DE29814119U1 - UHV-kompatibler Probenhalter - Google Patents
UHV-kompatibler ProbenhalterInfo
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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-
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Description
Beschreibung und Zeichnungen
(Version vom 6.6.1998)
Probfemstellung
Diese Beschreibung hat einen, bereits in einem etablierten Prototypen realisierten, UHV-Probenihalter
zum Thema. Dieser Probenhalter bewältigt erstmals die Herausforderung, Produkte, die im Ultrahochvakuum1 erzeugt worden sind, in räumlich getrennte UHV-Systeme
transferierbar zu machen, ohne daß diese Produkte dabei einem Druck von mehr als
10~9 mbar ausgesetzt werden. Im Einzelnen wirft diese Herausforderung folgende technische
Problematiken auf:
• Das Produkt muß in existierenden, räumlich getrennten UHV-Systemen auf fünf
unterschiedliche Weisen gehaltert werden können.
• Der Probenhalter muß aus einem UHV-kompatiblen Material bestehen. Das heißt im
Besonderen, daß er nach der entsprechenden Präparation den UHV-Druck nicht durch
Ausgasen eigener Bestandteile verschlechtern darf. Die etablierte Präparationsmethode der
Bestandteile von UHV-Systemen ist das Erhitzen auf Temperaturen um 250 0C; der
Probenhalter darf bei diesem sog. „Ausheizen" nicht irreversibel seine technischen
Eigenschaften verändern.
• Da der Prozeß des Ausheizens regelmäßig eine Zeitdauer von mindestens 12 Stunden
beansprucht, sind an alle Komponenten innerhalb eines UHV-Systems, im Speziellen also
auch auf den Probenhalter, höchste Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Einfachheit
der Handhabung zu stellen.
• Der Probenhalter soll in ein Transfersystem eingebunden werden, dessen Komponenten bei
der Herstellung und beim Betrieb wirtschaftlichen Gesichtspunkten genügen. Das heißt im
Besonderen, daß möglichst viele Standardbauteile der etablierten UHV-Technologie
verwendet und die Anzahl der speziell anzufertigenden Bauteile so gering wie möglich
gehalten werden muß.
Bisherige Lösungsansätze
Bisher patentrechtlich erfaßte Transfersysteme mit Probenhalterungen [1-4] garantieren nicht
die Verwendbarkeit im UHV-Druckbereich. Sie erfordern Probenhalter, die technologisch
vergleichsweise kompliziert sind, z. B. über mechanisch aufwendige oder elektromagnetische
UHV; in diesem Text wird darunter ein Druckbereich von ca. 10"" mbar verstanden
Befestigungen verfügen. Keines der bisher patentrechtlich erfaßten Transfersysteme bewältigt
alle, durch die Problemstellung definierten Anforderungen. Dies erforderte eine eigene
Entwicklung, deren Erfindungscharakter im folgenden beschrieben wird.
Erfindung
Die Forderung nach Einfachheit ist der Schlüssel der hier vorgestellten Erfindung. Der
Kernpunkt der vorgestellten Lösung ist die hier als erfinderische Neuerung proklamierte
geometrische Form eines Probenhalters, der als Transportvehikel für das eigentliche Produkt
dient.
Er ist in Abb. 1 in der Dimensionierung des bereits aufgebauten Prototyps dargestellt. Auf
seine plane Fläche (1) werden die Produkte aufgeklebt. Als „Kleber" dient ein Metall, z. B.
Gallium oder Indium, dessen Schmelzpunkt im UHV oberhalb der Maximaltemperatur liegt,
die beim Ausheizprozeß erreicht wird. Durch die spezielle Form des Probenhalters werden
Halterungsprinzipien mit drei unterschiedlichen Freiheitsgraden ausgenutzt: transversal linear: Senkrecht zur Probenhalteroberfläche (1) kann ein, in Abb. 2 gezeigter,
sog. „Federgabelkopf' über die entsprechenden Nuten (2) einrasten. Die Blattfedern des
Federgabelkopfes sind so dimensioniert, daß sie sowohl von der Oberseite (1) her, als
auch von der Unterseite (6) des Probenhalters her in die Nuten (2) des Probenhalters
einrasten können.
lateral linear : Parallel zur Probenhalteroberfläche (1) gibt es auf Höhe der Nuten (2) je zwei
parallele Rinnen (3), die zueinander einen rechten Winkel bilden, in die parallele
Stangen mit passendem Durchmesser (in der beispielhaften Dimensionierung 2 mm) im
Abstand der parallelen Rinnen (3) (im Beispiel 12 mm) eingeschoben werden können.
Auf der Unterseite (6) des Probenhalters existiert ein weiteres Paar von parallelen
Rinnen (4), in die Stangen mit passendem Durchmesser im Abstand der parallelen Rinnen (4) eingeschoben werden können (im Beispiel 10 mm).
Rotation: Der dritte der oben erwähnten Freiheitsgrade ist eine Drehung um die Figurenachse
des Probenhalters: Auf der Unterseite (6) des Probenhalters befindet sich im rechten
Winkel zu den oben genannten Rinnen (4) jeweils eine Fläche (5), deren Krümmungsradius kontinuierlich anwächst. Dadurch ist es möglich, den Probenhalter
wie eine Schraube durch eine 90°-Drehung in einen Aufnehmer einzudrehen, wie es in
Abb. 3 beispielhaft dargestellt ist. Bei idealer Fertigung ist die Berührungsfläche
zwischen Probenhalter-Aufnahme und Probenhalter selbst punktförmig. Dies verhindert
ein Verklemmen des Halters auch dann, wenn mit Fertigungstoleranzen der Feinmechanik gearbeitet wird, so lange die Berührungsfläche nicht zu groß wird.
Durch diese Auslegung des Probenhalters ist es nun möglich, einen im folgenden für die
beispielhafte Dimensionierung beschriebenen Transferweg zu beschreiten (Abb. 3). Dabei
-2-
wird auf das eigentlich zu transferierende Produkt nicht eingegangen, da es durch den
Metallkleber untrennbar mit dem beschriebenen Probenhalter verbunden ist. Der Probenhalter befindet sich auf einem Aufnehmer, der den Freiheitsgrad der
Rotation ausnutzt. Der Probenhalfer kann nun mit einem Federgabelkopf
aufgenommen werden, der z. B. auf einer von unterschiedlichen kommerziellen Anbietern erhältlichen Linear-Drehdurchfuhrung befestigt ist (A). Ist der
Federgabelkopf richtig eingerastet (Freiheitsgrad „transversal linear"), so kann die auf
dem Freiheitsgrad der Rotation basierende Befestigung in der Probenhalter-Aufnahme
durch eine 90°-Drehung entgegen des Uhrzeigersinnes entriegelt werden und der Probenhalter aus der Aufnahme herausgezogen werden (B). Der Probenhalter kann nun
mittels der Linear-Drehdurchfuhrung auf einer Probenhalter-Aufnahme befestigt
werden, die z. B. in einem transportablen UHV-System untergebracht ist. Diese zweite
Probenhalter-Aufnahme kann nun wahlweise mit einer Befestigung ausgestattet sein,
die auf einem der beiden Freiheitsgrade „lateral linear" oder aber „Rotation" basiert.
Ein Transferweg ist abgeschlossen, wenn der Probenhalter aus der Aufnahme im
transportablen UHV-System auf die Aufnahme im Ziel-UHV-System übergeben
wurde; der Transferweg ist dabei wieder analog dem bereits beschriebenen.
Problemlösung
Die Herausforderungen der Problemstellung sind mit dem als Erfindung proklamierten
Probenhalter, im besonderen durch dessen geometrische Form, erstmals gemeistert:
• Die drei unterschiedlichen Freiheitsgrade der Halterungsmöglichkeiten des Probenhalters
bieten insgesamt fünf Aufnahmemöglichkeiten: Eine Aufnahmemöglichkeit resultiert aus
dem Freiheitsgrad „transversal linear" (eine Realisierung ist der Federgabelkopf aus
Abb. 2). Drei Aufnahmemöglichkeiten resultieren aus dem Freiheitsgrad „lateral-linear":
Jeweils eine Aufnahme durch parallele Stangen im Abstand der Rinnen (3) und der Rinnen
(3) senkrecht dazu. Eine weitere Aufnahme durch parallele Stangen im Abstand der
Rinnen (4). Die fünfte Aufnahmemöglichkeit ist durch den Freiheitsgrad „Rotation"
realisierbar, wenn ein Probenhalter-Aufnehmer die Steigung der Ebenen (5) ausnutzt.
• Der Probenhalter selbst kann aus einem Werkstück gefertigt werden - der Werkstoff muß
UHV-kompatibel sein, also z. B. Edelstahl oder Molybdän. Im Besonderen sind für den
hier vorgestellten Probenhalter keine Schmiermittel im UHV einzusetzen, welche selten
UHV-kompatibel sind.
• Das vorgestellte speziell geformten Probenhalter benötigt wenige mechanisch bewegliche
Teile innerhalb des UHV-Bereichs bei Transfervorgängen. Die mechanisch beweglichen
Komponenten können mit kommerziell erhältlichen Standardbauteilen der UHV-Technologie
realisiert werden, wie z. B. den käuflichen Linear-Drehdurchführungen. Damit ist das System im UHV-Bereich nicht störanfällig und Ausfallzeiten der UHV-
-3-
Systeme durch Ausheizprozesse, die durch Störungen des gesamten Transfersystems
verursacht wären, sind beim Prototypen bisher selten eingetreten. • Das Transfersystem, das den vorgestellten Probenhalter als zentrale Schnittstelle
verwendet, verursacht verhältnismäßig geringe Kosten, da Standardbauteile der UHV-Technologie
verwendet werden können, die von am Markt konkurrierenden Anbietern bezogen werden können. Speziell anzufertigen sind allerdings der besonders geformte
Probenhalter und die eigentlichen Probenhalter-Aufnehmer. Die Kosten der Spezialbauteile skalieren hier mit den gewählten Werkstoffen; sie sind minimal bei der
Verwendung von Edelstahl.
Ergebnisse eigener Patentrecherchen (weit- und europaweit)
[1] IPN: WO 95/08181; IPC HOlJ 37/20, GOlN 27/00; IPD: 23.3.1995. [2] IPN: EU 89100589.4 A2 325 178; IPC BOlL 7/00; IPD: 26.7.1989.
[3] IPN: EU 84200209.9 Al 117 006; IPC GOlN 1/00, GOlN 25/20, B 25 J 11/00; IPD
29.8.19984.
[4] WO 8404203 Al 841025; IPC HOlJ 37/20; IPD: 25.10.1984.
Abbildungsverzeichnis
Probenhalter mit unterschiedlichen Halterungs- und Übergabeoptionen. Die Produkte werden
auf Fläche (1) befestigt.
Realisierung einer Übergabeoption: Federgabel kopf
Beispielhafter Transferweg
-4-
Claims (4)
1) UHV-kompatibler Probenhalter zur Halterung von Produkten, die nicht dem
Atmosphärendruck ausgesetzt werden dürfen, und der gekennzeichnet ist durch eine
kreisrunde Form mit vier jeweils 90 Grad zueinander angeordneten vertikalen Nuten, die
senkrecht zur Probenoberfläche angebracht sind und in die ein „Federgabelkopf' einrasten
kann. Die Blattfedern des Federgabelkopfes sind so dimensioniert, daß sie sowohl von der
Oberseite her als auch von der Unterseite des Probenhalters her in die Nuten des
Probenhalters einrasten können.
2) UHV-kompatibler Probenhalter, der gekennzeichnet ist durch je zwei parallele Rinnen, die
auf Höhe der Nuten parallel zur Probenhalteroberfläche verlaufen und die zueinander
einen rechten Winkel bilden. In diese Rinnen können parallele Stangen mit passendem
Durchmesser im Abstand der parallelen Rinnen eingeschoben werden.
3) UHV-kompatibler Probenhalter, der gekennzeichnet ist, durch ein weiteres Paar von
parallelen Rinnen auf der Unterseite des Probenhalters, in die Stangen mit passendem
Durchmesser im Abstand der parallelen Rinnen eingeschoben werden können.
4) UHV-kompatibler Probenhalter, der dadurch gekennzeichnet ist, daß sich auf der
Unterseite des Probenhalters im rechten Winkel zu den oben genannten Rinnen jeweils
eine Fläche befindet, deren Krümmungsradius kontinuierlich anwächst. Dadurch ist es
möglich, den Probenhalter wie eine Schraube durch eine Drehung um 90° in einen entsprechenden Aufnehmer einzudrehen.
Prof. Hans-Peter Steinrück Dipl.Phys. Hejmut Droge Rainer Brauner
Priority Applications (1)
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| DE29814119U DE29814119U1 (de) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | UHV-kompatibler Probenhalter |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE29814119U DE29814119U1 (de) | 1998-08-06 | 1998-08-06 | UHV-kompatibler Probenhalter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE29814119U1 true DE29814119U1 (de) | 1999-02-18 |
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ID=8060962
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29814119U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110383034A (zh) * | 2017-03-09 | 2019-10-25 | 霍罗杰克股份有限公司 | 自动化制备生物样本的系统及方法 |
| CN114199780A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 深圳市佰特生态环保科技有限公司 | 一种环境监测用的智能化温室气体监测装置 |
-
1998
- 1998-08-06 DE DE29814119U patent/DE29814119U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
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| CN110383034A (zh) * | 2017-03-09 | 2019-10-25 | 霍罗杰克股份有限公司 | 自动化制备生物样本的系统及方法 |
| CN110383034B (zh) * | 2017-03-09 | 2022-07-12 | 霍罗杰克股份有限公司 | 自动化制备生物样本的系统及方法 |
| CN114199780A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-03-18 | 深圳市佰特生态环保科技有限公司 | 一种环境监测用的智能化温室气体监测装置 |
| CN114199780B (zh) * | 2021-12-10 | 2022-08-19 | 深圳市佰特生态环保科技有限公司 | 一种环境监测用的智能化温室气体监测装置 |
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