DE2524217C3 - Hochspannungsdurchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsdurchführung für eine in Helium des Temperaturbereiches von K bis unterhalb 1,8 K angeordnete Einrichtung, in deren Innenraum Drucke im Bereich von ΙΟ-⁶ bi' unterhalb 10~¹⁵ mbar auftreten.

Es ist eine Hochspannungsdurchführung für tiefgekühlte Geräte bekannt (DD-PS 87 082), deren Durchführungsbolzen gegen die auf Erdpotential liegenden Bauteile durch einen Isolierkörper aus einem Plastikmaterial getrennt ist Kegelförmig ausgebildete Teile des Durchführungsbolzens und des Isolierkörpers werden durch eine mit dem Durchführungsbolzen verschraubte Mutter gegeneinander gepreßt Ein Außenkegel des Isolierkörpers ist in eine ringförmige Schneide gedrückt und soll durch den Innendruck des Kryostaten dort gehalten werden.

Eine derartige Durchführung kann weder den gestellten kryotechnischen noch den vakuumtechnischen Anforderungen genügen, insbesondere dann nicht wenn der Innendruck kleiner als der Außendruck ist

Bei einer anderen bekannten Hochspannungsdurchführung (US-PS 31 53 115) ist das Hochspannungskabel über ein federndes Zwischenstück mit einem Bolzen verbunden, der Teil eines mit einem rohrförmigen Isolierkörper verschraubten und mit einer Ringdichtung abgedichteten Flansches ist

Hier wird zwar der Kriechweg durch Isolierrohre verlängert aber dennoch könnte nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden, daß superfluides Helium in den Bereich zwischen auf Erdpotential und auf Hochspannungspotential liegende Bauteile gelangt und dabei Glutfunkenentladungen und elektrische Durchbrüche auftreten.

Der Betrieb von Rezipienten im Bereich von Temperaturen von 4 K und darunter ist nur unter bestimmten Voraussetzungen möglich. Eine dieser Voraussetzungen besteht in der Erzeugung und Messung des Vakuums in dem Rezipienten. Aus kältetechnischen Gründen können sowohl zum Erzeugen als auch zum Messen des Vakuums nur solche Methoden eingesetzt werden, bei deren Anwendung keine zusätzliche Wärme erzeugt oder in den Heliumraum hineintransportiert wird.

Die Penning-Röhre erfüllt diese Bedingungen, denn sie eignet sich als Ionenpumpe zur Vakuumerzeugung und als Kaltkathoden- lonisationsmanometer zur Druckmessung und hat ihren Arbeitsbereich zwischen 10-⁴ und kleiner 10-" mbar,. also in dem für die Kryotechnik benutzten Druckbereich. Eine nach dem Penning-Prinzip arbeitende Einrichtung, also die loneni pumpe ebenso wie das Kaltkathoden-Ionisationsmanometer, benötigt eine 3 bis 6 KV-Hochspannungszuleitung vom Netzgerät zur Pumpe bzw. Meßröhre.

Beim Einstellen der Betriebstemperatur von 1,8 K

wird der Druck auf dem Heliumbad von 4,2 K durch ' Evakuieren auf etwa 12 mbar herabgesetzt, damit Helium verdampft und das Bad durch Entzug der Verdampfungswärme auf 1,8 K abkühlt.

Die Hochspannungsdurchführungen der Pump- und Meßelemente sind mit ihrer Außenseitein der über dem • flüssigen Helium liegenden Dampfphase von 12 mbar angeordnet, während an der Innenseite ein Druck von 10-⁶ bis kleiner 10—^IS mbar herrscht. Die Durchschlagsfestigkeit des Heliums fällt in diesem Druckbereich sehr stark ab, so daß die Gefahr von Gleitfunkenentladungen ) an der Oberfläche des Durchführungsisolators besteht und damit eine erhebliche Herabsetzung der Betriebssicherheit eintreten kann. Unabhängig vom o. g. Betriebszustand führt auch bei Normaltemperatur ein Heliumleck zu elektrischen Durchbrüchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsdurchführung zu schaffen, die auch unter den extremen Bedingungen des Ultrahochvakuums und in superfluidem Helium frei bleibt von

Durchschlägen und Oberschlägen und deshalb eine hohe Betriebssicherheit erreicht

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Durchführungsisolator mit einem Durchführungsbolzen von einer glockenförmigen Hülse umschlossen ist, und daß die Hülse an das Gehäuse der mit Hochspannung zu versorgenden Einrichtung und an das die Hochspannung zuführende Kabel heliumdicht angeschlossen ist

Durch diese Maßnahme wird in relativ einfacher Weise verhindert, daß Helium zwischen Hochspannungsader und auf Erdpotential befindliche Bauteile gelangen kann.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das als Dichtfläche ausgebildete untere Ende der Hülse in eine Ringnut eines mit dem Gehäuse fest verbundenen Flansches zu pressen und am Grund der Ringnut eine Dichtung aus Indiumdraht anzuordnen, sowie in das obere Ende der glockenförmigen Hülse eine abgestufte Bohrung einzubringen, deren äußerer vom Durchführungsisolator abgewandter Teil einen größeren Durchmesser hat und eine mit dem Hochspannungskabel heiiumdicht verbundene Muffe aufnimmt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die aus Plastikmaterial bestehende Muffe an ihrem oberen Ende an das Isoliermaterial des Hochspannungskabels heliumdicht angeschlossen, die Kabelseele am unteren Ende der Muffe mit einer Klemme verschraubt, und auf das untere verjüngte Ende der Klemme eine Schraubenfeder aufgesteckt, die in eine Bohrung der glockenförmigen Hülse hineinragt und einen federnden Kontakt mit dem Durchführungsbolzen herstellt.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß mit einfachen Mitteln die Hochspannungsversorgung von in einem Kryostaten angeordneten Einrichtungen auch dann sichergestellt ist, wenn extreme Betriebsbedingungen die Anforderungen an die elektrische Festigkeit von Isolieranordnungen weit über das normale Maß erhöhen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 Schiimatische Darstellung eines Kryostaten mit Kaltkathoden-Ionisationsmanometer und Ionenpumpe.

F i g. 2 SchnUt einer Hochspannungsdurchführung für eine UHV-RoIVe.

In Fig. 1 INt ein Kryostat mit Penningsystemen dargestellt. Eil¹ Kryostat aus einem Doppelwandbehälter 1 mit eir'em Isoliervakuum 2 von weniger als 10-⁵mbar umschließt einen Behälter 3 mit einem Deflektorvakuum 4 von weniger als 10 ⁸ mbar. Der Behälter 3 befindet sich in einem Heliumbad 5 von zunächst 4,2 K. Durch Vakuumpumpen wird der Druck der über dem Heliumbad bestehenden Heliumatmosphäre auf etwa 12 mbar herabgesetzt Dabei verdampft Helium und durch Entzug der Verdampfungswärme reduziert sich die Badtemperatur auf 1,8 K. Der Druck im Behälter 3 wird mit einer Vakuumpumpe 6

κι eingestellt mit zwei Ionenpumpen 7 gehalten und mit einem Kaltkathoden-Ionisationsmanometer 8 gemessen.

Die Hochspannungsversorgung der nach dem Penningprinzip arbeitenden Ionenpumpen 7 und des

r. lonisationsmanometers 8 erfolgt über durch den Doppelwandbehälter 1 hindurchgeführte Hochspannungskabel 9, die in die Ionenpumpen 7 und das Kaltkathodenionisationsmanometer 8 über Hochspannungsdurchführungen 10 eingeführt sind.

,•ο F i g. 2 zeigt einen Axialschnitt durch eine derartige Hochspannungsdurchführung 10. Der Durchführungsbolzen 11 wird von einem rohrförmigen Isolator 12 umschlossen und ist mit diesem durch eine am Isolator 12 verlötete und am Durchführungsbolzen 11 ver-

_'■-> schweißte Metallmanschette 13 heliumdicht verbunden. Am Kopfteil der Penningröhre 7 ist ein Flansch 14 angeschweißt in dessen zentrale Bohrung 15 der Durchführungsbolzen 11 und der Isolator 12 hineinragt und eine am Isolator 12 angelötete und am Flansch 14

in verschweißte Metallmanschette 16 den Innenraum der Penningröhre nach oben abschließt. In eine Ringnut 17 des Flansches 14 ist eine glockenförmige, den Isolator 12 umschließende Hülse 18 gesteckt und mit einem an einer ringförmigen Schulter 19 der Hülse 18 angreifenden

r> Überwurf 20 und an dessen Außenseite angeordneten, mit dem Flansch 14 verbundenen Schrauben 21 gegen die am Grund der Nut 17 angeordnete Dichtung 22 aus Indiumdraht gepreßt. Der Durchführungsbolzen 11 ragt mit seinem oberen verjüngten Ende 23 in den unteren

ίο Teil einer abgestuften Bohrung 24 der Hülse 18 und drückt dort gegen eine Schraubenfeder 25.

Das Hochspannungskabel 9 ist abisoliert und in der Bohrung 27 einer Muffe 28 aus GFK-Material mit Kunstharz verklebt. Die Kabelseele 29 ist am unteren

r, Ende der Muffe mit einer Klemme 30 verschraubt, auf deren unteres verjüngtes Ende die Schraubenfeder 25 gesteckt ist. Die Muffe 28 ist in dem vom Durchführungsisolator 12 angewandten Teil der abgestuften Bohrung 24 mit Kunstharz verklebt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hochspannungsdurchführung für eine in Helium des Temperaturbereichs von 290 K bis unterhalb 1,8 K angeordnete Einrichtung, in deren Innenraum Drucke im Bereich von 10~⁶ bis unterhalb 10-'⁵mbar auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchführungsisolator (12) mit einem Durchführungsbolzen (11) von einer glockenförmigen Hülse (18) an das Gehäuse der mit Hochspannung zu versorgenden Einrichtung (7, 8) und an das die Hochspannung zuführende Kabel (9) angeschlossen ist

2. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Dichtfläche ausgebildete untere Ende der Hülse (18) in eine Ringnut (17) eines mit dem Gehäuse fest verbundenen Flansches (14) gepreßt ist, und daß am Grund der Ringnut (17) eine Dichtung (22) aus Indiumdraht angeordnet ist

3. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das obere Ende der glockenförmigen Hülse (18) eine abgestufte Bohrung (24) eingebracht ist, deren äußerer, vom Durchführungsisolator (12) abgewandter Teil einen größeren Durchmesser hat und eine mit dem Hochspannungskabel (26) heliumdicht verbundene Muffe (28) aufnimmt.

4. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus GfK-Material bestehende Muffe (28) an ihrem oberen Ende an das Isoliermaterial des Hochspannungskabels (26) heliumdicht angeschlossen ist, daß die Kabelseele (29) am unteren Ende der Muffe (28) von einer Klemme (30) verschraubt ist, und daß auf das untere verjüngte Ende der Klemme (30) eine Schraubenfeder (25) aufgesteckt ist, die in die abgestufte Bohrung (24) de·- glockenförmigen Hülse (18) hineinragt und einen federnden Kontakt mit dem Durchführungsbolzen (H) herstellt.

5. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überwurf (20) an einer ringförmigen Schulter (19) der glockenförmigen Hülse (18) angreift und mit am Umfang verteilten Schrauben (21) mit dem Flansch (14) des Gehäuses verbunden ist.

6. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopf des Durchführungsisolators (12) eine dünnwandige, mit dem Durchführungsbolzen (11) verschweißte erste Metallmanschette (13) angelötet ist.

7. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Durchführungsisolators (11) eine dünnwandige, mit dem Flansch (14) des Gehäuses verschweißte zweite Metallmanschette (16) angelötet ist.