DE2222272C2 - Prüf- und Meßeinrichtung zur Prüfung und Vermessung von Bauteilen bei tiefen Temperaturen - Google Patents

Description

109, 1967, Nr. 25, S. 1377 bis 1381 ersichtlichen Vakuum- und Gefriertrockner mit kontinuierlichen Vakuumschleusen zu. Für diese Trockner, ist eine vollautomatische Kontrolle vorgesehen, die ihre Impulse von Fühlern des feuchtigkeitsabhängigen elektrischen Widerstandes im Gut empfangt. Eine aus einer Prüfkammer nach außen abströmende Trockengasströmung ist bei diesen Einrichtungen ebensowenig vorhanden, wie bei dem in »Elektrowärme«, Bd. 18, Nr. 7, Juli 1960, S. 219 bis 221 beschriebenen handbetätigten Plattendurchstoßofen, der Ein- und Ausgangsschleusen und eine besonders ausgebildete Gasschleuse aufweist. Aus der VDI-Zeitschrift 111, 1969, Nr. 15, S. 1035 und 1041 ist eine Weltraum-Simulationsanlage zum Prüfen von Raumflugkörpern bekannt, die eine Anlage zum Versorgen einer Kaltwand mit flüssigem Stickstoff aufweist. Es liegt ein geschlossener Kreislauf vor.

Wie die oben angeführten Literaturstellen zeigen, ist es zum Zwecke der Prüfung von Bauteilen bei tiefen Temperaturen zwar schon bekannt, diese in eine geschlossene Vakuumkammer zu bringen und dort auf die geforderte Prüftemperatur abzukühlen. Eine derartige Prüfeinrichtung gestattet jedoch keinen kontinuierlichen Durchsatz der Bauteile, wenn nicht komplizierte und sehr aufwendige Schleusen zum Einbringen oder Herausnehmen der Bauteile vorgesehen sind. Außerdem entstehen Schwierigkeiten bei der Positionierung der Bauteile, da bei der dann notwendigen Verwendung von Anpreßfedern oder dergleichen eine Beschädigung besonders empfindlicher Bauteile, wie es beispielsweise Solarzellen sind, zu befürchten ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Prüf- und Meßeinrichtung zu schaffen, die die Prüfung und Vermessung von Bauteilen bei tiefen Temperaturen und in kontinuierlichem Durchgang ohne größeren Aufwand ermöglicht, ohne Jaß die in der Atmosphäre enthaltene Luftfeuchtigkeit das Prüf- bzw. Meßergebnis beeinflussen kanr.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß die aui die Prüftemperatur abkühlbare Prüfkammer einen Meßtisch zur positionierten Aufnahme der Bauteile aufweist und über Schleusenkanäle für die Zu- und Abführung der Bauteile mit der Außenumgebung verbunden ist und daß der Prüfkammer eine Trockengasströmung über eine Leitung zuführbar ist, die durch die Kanäle nach au IVn abströmt. In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Prüfkammer gegenüber der Umgebung einen geringen Überdruck auf.

Hm Vorteil der Erfindung liegt neben der einfachen technischen Ausführung darin, daß durch die Schleusenkanäle nicht nur die Trockengasströmung aus der Prüfkammer nach außen strömt, sondern gleichzeitig die zu prüfenden Bauteile mit Hilfe der Schleusenkanäle ohne Schwierigkeiten in die Prüfkammer hinein und aus dieser wieder heraus transportiert werden können. Ein weiterer, nicht vorhersehbarer Vorteil liegt darin, daß bei der Positionierung der empfindlichen Bauteile, wie z. B. Solarzellen, auf dem Meßtisch eine Beschädigung der Bauteile nicht zu befürchten ist. Infolge der verwendeten Trockengasströmung ist es nämlich möglich, die empfindlichen Bauteile auf der Aufnahmefläche des Meßtisches leicht und ohne Beschädigung für die Dauer eines Prüf- und/oder Meßvorganges dadurch zu positionieren, daß eine Einrichtung zum Ansaugen der Bauteile vorgesehen ist. Diese Einrichtung kann z.B. aus einer Anzahl von auf der Aufnahmefläche des Meßtisches angeordneten Öffnungen bestehen, die mit einer Vakuumpumpe verbunden sind. Auch braucht nicht unbedingt flüssiger Stickstoff verwendet werden. Vielmehr sind andere für den Prüf- und Meßvorgang geeignete Gasströmungen denkbar.

ίο Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in den Kanälen beheizbare Vorkammern eingeschaltet. In der eingangsseitig vorgeschalteten Kammer soll durch die höhere Temperatur die an den in die Prüfkammer einzubringenden Bauteilen

haftende Feuchtigkeit durch Verdampfen entfernt werden, während in der ausgangsseitigen Vorkammer das kalte Bauteil wieder auf die Umgebungstemperatur gebracht werden soll.

Ein weiteres ausgestaltendes Merkmal der Erfin-

ao dung besteht darin, daß an den Eintrittsstellen der Kanäle in die Prüfkammer Kühlfallen angeordnet sind. Diese Kühlfallen, die ebenfalls mit dem Kühlsystem verbunden sein können, sollen gegenüber dem übrigen Raum die niedrigste Temperatur aufweisen

und dadurch sicherstellen, daß trotz der Trockengasströmung etwa in die Prüfkammer gelangte Luftfeuchtigkeit sich nicht auf dem Meßtisch oder den dort positionierten Bauteilen niederschlägt. Dazu weist auch der Meßtisch eine Zusatzheizung auf, mit

deren Hilfe er um einige Grad wärmer als die Kühlfallen gehalten werden kann.

Schließlich ist gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung des durch die Prüfkammer strömenden Trockengases vorhanden. Diese Heizeinrichtung ist während des Prüfbetriebes abgestellt und soll lediglich dazu dienen, die Prüfkammer vor deren Inbetriebnahme durch vorgewärmtes Trockengas von jeder Luftfeuchtigkeit zu befreien.

Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels naher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Prüfkammer bzeichnet, die über Schleusenkanäle 9 und 10 mit der

Umgebung verbunden ist. Die Schleusenkanäle 9 und 10 führen durch Vorkammern 11 und 12, die mit — beispielsweise elektrisch — betriebenen Heizeinrichtungen 16 versehen sind.

In der Prüfkammer 1 ist ein Meßtisch 2, der eine aus Kühlschlangen bestehende Kühlvorrichtung 3 aufweist. Diese Kühlvorrichtung 3 ist über ein Leitungssystem 4 mit einem Kühlsystem 5 verbunden. Zur Kühlung des Meßtisches 2 wird mittels einer von einem Motor 20 antreibbaren Pumpe 19 eine in dem

Kühlsystem 5 vorhandene Kühlflüssigkeit 17, beispielsweise Methanol, durch das Leitungssystem 4 in die Kühlvorrichtung 3 des Meßtisches gepumpt.

Die Prüfkammer 1 weist weiterhin einen Anschluß 8 zur Verbindung mit einer Leitung 21 auf,

über die ein Trockengas aus einem Reservoir 18 in die Prüfkammer 1 eingebracht wird. Dieses Trockengas, beispielsweise Stickstoff, der durch Verdampfen aus dem flüssigen Zustand gewonnen wird, wird zunächst in einem Wärmetauscher 7 auf die gewünschte

6s Temperatur vorgekühlt, tritt dann durch die öffnung 8 in die Kammer 1 ein und verläßt diese wieder durch die beiden Schleusenkanäle 9 und 10. Damit diese Strömungsrichtung des Trockengases immer

eingehalten und ein Eindiffundieren von feuchter niederschlagen kann, ist weiterhin sichergestellt, daß Luft verhindert wird, liegt der Gasdruck in der Prüf- diese gegenüber ihrer Umgebung die niedrigste Temkammer 1 etwas oberhalb des Umgebungsdruckes. peratur aufweisen. Aus diesem Grunde weist der Die Richtung der Trockengasströmung ist durch Meßtisch 2 noch eine, beispielsweise elektrisch bePfeile 22 angedeutet. Beim Austreten aus den 5 triebene Zusatzheizung 6 auf, mit deren Hilfe der Schleuscnkanälen 9 und 10 in die Umgebung kann Meßtisch und die auf diesen Meßtisch gelangenden der Stickstoff durch besondere, hier nicht dargestellte Bauteile um einige Grad wärmer als die Kühlfallen Absaugevorrichtungen abgesaugt werden. 14 gehalten werden können.

Die nach außen gerichtete Strömung des trockenen Die Schleusenkanäle 9 und 10 führen durch VorStickstoffes in den Schleusenkanälen 9 und 10 ver- io kammern 11 bzw. 12, die mittels der elektrischen hindert nun, daß Luftfeuchtigkeit aus der Umgebung Heizungen 16 auf eine Temperatur oberhalb der in die Meßkammer eindiffundieren kann. Die Schleu- Umgebungstemperatur, beispielsweise auf +40° C, senkanäle 9 und 10 ermöglichen einen ungehinderten eingestellt werden können. In der eingangsseitigen Transport der Bauteile in die Prüfkammer und aus Vorkammer 11 soll durch diese erhöhte Temperatur dieser heraus. Zur Durchführung dieses Transportes »5 die etwa an dem aus der Umgebungsatmosphäre könnte beispielsweise ein Förderband vorgesehen kommenden Bauteil haftende Feuchtigkeit durch sein, das durch die Kanäle 9 und 10 und die Kam- Verdampfen oder Verdunsten entfernt werden, womern 1,11 und 12 gelegt ist und mit dessen Hilfe die bei die über das Bauteil streichende Trockengasslrö-Bauteile in kontinuierlichem Durchgang durch die mung behilflich ist.
Prüfkammer 1 geführt werden. ao In der ausgangsseiag angeordneten Vorkammer 12

Während der eigentlichen Prüfung des Bauteils soll dagegen das aus der Prüfkammer 1 kommende kann dieses auf dem Meßtisch 2 dadurch positioniert kalte Bauteil wieder auf die Umgebungstemperatur werden, daß eine hier nicht näher dargestellte Ein- gebracht werden, damit es nicht beim Austritt an die richtung zum Ansaugen der Bauteile vorgesehen ist. Umgebungsatmosphäre bereift und vereist.
Diese Einrichtung kann beispielsweise aus einer An- 35 Damit vor der Inbetriebnahme der erfindungsgezahl von auf der Aufnahmefläche des Meßtisches 2 mäßen Einrichtung die in der Anlage vorhandene angeordneten Öffnungen bestehen, die mit einer Va- Luftfeuchtigkeit vollständig entfernt werden kann, kuumpumpe verbunden sind. Bei Betrieb der Vaku- werden die Prüfkammer 1 und die Schleusenkanäle 9 umpumpe wird dann unter dem zu vermessenden und 10 zunächst für einige Zeit mit einem vorge-Bauteil ein Unterdruck erzeugt, durch den das Bau- 30 wärmten trockenen Stickstoffstrom gespült. Dazu teil auf dem Meßtisch gehalten wird. Während dieser dient eine mit 15 bezeichnete Heizeinrichtung in der Zeit können die zur Vermessung und Prüfung des Trockengasleitung 21. Nach dieser Trocknung kann Bauteiles notwenmgen Maßnahmen durchgeführt die erfindungsgemäße Einrichtung in Betrieb genomwerden, wobei beispielsweise ein in der Prüfkam- men werden, indem der Trockengasstrom nach Ausmer 1 vorgesehenes Fenster 23 zur Beleuchtung und 35 schalten der Heizeinrichtung 15 auf die geforderte Beobachtung des Bauteiles von Nutzen ist. Prüftemperatur abgesenkt und der Meßtisch 2 sowie

Um nun mit Sicherheit zu verhindern, daß trotz die Kühlfallen 14 durch Inbetriebnahme der Kühlder durch die Schleusenkanäle 9 und 10 gerichteten mittelpumpe 19 gekühlt werden.
Trockengasströmung Luftfeuchtigkeit aus der Umge- Die vorstehend beschriebene Anlage hat sich für bung in die Prüfkammer 1 eindringen kann, sind an 40 die Prüfung und Vermessung von Solarzellen als beden Einmündungsstellen der Schleusenkanäle 9 und sonders geeignet erwiesen. Dabei werden die einzel-10 in die Prüfkammer 1 noch außerdem sogenannte nen zu überprüfenden Solarzellen in kontinuierli-Kühlfallen 14 vorgesehen, auf denen sich etwa ein- chem Durchgang durch die Prüfkammer 1 geführt. In dringende Luftfeuchtigkeit niederschlagen kann. der Prüfkammer 1 werden die Solarzellen mit einem Diese in Form von Kühlschlangen ausgebildeten 45 Test-Lichtstrom bestrahlt, wobei die von ihnen er-Kühlfallen 14 sind mit dem Leitungssystem 4 verbun- zeugten Strom- und Spannungswerte gemessen werden und werden auf diese Weise von dem Kühlmittel den. An Hand dieser Meßergebnisse kann eine Klasdurchströmt. Damit sich etwa in den Prüfraum 1 ein- sifizierung der einzelnen Solarzellen vorgenommen dringende Luftfeuchtigkeit nur an diesen Kühlfallen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

l 2 Eisschicht überziehen würde, die eine Vermessung Patentansprüche: oder Prüfung sehr erschwert oder gar unmöglich macht. Diese Schwierigkeiten treten insbesondere

1. Prüf- und Meßeinrichtung zur Prüfung und dann auf, wenn eine Messung oder Prüfung bei kon-Vermessung von Bauteilen bei tiefen Temperatu- 5 tinuierlichem Durchgang der Bauteile erfolgen soil,
ren, bei der die Bauteile in kontinuierlichem In den deutschen Auslegeschriften 1224 957, Durchgang durch eine Prüf kammer hindurchge- 1 195 520 und 1 165 900 sind Einrichtungen zur führt werden, dadurch gekennzeich- Kühlung oder Erwärmung von auf einem Objektteln e t, daß die auf die Prüftemperatur abkühlbare ler angeordneten Gegenständen, zum Einstellen und Prüfkammer (1) einen Meßtisch (2) zur positio- io Verändern der Raumlage von Gegenständen und zur nierten Aufnahme der Bauteile aufweist und über Einstellung der Raumlage von in einer thermisch iso-Schleusenkanäle (9, 10) für die Zu- und Abfüh- lierten Behandlungskammer angeordneten Gegenrung der Bauteile mit der Außenumgebung ver- ständen beschrieben. Diese Einrichtungen weisen bebunden ist und daß der Prüfkammsr (1) dne wegbare Objektteller bzw. Präparatteller auf. Sie Trockengasströmung über ein;; Leitung (21) zu- i₅ sind jedoch nicht dazu geeignet, daß zu prüfende führbar ist, die durch die Kanäle (9, 10) nach oder zu vermessende Bauelemente nacheinander in außen abströmt. kontinuierlichem Durchgang durch eine Prüf- und

2. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 1, Meßeinrichtung geschickt und nur für die Dauer dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkammer (1) eines Prüf- oder Meßvorganges auf einen Meßtisch gegenüber der Umgebung einen geringen Über- ₂o positioniert werden. Auch ist keine Einrichtung vordruck aufweist. gesehen, die das Eindringen von Luftfeuchtigkeit aus

3. Prüf- und Meßeinrichtung nach den Ansprü- der Umgebung in die Prüfkammer verhindert.

chen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Aus der deutschen Auslegeschrift 1 125 681 ist ein

den Kanälen (9, 10) beheizbare Vorkammern Klimaprüfschrank bekannt, dessen Inneres nicht mit

(11,12) eingeschaltet sind. a₅ der den Klimaschrank umgebenden Atmosphäre in

4. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 1, Verbindung steht. Durch diesen Klimaschrank soll dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtisch (2) die Aufgabe gelöst werden, mehrere Proben während eine Einrichtung zum Ansaugen der Bauteile auf- ihrer Verweilzeit im Klimaprüfschrank so durch den weist. Innenraum des Klimaprüfschrankes zu bewegen, daß

5. Prüf- und Meßeinrichtung nach den Ansprü- 30 sie alle gleichen Klimabedingungen ausgesetzt sind chen 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der und auch alle sämtliche Klimazonen im Klimaprüf-Meßtisch (2) eine mit einem Kühlsystem (5) ver- schrank durchwandern. Hierzu ist die im Inneren des bundene Kühlvorrichtung (3) aufweist. Klimaprüfschrankes angeordnete Bewegungsvornch-

6. Prüf- und Meßeinrichtung nach den Ansprü- tung derart ausgebildet, daß der Probenkörper eine chenl, 4 oder?, dadurch gekennzeichnet, daß 35 aus zwei Rotationsbewegungen um zwei sich kreuder Meßtisch (2) eine Zusatzheizung (6) aufweist. zende Achsen resultierende Bewegung ausführt. Eine

7. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 1. Prüfung oder Vermessung von Bauteilen nachcinandadurch gekennzeichnet, daß an den Mündungen der hei tiefen Temperaturen υ".'.τ gleichen Bedinder Kanäle (9, 10) in die Prüfkammer (1) Kühl- gungen in kontinuierlichem Durchgang kann mit oiefallen (14) angeordnet sind. 40 sem Klimaprüfstand nicht durchgeführt werden.

8. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 1, Aus der (Patentschrift 29 038 des Amtes für Lrfingekennzeichnet durch eine Vorrichtung (15) zur dungs- und Patentwesen in Ost-Berlin), ist ein VerErwärmung des durch die Prüfkammer (1) strö- fahren zur Prüfung von Halbleiterbauelementen unmenden Trockengases. ter definierten Temperatur- und Gasbedingungen,

45 insbesondere relativer Feuchtigkeit, ersichtlich. Bei dem Verfahren dient ein temperiertes und evakuier-

tes Gefäß als Prüfraum für die Bauelemente. Die

Feuchtigkeit wird in einem temperierten und evakuierten Verdampfungsgefäß erzeugt, über eine tempe-50 rierte Leitung dem Prüfraum zugeführt und nach

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüf- und Einstellung des Feuchtigkeitspartialdruckcs trocke-

Meßeinrichtung zur Prüfung und Vermessung von nes Gas, z. B. Luft, über eine weitere temperierte

Bauteilen bei tiefen Temperaturen, bei der die Bau- Leitung hinzugegeben. Mit diesem Verfahren soll

teile in kontinuierlichem Durchgang durch eine Prüf- eine schnelle Prüfung der Halbleiterbauelemente bei

kammer hindurchgeführt werden. 55 Alterungstesten und Leckuntersuchungen unter Ver-

Bei der Prüfung von Bauteilen wird häufig gefor- wendung eines Vakuums ermöglicht werden. Ein

dert, daß die^r" bei Betriebsbedingungen erfolgen soll. Meßtisch zur positionierten Aufnahme der Bauteile

Schwierigkeiten bereitet eine Prüfung in diesem Falle ist nicht vorgesehen. Auch ist keine Prüfung und

dann, wenn die Betriebstemperatur des Bauteils we- Vermessung der Bauteile bei tiefen Temperaturen in

sentlich unter der Umgebungstemperatur liegt. Als 60 kontinuierlichem Durchgang möglich. Die Luftfeuch-

Beispiel sei die Prüfung von Solarzellen genannt, die tigkeit beeinflußt das Prüf- bzw. Meßergebnis,

bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt, bei- Aus den deutschen Gebrauchsmustern I 950 407

spielsweise bei -6O⁰C, untersucht und vermessen und 1 818 250 sind Klimakammern bekannt, die von

werden sollen. Die hauptsächliche Schwierigkeit, die der sie umgebenden Atmosphäre vollständig abge-

es dabei zu überwinden gilt, liegt darin, daß sich die 65 schlossen und für einen kontinuierlichen Durchgang

in der Atmosphäre enthalten* Luftfeuchtigkeit auf von Bauteilen zur Prüfung und Vermessung nicht ge-

einem auf diese Temperatur abgekühlten Prüfling eignet sind. Die Klimakammern weisen Schleusen

niederschlagen und diesen in kurzer Zeit mit einer auf. Dies trifft auch für die aus der VDI-Zeitschrift