DE2110130A1

DE2110130A1 - Elektrisches Hochspannungsgerät mit einem bewegbaren Schleusenrohr

Info

Publication number: DE2110130A1
Application number: DE19712110130
Authority: DE
Inventors: Franz 1000 Berlin Stöcklein
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1971-02-26
Filing date: 1971-02-26
Publication date: 1972-08-31
Also published as: DE2110130C3; US3723791A; DE2110130B2; GB1322475A; NL7114883A

Description

Mein Zeichen: VPA 71/8375 Wss/Lo

Elektrisches Hochspannungsgerät mit einem bewegbaren Schleusenrohr

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Hochspannungsgerät mit einem in einem Behälter angeordneten elektrischen Entladungsgefäß, das gegen die Behälterwand durch ein Vakuum oder durch ein Schutzgas isoliert ist, und mit einem bewegbaren Schleusenrohr, das es ermöglicht, zwischen verschließbaren Öffnungen der Behälterwand und der Gefäßwand einen gegen diese Wände und das Vakuum oder die Schutzgasfüllung abgedichteten Kanal herzustellen, durch den Bauteile des Entladungsgefäßes ausgewechselt werden können.

Die Erfindung kommt insbesondere für einen Elektronenbeschleuniger in Betracht, der z. B. als Strahlquelle für ein Elektronenmikroskop dienen kann. Hier besteht das Bedürfnis» die im Entladungsgefäß angeordnete Kathode durch die Wände des Entladungsgefäßes und des Behälters hinduch zu entfernen und auszuwechseln. Damit bei diesem Vorgang die Gasfüllung bzw. das Vakuum im Behälter erhalten bleiben kann, verwendet man ein Schleusenrohr, das zwischen Öffnungen des Entladungsgefäßes und des Behälters eingefahren wird.

Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1 205 208 bekannt. Hierbei wird das Schleusenrohr in Richtung seiner Achse bewegt; in der Ruhestellung befindet es sich außerhalb des Behälters an dessen Oberseite. Es vsgrößert daher den für die Anordnung erforderlichen Raumbedarf in vertikaler Richtung; außerdem ist die Abdichtung des Schleusenrohres durch die Forderung, daß es in seiner Führung gleitend beweglich sein muß, erschwert.

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Demgegenüber sieht die Erfindung bei einem Hochspannungsgerät der eingangs genannten Art vor, daß das Schleusenrohr sich auch während des Betriebes des Gefäßes innerhalb des Behälters befindet, daß seine Bewegung in die Schleusstellung senkrecht zu seiner Achse verläuft und daß Mittel vorgesehen sind, die das Schleusenrohr nach Erreichen der Schleusstellung so weit ver-' längern, daß es durch Dichtungsflansche einen gasdichten Ab-•schluß mit Dichtungsflächen des Behälters und des Gefäßes bildet. Das Schleusenrohr erfordert hierbei keine zusätzliche Bauhöhe, da es sich stets im Behälter befindet. Außerdem ist die Abdichtung des Schleusenrohres gegen die VJande des Behälters und des k Entladungsgefäßes dadurch wesentlich vereinfacht, daß die Dichtungsmittel lediglich gegeneinandergedrückt werden, also nicht auf Gleitreibung und Schub beansprucht sind.

Das Schleusenrohr kann beispielsweise aus einem Metallfaltenbalg bestehen; es kann aber auch teleskopartig ausgebildet sein. Zur Verlängerung des Schleusenrohres sind vorzugsweise Kniehebel vorgesehen, die in der Schleusstellung über ihren Totpunkt hinaus durchgestreckt sind. Die Kniehebel können auf verstellbare Gewinderinge wirken, die an den Dichtungsflanschen angebracht sind; die Gewinderinge ermöglichen es, den Abstand der Dichtungsflansche an den Abstand der Dichtungsflächen des Behälters und des Gefäßes anzupassen.

Mit Vorteil wird das Schleusenrohr von einem durch Schienen geführten Schlitten getragen, der das Schleusenrohr bei Betätigung eines Antriebes seitlich verschiebt und nach Erreichen der Schleusstellung bei weiterer gleichsinniger Betätigung des Antriebes über die Kniehebel verlängert. Dadurch ist es möglich, durch einen einzigen Antriebsvorgang das Schleusenrohr sowohl in die Schleus stellung einzufahren als auch zu verlängern. Das gleiche gilt für den umgekehrten Vorgang, d. h. das Ausfahren des Schleusenrohres aus der Schleusstellung und seine Rück-

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bewegung in die Ruhestellung. Hierfür ist es weiterhin vorteilhaft, Federn vorzusehen, die im Sinne einer Knickung der Kniehebel wirken, wodurch es dem Schleusenrohr erleichtert wird, sich z. B. aufgrund seiner eigenen Längselastizität zu verkürzen. Die gleichen oder entsprechend wirkende"besondere Federn können jedoch auch auf die Dichtungsflansche im Sinne einer Verkürzung des Schleusenrohres wirken und dadurch die Dichtungsflansche beim Ausfahren des Schleusenrohres von den Dichtungsflächen des Behälters und des Entladungsgefäßes abziehen. Es kann ferner eine Rastvorrichtung vorgesehen sein, die das Schleusenrohr zu Beginn seiner Rückbewegung so lange in der Schleusstellung festhält, bis sich die Dichtungsflansche sicher von den Dichtungsflächen gelöst haben.

Während des Gefäßbetriebes[kann sich das Schleusenrohr in einem beliebigen Teil des Behälters befinden, in dem es die Feldverteilung zwischen Behälter und Entladungsgefäß möglichst wenig stört. Vorzugsweise ist am Behälter eine seitliche Tasche vorgesehen, die das Schleusenrohr während des Gefäßbetriebes aufnimmt. Diese Tasche ist bei eingefahrenem Schleusenrohr mit Vorteil durch eine metallische Platte verschlossen, s*o daß die innere Behälterwand keine vorspringenden Teile aufweist, die zu Entladungen Anlaß geben könnten.

Bei jedem Schleusvorgang entsteht ein Verlust an Schutzgas, der dem freien Volumen des Schleusenrohres entspricht. Man kann diesen Verlust weitgehend dadurch vermindern, daß man in dem Schleusenrohr ein herausnehmbares Füllstück (Verdränger) anordnet, das das Volumen des Schleusenrohres zum größten Teil ausfüllt.

In den Figuren 1 bis 4 sind als Ausführungsbeispiel der Erfindung die im vorliegenden Zusammenhang wesentlichen Teile eines Elektronenbeschleunigers dargestellt. Im einzelnen zeigen die Figuren 1 und 2 einaivertikalen Schnitt durch den Elektronenbeschleuni-

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ger, wobei sich das Schleusenrohr in Fig. 1 in der Ruhestellung, in Fig. 2 in der Schleusstellung befindet. Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Schleusenrohr und seine Führungselemente bei abgenommenem Behälterdeckel, während Fig. 4 eine Seitenansicht der Schieusenrohrführung zeigt, wobei der Behälter längs der Linie IV-IV in Fig. 3 geschnitten ist. In Fig. 5 ist eine weitere Form des Schleusenrohres dargestellt.

In den Figuren 1 und 2 ist die Wand des Entladungsgefäß es mit bezeichnet; sie besteht aus Isoliermaterial, z. B. Porzellan. Das Entladungsgefäß ist vakuumdicht durch einen metallischen Deckel 2 verschlossen, der die Kathode 3 trägt. Oberhalb der Kathode ist im Deckel 2 eine Öffnung vorgesehen, die durch einen eingeschraubten Einsatz 4 vakuumdicht verschlossen ist.

Das Entladungsgefäß befindet sich in einem metallischen Behälter 5, der durch einen Deckel 6 druckdicht verschlossen ist. Auch der Deckel 6 des Behälters weist oberhalb der Kathode 3 eine Öffnung auf, die durch einen Einsatz 7 druckdicht verschlossen ist. Der Raum 8 zwischen dem Entladungsgefäß 1/2 und dem Behälter 5/6 ist mit einem elektronegativen Gas, z. B. SFg mit "einem Druck von 4 at, gefüllt; beim Betrieb des Entladungsgefäßes befindet sich der Deckel 2 mit der Kathode 3 auf hohem negativen Potential, z. B. mehrere 100 kV, während der Behälter 5/6 auf Erdpotential liegt.

Zum Auswechseln der Kathode 3 müssen die Einsätze 4 und 7 herausgenommen werden, wobei gefordert wird, daß die Gasfüllung im Raum 8 möglichst weitgehend erhalten bleibt.

Zu diesem Zweck ist ein mit 9 bezeichnetes verlängerbares Schleusenrohr vorgesehen, das im Ausführungsbeispiel als längselastischer metallischer Faltenbalg ausgebildet ist. Das Schleusenrohr ist am oberen und unteren Rand mit Dichtungsflanschen 10 bzw. versehen; in diese sind elastische Dichtungsringe 12· bzw. 13

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eingelassen, die in der Schleusstellung (Fig. 2) gegen Dichtungsflächen 14 und 15 des Behälterdeekels 6 bzw. des Deckels 2 des Entladungsgefäßes gedrückt sind. An jedem Dichtungsflansch ist ein Gewindering 16 bzw. 17 angebracht; an den Gewinderingen 16 und 17 greifen Druckringe 18 und 19 an, die in einer später noch zu beschreibenden Weise beim Einfahren des Schleusenrohres in die Schleusstellung durch zwei Kniehebel 20a und 20b auseinandergedrückt werden. Dadurch werden, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, über die Gewinderinge 16 und 17 auch die Dichtungsflansche 10 und 11 gegen den Deckel 2 des Entladungsgefäßes und den Deckel 6 des Behälters gedrückt. Durch Verdrehen der Gewinderinge 16 und 17 kann der Abstand der Dichtungsflansche und 11 dem Abstand zwischen Entladungsgefäßdeckel 2 und Behälterdeckel 6 so angepaßt werden, daß die Dichtungsringe 12 und in der Schleusstellung unter einem geeigneten Druck stehen. Zwischen den Druckringen 18 und 19 sind Zugfedern 21 und 22 angeordnet, die eine Knickung der Kniehebel 20a und 20b bewirken und damit beim Herausfahren des Schleusenrohres'aus der Schleusstellung die Verkürzung des Schleusenrohres freigeben.

Wie insbesondere aus den Figuren 1, 3 und 4 hervorgeht, ist das Schleusenrohr 9 von einem Schlitten 23 getragen, der senkrecht zur Achse des Schleusenrohres bewegbar ist. An diesem Schlitten 23 sind die Kniehebel 20a und 20b angelenkt, die an ihren äußeren Enden gelenkig mit den Druckringen 18 und 19 verbunden sind. Der Schlitten 23 läuft auf zwei Führungsschienen 24 und 25, und zwar mit Tragschienen 26 und 27, von denen die eine (27) als Zahnstange ausgebildet ist. Zum Antrieb des Schlittens 23 ist ein Zahnrad 28 vorgesehen, das in die Zahnstange 27 eingreift und durch eine Kurbel 29 von außen betätigt werden kann.

Im Schleusenrohr 9 ist ein herausnehmbares Füllstück 30 angeordnet, das dessen Volumen zum größten Teil ausfüllt.

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Der Antrieb zur Bewegung des Schlittens 23 und damit auch des Schleusenrohres 9 arbeitet wie folgt:

Gemäß Fig. 1 befindet sich der Schlitten 23 in seiner Ruhestellung in einer seitlichen Tasche 5a der Behälterwand 5; dabei ist die Tasche auf der Innenseite durch eine Metallplatte 31 verschlossen, die mit dem Schlitten 23 verbunden ist. Wird nun die Kurbel 29 gedreht, so gleitet der Schlitten 23 auf den Führungsschienen 24 und 25 nach links in die Schleusstellung. Bei Erreichen der Schleusstellung treffen die Druckringe 18 und 19

ψ mit Vorsprüngen 18a bzw. 19a auf feste Gegenflächen 32, 33 des Behälterdeckels 6 bzw. des Gefäßdeckels 2; durch diesen Anschlag wird eine weitere Bewegung des Schleusenrohres 9 senkrecht zu seiner Achse verhindert. Bei weiterem Drehen der Kurbel 29 bewegt sich der Schlitten 23 weiter nach links; dadurch werden nunmehr bei festgehaltenem Schleusenrohr 9 die Kniehebel 20a und 20b gespreizt und damit die Dichtungsflansche 10 und 11 über die Druckringe 18, 19 gegen die Dichtungsflächen 14, 15 des Behälterdeckels 6 und des Gefäßdeckels 2 gespannt. Die Kniehebel 20a und 20b werden dabei über ihren Totpunkt hinaus durchgedrückt, so daß sie keine Rückstellkraft auf das Verschiebegetriebe ausüben. Ihre Endstellung ist dadurch definiert, daß ein Vorsprung 23a des Schlittens 23 an den Druckring 18 anschlägt; diese Stellung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Verschiebebereich des Schlittens 23 zwischen dem Festhalten des Schleusenrohres 9 in der Schleusstellung und dem Anschlagen des Schlittens am Druckring 18 macht sich durch ein geringes Ansteigen des Drehmomentes an der Kurbel 29 bemerkbar; das Ende der Bewegung ist deutlich am harten Anschlag zu spüren.

Die Mittelgelenke der Kniehebel 20a und 20b sind, wie insbesondere in Fig. 1 erkennbar ist, am Schlitten 23 so gelagert, daß in Richtung der Schleusenrohrachse Lose vorhanden ist, wodurch Unparallelitäten (senkrecht zur Zeichenebene der Figuren 1 und 2) zwischen Behälter- und Gefäßdeckel sowie zwischen diesen und

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dem Schlitten 23 ausgeglichen werden; außerdem wird durch diese Lagerung erreicht, daß sich an der oberen und der unteren Dichtung selbsttätig der gleiche D_ruck einstellt.

Damit ist das Einfahren des Schleusenrohres in die Schleusstellung beendet. Nunmehr kann der Einsatz 7 aus dem Behälterdeckel 6 entfernt und das Füllstück 30 aus dem Schleusenrohr 9 herausgenommen werden. Damit kann auch - nach Aufhebung des Vakuums im Entladungsgefäß - der Einsatz 4 aus dem Gefäßdeckel 2 herausgeschraubt werden, so daß die Kathode 3 zugänglich ist und mit- * tels eines geeigneten Werkzeuges ausgewechselt werden kann. Nach Verschluß der Schleuse in umgekehrter Reihenfolge wird das Schleusenrohr durch eine gegensinnige Drehung der Kurbel 29 in seine Ruhestellung zurückgefahren. Beim Beginn dieser Bewegung wird das Schleusenrohr 9 durch die Haftung der Dichtungsringe und 13 an den Dichtungsflächen 14 und 15 zunächst noch in der Schleusstellung festgehalten. Der Schlitten 23 bewegt sich vom Schleusenrohr 9 weg nach rechts und zieht die Kniehebel 20a und 20b über ihren Totpunkt hinweg; der Abstand zwischen den Druckringen 18 und 19 verkürzt sich unter dem Einfluß der Zugfedern 21, 22. Damit kann sich auch das Schleusenrohr 9 unter dem Einfluß seiner Längsfederung verkürzen, und nach-dem der Bereich der Selbsthemmung im Kniehebelgetriebe verlassen ist, legen sich die Druckringe 18 und 19 auf den Schlitten 23. Die Dichtungsringe 12 und 13 haben sich dann von den Dichtungsflächen 14 und 15 gelöst. Man kann auch die Anordnung so treffen, daß die Zugfedern 21, 22 außer auf die Druckringe 18 und 19 auch auf die Dichtungsflansche 10 und 11 im Sinne einer Verkürzung des Schleusenrohres 9 wirken, beispielsweise indem man entsprechende Anschläge zwischen den Druckringen 18 und 19 einerseits und den Dichtungsflanschen 10 und 11 andererseits vorsieht.

Durch weitere Drehung der Kurbel 29 im gleichen Sinn wird dann der Schlitten 23 samt Schleusenrohr 9 in die Tasche 5a eingefahren, wobei diese durch die Platte 31 derart verschlossen wird,

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daß die Innenfläche des Behälters 5 an dieser Stelle eine im wesentlichen glatte Oberfläche hat.

In Fig. 5 ist eine andere Form des'verlängerbaren Schleusenrohres dargestellt. Es besteht hier aus zwei teleskopartig ineinandergesteckten Rohren 34 und 35, die in üblicher Weise gegeneinander abgedichtet sind. Die Dichtungsflansche sind wieder mit 10 und 11 bezeichnet.

Bei dem dargestellten Äusführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 4 führt das Schleusenrohr 9 eine geradlinige Bewegung aus. Die Erfindung ist nicht an diese Bewegungsform gebunden; man kann statt dessen z. B. auch eine Schwenkbewegung mit kreisbogenförmiger Führung vorsehen, wobei auch hier die Bewegung des Schleusenrohres senkrecht zu seiner Achse verläuft.

10 Ansprüche
5 Figuren

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Claims

Patentansprüche

r1. ^Elektrisches Hochspannungsgerät, insbesondere Elektronenbeschleuniger, mit einem in einem Behälter angeordneten elektrischen Entladungsgefäß, das gegen die Behälterwand durch ein Vakuum oder durch ein Schutzgas isoliert ist, und mit einem bewegbaren Schleusenrohr, das es ermöglicht, zwischen verschließbaren Öffnungen der Behälterwand und der Gefäßwand einen gegen diese Wände und das Vakuum oder die Schutzgasfüllung abgedichteten Kanal herzustellen, durch den Bauteile des Entladungs- ^ gefäßes ausgewechselt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleusenrohr (9) sich auch während des Betriebes des Gefäßes innerhalb des Behälters (5/6) befindet, daß seine Bewe gung in die Schleusstellung senkrecht zu seiner Achse verläuft und daß Mittel (18, 19, 20a, 20b) vorgesehen sind, die das Schleusenrohr nach Erreichen der Schleusstellung so weit verlängern, daß es durch Dichtungsflansche (10, 11) einen gasdichten Abschluß mit Dichtungsflächen (14, 15) des Behälters und des Gefäßes bildet.
2. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Schleusenrohr (9) aus einem Metallfaltenbalg besteht. |
3. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das Schleusenrohr (9) teleskopartig ausgebildet ist.
4. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlängerung des Schleusenrohres (9) Kniehebel (20a, 20b) vorgesehen sind, die in der Schleusstellung über ihren Totpunkt hinaus durchgestreckt sind.
5. Hochspannungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kniehebel (20a, 20b) auf verstellbare Gewinderinge (16, 17) wirken, die an den Dichtungsflanschen (10, 11) angebracht sind.

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6. Hochspannungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleusenrohr (9) von einem durch Schienen (24, 25) geführten Schlitten (23) getragen wird, der das Schleusenrohr bei Betätigung eines Antriebes (27, 28) seitlich verschiebt und nach Erreichen der Schleusstellung bei weiterer gleichsinniger Betätigung des Antriebes über die_vKniehebel (20a, 20b) verlängert.
7. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Federn (21, 22) vorhanden sind, die im Sinne einer Knickung der Kniehebel (20a, 20b) wirken.
8. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Schleusenrohr (9) während des Gefäßbetriebes in einer seitlichen Tasche (5a) des Behälters befindet.
9. Hochspannungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche (5a) bei eingefahrenem Schleusenrohr (9) durch eine metallische Platte (31) verschlossen ist.
10. Hochspannungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleusenrohr (9) ein herausnehmbares Füllstück (30) enthält.

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