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Vorrichtung zur Einstellung der Raumlage eines Präparatetellers in
einer Vakuumkammer, z. B. einer Bedampfungsanlage Die Erfindung bezieht sich auf
eine Verstellvorrichtung mit vakuumdichter Durchführung für einen um zwei zueinander
senkrecht stehende Achsen drehbaren Präparateteller in einer Vakuumkammer, z. B.
einer Bedampfungsanlage.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist der Präparateteller
um seine Achse drehbar am Steg eines U-förmigen Bügels gelagert, dessen beide Schenkel
an einer in der Behandlungskammer verschiebbaren Bühne um eine zur Drehachse des
Präparatetellers senkrechte Achse drehbar gelagert sind. Sämtliche Bewegungen des
Präparatetellers sind von in Längsrichtung der Behandlungskammer sich erstreckenden,
getrennt angetriebenen Spindeln abgeleitet.
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Beim praktischen Gebrauch bzw. bei der Weiterentwicklung derartiger
Einrichtungen, die beispielsweise für die Bedampfung von Gegenständen im Hochvakuum
zwecks der Präparation von Objekten für die übermikroskopie, weiter für die Herstellung
von Vergütungs- und anderen Schichten aus Metallen oder Nichtmetallen geeignet sind,
hat es sich gezeigt, daß die bekannte Einrichtung hinsichtlich ihres Platzbedarfes
sowie in bezug auf einen ungehinderten Strahlendurchgang nicht in allen Fällen in
vollem Ausmaß befriedigen konnte.
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Von diesen Erkenntnissen ausgehend, bezweckt die Erfindung eineVervollkommnung
und Vereinfachung der bekannten Einrichtung, die für alle Anwendungsfälle vorteilhaftere
Verhältnisse herbeiführt. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch zwei konzentrisch
zueinander angeordnete, die Wand der Vakuumkammer durchsetzende, unabhängig voneinander
drehbare Antriebswellen erreicht, von denen die äußere Antriebswelle als Hohlwelle
ausgebildet ist und wobei die Drehung des Präparatetellers um seine beiden Drehachsen
je von einer der beiden Antriebswellen abgeleitet ist. Diese überaus raumsparende
Ausbildung der Einrichtung ermöglicht ihre Unterbringung auch bei stark beengten
Platzverhältnissen, wie dies in Behandlungskammem für die verschiedensten technischen
und wissenschaftlichen Zwecke zumeist der Fall ist. Bei voller Wahrung der freien
Drehbarkeit des Präparatetellers wird zugleich durch den Fortfall einer eigenen
verschiebbaren Bühne einschließlich ihrer Antriebselemente jede Behinderung des
Strahlenganges durch diese Bauteile vermieden. Darüber hinaus wird aber auch das
Einsetzen der Einrichtung in die Kammer bedeutend vereinfacht, da sie nun ohne Schwierigkeiten
durch eine einzige Öffnung in die Kammer eingebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil
besteht in der einfachen und zuverlässigen Abdichtbarkeit des Innenraumes der Behandlungskammer
gegenüber der Atmosphäre, was insbesondere bei Behandlung im Hochvakuum von Bedeutung
ist. Die Abdichtung der einzigen Durchtrittsöffnung der Kammerwand kann in diesem
Fall in einfacher Weise mit üblichen Dichtelementen vorgenommen werden. Die koaxiale
Anordnung der Antriebswellen gewährleistet aber auch eine einfachere Bedienung der
Einrichtung, da sämtliche Betätigungsgriffe in übersichtlicher Anordnung nahe beisammen
liegen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die äußere, als Hohlwelle
ausgebildete Antriebswelle in der Wand der Vakuumkammer gelagert und zusainmen mit
der inneren Antriebswelle axial verschiebbar sein und die innere Antriebswelle gegenüber
der äußeren Antriebswelle relativ verschiebbar sein, durch welche Bewegung der Präparateteller
zusätzlich um eine dritte, zu seinen beiden Drehachsen normale Achse schwenkbar
und so z. B. an einen in der Vakuumkammer angeordneten Kühlkörper andrückbar sein.
Die bei zahlreichen Behandlungsvorgängen
wiederholt erforderliche
Kühlung des Präparatetellers durch unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlkörper kann
solcherart mit wenigen Handgriffen vorgenommen werden, so daß der Behandlungsvorgang
nur über einen kurzen Zeitraum unterbrochen werden muß. Nach dem gleichen Prinzip
kann der Präparateteller auch in Zeitabständen beheizt werden, wobei sich die Verwendung
eines kombinierten Heiz- und Kühlkörpers in vielen Fällen als zweckmäßig erweist.
Auch die zusätzlichen Freiheitsgrade für die Lageveränderung des Präparatetellers
ändern nichts an der einfachen Abdichtbarkeit der Kammer nach außen.
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Um die zusätzliche Bewegung auf den Präparateteller zu übertragen,
kann erfindungsgemäß eine weitere, die Hohlwelle koaxial durchsetzende, separat
drehbare, hohle Antriebswelle vorgesehen sein, von deren Drehung die Schwenkbewegung
des Präparatetellers abgeleitet ist. Die beiden letztgenannten Ausführungsvorschläge
zeichnen sich durch besonders einfache bauliche Gestaltung und leichte Bedienbarkeit
aus, wobei es dem Ermessen des Fachmannes überlassen bleibt, welcher der beiden
Lösungen im jeweils vorliegenden Verwendungsfall der Vorzug zu geben sein wird.
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Eine bevorzugte Ausführung der Einrichtung nach der Erfindung sieht
eine kardanische Aufhängung des Präparatetellers zweier an ihren Schenkeln gelenkig
miteinander verbundener, einander umgreifender U-förmiger Bügel vor, wobei die Welle
des Präparatetellers am Steg des inneren Bügels drehbar gelagert und der äußere
Bügel mittig am inneren Ende der äußeren Hohlwelle befestigt ist. Der Präparateteller
befindet sich daher, unabhängig von seiner jeweiligen Raumlage, stets in zentraler
Anordnung in bezug auf seine Drehachse, so daß er in jeder Stellung im unmittelbaren
Wirkungsbereich der Strahlungs- bzw. Bedampfungsquelle od. dgl. bleibt.
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Bei kardanischer Aufhängung des Präparatetellers erweist es sich nach
einem weiteren Erfindungsvorschlag als vorteilhaft, die Welle des Präparatetellers
mit der zentralen Antriebswelle über ein Kegelradgetriebe zu verbinden, das aus
je einem Kegelrad an den freien Enden der genannten Wellen und einem Paar
drehfest miteinander verbundener Kegelräder besteht, deren Drehachse mit der Schwenkachse
des Präparatetellers zusammenfällt, wobei gegebenenfalls am inneren und/oder äußeren
Bügel noch ein Zwischenkegelrad vorgesehen sein kann. Durch den zwangläufigen Antrieb
ist eine eindeutige Zuordnung der Drehung der Welle des Präparatetellers und der
zentralen Antriebswelle gegeben.
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Schließlich kann erfindungsgemäß mit dem inneren Bügel ein Kegelrad
drehfest verbunden sein, das, allenfalls unter Zwischenschaltung eines weiteren
Kegelrades, mit einem Kegelrad am inneren Ende der hohlen Antriebswelle im Eingriff
steht. Damit wird auch für die Schwenkbewegung des Präparatetellers eine eindeutige
Zuordnung zur Bewegung der hohlen Antriebswelle herbeigeführt.
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Die Erfindung wird im folgenden an zwei AusführungsbeispIelen an Hand
der Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt die Gesamtanordnung einer Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Einrichtung in schematischer Schnittdarstellung und F i
g. 2 eine weitere Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfladung im Längsschnitt.
Gemäß F i g. 1 befindet sich der Präparateteller 1
in zentraler Anordnung
innerhalb einer Behandlungskammer 2, die von einem zweiachsigen Gehäuse
3
umschlossen ist. Der Präparateteller 1 ist um seine eigene Achse
drehbar an einem Schwenkkopf 4 befestigt, dessen Mittelpunkt mit dem Schnittpunkt
der beiden Achsen A-A und B-B des Gehäuses 3 zusammenfällt. Der Schwenkkopf
4 ist am inneren Ende einer zur Achse A-A konzentrischen Hohlwelle 5
angeschlossen,
in der eine zentrale Antriebswelle 6
frei drehbar und längsverschieblich geführt
ist. Der Schwenkkopf 4 ist um eine zu den beiden Achsen A-A und B-B normale
Raumachse C schwenkbar.
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Die Hohlwelle 5 ist durch einen seitlichen Montageflansch
9 des Gehäuses 3 hindurchgeführt und in der Bohrung des Flansches
9 sowohl axial verschiebbar als auch drehbar gelagert.
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Die dem Flansch 9 gegenüberliegende, öffnung des Gehäuses
3 führt, wie durch den Pfeil angedeutet, zwecks Evakuierbarkeit der Behandlungskammer
2 zu einer Vakuumpumpe. Mit 10 und 11 sind die Flansche zum Abschluß
des Unter- bzw. Oberteils der Behandlungskammer 2 bezeichnet, welche zugleich zur
Aufnahme von Aufdampf- oder Bestrahlungsquellen dienen, wenn derartige Behandlungsvorgänge
durchgeführt werden sollen.
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In die vorzugsweise thermisch isolierbare Behandlungskammer 2 ist
weiter, dem Flausch 9 gegenüberliegend, ein Kühlzylinder 12 eingesetzt,
der, wie nachfolgend noch erläutert, zur zeitweisen Kühlung des Präparatetellers
1 dient. Für besondere Verwendungszwecke, kann dieser Kühlzylinder 12 aber
auch einen zylindrischen Fortsatz aus gut wärmeleitendem Material, z. B. Kupferblech,
aufweisen, welcher den Präparateteller 1 umgibt und Ausnehmungen besitzt,
die eine unbehinderte, Bedampfung bzw. Bestrahlung der auf dem Präparateteller
1 befindlichen Objekte ermöglichen.
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Zur Betätigung der Einrichtung besitzen die AntriebsweRen
5 bzw. 6 an ihrem äußeren Ende je einen Betätigungsgriff
7 bzw. 8. Die Drehung des Präparatetellers 1 um seine Achse,
ist von der zentralen Antriebswelle 6 abgeleitet und wird durch Drehen des
Griffes 8 vorgenommen. Zum Schwenken des Präparatetellers 1 um die
Achse C wird die zentrale Antriebswelle 6 mittels des Griffes
8 innerhalb der Hohlwelle 5 verschoben. Bei einer Schwenkung des Tellers
1 aus der in der Zeichnung ersichtlichen Stellung um 901 nimmt der
Teller:t die durch strichpunktierte Linien angedeutete Lage ein, in der seine Achse
mit der Achse A-A der Antriebswellen 5 und 6
zusammenfällt. Der Teller
1 kann nun durch axiale Verschiebung der Hohlwelle 5 mittels ihres
Griffes 7
an den Kühlzylinder 12 herangeführt und durch unmittelbaren
Wärmekontakt abgekühlt werden. Der Präparateteller 1 ist weiter mit Hilfe
des Griffes 7 um die Achse A-A frei drehbar.
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Sofern eine Schwenkmöglichkeit des Präparatetellers 1 um die
Achse C nicht vorgesehen ist, kann zur Kühlung des Präparatetellers
1 auch eine Kühlbrücke in der Art eines federnden Auslegers innerhalb oder
außerhalb derKühlkammer vorhanden sein.
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Bei der Ausführungsvariante nach F i g. 2 ist eine kardanische
Aufhängung des Präparatetellers 1 vorgesehen. Der Teller 1 ist mit
seiner Welle 15 durch einen Mitnehmer 13 drehfest verbunden und mittels
einer Schraubenfeder 14, die sich auf einem Absatz der Welle, 15 abstützt,
abgefedert. Das Drehlager 16
der Welle 15 befindet
sich am Steg eines etwa U-förmigen inneren Bügels 17. Die parallelen Schenkel
18 dieses Bügels besitzen miteinander fluchtende Querbohrungen, die Drehlager
für die Schwenkzapfen 19 eines U-förmigen äußeren Bügels 20 bilden, dessen
Steg 21 am inneren Ende der äußeren Hohlwelle 5 mittig angeschlossen ist.
Die Hohlwelle 5 ist wie beim ersteren Ausführungsbeispiel in einer Bohrung
des Flansches 9 dreh- und verschiebbar geführt und gegen den Flansch
9 durch eine Lippendichtung 22 abgedichtet. Ein am Flansch 9 befestigter
Klemmkonus 23 mit aufschraubbarem Klemmring 24 ermöglicht es, die Hohlwelle
5 in jeder beliebigen Lage festzustellen.
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Die Hohlwelle 5 durchsetzt eine koaxial angeordnete, separat
drehbare, hohle Antriebswelle 5', die mittels einer weiteren, aus Komis
23" und Ring 24' bestehenden Klenunvorrichtung mit der äußeren Hohlwelle
5 drehfest verbunden werden kann. Die gegenseitige Abdichtung der Wellen
5 und 5' erfolgt durch eine weitere Lippendichtung 22'. Am äußeren
Ende der Hohlwelle 5' ist ein Drehgriff 7' und am inneren Ende ein
Kegelrad 25 befestigt.
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Die zentrale Antriebswelle 6 ist durch die hohle Welle
5' hindurchgeführt, gegenüber dieser durch eine weitere Lippendichtung 22#'
abgedichtet und an ihrem äußeren Ende mit einer Kurbel 34 versehen. Das innere Ende
der zentralen Antriebswelle 6 trägt gleichfalls ein Kegelrad 28. Die
Kegelräder 25 und 28
stellen die Antriebsräder zweier voneinander unabhängiger
Kegelradgetriebe dar, welche die Dreh- und Schwenkbewegung des Präparatetellers
1 von den konzentrischen Antriebswellen 5' und 6 ableiten.
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Das Getriebe zum Verschwenken des inneren Bügels 17 umfaßt
die Kegelräder 25, 26 und 27, von denen das letztere an einem Schenkel
18 des inneren Bügels 17 drehfest angeschlossen ist, während das Zwischenkegelrad
26 am äußeren Bügel 20 mit einer Achsneigung von je 451 gegenüber
den Achsen der Kegelräder 25 und 27 drehbar gelagert ist.
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Das Getriebe für den Antrieb der Welle 15 des Tellers
1 umfaßt insgesamt sechs Kegelräder 28
bis 33, von denen die
beiden mittleren Kegelräder 30
und 31 drehfest miteinander verbunden
auf einer Hülse sitzen, welche in der Querbohrung des dem Kegelrad 27 gegenüberliegenden
Schenkels des inneren Bügels 17 drehbar ist, und in deren Achsbohrung der
Schwenkzapfen 19 des äußeren Bügels 20 hineinragt. Das Zwischenkegelrad
29 ist am äußeren und das Zwischenkegelrad 32 am inneren Bügel drehbar
gelagert. Die Achsen der Zwischenkegelräder 29
und 32 sind zu den Achsen
der benachbarten Kegelräder, mit denen sie im Eingriff stehen, jeweils um 450 geneigt.
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Die kardanische Aufhängung ermöglicht eine freie Drehbarkeit des Präparatetellers
1 auch um die Achse C-C, so daß der Teller 1 jede beliebige Raumlage
einnehmen kann.
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Die bei beiden Ausführungsvarianten vorgesehene Schwenk- und Verschiebbarkeit
des Präparatetellers 1 bietet außer der vereinfachten Kühlung bzw. Heizung
des Tellers auch noch die Möglichkeit, das Präparat beispielsweise abwechselnd über
zwei Verdampfungsschiffchen zu führen.
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Im Rahmen der Erfindung sind auch noch weitere, in der Zeichnung nicht
dargestellte Ausführungsforn#en des Erfindungsgegenstandes möglich, so z. B. eine
Variante, bei der der Präparateteller in einen Ring eingesetzt ist, so daß sein
Zentrum für die Aufnahme des Präparates frei bleibt, was in vielen Fällen von Vorteil
sein kann. Der Schutzbereich erstreckt sich weiter auch auf Ausführungen, bei denen
der Antrieb der Einrichtung im Inneren der Behandlungskammer untergebracht ist,
wobei z. B. für jeden Einzelantrieb des Präparatetellers ein eigener Motor vorgesehen
sein kann.