DE2824637C2

DE2824637C2 - Mehrfachstift-Vakuum-Durchführung

Info

Publication number: DE2824637C2
Application number: DE2824637A
Authority: DE
Inventors: Hajime Ibaraki Ishimaru
Original assignee: NATIONAL LABORATORY FOR HIGH ENERGY PHYSICS OOHOMACHI IBARAKI JP
Current assignee: NATIONAL LABORATORY FOR HIGH ENERGY PHYSICS OOHOMACHI IBARAKI JP
Priority date: 1977-06-05
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1982-03-11
Also published as: GB1578918A; FR2393446A1; US4176901A; JPS54788A; JPS5534544B2; FR2393446B1; DE2824637A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachstift-Vakuum-Durchführung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Durchführungen der infrage stehenden Art, die im Zusammenhang mit Behältern hochevakuierter Geräte, beispielsweise für die elektrische Vielkontakt-Verbindung mit einem Monitor in einem Protonen-Synchrotron od. dgl. Verwendung finden, werden vor dem Einsatz hohen Temperaturen im Sinne eines Ausbrennens oder Temperns ausgesetzt. Weitere Wärmebelastungen treten durch das Dichtschweißen bei Einbau der Durchführung in die Wandung des Vakuumbehälters und während des Betriebes, wie Ausheizzyklus im Zuge der Vakuumherstellung, auf. Daneben ist die Durchführung vor dem Einbau durch Transport, Abstellen auf Unterlagen und dergleichen Stoßbelastungen ausgc setzt und im Betrieb durch das Verbinden und Trennen von Anschkißleitungen Stoß- und Biegebelaslungcn an

den Kontaktstiften unterworfen.

Durch all diese Belastungen ist der aufgrund der Verwendung aus entsprechend wärme- und strahlungsbelastbarer sowie hochisolierfähiger Keramik bestehende Stifthalter der Gefahr von Beschädigungen wie Brüchen und Rißbildungen ausgesetzt, die angesichts der erforderlichen Dichtigkeit unter Hochvakuumbeaufschlagung die Durchführung unbrauchbar machen.

Bei einer bekannten Durchführung der eingangs genannten Art (DE-GM 18 67 491), ist der keramische Stifthalter an dem zur Atmosphäre hin gerichteten Ende des Metallzylinders angeschlossen, und zwar über seine gesamte Mantelfläche hinweg von der Innenwandung des Zylinderendbereichs vakuumdicht eingefaßt, so daß die Befestigung der Kontaktstifte in dem Stiithalter und dessen Befestigung in dem Metallzylinder im selben Radialebenenbereich liegen. Die unter den vorerwähnten Temperaturbeaufschlagungen auftretenden Belastungen müssen damit ausschließlich durch die radiale Festigkeit des Stifthalters aufgenommen werden.

Der an dem einen Ende des Metallzylinders befestigte Stifthaiter ist an seiner der Atmosphäre zugewandten Seite gegen Stoßbelastungen ungeschützt und somit durch Handhabung entsprechend gefährdet Dies gilt in verstärktem Maße für Belastungen, die über Stoß- und/oder Biegebelastungen über die weit vorstehenden Kontaktstifte eingeleitet werden, die nicht nur zur Atmosphäre frei abstehen, sondern auch an der Vakuumseite das entsprechende Ende des Metallzylinders ungeschützt überragen.

Die Festlegung der Kontaktstifte erfolgt über die gesamte Dicke der den Stifthalter bildenden Keramikscheibe, wodurch die Kontaktstifte entsprechend biegesteif gehalten sind, so daß seitlich aufgebrachte Belastungen und Stöße entsprechend wenig gedämpft auf das Keramikmaterial übertragen werden.

Bei einer weiteren bekannten Durchführung (»ELEK-TRO-Anzeiger« 1973, Nr. 3) ist der aus Di uckglas bestehende Stifthalter über eine Einschweißhülse praktisch unmittelbar an der Vaküsim-Behälterwandung festgelegt, so daß zu den vorerwähnten Nachteilen noch die durch das Schweißen aufgebrachte Wärmebelastung unmittelbar den Stifthalter trifft.

Bei weiteren, Glas als Stifthalterwerkstoff verwendenden Durchführungen ist es für sich bekannt, die Kontaktstifte von den entsprechenden Enden des Metallzylinders zurückversetzt endend auszubilden, so daß sie insoweit vor Stoßbelastungen geschützt sind (US-PS 39 98 515 und DE-OS 20 36 201). Bei einer solchen Glas-Durchführung ist es darüberhinaus bekannt, die Aufnahmeöffnungen für die Kontaktstifte angesenkt auszubilden (DE-OS 20 36 201).

Schließlich ist eine elektrische Vielfachdurchführung für schlagwettergeschützte, druckfeste Gehäuse bekannt (DE-AS 14 90 303), bei welcher ein axial langgestreckter Keramikkörper mit einer auf einen axial wesentlich kürzeren Bereich beschränkten metallischen Schraubhülse versehen ist. Der Keramikkörper ist mit den ihn durchgreifenden Kontaktstiften im Mündungsbereich der dafür vorgesehenen öffnungen verlötet, während die Verlötung mit der Hülse zwangsläufig an einer axial beabstandeten Stelle erfolgt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Durchführung der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber thermischen und mechanisch bedingten Belastungen widerstandsfähiger ist.

Bei einer Durchführung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die im

Anspruch I gekennzeichneten Merkmale.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Stifthalters im Inneren des Metallzylinders von dessen beiden Enden beabstandet und montageerleichternd lagegerecht abgestützt auf einer inneren Abstufung sowie durch die erfindungsgemäße Ausbildung der beidseitig des Stifthalters abragenden Wandungsabschnitte derart lang, daß sie die Steckabschnitte an den jeweils zugeordneten Enden der Kontaktstifte Oberragen, wird der Stifthalte- vor mechanisch bedingten Belastungen abgeschirmt. Der an seinem äußeren Ende mit der Behälterwandung verschweißte dünne und wegen des Überragens der ihm zugeordneten Steckerenden erfindungsgemäß entsprechend lang ausgebildete Wandungsabschnitt hält die durch das Schweißen bedingten Belastungen von dem Stifthalter fern, weil dadurch auftretende Verformungen von ihm absorbiert werden.

Die erfindungsgemäße Lage der Befestigungsstellen zwischen dem Stifthalter und dem Metallzylinder einerseits und zwischen dem Stifthalter und den Kontaktstiften andererseits in axial beabstandeten Radialebenen bedingt eine günstige Verteilung der unter den fraglichen Belastungen in dem Stifthalter auftretenden Kräfte.

Schließlich wird durch die erfindungsgemäß an der der Atmosphäre zugewandten Seite des Stifthalters für jeden Kontaktstift vorgesehene erweiterte, konzentrische Vertiefung erreicht, daß die für eine Biegebeanspruchung wirksame Länge der Steckerstifte entsprechend erhöht wird, so daß radiale Stoßbelas'.ungen auf die Steckerstifte besser abgefangen werden können und damit weniger stark auf den Stifthalter durchgreifen.

Der dicke Wandungsabschnitt des Metallzylinders kann neben der Abschirmung der von ihm umfaßten, der Atmosphäre zugewandten Kontaktstiftabschnitte der führungssicheren Aufnahme eines Kupplungssteckers dienen, dessen Buchsen durch Nut-Feder-Ausbildungen an dem Wandungsabschnitt und der Kupplungshülse lagegerecht auf die Steckabschnitte der Kontaktstifte zwangsausgerichtet werden können. Durch diese Ausrichtung und Führung wird erreicht, daß die Kontaktstifte bei Aufstecken und Abziehen der Kupplung möglichst wenig Stoß- oder Biegebelastungen auf den Stifthalter ausüben.

Durch die gemäß Ansprach 2 als bevorzugt gekennzeichnete Festlegung des Stifthalters im Mittelbereich seiner Mantelfläche wird unter anderem dafür Sorge getragen, daß die lagegerechte Abstützung des Stifthalters an der inneren Abstufung des Metallzylindeis durch Befestigungsmaßnahmen nicht beeinträchtigt wird

Die gemäß Anspruch 3 als bevorzugt gekennzeichnete Ausbildung einer verjüngten Zone des Stifthalters im selben Radialbereich wie die Stelle der Festlegung der Kontaktstifte an dem Stifthalter unterstützt die Sicherstellung der axialen Beabstandung der Festlegestellen zwischen dem Stifthalter und den Kontaktstiften einerseits und dem Stifthalter und dem Metallzylinder andererseits.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert. Es reift

Fig. 1 eine Seitenansicht auf das dem Behälterinneren zugewandte axiale Ende des Ausführungsbeispieles;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf das andere axiale Ende des Ausführungsbeispi'eles;

Fig.3 die Darstellung eines Teilschnittes nach de!* Linie m-Ill in F ig. 2;

Fig.4 die Seitenansicht eines Buchsenstiftes, der auf

einen Kontaktstift des Ausführungsbeispieles aufsetzbar isu

Die Durchführung nach dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel weist einen Metallzylinder 1 auf, der beispielsweise aus einer unter Verwendung von Eisen, Nickel, Kobalt und dergleichen gebildeten Legierung besteht. Der Metallzylinder umfaßt einen dünnen zylindrischen Wandungsabschnitt la und einen dicken, zylindrischen Wandungsabschnitt ib. Im Trennungsbereich zwischen den beiden Wandungsabschnitten la und \b ist an der Innenwandung des Metallzylinders 1 eine Abstufung Ic ausgebildet.

Ein scheibenförmiger Stifthalter 2 aus Keramik (zum Beispiel Aluminiumoxyd bzw. Tonerde, 98%), der als elektrischer Isolator dient, ist in den Metallzylinder 1 derart eingefügt, daß er an der Abstufung Ic anliegt Der Stifthalter 2 ist im wesentlichen im Mittelbereich seiner Mantelfläche 2b dichtend an der Zyiinderinnenwandung festgelegt und zwar mit Ausnahme einer verjüngten Zone 2a der Oberfläche, die dem Vakuum zugewandt ist.

Der Stifthalter 2 trägt eine Vieb. iil von Kontaktstiften 3 (zum Beispie! 22 Kontaktstifte Leä~i beschriebenen Ausführungsbeispiel), die durch den Stifthalter parallel zur Achse des Metallzylinders 1 und parallel zueinander, regelmäßig voneinander beabstandet und dichtend festgelegt hindurchgeführt sind. Die Stelle A, an der die Kontaktstifte 3 dichtend an dem Stifthalter 2 festgelegt sind, ist in axialer Richtung nicht identisch mit der Stelle B, an der der Stifthalter 2 dichtend an der Innenwandung des Metallzylinders 1 festgelegt bt

Die Kontaktstifte 3 sind ebenfalls aus Legierungen, beispielsweise unter Verwendung von Eisen, Nickel, Kobalt und dergleichen, gefertigt und weisen wie der Metallzylinder 1 eine Vergoldung bzw. Goldbeschichtung bis zu einer Dicke von ca. 2 μιη auf, um eine Rostbildung während der Wärmebehandlung zu verhindern. Das äußere Ende id des schirmartigen, dünnen Wandungsabschnittes la ist jedoch nicht goldbeschichtet, um eine gute Schweißfähigkeit sichcrzust;llen. In der Einbaulage ist das nicht beschichtete Ende Ic/mit der Kante 4a der in der Vakuumbehälterwandung 4 vorgesehenen Einsetzöffnung über eine Dichtungsschweißnaht 5 verbunden.

Abgerundete Abschnitte 3a'und 36'sind jeweils am Ende der Abschnitte 3a und 3b' eines jeden Kontaktstiftes 3 ausgebildet, dessen einer 3a der Atmosphäre und dessen anderer 3b dem Vakuum ausgesetzt ist Eine erweiterte Vertiefung 2c ist in den für die Aufnahme der Kontaktstifte vorgesehenen Öffnungen des Stifthalters 2 derart vorgesehen, daß insbesondere der der Atmosphäre ausgesetzte Abschnitt 3a eines jeden Kontaktstiftes eine ausreichende radiale Flexibilität aufweist. Die Kontaktgifte 3 sind in einem regelmäßiger geometrischen Muster angeordnet, so daß eine der Zahl der Kontaktstifte entsprechende elektrische Vielfachverbinduiig durch Verwendung eines nicht dargestellten, handelsüblichen Steckers gleichzeitig erfolgen kann, dessen Buchsen entsprechend an die Kontaktstifte 3 angepaßt ausgebildet sind. >

Wie aus den F ι g. 2 und 3 ersichtlich, ist eine Vielzahl von Aussparungen 6 und Vorsprüngen 7 an der Innenbzw, der Außenwandung des dicken War.dungsabschnittes ib derart vorgesehen, daß sie in entsprechende, jeweils am Stecker vorgesehene Vorsprünge und Aussparungen eingreifen können.

In analoger Weise kann der dem Vakuum ausgesetzte Abschnitt ib eines jeden Kontaktstiftes 3 durch Verwendung eines ähnlich ausgebildeten Steckers

elektrisch angeschlossen werden. Auch können einzelne Verbindungsstifte 8 Verwendung finden, die einen Endes eine Buchsenöffnung 8a und anderen Endes eine Drahtanschlußausbildung 8i>aufweisen (F i g. 4).

Beim Anschweißen der Durchführung an die Vakuumbehälterwandung 4 absorbiert der schirmartige dünne Wandungsabschnitt la die durch das Schweißen hervorgerufene Verformung bzw. Verzerrung zumindest weitgehend und schützt dabei den zerbrechlichen Keramik-Stifthalter 2, der eine elektrische Isolierung n zwischen dem Metallzylinder I und den Kontaktgiften 3 bildet. Nach Beendigung des Schweißvorganges wird die geschweißte Fläche gereinigt, und zwar durch Sandstrahlen.

In einem Test mit einem Helium-Leck-Detektor ■ \ erwies sich, daß diese Mehrfachstift-Vakinim-Durchfiihrung eine Leckrate von weniger als ca. IO '"barem'see. ^: aufweist.

Beide Enden 3a'und 3b der Kontaktstiftc 3 sind von den jeweiligen Enden des Metallzylinders I aus zurückversetzt ausgebildet, wodurch die Enden 3a'und 3b' frei von Stoßeinwirkungen bleiben, wenn die Durchführung im ausgebauten Zustand auf einen Tisch od. dgl. gestellt wird. Auch sind die Stoßbelastungen bei Einführen in entsprechende Buchsenteile geringer zu halten. Folglich kann eine Beeinträchtigung der Luftdichtigkeit an den Stellen A und B sowie ein Springen oder Brechen des Stifthalters 2 sicher vermieden werden.

Da der elektrisch isolierende Stifthalter 2 der Durchführung aus Keramik besteht, bleibt er stabil und verliert nichts an Wirkung, wie zum Beispiel eine Isoliereinrichtung aus Kunststoff, und dies selbst dann, wenn er mit starken radioaktiven Strahlen beaufschlagt wird.

Die Durchführung, die eine Gruppe von Kontaktstif-

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die Keramik dichtend aneinander festgelegt sind, genügend mechanische Festigkeit aufweisen und in axialer Richtung nicht identisch sind bzw. in axial beabstandeten Radialbereichen liegen, kann die Durchführung einem Ausheizzyklus bzw. einer Wärmebelastung von JOO⁰C standhalten

ren Stifthalter fest und sicher hält, zeigt eine gute Widerstandsfähigkeit gegen hohes Vakuum, Wärmebeaufschlagung und starke radioaktive Strahlung. Darüberhinaus ist diese Durchführung in Aufbau und Einbau leicht zu handhaben und gestaltet elektrische Anschlußarbeiten besonders einfach.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrfachstift-Vakuum-Durchführung mit einem zu brennenden scheibenförmigen Stifthalter aus Keramik, der in einem dünnwandigen Metallzylinder angeordnet ist und an dessen Innenwandung vakuumdicht anliegt, und mit einer Vielzahl parallel zueinander angeordneter, als Steckstifte ausgebildeter Kontaktstifte aus Metall, die durch den Stifthalter hindurchgeführt und in ihm vakuumdicht festgelegt sind, wobei der Metallzylinder einen Endes in eine Ausnehmung einer Vakuumbehälterwandung eingesetzt und mit dieser über einen kurzen Randbereich anliegend vakuumdicht verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stifthalter (2) von beiden Enden des Metallzylinders (1) beabstandet an einer inneren Abstuftung (ic) anliegt, die von einem von der Dichtungsschweißnaht (5) abgehenden dünnen (la) und einem dicken (Ib) Wandungsabschnitt gebildet wird,

daß die Steckabschnitte (3a', 3b') an den beiden Enden der Kontaktstifte (3) gegenüber den entsprechenden Enden des Metallzylinders (1) zurückgesetzt sind,

daß der Stifthalter (2) an einer Stelle (B) an der Zylinderinnenwandung festgelegt ist, die einen axialen Abstand von der Stelle (A) aufweist, an welcher die Kontaktstifte (3) in dem Stifthalter (2) festgelegt sind

und daß der Stifthalter (2) auf seiner der Dichtungsschweißnaht (5) gegenüberliegenden, der Atmosphäre zugewandten Seite für jeden Kontaktstift (3) eine erweiterte konzentrische Vertiefung (2c) aufweist

2. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stifthalter (2) etwa im Mittelbereich seiner Mantelfläche (2b) an der Innenfläche des dünnen Wandungsabschnittes (la,! des Metallzylinders (1) vakuumdicht festgelegt ist.

3. Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine verjüngte Zone (2a) Jes Stifthalters (2) im selben Radialbereich wie die Stelle (A) der Festlegung der Kontaktstifte (3) an dem Stifthalter (2) vorgesehen ist, die dem Inneren des Vakuumbehälters (4) zugewandt ist.