 vorgesehen. Die dritte Welle 114 wird
in der vierten Welle 126 ähnlich gelagert und gedichtet
wie die zweite Welle 68 in der ersten Welle 62.
Die vierte Welle 126 wird in der ersten Welle 62 ähnlich gelagert
und gedichtet wie die dritte Welle 114 in der ersten Welle 62 in
dem Ausführungsbeispiel
von 5. Die Abdichtung
erfolgt wieder über
differentielle Pumpstufen, wobei zwischen Dichtringen 128, 130 und 132 gebildete Ringräume 134 bzw. 136 auch
hier mit den Ringräumen 80 bzw. 82 in
Verbindung stehen, so dass die entsprechenden Zwischenvakua miteinander
verbunden sind. Zu diesem Zweck können eine oder mehrere Bohrungen
zwischen den entsprechenden Ringräumen 134 und 80 bzw. 136 und 82 vorhanden sein.
Da die vierte Welle 126 in der (hier gegenüber 5 erweiterten) zusätzlichen
Bohrung 112 verläuft,
erfolgt die Verbindung der Ringräume 134 und 80 bzw. 136 und 82 über jeweils
einen Abschnitt der radialen Bohrungen 94 und 102.
Die beiden zwischen der dritten Welle 114 und der vierten
Welle 126 gebildeten Ringräume 122 und 124 sind
mit den zwischen der vierten Welle 126 und der ersten Welle 62 gebildeten
Ringräumen 134 und 136 über die
Bohrungen 138, 140, 146 und 148 bzw. über die
Bohrungen 142 und 144 sowie zwei weitere in 6 nicht sichtbare Bohrungen
in der Welle 126 verbunden. Mit dieser Konstruktion lässt sich
beispielsweise ein Röntgenbeugungsexperiment
mit Analysator gemäß 3 realisieren.Starting from the in 5 described construction is in 6 described a device with which an additional rotation in a vacuum can be generated. This becomes one of the third wave 114 coaxial fourth wave 126 intended. The third wave 114 will be in the fourth wave 126 similarly stored and sealed as the second shaft 68 in the first wave 62 , The fourth wave 126 will in the first wave 62 similarly stored and sealed as the third wave 114 in the first wave 62 in the embodiment of 5 , Sealing is again carried out via differential pump stages, whereby between sealing rings 128 . 130 and 132 formed annuli 134 respectively. 136 here too with the ring spaces 80 respectively. 82 are connected so that the corresponding intermediate vacuums are connected to each other. For this purpose, one or more holes between the corresponding annuli 134 and 80 respectively. 136 and 82 to be available. Because the fourth wave 126 in the (opposite here 5 extended) additional hole 112 the ring spaces are connected 134 and 80 respectively. 136 and 82 over a section of the radial bores 94 and 102 , The two between the third wave 114 and the fourth wave 126 formed annular spaces 122 and 124 are with those between the fourth wave 126 and the first wave 62 formed annuli 134 and 136 over the holes 138 . 140 . 146 and 148 or through the holes 142 and 144 and two more in 6 invisible holes in the shaft 126 connected. With this construction, for example, an X-ray diffraction experiment with an analyzer can be performed 3 realize.
Es
sei noch erwähnt,
dass weitere Ausführungen
mit mehr als vier Wellen entsprechend realisiert werden können. Dabei
können
weitere gekoppelte Drehbewegungen erzeugt werden, wobei geeignete
Bohrungen zur Verbindung der jeweiligen Ringräume bzw. Zwischenvakua entsprechend
den Ausführungsbeispielen
vorgesehen werden können, so
dass keine weiteren Pumpstutzen oder Pumpleitungen benötigt werden.
Ebenfalls lassen sich auf diese Weise Anwendungen mit drei oder
mehr unabhängig
drehbaren koaxialen Drehungen entsprechend realisieren.It
it should be mentioned
that further executions
can be realized with more than four shafts accordingly. there
can
further coupled rotary movements are generated, suitable ones
Holes for connecting the respective annular spaces or intermediate vacuums accordingly
the embodiments
can be provided so
that no further pump connections or pump lines are required.
Applications with three or
more independent
realize rotatable coaxial rotations accordingly.
Bei
den in den 4-6 dargestellten Ausführungsbeispielen
werden die drehbaren Übertragungsglieder
von rohrförmigen
Wellen gebildet, bei welchen die zur Abdichtung einer bestimmten
Welle 62, 68, 114 bzw. 126 vorhandenen
Dichtringe 74, 76, 78 bzw. 84, 86, 88 bzw. 116, 118, 120 bzw. 128, 130, 132 axial
hintereinander angeordnet sind. In 7 ist ein
viertes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zum Erzeugen von Drehbewegungen in einer Vakuumkammer 58 dargestellt.
Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel
sind die drehbaren Übertragungsglieder
nicht als rohrförmige
Wellen, sondern als Scheiben ausgebildet.In the in the 4 - 6 Exemplary embodiments shown, the rotatable transmission members are formed by tubular shafts, in which those for sealing a specific shaft 62 . 68 . 114 respectively. 126 existing sealing rings 74 . 76 . 78 respectively. 84 . 86 . 88 respectively. 116 . 118 . 120 respectively. 128 . 130 . 132 are arranged axially one behind the other. In 7 is a fourth embodiment of a device for generating rotary movements in a vacuum chamber 58 shown. In this fourth embodiment, the rotatable transmission members are not designed as tubular shafts, but as disks.
In 7 ist an einer Vakuumkammer 58 ein scheibenförmiger Vakuumflansch 150 angebracht. Die
Vorrichtung enthält
eine erste Scheibe 152, welche mittels Kugellager 154 und 156 an
dem Vakuumflansch 150 drehbar gelagert ist, sowie eine
zweite Scheibe 158, welche mittels Kugellager 160 und 162 an
der ersten Scheibe 152 drehbar gelagert ist. Die zweite
Scheibe 158 ist konzentrisch an der ersten Scheibe 152 angeordnet,
so dass die Drehachse der zweiten Scheibe 158 parallel
zu der Drehachse der ersten Scheibe 152 verläuft. Beide
Scheiben 152 und 158 erstrecken sich durchgehend
von der Vakuumseite bis zur Atmosphärenseite und dienen zum Übertragen
von rotatorischen Bewegungen von außerhalb der Vakuumkammer 58 ins
Innere der Vakuumkammer 58.In 7 is on a vacuum chamber 58 a disc-shaped vacuum flange 150 appropriate. The device contains a first disc 152 which by means of ball bearings 154 and 156 on the vacuum flange 150 is rotatably mounted, and a second disc 158 which by means of ball bearings 160 and 162 on the first disc 152 is rotatably mounted. The second disc 158 is concentric on the first disc 152 arranged so that the axis of rotation of the second disc 158 parallel to the axis of rotation of the first disc 152 runs. Both discs 152 and 158 extend continuously from the vacuum side to the atmosphere side and serve to transmit rotary movements from outside the vacuum chamber 58 inside the vacuum chamber 58 ,
Die
erste und die zweite Scheibe 152 und 158 haben
jeweils eine zentrale Öffnung 164 bzw. 166
entsprechend einer flachen Hohlwelle.The first and the second disc 152 and 158 each have a central opening 164 or 166 corresponding to a flat hollow shaft.
Die
beiden Scheiben 152 und 158 haben eine gemeinsam
wirkende, differentiell gepumpte Dichtungsanordnung mit zwei differentiellen
Pumpstufen. Die Dichtungsanordnung kann jedoch auch eine oder auch
mehr als zwei differentielle Pumpstufen aufweisen, die dann entsprechend
ausgebildet sein können.
Zwischen der ersten Scheibe 152 und dem Vakuumflansch 150 sind
ein erster, ein zweiter und ein dritter Dichtring 168, 170 und 172 in
radialem Abstand voneinander angeordnet, so dass zwischen dem ersten
und dem zweiten Dichtring 168 und 170 ein erster
Ringraum 174 und zwischen dem zweiten und dem dritten Dichtring 170 und 172 ein
zweiter Ringraum 176 entsteht. Zwischen der zweiten Scheibe 158 und
der ersten Scheibe 152 sind ein vierter, ein fünfter und
ein sechster Dichtring 178, 180 und 182 in
radialem Abstand voneinander angeordnet, so dass zwischen dem vierten
und dem fünften
Dichtring 178 und 180 ein dritter Ringraum 184 und
zwischen dem fünften
und dem sechsten Dichtring 180 und 182 ein vierter
Ringraum 186 entsteht. In der ersten Scheibe 152 sind Öffnungen
in Form von gewinkelten Bohrungen vorgesehen. In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zwei solche gewinkelten Bohrungen vorhanden. Durch die gewinkelte Bohrung 188 werden
der erste und der dritte Ringraum 174 und 184 miteinander
verbunden. Dies ist in der rechten Hälfte der 7 erkennbar. Durch eine weitere gewinkelte
Bohrung 190 werden der zweite und der vierte Ringraum 176 und 186 miteinander verbunden.
Dies ist in der linken Hälfte
der 7 erkennbar. Die
gewinkelten Bohrungen bestehen aus jeweils drei Abschnitten, welche
anhand der gewinkelten Bohrung 188 beschrieben werden:
Ein erster Abschnitt 192 der Bohrung 188 verläuft axial
in der ersten Scheibe 152 von der in 7 unteren Seite bis etwa zur Mitte der
ersten Scheibe 152. Ein zweiter Abschnitt 194 der
Bohrung 188 verläuft
axial in der ersten Scheibe 152 von der in 7 oberen Seite bis etwa zur Mitte der
ersten Scheibe 152. Der erste und der zweite Abschnitt 192 und 194 sind
dabei radial versetzt. Zwischen dem ersten Abschnitt 192 und dem
zweiten Abschnitt 194 verläuft ein dritter Abschnitt 196 der
Bohrung 188 radial etwa in der Mitte der ersten Scheibe 152 und
verbindet somit den ersten Abschnitt 192 mit dem zweiten
Abschnitt 194, so dass eine durchgehende Bohrung 188 entsteht.
Die Bohrungen 188 und 190 können gegebenenfalls auch ohne
Abwinkelung die beiden Ringräume 174 und 184 bzw. 176 und 186 geradlinig
verbinden, indem sie unter einem Winkel zur Achse der Scheibe 152 verlaufen.
Es können
auch mehr als zwei Bohrungen angebracht werden, die die Ringräume 174 und 184,
bzw. 176 und 186 miteinander verbinden.The two disks 152 and 158 have a jointly acting, differentially pumped seal arrangement with two differential pump stages. However, the sealing arrangement can also have one or more than two differential pump stages, which can then be designed accordingly. Between the first slice 152 and the vacuum flange 150 are a first, a second and a third sealing ring 168 . 170 and 172 arranged at a radial distance from one another, so that between the first and the second sealing ring 168 and 170 a first annulus 174 and between the second and the third sealing ring 170 and 172 a second annulus 176 arises. Between the second disc 158 and the first disc 152 are a fourth, a fifth and a sixth sealing ring 178 . 180 and 182 arranged at a radial distance from one another, so that between the fourth and the fifth sealing ring 178 and 180 a third annulus 184 and between the fifth and the sixth sealing ring 180 and 182 a fourth annulus 186 arises. In the first disc 152 are angled openings Holes provided. In the in 7 illustrated embodiment, there are two such angled holes. Through the angled hole 188 become the first and third annulus 174 and 184 connected with each other. This is in the right half of the 7 recognizable. Through another angled hole 190 become the second and fourth annulus 176 and 186 connected with each other. This is in the left half of the 7 recognizable. The angled holes each consist of three sections, which are based on the angled hole 188 are described: A first section 192 the hole 188 runs axially in the first disc 152 from the in 7 lower side to about the middle of the first disc 152 , A second section 194 the hole 188 runs axially in the first disc 152 from the in 7 upper side to about the middle of the first disc 152 , The first and the second section 192 and 194 are radially offset. Between the first section 192 and the second section 194 runs a third section 196 the hole 188 radial about in the middle of the first disc 152 and thus connects the first section 192 with the second section 194 so that a through hole 188 arises. The holes 188 and 190 can optionally the two annular spaces without bending 174 and 184 respectively. 176 and 186 Connect in a straight line by placing them at an angle to the axis of the disc 152 run. More than two holes can also be drilled in the annuli 174 and 184 , respectively. 176 and 186 connect with each other.
Der
scheibenförmige
Vakuumflansch 150 weist einen ersten und einen zweiten,
mit Vakuumpumpen verbindbaren Pumpstutzen 198 und 200 auf. Der
erste Pumpstutzen 198 steht mit dem ersten Ringraum 174 direkt
und mit dem dritten Ringraum 184 über die Bohrung 188 sowie
gegebenenfalls weitere Bohrungen in Verbindung. Der zweite Pumpstutzen 200 steht
mit dem zweiten Ringraum 176 direkt und mit dem vierten
Ringraum 186 über
die Bohrung 200 sowie gegebenenfalls weitere Bohrungen
in Verbindung.The disc-shaped vacuum flange 150 has a first and a second pump connection which can be connected to vacuum pumps 198 and 200 on. The first pump nozzle 198 stands with the first annulus 174 directly and with the third annulus 184 over the hole 188 as well as additional holes if necessary. The second pump nozzle 200 stands with the second annulus 176 directly and with the fourth annulus 186 over the hole 200 as well as additional holes if necessary.
Durch
Pumpen über
die Pumpstutzen 198 und 200 werden in den Ringräumen 174, 176, 184 und 186 Zwischenvakua
erzeugt, wobei die Zwischenvakua in den Ringräumen 174 und 184 und
die Zwischenvakua in den Ringräumen 176 und 186 über die
entsprechenden Bohrungen miteinander verbunden sind. Durch die Verbindung
der Ringräume 174 und 184 bzw. 176 und 186 sind
für die
Dichtung der zweiten Scheibe 158 keine weiteren Pumpstutzen notwendig
und es kann dieselbe Pumpenanordnung wie im Fall der in 1 oder 4 beschriebenen, einfachen Vakuum-Drehdurchführung verwendet werden.
Insbesondere müssen
keine Pumpleitungen mitgedreht werden.By pumping over the pump nozzle 198 and 200 are in the annuli 174 . 176 . 184 and 186 Intermediate vacuum generated, the intermediate vacuum in the annular spaces 174 and 184 and the intermediate vacuums in the annular spaces 176 and 186 are connected to each other via the corresponding holes. By connecting the ring spaces 174 and 184 respectively. 176 and 186 are for the seal of the second disc 158 no further pump connections are necessary and the same pump arrangement as in the case of the in 1 or 4 described simple vacuum rotary feedthrough can be used. In particular, no pump lines have to be rotated.
Die
Rotationsachsen der Scheiben 152 und 158 sind
frei und ermöglichen
damit die gleiche Vielfalt der Arten der Probenhalterung wie bei
den in 1 und 4 beschriebenen Vakuum-Drehdurchführungen.
Die in 7 dargestellte
Konstruktion besitzt auch alle weiteren, oben beschriebenen Vorteile der
in Zusammenhang mit 1 beschriebenen,
einfachen differentiell gepumpten Vakuum-Drehdurchführung und
erlaubt außerdem
eine zweite Drehung mit sehr präzise
koaxialen Drehachsen. Auf der Vakuumseite der ersten Scheibe 152 kann
beispielsweise ein Röntgendetektor
fest installiert und ein Diffraktionsexperiment gemäß 2 durchgeführt werden.The axes of rotation of the disks 152 and 158 are free and thus allow the same variety of sample holder types as in the in 1 and 4 described vacuum rotary unions. In the 7 The construction shown also has all the other advantages described above in connection with 1 described, simple differentially pumped vacuum rotary feedthrough and also allows a second rotation with very precise coaxial axes of rotation. On the vacuum side of the first disc 152 For example, an X-ray detector can be permanently installed and a diffraction experiment according to 2 be performed.
Es
sei noch erwähnt,
dass die in 7 beschriebene
Konstruktion mit scheibenförmigen Übertragungsglieder
entsprechend den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen mit mehr als
zwei Wellen entsprechend realisiert werden kann. Ebenso ist es möglich, Drehdurchführungen
aus einer Kombination aus rohrförmigen
Wellen und Scheiben zu realisieren. Dies liegt im Rahmen des Können eines
Fachmanns und wird hier nicht näher
beschrieben.It should also be mentioned that the in 7 Described construction with disk-shaped transmission members according to the first to third embodiments with more than two shafts can be realized accordingly. It is also possible to realize rotating unions from a combination of tubular shafts and disks. This is within the scope of a person skilled in the art and is not described in more detail here.