DE2434090A1

DE2434090A1 - Verfahren zur herstellung eines elektrodensystems fuer multipole, einschliesslich monopole, insbesondere fuer massenfilter und nach dem verfahren hergestelltes elektrodensystem

Info

Publication number: DE2434090A1
Application number: DE2434090A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Meyer
Original assignee: Varian Mat GmbH
Current assignee: Varian Mat GmbH
Priority date: 1974-07-16
Filing date: 1974-07-16
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE2434090B2

Description

BEZEICHNUNG: Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems. für Multipole, einschließlich Monopole, insbesondere für Massenfilter und nach dem Verfahren hergestelltes Elektrodensystem.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems für Multipole, einschließlich Monopole, insbesondere für Massenfilter, mit einem oder mehreren Polstäben, die elektrisch leitende Polflächen aufweisen und mit einem als Lager für die Polstäbe dienenden Hohlprofilkörpert an dessen Innenseite Lagerflächen für die Polstäbe vorgesehen sind; die Erfindung bezieht sich ferner au£ ein nach diesem Verfahren hergestellten Elektrodensystem0 STAND DER TECHNIK Die Güte eines Elektrodensystems für Massenfilter, insbesonere für Quadrupole und Monopole (US-PS 3,767,914 von 1973) hängt, wie experimentell und theoretisch nachgewiesen ist, kritisch von der genauen Justierung der Polstäbe ab (vgl.
für ein Elektrodensystem mit einzeln.en, an einer Halterung justi&rten Polstäben W. Paul, H.P. Reinhard, U.v. Zahn, Zeitschrift für Physik Bdo 152 So 143, 1958). Beispielsweise ist für ein Quadrupolsystem eine Parallelität der Polstäbe von wenigen Mikrometern erforderlich, wenn Ie Massenbereich um die Masse 1000 herum -eine Auf lösung erzielt werden soll, bei der eine ganzzahlige Masse von der nächsten ganzzahligen Masse vollständig getrennt erscheint. Da bei der bisher üblichen Herstellungsweise Montierung und Justierung von hyperbolischen Polflächen, wie sie nach der Theorie gefordert werden, große Schwierigkeiten bereitet, wurden kreiszylindrische Polstäbe (erste Näherung) verwendet, die in zwei schmalen, ringförmigen Keramikhalterungen gelagert sind0 Viel Mühe mußte dabei auf das präzise Innenschleifen der Sitzflächen für die Stäbe in den Keramikringen aufgewendet werden0 Ferner ist das verwindungsfreie Ausrichten der Stäbe durch die Lagerung in zwei schmalen Keramikringen erschwert und die Gefahr des Verzugs gegeben, insbesondere durch das im Betrieb aus vakuumtechnischen Gründen nötige Ausheizen des Systems bei etwa 2500C, AUFGABE Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde2 ein Elektrodensystem und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, durch das auf einfache Art gleichbleibende und den Anforderungen genügende mechanische Genauigkeit und Stabilität erzielt werden kann LÖSUNG DER AUFGABE Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß der zur Lagerung der Polstäbe vorgesehene Hohlprofilkörper in einem Abdruckverfaliren hergestellt wird, bei welchem (a) ein der Form und Anordnung seiner Lagerflächen mit hoher Präzision entsprechender Formkern, vorzugsweise aus Stahl, hergestellt, (b) Material zur Bildung des Hohlprofilkörpers zum Fließen und mit dem Formkern in Kontakt gebracht und (c) der Formkern nach dem Erstarren aus dem Hohlprofilkörper herausgenommen wird0 Durch ein solches Herstellungsverfahren wird erreicht, daß die Maßhaltigkeit der Polflächen im wesentlichen nur von der Maßhaltigkeit des Formkernes und der Güte seiner Oberfläche abhängig ist; ein solcher Formkern läßt sich aber mit üblichen Mitteln relativ leicht mit der erforderlichen hohen Genauigkeit herstellen0 Wegen der möglichen Wiederverwendbarkeit des Formkernes wird nicht nur eine gleichbleibend hohe Präzision gewährleistet; es wird gleichzeitig eine sehr erhebliche Zeit- und Kosteneinsparung erzielt.
Zur Durchfahrung stehen verschiedene Abdruckverfahren zur Verfügung; ihre Wahl wird durch das für die Herstellung des Hohlprofilkörpers vorgesehene Material mitbestimmt0 Für die Herstellung eines Hohlprofilkörpers aus Glas eignet sich insbesondere ein Äbdruckverfahren nach dem Prinzip des KPG-Verfahrens(Katalog No3 66 der Firma Schott, Seite 155, Mainz "Glas fürIaboratorientl) bei welchem der Formkern in ein ihn frei umschließendes Rohr eingeführt und zwischen Außen- und Innenseite des Rohres, vorzugsweise durch Evakuierung des Rohres, ein Druckgefälle erzeugt wird, welches das zum Fließen gebrachte Rohrmaterial zum Kontakt mit dem Formkern bringt, Für die Herstellung eines Hohlprofilkörpers aus Keramik kann vorzugsweise von einem Abdruckverfahren nach dem Prinzip des Preßgießens Gebrauch gemacht werden, bei welchem der Formkern in eine Gießform eingebracht und zum Fließen gebrachtes Material unter Druck mit dem Formkern zum Kontakt gebracht wird0 Für das Verfahren nach der Erfindung ist zur Herstellung von Hohlprofllkörpern ein Material zu verwenden, das zum Fließen gebracht werden kann a,nd nach der Erstarrung eine Oberflächenbildung mit hoher Präzision und Oberflächengüte gewährleistet; so kann insbesondere auch thermoplastisches Material zum Einsatz kommen0 Ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestelltes Elektrodensystem zeichnet sich durch hohe Maßhaltigkeit bei einfacher Herstellung und verhältnismäßig geringem Kostenaufwand aus Dabei kann der Hohlprofilkörper, wie bei den bisher bekannten Elektrodensystemen der vorliegenden Art üblich, aus mehreren, axial hintereinander liegenden Teilen bestehen; durch die neue Gestaltung und das Herstellungsverfahren wird aber die vorteilhafte Möglichkeit gegeben, mit besonders einfachen Mitteln eine hohe Präzision dadurch zu gewährleisten, daß der zur Lagerung der Polstäbe dienende Hohlprofilkörper aus einem einzigen, längeren Stück besteht, dessen Länge der Länge der Polstäbe angepaßt ist.
Zur Lagerung der Polstäbe sind an dem Hohlprofilkörper vorzugsweise je zwei, einen Winkel einschließende Lagerflächen vorgesehen. Diese Lagerflächen können eben ausgebildet sein. Bei Verwendung von kreiszylindrischen Polstäben kommen diese alsdann mit je einer Mantellinie an den Lagerflächen des Hohlprofilkörpers zur Anlage Der Hohlprofilkörper mit derartig ebenen Lagerflächen läßt sich mit Vorteil aber auch zur Lagerung von Polstäben mit hyperbolischen Polflächen benutzen, indem diese an ihrer der Polfläche abgewandten Seite mit Führungs- und Stützflächen versehen sind, die den gleichen Winkel einschließen wie die Lagerflächen des Hohlprofilkörpers derart, daß sie die Symmetrieebene der Polfläche auf die Systemachse ausrichten.
Vorzugsweise liegen die benachbarten Lagerflächen für benachbarte Polstäbe jeweils in derselben Ebene. Für Quadrupolsysteme gelangt man dadurch zu einem im Profil quadratischen Hohlprofilkörper, der sich durch einfache Form und Herstellbarkeit auszeichnet.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung zu entnehmen. In der Zeichnung ist Fig. 1 eine schematische Darstellung eines nach dem sogenannten KPG-Verfahren arbeitenden Abdruckverfahrens zur Herstellung eines Elektrodensystems nach der Erfindung, Fig. 2 die schematische Darstellung eines nach dem Preßgießverfahren arbeitenden Abdruckverfahrens zur Herstellung eines Elektrodensystems nach der Erfindung, Fig. 3 Querschnitt durch ein Quadrupolsystem nach der Erfindung, mit kreiszylindrischen Polstäben, Fig. 4 Querschnitt durch ein Quadrupolsystem, mit Polstäben mit hyperbolischen Polflächen, Fig. 5 Draufsicht auf ein System nach Fig. 3 bzw, 4, mit einer aus zwei Teilen bestehenden hohlprofilförmigen Halterung,, Fig. 6 Draufsicht auf ein System nach Fig. 3 und 4, mit einer aus einem einzigen Stück bestehenden hohlprofilförmigen Halterung, Fig. 7 Querschnitt durch ein Hexapolsystem nach der Erfindung.
Die in Fig. 3 bis ó dargestellten Quadrupolsysteme, wie sie in Massenfiltern Verwendung finden, bestehen im wesentlichen aus vier gleichen Polstäben 1, deren Achsen zueinander prallel sind und in den Ecken eines Quadrates liegen Die Lagerung der Polstäbe 1 besteht aus einem Hohlprofilkörper 2, an dessen Innenseite Lagerflächen 4 für die Polstäbe vorgesehen sind.
Um die gewünschte Maßhaltigkeit über die ganze Länge des Hohlprofilkörpers 2 zu gewährleisten, erfolgt die Abbildung im Abdruckverfahren, bei welchem das zum Fließen gebrachte Material des Hohlprofilkörpers bis zum Erstarren an den Formkern K angedrückt wird. Durch diese Kontaktgabe bis zur Erstarrung wird gewährleistet, daß der Hohlprofilkörper in der Maßhaltigkeit seines Innenquerschnittes der Maßhaltigkeit des Außenquerschnittes des Formkernes K entspricht. Durch die Verwendung eines Formkernes 1ä13t sich ohne großen Aufwand eine hohe Maßhaltigkeit mit guter Konstanz von wenigen Mikrometern über die gesamte Länge des Hohlprofilkörpers erzielen.
Beim KPG-Verfahren nach Fig. 1 wird der Formkern K in ein ihn frei umschließendes Rohr, beispielsweise Glasrohr 4 eingeführt; sodann wird zwischen Außen- und Innenseite des Rohres 4, beispielsweise durch Evakuierung mit Hilfe einer Vakuumpumpe 5, ein Druckgefälle erzeugt. Das Material des Rohres wird sodann durch Erhitzung mit Hilfe eines axial verschiebbar angeordneten Ringofens 6 zum Fließen gebracht, so daß durch den äußeren Luftdruck das Glas eng an den Formkern K angedrückt wird. Nach Überwandern des gesamten Formkernes und Abkühlung kann dann wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des aus Stahl hergestellten Formkernes K und des aus Glas gebildeten Hohlprofilkörpers 2 der Formkern aus dem Hohlprofilkörper herausgezogen werden.
Bei dem in Fig 2 veranschaulichten Preßgießverfahren wird der Formkern K in eine Gießform F eingebracht und sodann zum Fließen gebrachtes Material unter Druck, beispielsweise mit Hilfe eines Kolbens, in den Hohlraum zwischen Formkern und Gießform gepreßt und damit zum Kontakt mit dem Formkern gebracht.derart, daß der innige Kontakt des Materials mit der Oberfläche des Formkernes bis zum Erstarren aufrechterhalten wird.
Ein solches Gießformverfahren läßt sich insbesondere zur Herstellung von Hohlprofilkörpern nach der Erfindung aus Keramik mit Erfolg einsetzen. Hierzu kann eim Keramikmasse beispielsweise unter Druck und/oder Wärmeanwendung erhärtet und anschließend vom Formkern befreit werden.
Sowohl beim KPG-Verfahren als auch beim Preßgießverfahren ist es vorteilhaft, den Hohlprofilkörper so zu gestalten, daß er über seinen ganzen Umfang eine im wesentlichen gleich große Wandstärke aufweist Beim Preßgießverfahren wird dies durch entsprechende Anpassung der Innenwandung der Gießform an die Außenwandung des Formkernes verwirklicht; beim KPG-Verfahren ergibt sich ein entsprechender sowohl innerer als auch äußerer Wandverlauf durch Verwendung eines Ausgangsrohres bestimmter Wandstärke, wobei durch Wahl der Wandstärke dafür zu sorgen ist, daß die durch das Fließen des Materials sich ergebenden Wandstärkenunterschiede am Hohlprofilkörper nicht zu unzulässig kleinen Wandstärken führen.
Zur Montage der Polstäbe 1 in dem Hohlprofilkörper 2 können Schrauben 7 vorgesehen sein, durch die, unter Zuhilfenahme von Federn 8 die Polstäbe 1 an den als Führungs- und Stützflächen wirksamen Lagerflächen 3 der vier Ecken im Inneren des Hohlprofilkörpers 2 zur Anlage gebracht werden0 Mit einer Lagerung gleicher Art lassen sich auch Quadrupolsysteme mit hyperbolischen Polflächen herstellen, wie in Fgo4 veranschaulicht ist0 Dabei sind die Polstäbe 1' mit ihren hyperbolischen Polflächen 1a an ihrer der hyperbolischen Polfläche abgewandten Seite mit Führungs- und Stützflächen 1b,1c versehen, die an den Lagerflächen 3 zur Anlage kommen und dadurch die Symmetrieebene 1d der Polfläche 1a auf die Systemachse 0 ausrichten.
Je nach den vorliegenden Verhältnissen und der geforderten Maßhaltigkeit kann die Halterung, wie in Fig. 5 dargestellt, geteilt sein (2a, 2b) oder, wie in Fig. 6 dargestellt, aus einem Stück bestehen.
Die Erfindung ist nicht auf Quadrupolsysteme beschränkt, sondern läßt sich sinngemäß auf beliebige Multipole (einschließlich Monopole) anwenden; in Fig0 7 ist der Querschnitt durch ein Hexapolsystem mit Hohlprofilkörpern 2' nach der Erfindung veranschaulicht, das mit kreiszylindrischen Polstäben 1 ausgerüstet ist.
Die Polstäbe können aus Metall hergestellt sein oder aus Isolierstoff bestehen und, in letzterem Fall, mit elektrisch leitenden Polflächen versehen werden.
Anstelle des KPG-Verfahrens kann auch ein anderes Abdruckverfahren eingesetzt werden, das in Verbindung mit dem verwendeten Material die geforderte Maßhaltigkeit gewährleistet Ein solches Abdruckverfahren läßt sich gegebenenfalls auch an vorgeformten hohlprofilförmigen Halteru,ngen einsetzen, um an diesen die Lagerflächen mit der geforderten hohen Maßhaltigkeit nachzuformen

Claims

PATENTANSPRÜCHE: Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems für Multipole, einschließlich Monopole, insbesondere für Massenfilter, mit einem oder mehreren Polstäben, die elektrisch leitende Polflächen aufweisen und mit einem als Lager für die Polstäbe dienenden Hohlprofilkörper, an dessen Innenseite Lagerflächen für die Polstäbe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilkörper (2) in einem Abdruckverfahren hergestellt wird, bei welchem (a) ein der Form und Anordnung seiner Lagerflächen (3) mit hoher Präzision entsprechender Formkern (K), vorzugsweise aus Stahl, hergestellt, (b) Material zur Bildung des Hohlprofilkörpers zum Fließen und mit dem Formkern in Kontakt gebracht und (c) der Formkern nach dem Erstarren des Hohlprofilkörpers aus dem Hohlprofilkörper herausgenommen wird.
2 Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausübung eines Abdruckverfahrens-nach dem Prinzip des KPG-Verfahrens, indem der Formkern (K) in ein ihn frei umschließendes Rohr (4) eingeführt und zwischen Außen- und Innenseite des Rohres, vorzugsweise durch Evakufierung des Rohres, ein Druckgefälle erzeugt wird, welches das zum Fließen gebrachte Rohrmaterial zum Kontakt mit dem Formkern bringt.
30 Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausübung eines Abdruckverfahrens nach dem Prinzip des Preßgießens, indem der Formkern (K) in eine Gießform (F) eingebracht und zum Fließen gebrachtes Material unter Druck mit den Formkern zum Kontakt gebracht wird.
4. Elektrodensystem für Multipole, einschließlich Monopole, insbesondere Massenfilter, mit einem oder mehreren Polstäben, die elektrisch leitende Polflächen aufweisen und mit einem als Lager für die Polstäbe dienenden Hohlprofilkörper, an dessen Innenseite Lagerflächen für die Polstäbe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilkörper (2) einen Abdruck eines der Form und Anordnung der Lagerflächen (3) entsprechenden Formkernes (K) darstellt.
5. Elektrodensystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen nach dem Prinzip des KPG-Verfahrens hergestellten Hohlprofilkörper (2).
6. Elektrodensystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen nach dem Prinzip des Preßgießens hergestellten Hohlprofilkörper (2).
7. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sein Hohlprofilkörper (2) aus thermoplastischem Material besteht.
8. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sein Hohlprofilkörper (2) aus gießbarem Material besteht.
9. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sein Hohlprofilkörper (2) aus Glas besteht.
10. Elektrodensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sein Hohlprofilkörper (2) aus Keramik besteht.
11. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Polstab (1) zwei einen Winkel einschließende Lagerflächen (3) am Hohlprofilkörper (2) vorgesehen sind.
12. Elektrodensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerflächen (3) eben ausgebildet sind.
13. Elektrodensystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß kreiszylindrische Polstäbe (1) vorgesehen sind, die mit je einer Mantellinie an den Lagerflächen (3) des Hohlprofilkörpers (2) anliegen.
14. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Polstäbe (1) mit hyperbolischen Polflächen (1a) versehen sind, die an ihrer der Polfläche abgewandten Seite mit Führungs- und Stützflächen (1b, 1c) versehen sind.
15. Elektrodensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- und Stützflächen(lb-, 1c) den gleichen Winkel einschließen wie die Lagerflächen (3) des Hohlprofilkörpers (2), so daß sie die Symmetrieebene (7d) der Polfläche auf die Systemachse (0) ausrichten.
16. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 11 lis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Lagerflächen (3) für benachbarte Polstäbe (1) in derselben Ebene liegen
17. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilkörper (2) aus mehreren, axial hintereinander liegenden Teilen besteht.
18. Elektrodensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlprofilkörper (2) aus einem Stück besteht.