WO2016082926A1 - Gekühlter tisch - Google Patents

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WO2016082926A1
WO2016082926A1 PCT/EP2015/002346 EP2015002346W WO2016082926A1 WO 2016082926 A1 WO2016082926 A1 WO 2016082926A1 EP 2015002346 W EP2015002346 W EP 2015002346W WO 2016082926 A1 WO2016082926 A1 WO 2016082926A1
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WO
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vacuum chamber
chamber
pressure
flexible
table top
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/002346
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claudio DAL SAVIO
Khaled Karrai
Original Assignee
Attocube Systems Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Attocube Systems Ag filed Critical Attocube Systems Ag
Priority to US15/528,853 priority Critical patent/US10794626B2/en
Priority to DK15807599.4T priority patent/DK3224556T3/en
Priority to EP15807599.4A priority patent/EP3224556B1/de
Priority to JP2017527734A priority patent/JP6649381B2/ja
Publication of WO2016082926A1 publication Critical patent/WO2016082926A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47B—TABLES; DESKS; OFFICE FURNITURE; CABINETS; DRAWERS; GENERAL DETAILS OF FURNITURE
    • A47B13/00—Details of tables or desks
    • A47B13/08—Table tops; Rims therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2201/00—Insulation
    • F25D2201/10—Insulation with respect to heat
    • F25D2201/14—Insulation with respect to heat using subatmospheric pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
    • F25D2400/08—Refrigerator tables

Definitions

  • the invention relates to a table with a table top, in particular an optical table for carrying out experiments in a cryogenic environment.
  • cryostats are placed above or on the table.
  • the object of the invention is to provide a table, in particular an optical table, on which optical experiments of the highest resolution can be carried out in a flexible and simple manner.
  • the table comprises a chiller, wherein at least a portion of the table top is in thermal contact with the chiller and can be cooled thereby. It further comprises an inflatable upper vacuum chamber for thermal isolation of the thermal contact from the environment of the table.
  • the upper vacuum chamber connects a table top facing the top of the refrigerator and the section to be cooled.
  • the upper vacuum chamber includes at least one flexible upper chamber portion.
  • the table has an abpumpbare lower vacuum chamber, which is connected to a remote from the table top underside of the refrigerator, with
  • CONFIRMATION COPY at least one flexible lower chamber section.
  • the table has a rigid stiffening structure, each via the flexible upper chamber portion and the flexible lower chamber portion with the
  • Chiller is connected, thus indirectly connected to the chiller.
  • the adjectives "upper” and “lower” exemplify the case of the preferred because on the table surface space-saving embodiment of the invention that the chiller is arranged below the table top. If, according to an alternative embodiment of the invention, the chiller is arranged above the table top, the adjectives "upper” and “lower” are mutually mutually mutually equivalent. Also conceivable are other equivalent embodiments, in which the cooling machine is connected to the side of the table (along a spatial axis in the plane of the table surface). Therefore, the adjectives "upper” and “lower” in the broadest sense as the tabletop "facing" respectively "averted" side of the
  • a table, in particular an optical table serves the stable and
  • optical examination stations preferably also "cryogenic examination stations” (cryogenic probe station) understood.
  • the tabletop is characterized by great rigidity and has a flat table surface.
  • the table top is integrated with a base
  • the fastening means for fixing the objects may be a particularly regular pattern of threaded holes for receiving claws of the objects or integrated in the tabletop Magnets for fixing magnetic feet of the objects or be adhesive. Attachment means may be provided both in the tabletop and on the top plate surface of the cryogenic plate.
  • the base can consist of one, two, three, four or more legs.
  • the table legs can be height adjustable to align the table surface horizontally, even when the table is standing on uneven ground.
  • the table legs may comprise a common or in each case a damping device for vibration damping of the table top, on the surface of which sensitive optical experiments are to be carried out.
  • a damping device is a system for damping mechanical vibrations such as vibrations, shocks and shocks, which can usually convert kinetic energy into thermal energy.
  • fastening means may be provided for the attachment of objects.
  • the table legs are equipped with a damping device for damping vibrations.
  • the table also has integrated cooling.
  • a chiller for cooling a cryogenic plate is provided under the table top, wherein the cryogenic plate is in thermal contact with the chiller and can be cooled by this.
  • the chiller is supported on the stiffening structure and is connected to this.
  • An opening in the table top is provided above the chiller. In this opening, the cryogenic plate - in particular form-fitting - arranged.
  • damping devices may preferably be provided between table legs and table top.
  • a damping device may comprise, for example, a friction brake and / or resonant systems. You can, for example, a mat of elastic material we rubber or a spring device, a hydraulic suspension, an active
  • Piezoelectric damping control unit which detects, for example, time and direction resolved the forces acting on the table piezoelectrically and compensated by means of a control unit with counteracting forces also generated by acting on the table piezoelectric actuators, the
  • the table according to the invention also has an integrated chiller for cooling e.g. a cryogenic plate under the table top.
  • Chiller can be a construction of refrigeration systems and a pumping station.
  • the cooling systems consist for example of absorption refrigeration systems, adsorption refrigeration systems, diffusion absorption refrigeration machines,
  • the pumping station can be a construction of moving pumps such as turbopumps and diaphragm pumps as well as stationary pumps like
  • the thermal contact may be, for example, a structure of materials of high thermal conductivity, which the
  • Chiller and the section of the tabletop to be cooled mechanically and thermally connects.
  • the thermal contact may be a flexible copper strand, aluminum strand or a copper wire, aluminum wire or a silver wire or silver wire mesh.
  • a vacuum chamber is a container that closes a volume on all sides and hermetically from an environment, so that by pumping gases from the vacuum chamber by means of a pumping station within the vacuum chamber, a lower pressure than the ambient pressure generated and maintained can be.
  • They are usually made of steel and bear for connection to other components such as the table preferably standardized flanges (eg an ISO 100 mm flange).
  • the upper and lower vacuum chambers each comprise at least one flexible upper or lower chamber section. These chamber sections may be, for example, vacuum-compatible bellows or hoses made of steel, which may each be terminated at the top and bottom with a connecting flange, and which are at least extendable and / or compressible lengthwise.
  • the stiffening structure according to the invention each flexible over the upper chamber portion and the lower chamber portion with the
  • Chiller is connected, is rigid and preferably also each rigid to rigid chamber sections of the upper vacuum chamber and lower
  • the stiffening structure can consist of one or, for better distribution of the force and stabilization, of a plurality of components
  • the stiffening structure can consist of two or three preferably length-adjustable steel carriers which are each equally angularly distributed parallel to the plane of the table surface.
  • connection may be, for example, a releasable connection such as a screw connection, which allows a simpler and more flexible assembly.
  • connection may be, for example, a releasable connection such as a screw connection, which allows a simpler and more flexible assembly.
  • Embodiments of the invention include the features of one or more the following embodiments.
  • the upper chamber portion and lower chamber portion at least along the same spatial axis, for example, the normal of the table surface, flexible. For example, this has the advantage of being on the top and bottom
  • Vacuum chamber acting forces that act in particular by the evacuation, along the one spatial axis can be compensated, the overall structure of the table otherwise rigid with respect to other complementary spatial axes and thus can be made more stable.
  • the upper chamber portion and lower chamber portion are flexible and otherwise rigid at least along a normal of a table surface of the table top so that a lower vacuum volume of the lower vacuum chamber and an upper vacuum volume of the upper vacuum chamber are variable.
  • Vacuum parts are usually expensive and error-prone.
  • This embodiment has, for example, the advantage that the flexibility of the upper and lower
  • Vacuum chamber can be realized by only one flexible chamber section. According to another embodiment of the invention is the
  • Stiffening structure each rigidly connected to the upper vacuum chamber and the lower vacuum chamber.
  • the upper vacuum volume and the lower vacuum volume can be pumped off by the chiller and / or an external pumping station or various external pumping stations, for example via corresponding pumping lines.
  • a pumping station may consist of a plurality of pumps arranged in series or in parallel in the direction of flow of the pumped-off gas.
  • backing pumps such as membrane pumps, although only a fore-vacuum pressure (eg, about 10 "4 mbar) but may produce a gas flow can carry load,
  • High vacuum pumps such as turbopumps or ion getter pumps in Be downstream flow direction.
  • the pumping lines can be, for example, flexible bellows tubes with end flanges. This has the advantage that the table is decoupled from the vibrations of the pumps.
  • According to another embodiment of the invention is a
  • Pressure regulating means for adjusting an upper pressure in and / or upper gas flow from the upper vacuum chamber and a lower pressure in and / or lower gas flow provided from the upper vacuum chamber.
  • the pressure regulating device can in the simplest case a fluid
  • Pressure regulating means may also be an electronic control system of pumps and / or controllable valves of external gas supplies of the upper and lower vacuum chambers, through which the gas flow in or out of the upper and / or lower vacuum chamber is adjustable.
  • Pressure regulating means a fluid connection between the upper vacuum chamber and the lower vacuum chamber, so that the upper pressure and / or upper gas flow with the lower pressure and the lower gas flow are compensated.
  • Base surface of the lower vacuum volume which are aligned parallel to the table surface, essentially the same area, so that an upper force and a lower force, by pumping the upper vacuum chamber respectively lower vacuum chamber along the normal of the table surface can be generated, at least partially compensate.
  • Pressure regulating means a cavity in the stiffening structure which opens into the upper vacuum chamber and the lower vacuum chamber respectively.
  • the stiffening structure then acts as a fluid compound according to the invention. It can be connected in each case via vacuum flanges to counterflanges of the upper and lower vacuum chamber, so that the cavity connects the upper and lower vacuum volume fluid and with respect to the
  • Pressure regulating device a control unit to be tuned
  • the coolable by the refrigerator section is at least one held in the table top cryogenic plate.
  • the cryogenic plate is preferably removable and thermally decoupled from the remainder of the table, for example by means of mounts made of a material of low thermal conductivity such as
  • a hood may be provided on a portion of the cryogenic plate such that an evacuable volume is defined around the sample.
  • vacuum-tight optical windows, manipulators, electrical feedthroughs and measuring probes can be arranged.
  • Chiller supported on at least one table leg of the table, on the table top and / or on a floor.
  • a hood with at least one optical window, pumping leads is provided.
  • the hood mounted on the cryogenic plate may have a cavity bounded at least by a partial surface of the upper plate surface of the cryogenic plate
  • the hood may in particular be a vacuum-compatible chamber, at whose open bottom corresponding counter-flanges are provided to the flanges of the cryogenic plate, so that a portion of the upper
  • Damping control be provided, which is in operative connection with the damping device and the damping device in dependence
  • Table surface is kept free of vibration.
  • the pressure regulating device can be integrated into a control circuit of the damping control.
  • the invention further relates to a method for the mechanical decoupling of a table top of a table and a chiller, which on one of the table top facing upper side with the table top via a flexible upper chamber, and which is remote from the tabletop underside connected to a lower chamber.
  • the inventive method is characterized in that by means of a pressure regulating device, an upper pressure in and / or an upper gas flow from the upper vacuum chamber and a lower pressure in and / or a lower gas flow from the lower
  • Vacuum chamber are controlled in such a way that an upper force and a lower force, by pumping the upper vacuum chamber and the lower vacuum chamber along a normal of a
  • Table surface of the table top act, at least partially compensate.
  • the invention is subject to the basic idea, the upper pressure in the upper
  • the upper and lower force can be a
  • the upper / lower force results essentially from the quotient of upper / lower pressure and the effective base area of the upper / lower vacuum chamber.
  • the effective base area refers to the plane whose normal is parallel to the aforementioned spatial axis. For the same base areas, the balance of forces, for example by a fluid
  • connection between upper and lower chamber to be effected by pressure equalization In this case, the top and the bottom could be
  • Vacuum chamber are pumped through the same pumping station.
  • the upper and lower forces are out of balance, so that movements, such as vibrations, are generated in the table, which can compromise the fault-prone measurements on the table top.
  • movements such as vibrations
  • the compensation of the lower and upper force acting at least indirectly on the table a deformation of mechanical stress on the table top is avoided.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of the table according to the invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view of another
  • Figure 3 is a schematic sectional view of another
  • Figure 4 is a schematic sectional view of another
  • Figure 5 is a schematic sectional view of another
  • Figure 6 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a table 1 according to the invention, here an optical table 1.
  • a table top 9 with an overhead table top surface 2 is supported by legs 4. Between each table leg 4 and the table top 9 each have a damping device 5 is arranged.
  • a cryogenic plate 10 is rigidly fastened by fasteners, x so that an upper plate surface is flush with the table surface 2.
  • a flange (not shown) of a flexible upper chamber portion of an upper vacuum chamber 50 is connected to an upper surface 26 of a chiller 20 in mechanical and / or fluid communication.
  • the lower plate surface is connected via a flexible element 22 of a thermally conductive material such as copper, which may carry a designed for efficient cooling of the cryogenic plate 10 heat flow in
  • the chiller 20 and the cryogenic plate 10 are mechanically not rigidly connected and therefore at least orthogonal to the table plane against each other and movable
  • the underside 27 of the refrigerator 20 is in mechanical and fluid communication with a flange (not shown) of a flexible chamber portion 61 of a lower vacuum chamber 60.
  • Vacuum chamber 60 are relative to a normal 70 of a table surface. 2 the tabletop 9 on opposite sides of the refrigerator.
  • An upper / lower vacuum volume 52/62 of the upper / lower vacuum chamber 50/60 may be evacuated to an upper / lower pressure 50P / 60P by a pumping station (not shown) of the chiller 20 or via an external pumping line 81 through an external pumping station (80) become.
  • a pumping station not shown
  • an external pumping line 81 through an external pumping station (80) become.
  • Stiffening structure 30 connects from the environment 100 and rigidly connects the upper vacuum chamber 50 to the lower vacuum chamber 60, the connection engaging above the upper flexible chamber portion 51 and below the lower flexible chamber portion 61.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a table 1 according to the invention as already described in FIG.
  • the flexible upper chamber portion 51 and the flexible lower chamber portion 61 are compressible along the normal 70 and extendable.
  • an upper force 50K and a lower force 60K appear, which act on the chiller 20 along the normal 70 in opposite directions . If the lower force 60K is equal to the upper force 50K, the chiller 20 is not moved against the table top 9. This suppressed movement could, for example, cause vibratory disturbances for the experiments taking place on the tabletop 9 (experimental setup not shown).
  • the upper force 50K is equal to the lower force 60K when the quotient of the difference of the ambient pressure P and the lower pressure 60P P2 and the difference of the ambient pressure P and the upper pressure 50P P1 is equal to the quotient of upper base 53 A1 and lower
  • Base area 63 A2, A1 / A2 (P-P2) / (P-P1).
  • Figure 3 shows a sectional view of a table 1 according to the invention.
  • the stiffening structure 30 acts as a pressure regulating means 90 to equalize the upper pressure 50P and the lower pressure 60P.
  • a cavity 31 of the stiffening structure has respective mouths 32 in the upper
  • This cavity 31st acts as a fluid connection 91 for an upper gas flow 50F from the upper vacuum chamber 50 and a lower gas flow 60F from the lower one
  • Vacuum chamber 60 to an external pumping station 80 or alternatively to a pumping station (not shown) of the chiller 20. It is also conceivable to design the pressure regulating device 90 as a separate component of the stiffening device 30, for example as a flexible
  • FIG. 4 shows a sectional view of a table according to the invention 1.
  • a cryogenic plate 10 On an opening 3 in the table top 9, a cryogenic plate 10 is arranged, on which the upper vacuum chamber 50 is flanged from below.
  • the flexible upper chamber portion 51 for example, as vacuum technology of the upper vacuum chamber 50 is flanged from above to the chiller 20.
  • the chiller 20 is supported in a rigid frame 28 standing on the floor 82.
  • a flexible lower chamber portion 61 of a lower vacuum chamber 60 is flanged to the chiller 20 and to the frame 28 rigidly connected thereto.
  • the flexible upper chamber portion 51 and the flexible lower chamber portion 61 may, for example, as a flexible Bellows (flexible bellows) with each end
  • Connection flanges can have, for example, an outside diameter of 6 "OD (about 152 mm) and an inside diameter of the free opening 5" ID (127 mm) 4 “ID (101, 6 mm) or 3.5" ID (89 mm).
  • FIG. 5 shows a sectional view of a table 1 according to the invention.
  • the frame 28 is connected via a number of damping devices 5 to the table top 9.
  • Figure 6 shows a perspective view of a table 1 according to the invention with table legs 4, a table top 9 and a mounted hood 40 for receiving, for example, a sample to be examined (not shown).
  • the refrigerator is arranged in a housing 25 under the table.
  • In the upper part of the hood 40 carries a window 46 and more
  • limiting table top 9 a volume that can be evacuated, in particular via an external pumping station 80.
  • the hood 40 is fastened via a flange 44 on the surface 2 of the table.
  • a sample can be examined via the windows 41, 46, whereby the sample can be kept in a cryogenic atmosphere.

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Abstract

Tisch (1) mit einer Tischplatte (9), und mit - einer Kältemaschine (20), wobei zumindest ein Abschnitt (10) der Tischplatte (9) mit der Kältemaschine (20) über einen thermischen Kontakt (22) kühlbar ist; - einer abpumpbaren obere Vakuumkammer (50) zur thermischen Isolierung des thermischen Kontakts (22) von einer Umgebung (100) des Tisches (1), die eine der Tischplatte (9) zugewandte Oberseite (26) der Kältemaschine (20) und den zu kühlenden Abschnitt (10) verbindet, mit zumindest einem flexiblen oberen Kammerabschnitt (51); - einer abpumpbaren untere Vakuumkammer (60), die mit einer der 15 Tischplatte (9) abgewandten Unterseite (27) der Kältemaschine (20) verbunden ist, mit zumindest einem flexiblen unteren Kammerabschnitt (61); - einer starren Versteifungsstruktur (30), die jeweils über den flexiblen oberen Kammerabschnitt (51) und über den flexiblen unteren Kammerabschnitt (61) mit der Kältemaschine (20) verbunden ist.

Description

GEKÜHLTER TISCH
Die Erfindung betrifft einen Tisch mit einer Tischplatte, insbesondere einen optischen Tisch zur Ausführung von Experimenten im kryogenen Ambiente.
In vielen hochpräzisen und entsprechend hochempfindlichen optischen
Experimenten wie beispielsweise denen der höchstauflösenden und mithin höchst störungsanfälligen Super Resolution Optical Microscopy oder auch der Quantenoptik werden auf Tischen komplexe Messaufbauten aus einer Vielzahl von optischen Komponenten arrangiert. Die Messgenauigkeit wird durch Umgebungseinflüsse wie Vibrationen, thermische Effekte oder
elektromagnetisches Rauschen begrenzt. Daher werden viele solcher
Experimente unter am Ort einer zu vermessenden Probe möglichst
vibrationsarmen und auch kryogenen Bedingungen durchgeführt. Im Stand der Technik werden Kältemaschinen wie Kryostate oberhalb oder auf dem Tisch angeordnet.
Die Erfindung stellt sich der Aufgabe, einen Tisch, insbesondere einen optischen Tisch zu schaffen, auf dem in flexibler und einfacher Weise vielfältig ausgestaltete optische Experimente mit höchster Auflösung durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Tisch mit einer Tischplatte, die
beispielsweise von einer Anzahl von Tischbeinen getragen wird. Der Tisch umfasst eine Kältemaschine, wobei zumindest ein Abschnitt der Tischplatte mit der Kältemaschine in thermischem Kontakt steht und durch diese kühlbar ist. Ferner umfasst er eine abpumpbare obere Vakuumkammer zur thermischen Isolierung des thermischen Kontakts von der Umgebung des Tisches. Die obere Vakuumkammer verbindet eine der Tischplatte zugewandte Oberseite der Kältemaschine und den zu kühlenden Abschnitt. Die obere Vakuumkammer umfasst zumindest einen flexiblen oberen Kammerabschnitt. Desgleichen weist der Tisch eine abpumpbare untere Vakuumkammer auf, die mit einer der Tischplatte abgewandten Unterseite der Kältemaschine verbunden ist, mit
BESTÄTIGUNGSKOPIE zumindest einem flexiblen unteren Kammerabschnitt. Darüber hinaus weist der Tisch eine starre Versteifungsstruktur auf, die jeweils über den flexiblen oberen Kammerabschnitt und den flexiblen unteren Kammerabschnitt mit der
Kältemaschine verbunden ist, mithin mittelbar mit der Kältemaschine verbunden ist.
Die Adjektive„obere" und„untere" exemplifizieren den Fall der bevorzugten weil auf der Tischoberfläche platzsparenden erfindungsgemäßen Ausführungsform, dass die Kältemaschine unterhalb der Tischplatte angeordnet ist. Ist gemäß einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform die Kältemaschine oberhalb der Tischplatte angeordnet, so sind die Adjektive„obere" und„untere" sinngemäß gegeneinander zu vertauschen. Denkbar sind auch weitere äquivalente Ausführungsformen, bei denen die Kühlmaschine seitlich (entlang einer Raumachse in der Ebene der Tischoberfläche) mit der Tischplatte verbunden ist. Daher sind die Adjektive„obere" und„untere" im weitesten Sinne als der Tischplatte„zugewandte" respektive„abgewandte" Seite der
Kältemaschine zu verstehen, wobei die zugewandte und abgewandte Seite bezüglich einer Raumachse entgegengesetzte Seiten der Kältemaschine bezeichnen.
Ein Tisch, insbesondere ein optischer Tisch dient der stabilen und
vibrationsarmen mechanischen Halterung von Objekten, aus denen ein optisches System aufgebaut ist. Diese Objekte können etwa optische Elemente wie Spiegel, Linsen, Laserquellen oder Probenhalter sein. Als Tisch werden bevorzugt auch„Kryogene Untersuchungsstationen" (cryogenic probe Station) verstanden.
Die Tischplatte zeichnet sich durch große Steifigkeit aus und hat eine ebene Tischoberfläche. Die Tischplatte ist mit einem Unterbau mit integrierter
Dämpfungseinrichtung verbunden. Die Befestigungsmittel zur Befestigung der Objekte kann ein insbesondere regelmäßiges Muster von Gewindelöchern zur Aufnahme von Pratzen der Objekte oder von in der Tischplatte integrierten Magneten zur Fixierung von Magnetfüßen der Objekte oder aber Klebstoff sein. Befestigungsmittel können sowohl in der Tischplatte als auch auf der oberen Plattenoberfläche der kryogenen Platte vorgesehen sein. Der Unterbau kann aus einem, zwei, drei, vier oder mehr Tischbeinen bestehen. Die Tischbeine können höhenverstellbar ausgestaltet sein, um die Tischoberfläche horizontal auszurichten, selbst, wenn der Tisch auf einem unebenen Boden steht. Die Tischbeine können eine gemeinsame oder jeweils eine Dämpfungseinrichtung zur Vibrationsdämmung der Tischplatte, auf deren Oberfläche sensible optische Experimente durchgeführt werden sollen, umfassen. Eine Dämpfungseinrichtung ist ein System zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen wie Vibrationen, Erschütterungen und Stößen, der meist Bewegungsenergie in Wärmeenergie umzuwandeln kann. In der Tischoberfläche der Tischplatte können Befestigungsmittel zur Befestigung von Objekten vorgesehen sein. Die Tischbeine sind mit einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Vibrationen ausgestattet. Der Tisch verfügt ferner über eine integrierte Kühlung. Dazu ist eine Kältemaschine zur Kühlung einer kryogenen Platte unter der Tischplatte vorgesehen, wobei die kryogene Platte mit der Kältemaschine in thermischem Kontakt steht und durch diese kühlbar ist.
Ferner ist eine Versteifungsstruktur zwischen der Kältemaschine und
mindestens einem Tischbein vorgesehen, wobei die Versteifungsstruktur unterhalb der Dämpfungseinrichtung mit den Tischbeinen starr verbunden ist, so dass die Dämpfungseinrichtung die Tischplatte gegenüber der
Kältemaschine und den Bereichen, mit denen die Tischbeine am Boden stehen dämpfen kann. Die Kältemaschine stützt sich auf der Versteifungsstruktur ab und ist mit dieser verbunden. Eine Durchbrechung in der Tischplatte ist oberhalb der Kältemaschine vorgesehen. In dieser Durchbrechung ist die kryogene Platte - insbesondere formschlüssig - angeordnet.
Erfindungsgemäß können Dämpfungseinrichtungen vorzugsweise zwischen Tischbeinen und Tischplatte vorgesehen sein. Eine Dämpfungseinrichtung kann beispielsweise eine Reibungsbremse und/oder resonante Systeme umfassen. Sie kann beispielsweise eine Matte aus elastischem Material wir Gummi oder aber eine Federeinrichtung, eine hydraulische Federung, eine aktive
piezoelektrische Dämpfungsregelungseinheit, welche beispielsweise zeit- und richtungsaufgelöst die auf den Tisch wirkenden Kräfte piezoelektrisch detektiert und mittels einer Regelungseinheit mit ebenfalls durch auf den Tisch wirkende piezoelektrische Aktuatoren erzeugte Gegenkräften kompensiert, der
Tischbewegung Kräfte oder eine Druckluftlagerung oder eine Kombination daraus sein. Der erfindungsgemäße Tisch verfügt ferner über eine integrierte Kältemaschine zur Kühlung z.B. einer kryogenen Platte unter der Tischplatte. Die
Kältemaschine kann ein Aufbau von Kühlanlagen und einem Pumpstand sein. Die Kühlanlagen bestehen beispielsweise aus Absorptionskälteanlagen, Adsorptionskälteanlagen, Diffusionsabsorptionskältemaschinen,
Kompressionskälteanlagen, Dampfstrahlkälteanlage, Joule-Thomson-Effekt, Gifford-MaMahon (GM) Kühler, Pulsröhrenkühler, lonengetterpumpen, Peltier- Elementen, magnetischen Kühlelementen, Vedunstungskühlern und/oder Kryostaten. Der Pumpstand kann ein Aufbau von bewegten Pumpen wie Turbopumpen und Membranpumpen sowie unbewegten Pumpen wie
lonengetterpumpen oder Kryopumpen sein. Vorteilhafterweise sind diese
Bestandteile der Kältemaschine vibrationsarm ausgelegt und/oder mechanisch von der Tischplatte entkoppelt. Der thermische Kontakt kann beispielsweise eine Struktur aus Materialien hoher Wärmeleitfähigkeit sein, die die
Kältemaschine und den zu kühlenden Abschnitt der Tischplatte mechanisch und thermisch verbindet. Insbesondere kann der thermische Kontakt eine flexible Kupferlitze, Aluminiumlitze oder ein Kupferdraht, Aluminiumdraht oder ein Silberdraht oder Silberdrahtgeflecht sein.
Eine Vakuumkammer ist ein Behältnis, das ein Volumen allseits und hermetisch von einer Umgebung abschließt, so dass durch Abpumpen von Gasen aus dem Vakuumkammer mittels eines Pumpstandes innerhalb der Vakuumkammer ein niedrigerer Druck als der Umgebungsdruck erzeugt und aufrechterhalten werden kann. Sie bestehen üblicherweise aus Stahl und tragen zum Anschluss an andere Bauteile wie den Tisch vorzugsweise normierte Flansche (z.B. einen ISO 100 mm-Flansch). Die obere und untere Vakuumkammer umfassen je mindestens einen flexiblen oberen respektive unteren Kammerabschnitt. Diese Kammerabschnitte können beispielsweise vakuumtaugliche Bälge (flexible bellows) oder Schläuche aus Stahl sein, die an der oberen und unteren je mit einem Verbindungsflansch abgeschlossen sein können, und die zumindest der Länge nach auseinanderziehbar und/oder stauchbar sind. Die erfindungsgemäße Versteifungsstruktur, die jeweils über den oberen Kammerabschnitt und den unteren Kammerabschnitt flexibel mit der
Kältemaschine verbunden ist, ist starr und vorzugsweise auch jeweils starr an starren Kammerabschnitten der oberen Vakuumkammer und unteren
Vakuumkammer verbunden. Durch diese starre mechanische Kopplung wirkt eine auf die eine Vakuumkammer wirkende Kraft über die Versteifungsstruktur auch auf die andere Vakuumkammer. Ein Volumen einer Vakuumkammer ist tendenziell umso leichter und effizient auf einem geringen Unterdruck (z.B. etwa 10"8 mbar) gegenüber dem Umgebungsdruck zu halten, je kleiner das abzupumpende Volumen und die es umgebende Fläche ist. Deshalb ist die Versteifungsstruktur vorzugsweise umgebungsseitig, nicht vakuumseitig, mit der oberen und unteren Vakuumkammer verbunden. Die Versteifungsstruktur kann aus einem oder zur besseren Verteilung der Kraft und Stabilisierung aus mehreren Bauteilen bestehen. Beispielsweise kann die Versteifungsstruktur aus zwei oder drei vorzugsweise längenverstellbaren Stahlträgern bestehen, die jeweils - z.B. parallel der Ebene der Tischoberfläche winkelgleichverteilt - mit der oberen und unteren Vakuumkammer verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise eine lösbare Verbindung wie eine Schraubverbindung sein, was eine einfachere und flexiblere Montage erlaubt. Erfindungsgemäße Ausführungsformen des Tisches umfassen die Merkmale einer oder mehrerer der folgenden Ausgestaltungen. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind der obere Kammerabschnitt und untere Kammerabschnitt zumindest entlang der gleichen Raumachse, zum Beispiel der Normalen der Tischoberfläche, flexibel. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass sich die auf die obere und untere
Vakuumkammer wirkenden Kräfte, die insbesondere durch das Evakuieren wirken, entlang der einen Raumachse ausgeglichen werden können, wobei der Gesamtaufbau des Tisches ansonsten bezüglich anderer komplementärer Raumachsen starr und damit stabiler ausgeführt werden kann. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind der obere Kammerabschnitt und untere Kammerabschnitt zumindest entlang einer Normalen einer Tischoberfläche der Tischplatte flexibel und ansonsten starr, so dass ein unteres Vakuumvolumen der unteren Vakuumkammer und ein oberes Vakuumvolumen der oberen Vakuumkammer variabel sind. Bewegliche
Vakuumteile sind meist teuer und fehleranfällig. Diese Ausgestaltung hat beispielsweise den Vorteil, dass die Flexibilität der oberen und unteren
Vakuumkammer durch je nur einen flexiblen Kammerabschnitt realisiert werden kann. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die
Versteifungsstruktur jeweils starr mit der oberen Vakuumkammer und der unteren Vakuumkammer verbunden.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind das obere Vakuumvolumen und das untere Vakuumvolumen durch die Kältemaschine und/oder einen externen Pumpstand oder verschiedene externe Pumpstände beispielsweise über entsprechende Pumpleitungen abpumpbar. Ein Pumpstand kann aus mehreren in Flussrichtung des abgepumpten Gases seriell oder parallel angeordneten Pumpen bestehen. Beispielsweise können Vorpumpen wie Membranpumpen, die zwar nur einen Vorvakuumdruck (z.B. etwa 10"4 mbar) erzeugen können aber eine Gasflusslast tragen können,
Hochvakuumpumpen wie Turbopumpen oder lonengetterpumpen in Flussrichtung nachgeordnet sein. Die Pumpleitungen können beispielsweise flexible Balgschläuche mit endseitigen Flanschen sein. Dies hat den Vorteil, dass der Tisch von den Vibrationen der Pumpen entkoppelt wird. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist eine
Druckregulierungseinrichtung zur Einstellung eines oberen Drucks in und/oder oberen Gasstroms aus der oberen Vakuumkammer und eines unteren Drucks in und/oder unteren Gasstroms aus der oberen Vakuumkammer vorgesehen. Die Druckregulierungseinrichtung kann im einfachsten Fall eine fluide
Verbindung zwischen dem oberen und unteren Vakuumvolumen der oberen respektive unteren Vakuumkammer sein. Dadurch stellt sich im oberen und unteren Vakuumvolumen derselbe Druck ein. Je nach Gaslast und Länge der fluiden Verbindung ist ein minimaler Querschnitt der fluiden Verbindung hinreichend großflächig auszulegen, damit der Druckausgleich nach Maßgabe der Anwendung hinreichend schnell erfolgen kann. Die
Druckregulierungseinrichtung kann auch ein elektronisches Regelungssystem von Pumpen und/oder steuerbaren Ventilen von externen Gaszufuhren der oberen und unteren Vakuumkammer sein, über die der Gasstrom in oder aus der oberen und/oder unteren Vakuumkammer regulierbar ist.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die
Druckregulierungseinrichtung eine fluide Verbindung zwischen der oberen Vakuumkammer und der unteren Vakuumkammer, so dass der obere Druck und/oder obere Gasstroms mit dem unteren Druck respektive den unteren Gasstrom ausgleichbar sind. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass eine aufwendige elektronische Steuerung zum Druckausgleich entbehrlich wird.
Gemäß einer besonders einfachen erfindungsgemäßen Ausgestaltung haben eine obere Grundfläche des oberen Vakuumvolumens und eine untere
Grundfläche des unteren Vakuumvolumens, die parallel zur Tischoberfläche ausgerichtet sind, im Wesentlichen die gleiche Fläche, so dass sich eine obere Kraft und eine untere Kraft, die durch Abpumpung der oberen Vakuumkammer respektive unteren Vakuumkammer entlang der Normalen der Tischoberfläche erzeugbar sind, zumindest teilweise kompensieren.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die
Druckregulierungseinrichtung ein Hohlraum in der Versteifungsstruktur, der jeweils in die obere Vakuumkammer und die untere Vakuumkammer mündet. Die Versteifungsstruktur fungiert dann als erfindungsgemäße fluide Verbindung. Sie kann jeweils über Vakuumflansche an Gegenflansche der oberen und unteren Vakuumkammer angeschlossen werden, so dass der Hohlraum das obere und untere Vakuumvolumen fluide verbindet und gegenüber der
Umgebung abgeschlossen ist.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst die
Druckregulierungseinrichtung eine Regelungseinheit zur abstimmbaren
Regelung des oberen Druck und/oder des oberen Gasstroms sowie des unteren Drucks respektive unteren Gasstroms, so dass sich eine obere Kraft und eine untere Kraft, die durch Abpumpung der oberen Vakuumkammer respektive unteren Vakuumkammer entlang der Normalen der Tischoberfläche erzeugbar sind, zumindest teilweise kompensierbar sind.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der durch die Kältemaschine kühlbare Abschnitt zumindest eine in der Tischplatte gehalterte kryogene Platte. Die kryogene Platte ist vorzugsweise demontierbar und vom restlichen Tisch thermisch entkoppelt, beispielsweise durch Halterungen aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit wie beispielsweise
Keramiken oder Kunststoffe. Auf der der Kältemaschine entgegengesetzten Seite der Kältemaschine kann eine zu vermessende und zu diesem Zweck zu kühlende Probe angeordnet werden. Zur thermischen Isolierung der Probe gegenüber der Umgebung des Tisches, die üblicherweise Raumtemperatur und Atmosphärendruck aufweist, kann eine Haube auf einem Teilbereich der kryogenen Platte derart vorgesehen sein, so dass ein evakuierbares Volumen um die Probe definiert ist. In der Haube können vakuumdichte optische Fenster, Manipulatoren, elektrische Durchführungen und Messsonden angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die
Kältemaschine an mindestens einem Tischbein des Tisches, an der Tischplatte und/oder auf einem Boden abgestützt.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann zusätzlich eine Haube mit mindestens einem optischen Fenster, Pumpzuleitungen,
vorzugsweise vakuumdichten Durchleitungen für elektrische Kabel oder mechanische Vorrichtungen wie Manipulatoren für die Objekte und/oder auch optische Shutter vorgesehen sein. Insbesondere kann die auf der kryogenen Platte montierte Haube einen Hohlraum der zumindest durch eine Teilfläche der oberen Plattenoberfläche der kryogenen Platte begrenzt ist, allseits
umschließen, so dass ein evakuierbarer Raum entsteht.
Die Haube kann insbesondere eine vakuumtaugliche Kammer sein, an deren offener Unterseite entsprechende Gegenflansche zu den Flanschen der kryogenen Platte vorgesehen sind, so dass ein Teilbereich der oberen
Plattenoberfläche zusammen mit der Innenfläche der Haube einen
abgeschlossenen und evakuierbaren Raum bilden.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine
Dämpfungssteuerung vorgesehen sein, die mit der Dämpfungseinrichtung in Wirkverbindung steht und die Dämpfungseinrichtung in Abhängigkeit
detektierter Vibrationen ansteuert, so dass die Tischplatte und ihre
Tischoberfläche von Vibrationen freigehalten wird. Insbesondere kann die Druckregulierungseinrichtung in einen Regelkreis der Dämpfungssteuerung eingebunden sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur mechanischen Entkopplung einer Tischplatte eines Tisches und einer Kältemaschine, die an einer der Tischplatte zugewandten Oberseite mit der Tischplatte über eine flexible obere Kammer, und die an einer der Tischplatte abgewandten Unterseite mit einer unteren Kammer verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Druckregulierungseinrichtung ein oberer Druck in und/oder ein oberer Gasstrom aus der oberen Vakuumkammer sowie ein unterer Druck in und/oder ein unterer Gasstrom aus der unteren
Vakuumkammer derart abgestimmt geregelt werden, dass sich eine obere Kraft und eine untere Kraft, die durch Abpumpen der oberen Vakuumkammer respektive der unteren Vakuumkammer entlang einer Normalen einer
Tischoberfläche der Tischplatte wirken, zumindest teilweise kompensieren.
Der Erfindung unterliegt die Grundidee, den oberen Druck im oberen
Vakuumvolumen und den unteren Druck im unteren Vakuumvolumen derart zu regeln, dass die durch Evakuierung der oberen Vakuumkammer wirkende obere Kraft die durch Evakuierung der unteren Vakuumkammer wirkende untere Kraft nach Maßgabe des auf dem Tisch auszuführenden Experiments hinreichend kompensiert. Entlang der Raumachse, in der die obere und untere Vakuumkammer flexibel sind, können die obere und untere Kraft eine
Bewegung bewirken. Die obere/untere Kraft ergibt sich im Wesentlichen aus dem Quotienten von oberem/unterem Druck und der effektiven Grundfläche der oberen/unteren Vakuumkammer. Die effektive Grundfläche bezieht sich auf die Ebene, deren Normale parallel zur vorgenannten Raumachse ist. Bei gleichen Grundflächen kann der Kräfteausgleich, beispielsweise durch eine fluide
Verbindung zwischen oberer und unterer Kammer, durch Druckausgleich bewirkt werden. In diesem Fall könnten die obere und die untere
Vakuumkammer durch denselben Pumpstand abgepumpt werden.
Denkbar ist auch ein Kräfteausgleich, indem die untere Grundfläche (z.B.
zehnmal) größer als die obere Grundfläche ausgelegt ist und der untere Druck (z.B. etwa 10"4 mbar) entsprechend niedriger als der obere Druck (z.B. etwa 10"5 mbar) eingestellt wird. Im Detail wird der Druck in den Kammern P1 und P2 bei den Flächen A1 und A2 bei dem Umgebungsdruck P nach der Beziehung (P-P1)A1 = (P-P2)A2 bestimmt werden können.
Dies hat den Vorteil, dass das obere Vakuumvolumen abgeschlossen bleibt, so dass ein möglichst tiefes Vakuum unaufwendiger erzeugt werden kann, so dass der thermische Kontakt möglichst gut thermisch isoliert wird und die auf den zu kühlenden Abschnitt des Tisches wirkende Kühlleistung optimiert wird. Zudem ist ein Pumpstand zur Erzeugung eines höheren Drucks tendenziell billiger und wartungsärmer. Das bezüglich der Einstellung des oberen und unteren Drucks gesagte ist analog auch für die Einstellung des oberen und unteren Gasflusses in oder aus der oberen respektive unteren Vakuumkammer anzuwenden. Denn ein Druckausgleich zwischen unterer und oberer Vakuumkammer erfolgt nicht instantan. Vielmehr beanspruchen die druckausgleichenden Gasflüsse Zeit. Während dieser Zeit sind die obere und untere Kraft nicht im Gleichgewicht, so dass Bewegungen, wie Vibrationen, im Tisch erzeugt werden, welche die störungsanfälligen Messungen auf der Tischplatte kompromittieren können. Vorteilhafterweise wird durch die Kompensation der unteren und oberen Kraft, die zumindest mittelbar auf den Tisch wirken, eine Deformation mechanischer Stress auf die Tischplatte vermieden.
Die Erfindung und vorteilhafte Weiterbildungen werden in den beigefügten Figuren beispielhaft veranschaulicht. Gleiche und gleichwirkende Merkmale sind nur teilweise mit Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tisches;
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tisches;
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tisches; Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines weiteren
Ausführungsbeispieis des erfindungsgemäßen Tisches; Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines weiteren
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tisches; und
Figur 6 eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen
Tisch mit einer montierten Haube.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Tisches 1 , hier einen optischen Tisch 1 . Eine Tischplatte 9 mit einer oben liegenden Tischplattenoberfläche 2 wird von Tischbeinen 4 getragen. Zwischen jedem Tischbein 4 und der Tischplatte 9 ist je eine Dämpfungseinrichtung 5 angeordnet. In einer (oder mehreren) Durchbrechung 3 in der Tischplatte 9 ist (je) eine kryogene Platte 10 durch Verbindungselemente starr befestigt, xso dass eine obere Plattenoberfläche mit der Tischoberfläche 2 fluchtet. Ein Flansch (nicht dargestellt) eines flexiblen oberen Kammerabschnitts einer oberen Vakuumkammer 50 ist mit einer Oberseite 26 einer Kältemaschine 20 in mechanischer und/oder fluider Verbindung.
Weiterhin ist die untere Plattenoberfläche über ein flexibles Element 22 aus einem wärmeleitfähigen Material wie Kupfer, das einen zur effizienten Kühlung der kryogenen Platte 10 ausgelegten Wärmestrom tragen kann, in
mechanischer und thermischer Verbindung. Dadurch sind die Kältemaschine 20 und die kryogene Platte 10 mechanisch nicht starr verbunden und mithin zumindest orthogonal zur Tischebene gegeneinander beweglich und
voneinander vibrationsisoliert bzw. vibrationsgedämmt. Die Unterseite 27 der Kältemaschine 20 ist mit einem Flansch (nicht dargestellt) eines flexiblen Kammerabschnitts 61 einer unteren Vakuumkammer 60 in mechanischer und fluider Verbindung. Die obere Vakuumkammer 50 und die untere
Vakuumkammer 60 liegen bezüglich einer Normale 70 einer Tischoberfläche 2 der Tischplatte 9 auf entgegengesetzten Seiten der Kältemaschine. Ein oberes/unteres Vakuumvolumen 52/62 der oberen/unteren Vakuumkammer 50/60 kann durch einen Pumpstand (nicht dargestellt) der Kältemaschine 20 oder über eine externe Pumpleitung 81 durch einen externen Pumpstandes (80) auf einen oberen/unteren Druck 50P/60P evakuiert werden. Eine
Versteifungsstruktur 30 verbindet seitens der Umgebung 100 und starr die obere Vakuumkammer 50 mit der unteren Vakuumkammer 60, wobei die Verbindung oberhalb des oberen flexiblen Kammerabschnitts 51 und unterhalb des unteren flexiblen Kammerabschnitts 61 ansetzt.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Tisches 1 wie bereits in Figur 1 beschrieben. Der flexible obere Kammerabschnitt 51 und der flexible untere Kammerabschnitt 61 sind entlang der Normalen 70 stauchbar und auseinanderziehbar. Durch den oberen/unteren Druck 50P/60P, der auf die zur Normalen 70 orthogonalen oberen/unteren Grundfläche 53/63 wirkt, entstehen eine obere Kraft 50K und eine untere Kraft 60K, die entlang der Normalen 70 in entgegengesetzte Richtungen auf die Kältemaschine 20 wirken. Ist die untere Kraft 60K gleich der oberen Kraft 50K, wird die Kältemaschine 20 nicht gegen die Tischplatte 9 bewegt. Diese derart unterdrückte Bewegung könnten beispielsweise vibratorische Störungen für die auf der Tischplatte 9 stattfindenden Experimente (experimenteller Aufbau nicht dargestellt)
induzieren. Die obere Kraft 50K ist gleich der unteren Kraft 60K, wenn der Quotient der Differenz des Umgebungsdrucks P und dem unteren Druck 60P P2 und der Differenz des Umgebungsdrucks P und dem oberen Druck 50P P1 gleich ist dem Quotienten aus oberer Grundfläche 53 A1 und unterer
Grundfläche 63 A2, A1/A2 = (P-P2)/(P-P1).
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Tisches 1. Die Versteifungsstruktur 30 fungiert als Druckregulierungseinrichtung 90, um den oberen Druck 50P und den unteren Druck 60P auszugleichen. Ein Hohlraum 31 der Versteifungsstruktur hat jeweils Mündungen 32 in die obere
Vakuumkammer 50 und die untere Vakuumkammer 60. Dieser Hohlraum 31 fungiert als fluide Verbindung 91 für einen oberen Gasfluss 50F aus der oberen Vakuumkammer 50 und ein unteren Gasfluss 60F aus der unteren
Vakuumkammer 60 zu einem externen Pumpstand 80 oder alternativ zu einem Pumpstand (nicht dargestellt) der Kältemaschine 20. Denkbar ist auch, die Druckregulierungseinrichtung 90 als von der Versteifungseinrichtung 30 separates Bauteil auszugestalten, beispielsweise als einen flexiblen
Balgschlauch.
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Tisches 1. Auf einer Durchbrechung 3 in der Tischplatte 9 ist eine kryogene Platte 10 angeordnet, an der die obere Vakuumkammer 50 von unten angeflanscht ist. Der flexible obere Kammerabschnitt 51 , beispielsweise als vakuumtechnisch der oberen Vakuumkammer 50 ist von oben an die Kältemaschine 20 angeflanscht. In dieser Ausführungsform ist die Kältemaschine 20 in einem starren Rahmen 28, der auf dem Boden 82 steht, abgestützt. Von unten ist ein flexibler unterer Kammerabschnitt 61 einer unteren Vakuumkammer 60 an die Kältemaschine 20 bzw. an den mit ihr starr verbundenen Rahmen 28 angeflanscht. Der flexible obere Kammerabschnitt 51 und der flexible untere Kammerabschnitt 61 kann beispielsweise als flexibler Balg (flexible bellows) mit endseitig jeweils
angeschweißtem ringförmigen Anschlussflanschen ausgestaltet sein. Die
Anschlussflansche können beispielsweise einen Außendurchmesser von 6" OD (ca. 152 mm) sowie einen Innendurchmesser der freien Öffnung 5" ID (127 mm) 4" ID (101 ,6 mm) oder 3,5" ID (89 mm) aufweisen. Bei typischer Einstellung des oberen/unteren Drucks 50P/60P in der oberen/unteren Vakuumkammer 50/60 wirkt aufgrund des Atmosphärendrucks (meist 1 bar) der Umgebung 100 eine obere Kraft 50K und eine untere Kraft 60K mit gleichem Betrag in
entgegengesetzte Richtung, so dass sie sich kompensieren und den unteren und oberen flexiblen Balg stauchen. Für eine obere/untere Grundfläche 53/63, die dem freien Innendurchmesser der Abschlussflansche der Balge entspricht, von 101 (127) mm beträgt dann die obere/untere Kraft 50K 60K 80 (127) Newton. Figur 5 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Tisches 1 . In Abwandlung der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist der Rahmen 28 über eine Anzahl von Dämpfungseinrichtungen 5 mit der Tischplatte 9 verbunden.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Tisch 1 mit Tischbeinen 4, einer Tischplatte 9 sowie einer montierten Haube 40 zur Aufnahme beispielsweise einer zu untersuchenden Probe (nicht dargestellt). Die Kältemaschine ist in einem Gehäuse 25 unter dem Tisch angeordnet. Im oberen Bereich trägt die Haube 40 ein Sichtfenster 46 sowie weitere
Sichtfenster 41 im Seitenbereich zur Inaugenscheinnahme ihres Inneren durch einen Experimentator. Die Haube 40 definiert zusammen mit der sie
begrenzenden Tischplatte 9 ein Volumen, das evakuierbar ist, insbesondere über einen externen Pumpstand 80. Die Haube 40 ist über einen Flansch 44 auf der Oberfläche 2 des Tisches befestigt. Innerhalb der Haube 40 kann eine Probe über die Fenster 41 , 46 untersucht werden, wobei die Probe in einer kryogenen Atmosphäre gehalten werden kann.
Dem Fachmann wird durch die hier offenbarte Erfindung auch, soweit technisch möglich, zur Kombination von Merkmalen, die im Kontext verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsformen beschrieben sind, angeregt.
Bezugszeichenliste Tisch
Tischoberfläche
Durchbrechung
Tischbeine
Dämpfungseinrichtung Befestigungsmittel
Tischplatte Kryogene Platte Kältemaschine
Thermischer Kontakt
Oberseite
Unterseite
Rahmen Versteifungsstruktur
Hohlraum
Mündung Haube
Fenster
Hohlraum
Raumtemperaturgegenflansch Kryogener Gegenflansch Sichtfenster Obere VakuumkammerF Oberer Gasstrom
K Obere Kraft P Oberer Druck
Flexibler oberer Kammerabschnitt Oberes Vakuumvolumen Obere Grundfläche Untere VakuumkammerF Unterer Gasstrom
K Untere Kraft
P Unterer Druck
Flexibler unterer Kammerabschnitt Unteres Vakuumvolumen Untere Grundfläche Raumachse, Normale Externer Pumpstand
Externe Pumpleitung
Boden Druckregulierungseinrichtung Fluide Verbindung 0 Umgebung

Claims

Patentansprüche
Tisch (1) mit einer Tischplatte (9),
gekennzeichnet durch
• eine Kältemaschine (20), wobei zumindest ein Abschnitt (10) der Tischplatte (9) mit der Kältemaschine (20) über einen thermischen Kontakt (22) kühlbar ist;
• eine abpumpbare obere Vakuumkammer (50) zur thermischen Isolierung des thermischen Kontakts (22) von einer Umgebung (100) des Tisches (1), die eine der Tischplatte (9) zugewandte Oberseite (26) der Kältemaschine (20) und den zu kühlenden Abschnitt (10) verbindet, mit zumindest einem flexiblen oberen Kammerabschnitt (51);
• eine abpumpbare untere Vakuumkammer (60), die mit einer der Tischplatte (9) abgewandten Unterseite (27) der Kältemaschine (20) verbunden ist, mit zumindest einem flexiblen unteren
Kammerabschnitt (61);
• eine starre Versteifungsstruktur (30), die jeweils über den flexiblen oberen Kammerabschnitt (51) und über den flexiblen unteren Kammerabschnitt (61) mit der Kältemaschine (20) verbunden ist.
Tisch (1) nach Anspruch 1 , wobei der obere Kammerabschnitt (51) und untere Kammerabschnitt (61) zumindest entlang der gleichen Raumachse (70) flexibel sind.
Tisch (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der obere Kammerabschnitt (51) und der untere Kammerabschnitt (61) zumindest entlang einer Normalen (70) einer Tischoberfläche (2) der Tischplatte (9) flexibel und ansonsten starr sind, so dass ein unteres Vakuumvolumen (62) der unteren Vakuumkammer (60) und ein oberes Vakuumvolumen (52) der oberen Vakuumkammer (50) variabel sind.
Tisch (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Versteifungsstruktur (30) jeweils starr mit der oberen Vakuumkammer (50) und der unteren Vakuumkammer (60) verbunden ist.
Tisch (1) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 3, wobei das obere Vakuumvolumen (52) und das untere Vakuumvolumen (62) durch die Kältemaschine (20) und/oder einen externen Pumpstand (80) oder verschiedene externe Pumpstände (80) abpumpbar sind.
Tisch (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Druckregulierungseinrichtung (90) zur Einstellung eines oberen Drucks (50P) in der oberen Vakuumkammer (50) und/oder eines oberen Gasstroms (50F) aus der oberen Vakuumkammer (50) und eines unteren Drucks (60P) in der oberen Vakuumkammer (60) und/oder eines unteren Gasstroms (60F) aus der oberen
Vakuumkammer (60) vorgesehen ist.
Tisch (1) nach Anspruch 6, wobei die Druckregulierungseinrichtung (90) eine fluide Verbindung (91) zwischen der oberen
Vakuumkammer (50) und der unteren Vakuumkammer (60) ist, so dass der obere Druck (50P) und/oder der obere Gasstrom (50F) mit dem unteren Druck (60P) respektive dem unteren Gasstrom (60F) ausgleichbar sind.
Tisch (1) nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 in Kombination mit einem der Ansprüche 1 , 2, 4 bis 7, wobei eine obere Grundfläche (53) des oberen Vakuumvolumens (52) und eine untere Grundfläche (63) des unteren Vakuumvolumens (62), die parallel zur Tischoberfläche (2) ausgerichtet sind, im Wesentlichen die gleiche Fläche haben, so dass sich eine obere Kraft (50K) und eine untere Kraft (60K), die durch Abpumpung der oberen Vakuumkammer (50) respektive unteren Vakuumkammer (60) entlang der Normalen (70) der Tischoberfläche (2) erzeugbar sind, zumindest teilweise kompensieren.
Tisch (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 oder nach Anspruch 8 in Kombination mit Anspruch 6 oder 7, wobei die
Druckregulierungseinrichtung (90) ein Hohlraum (31 ) in der
Versteifungsstruktur (30) ist, der jeweils in die obere Vakuumkammer (50) und die untere Vakuumkammer (60) mündet.
10. Tisch (1 ) nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 9 oder nach Anspruch 8 in Kombination mit Anspruch 6, 7 oder 9, wobei die
Druckregulierungseinrichtung (90) eine Regelungseinheit zur abstimmbaren Regelung des oberen Druck (50P) und/oder des oberen Gasstroms (50F) sowie des unteren Drucks (60P) respektive unteren Gasstroms (60F) umfasst, so dass sich eine obere Kraft (50K) und eine untere Kraft (50K), die durch Abpumpung der oberen Vakuumkammer (50) respektive unteren Vakuumkammer (60) entlang der Normalen (70) der Tischoberfläche (2) erzeugbar sind, zumindest teilweise kompensieren.
Tisch (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der durch die Kältemaschine (20) kühlbare Abschnitt (10) eine in der Tischplatte (9) gehalterte kryogene Platte (10) ist.
Tisch (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Kältemaschine (20) an mindestens einem Tischbein (4) des Tisches (1 ), an der Tischplatte (9) und/oder auf einem Boden (82) abgestützt ist.
13. Verfahren zur mechanischen Entkopplung einer Tischplatte (9) eines Tisches (1) und einer Kältemaschine (20), die an einer der Tischplatte (9) zugewandten Oberseite (26) mit der Tischplatte (9) über eine flexible obere Kammer (50), und die an einer der Tischplatte (9) abgewandten Unterseite (27) mit einer unteren Kammer (60) verbunden ist, wobei mittels einer Druckregulierungseinrichtung (90) ein oberer Druck (50P) in der oberen Vakuumkammer (50) und/oder ein oberer Gasstrom (50F) aus der oberen Vakuumkammer (50) sowie ein unterer Druck (60P) in der unteren Vakuumkammer (60) und/oder ein unterer Gasstrom (60F) aus der unteren
Vakuumkammer (60) derart abgestimmt geregelt werden, dass sich eine obere Kraft (50K) und eine untere Kraft (60K), die durch
Abpumpen der oberen Vakuumkammer (50) respektive der unteren Vakuumkammer (60) entlang einer Normalen (70) einer
Tischoberfläche (2) der Tischplatte (9) wirken, zumindest teilweise kompensieren.
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