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Die Erfindung betrifft eine Schleuse zum Einbringen von Proben aus der Atmosphäre in einen Vakuumraum nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei vielen Experimenten z. B. am Strahl eines Schwerionenbeschleunigers besteht das Problem, eine Probe von der Atmosphäre in eine Vakuumkammer einzubringen. Die Arbeitsweise herkömmlicher Schleusen ist wie folgt:
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Mit einem Schieber wird die Vakuumkammer von einer Schleuse getrennt. Die Schleuse wird geöffnet und die Probe in eine Verschiebevorrichtung in die Schleuse eingelegt. Dann wird die Schleuse geschlossen, abgepumpt, der Schieber zur Vakuumkammer geöffnet und jetzt erst kann die Probe über eine gasdichte Stange in die Vakuumkammer geschoben werden. Weiterhin sind aus der Technik Schleusenvorrichtungen bekannt, die sich eines Drehkörpers bedienen, in welchem magazinartig Halterungen vorhanden sind.
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Aus der DE-AS 10 00 562 ist eine Schleuse der eingangs genannten Art bekannt. Auch bei dieser Schleuse muß zum Einbringen der Probe in den Vakuumraum ein Raum zum Einlegen der Probe entlüftet, geöffnet, verschlossen und dann wieder evakuiert werden, bevor die Probe an ihren eigentlichen Bestimmungsort gelangen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, nun eine Schleuse der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welcher der Zeitaufwand für einen Probewechsel möglichst gering ist und die die nötige Abdichtung aufweist, die zum Einbringen an bewegten Teilen in Hochvakuumanlagen nötig ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt nun die vorliegende Erfindung die Merkmale vor, die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannt sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.
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Bei einer Schleuse dieser vorgeschlagenen Bauart bestimmt lediglich die Bestrahlungszeit einer Probe die Zeit für den Wechsel. Das bedeutet einen großen Durchsatz an Proben und dadurch eine sehr gute Ausnützung der zur Verfügung stehenden Strahlzeit.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt
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die Fig. 1 einen schematischen Seitenschnitt durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schleuse und
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die Fig. 2 einen schematischen Höhenschnitt derselben.
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Wie aus beiden Figuren hervorgeht, besteht das Hauptelement der Schleuse aus der Kugel 1, die um die Achse 2 drehbar ist, wobei der Antrieb zum Drehen nicht näher dargestellt ist. Dieser Antrieb liegt außerhalb des eigentlichen Vakuumraumes und ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Mit Hilfe der Schleuse sollen nun Proben 3 aus der Atmosphäre 4 in eine Bestrahlungsposition transportiert werden, in welcher eine Bestrahlung durch einen, im Vakuumraum 5 verlaufenden, hochenergetischen Schwerionenstrahl 6 durchgeführt werden kann. Der Vakuumraum 5 ist durch das Gehäuse 7 von der Atmosphäre getrennt. Das Gehäuse 7 ist nun so ausgeschnitten, daß sich ein kugelkalottenförmiger Ausschnitt 8 bildet, der den Vakuumraum 5 anschneidet bzw. die Strahlachse 6 überdeckt. In diesem Ausschnitt 8 liegt nun die Kugel 1 bzw. genauer greift ein Teil der Kugel 1 ein. Da die Kugel 1 um die Achse 2 drehbar ist, welche parallel zur Außenwand 9 des Gehäuses 7 und parallel zur Strahlachse 6 gelegen ist, kann durch Drehen der Kugel 1 ihre Oberfläche bzw. ein Teil ihres Volumens vom Außenraum 4 in das Vakuumsystem 5 bzw. den Strahl 6 hin- und zurückgedreht werden.
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Zur Abdichtung des Spaltes 9 zwischen der Kugel 1 und dem Gehäuse 7, durch welchen Luft von der Atmosphäre 4 in den Vakuumraum 5 strömen kann, sind in das Gehäuse 7 zwei Radialdichtringe 10 und 11 so eingelassen, daß ihre Dichtlippen 12 und 13 auf die Oberfläche 14 der Kugel 1 so zu liegen kommen, daß unter Aufrechterhaltung der Drehbarkeit der Kugel 1 um die Achse 2 eine weitgehende Abdichtung des Spaltes 9 erfolgt. Die Dichtringe 10 und 11 liegen dabei - von der Seite gesehen - im wesentlichen parallel zu der Drehachse 2, so daß die auf einem Umfangskreis der Kugel 1 senkrecht zu deren Drehachse 2 angeordneten Probehalteschlitze 15 unter den Dichtlippen 12 und 13 von der Atmosphäre in den Vakuumraum 5 gedreht werden können. Der Übergang in den Vakuumraum 5 erfolgt dabei stufenweise, denn der Zwischenraum 16 zwischen den beiden Dichtringen 10 und 11 ist mit einer unter Vakuum stehenden Absaugeleitung 19 verbunden, um bereits die über die Dichtlippen 12 einströmende Luft abzusaugen. Damit diese Absaugung auch das Luftrestvolumen in den Schlitzen 15 sowie der in den Schlitz 15 einbringbaren Proben 3 erfassen kann, ist die Kugel 1 quer zu den Schlitzen 15 mit Bohrungen 17 versehen, die beim Drehen in Pfeilrichtung 18 zunächst vor die Absaugeleitung 19 zu liegen kommen und in der Bestrahlungsposition 20 im Strahl 6 eine einwandfreie Absaugung durch das Hauptvakuum ermöglichen.
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Das Einbringen der Proben 3 in die Schlitze 15 erfolgt mittels der schematisch dargestellten Aufnahmeeinrichtung 20, das Entfernen daraus mittels der Ausbringvorrichtung 21. Die Proben 3 in den Schlitzen 15 werden in Pfeilrichtung 18 jeweils um 60 Grad Schritte weitergefördert, ihre einzelnen Positionen sind in der Fig. 1 mit a bis e bezeichnet. Die Arbeitsweise der beschriebenen Schleuse ist nun wie folgt:
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Durch die Aufnahmerichtung 20, z. B. in Form eines Magazines, fällt die erste Probe in den ersten bereitstehenden Aufnahmeschlitz 15 der Kugel 1 (a).
Erster Takt:
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Die Kugel 1 dreht sich um 60 Grad, jetzt fällt die zweite Probe in den zweiten Schlitz, die erste befindet sich in der Position b beim Vorvakuumabpumpen.
Zweiter Takt:
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Nach einer weiteren Umdrehung um 60 Grad fällt eine dritte Probe in den dritten Schlitz, die zweite befindet sich jetzt in Position b beim Vorvakuumpumpen und die erste Probe wird bestrahlt (Pos. c).
Dritter Takt:
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Nach einer weiteren Umdrehung um 60 Grad fällt eine vierte Probe in den vierten Schlitz, die dritte befindet sich jetzt in Pos. b beim Vorvakuumpumpen, die zweite beim Bestrahlen in Pos. c und die erste in Pos. d.
Vierter Takt:
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Nach einer weiteren Umdrehung um 60 Grad fällt eine fünfte Probe in den fünften Schlitz, die vierte befindet sich jetzt in Pos. b beim Vorvakuumpumpen, die dritte wird bestrahlt in Pos. c, die zweite befindet sich in Pos. b und die erste Probe wird wieder ausgeworfen in Pos. e.
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Ab jetzt wird bei jeder weiteren Umdrehung um 60 Grad gleichzeitig eine Probe aufgenommen, eine Probe vorvakuumgepumpt, eine bestrahlt und eine wieder ausgeworfen. Dadurch können alle vier Arbeitsgänge in einer Zeiteinheit erfolgen.