DE10334394B3

DE10334394B3 - Durchführungsvorrichtung für Laserröhren

Info

Publication number: DE10334394B3
Application number: DE2003134394
Authority: DE
Inventors: Claus Strowitzki
Original assignee: TuiLaser AG
Current assignee: TuiLaser AG
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-07-29

Abstract

Die Stromzuführung zur Hochspannungselektrode eines Gaslasers soll gegenüber thermischen Schwankungen stabil gestaltet sein. Dazu wird eine Durchführungsvorrichtung mit einem Keramikabdichtelement (20) ausgestattet, das mit einem Flansch (40) an eine Laserröhre montiert werden kann. In dem Keramikrohr ist ein fester Innenleiter (10) angeordnet. An den festen Innenleiter (10) ist ein beweglicher Innenleiter (20) mittels eines Büschel- oder Lamellensteckers (81) angesteckt. Ebenfalls mit einem Büschel- oder Lamellenstecker (82) ist die Elektrode des Lasers mit dem beweglichen Innenleiter (80) verbindbar. Da beide Lamellen- bzw. Büschelstecker Kippbewegungen zulassen, kann die Elektrode gegenüber dem festen Innenleiter (10) in sämtlichen Freiheitsgraden bewegt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Durchführungsvorrichtung zum Durchleiten eines elektrischen Stroms durch ein Abtrennungselement, insbesondere das Gehäuse eines Lasers, mit einem elektrischen Leiter, der durch eine Aussparung in dem Abtrennungselement führbar ist, und einer Abdichteinrichtung zum Abdichten des elektrischen Leiters in der Aussparung.

Gaslaser besitzen in der Regel eine Durchführung, um den Strom beispielsweise in Form von Leistungsimpulsen zu einer Hochspannungselektrode zu führen, die in einer Laserröhre angeordnet ist. Die Laserröhre ist mit einem Gasgemisch unter sehr hohem Druck gefüllt. Dieses Gasgemisch ist üblicherweise relativ aggressiv. Um den Gasdruck und insbesondere die Gasmischung exakt aufrecht zu erhalten, ist eine qualitativ hochwertige Dichtung für die Durchführung vorzusehen.

Der Laser, beispielsweise ein Excimerlaser, ist verhältnismäßig hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Um mechanische Spannungen zu vermeiden, sollten daher die Materialien in ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aneinander angepasst sein. Nur so kann die Gefahr vermindert werden, dass Lecks an den Dichtungen der Durchführung entstehen. Die Gefahr von Lecks ist entsprechend höher, wenn die Elektroden mehrfach kontaktiert sind und somit mehrere Durchführungen für die Elektrode notwendig sind.

Gemäß einem nicht druckschriftlich belegbaren Stand der Technik wird bei Lasern der Firma Gam eine gewisse Flexibilität dadurch erreicht, dass der Innenleiter der Durchführung mittels eines relativ dicken O-Rings aus einem Elastomer gegenüber der Laserröhre abgedichtet wird. Damit können mechanische Spannungen auf Grund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen der Röhre und der Elektrode abgefangen werden. Der O-Ring erlaubt nämlich eine leichte Bewegung des Innenleiters in der Durchführung. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass Gasverunreinigungen durch das Elastomer des O-Rings hervorgerufen werden.

Aus diesem Grund werden gemäß intern bekanntem, ebenfalls nicht druckschriftlich belegbarem Stand der Technik für die Durchführung in Laserröhren Metall-Keramik-Verbindungen eingesetzt. Diese Metall-Keramik-Verbindungen besitzen eine sehr große Zuverlässigkeit und Dichtheit. Ihr Nachteil besteht jedoch darin, dass sie verhältnismäßig empfindlich gegenüber mechanischen Spannungen, die auf Grund thermischer Schwankungen auftreten, sind.

Aus den Druckschriften DE 101 17 976 A1 und DE 695 08 145 T2 sind des Weiteren Dichtungen bzw. Ummantelungen aus Glas oder Keramik bekannt.

Darüber hinaus ist in der Druckschrift DE 199 41 896 A1 eine hermetische Verbindungseinheit zur Anwendung beispielsweise in der Meeres-Geophysik beschrieben. Um demnach eine hermetische Verbindungseinheit mit einem Buchseneinsatz zu bilden, wird der mit Aufnahmeorganen versehene Doppelbuchseneinsatz auf einen hermetischen Steckverbinder gesetzt.

In der weiteren Druckschrift US 2 972 728 ist ferner eine Steckvorrichtung mit flexiblen Kontakten beschrieben. Dabei sind die Steckerteile so gestaltet, dass sich die Kontakte beim Kontaktierungsvorgang selbst ausrichten.

Schließlich sind in der Druckschrift US 4 753 616 federnd ausgebildete Kontaktstifte dargelegt. Dabei werden gebogene Metallstreifen verwendet, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Durchführung, insbesondere für Gaslaser vorzustellen, die einerseits hohe Dichtheit und andererseits eine hinreichende Beständigkeit gegenüber thermischen Schwankungen aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Durchführungsvorrichtung zum Durchleiten eines elektrischen Stroms durch ein Abtrennungselement, insbesondere das Gehäuse eines Lasers, mit einem elektrischen Leiter, der durch eine Aussparung in dem Abtrennungselement hindurch führbar ist und einer Abdichteinrichtung zum Abdichten des elektrischen Leiters in der Aussparung, wobei die Abdichteinrichtung ein Abdichtelement aufweist, das im Wesentlichen aus einem harten, unflexiblen Material gefertigt ist, und der elektrische Leiter mindestens zwei flexible Verbindungselemente, mit denen Kontakteinrichtungen verbindbar sind, aufweist.

Durch die mindestens zwei Verbindungselemente werden auch Parallelverschiebungen der Kontakteinrichtungen bzw. der zu kontaktierenden Elemente möglich, während bei einem einzigen flexiblen Verbindungselement lediglich eine Kippbewegung möglich wäre. Dies bedeutet, dass die beiden Verbindungselemente in der Art eines Doppelgelenks eingesetzt werden können.

Vorteilhafterweise ist jedes der mindestens zwei Verbindungselemente ein Steckverbindungselement, mit denen zwei Kontakteinrichtungen derart verbindbar sind, dass die Kontakteinrichtungen auf einer Geraden senkrecht zu der Steckrichtung bewegbar sind. Dies bedeutet, dass die Steckverbindungselemente in einem gewissen Maß auch in Steckrichtung auseinander gezogen werden können.

Vorzugsweise umfassen die mindestens zwei Verbindungselemente einen Büschel- oder Lamellenstecker. Diese Stecker ermöglichen durch ihren Aufbau eine gewisse Kippbewegung, wobei ein guter Kontakt beibehalten wird.

Die mindestens zwei Verbindungselemente können auf einer gemeinsamen Achse, entlang der auch die Verbindungen der mindestens zwei Verbindungselemente herstellbar sind, angeordnet sein. Selbstverständlich können die einzelnen Verbindungselemente aber auch bezüglich einer Verbindungsachse versetzt zueinander und/oder in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sein.

Der elektrische Leiter besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus Gold. Damit ist der Leiter beispielsweise gegenüber Fluorgasen und anderen aggressiven Gasen inert.

Das harte, unflexible Material, aus dem das Abdichtelement gefertigt ist, kann ein Kunststoff sein, der für die Verwendung in ultrahohem Vakuum (UHV) und bei anderen, teilweise bereits genannten Umgebungsbedingungen geeignet ist. Das Material für die Abdichtelemente besteht aber vorzugsweise aus einer Keramik. Keramiken zeichnen sich in der Regel gegenüber Kunststoffen durch höhere Beständigkeit aus.

Die Abdichteinrichtung kann erfindungsgemäß mit einem Metallflansch ausgestattet sein, mit dem die Abdichteinrichtung an der Aussparung des Abtrennelements fixierbar ist. Diese Art der Abdichtung zeichnet sich durch ihren einfachen und sicheren Aufbau aus. Gleichzeitig ist nur eine geringe Anzahl von Dichtungen notwendig.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Durchführungsvorrichtung darstellt.

Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Entsprechend der in der Figur dargestellten Ausführungsform besitzt eine erfindungsgemäße Durchführungsvorrichtung einen Innenleiter (Seele), der im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet ist und eine Bohrung 11 als Steckerbuchse aufweist. Das nach außen (bezogen auf die typische Montageposition auf einer nicht dargestellten Laserröhre) ragende Ende des Innenleiters 10 ist flanschartig ausgestaltet. Der Innenleiter 10 ist in einem Keramikrohr 20 angeordnet. Dieses Keramikrohr 20 dient als elektrische Isolation für einen Metallflansch 40, der auf einer Schulter 21 des Keramikrohrs 20 abgestützt ist. Der Metallflansch 40 ist mit Schrauben 30 bestückt, mit denen er beispielsweise an dem Aluminiumrohr eines Excimerlasers angebracht werden kann.
Zur Erhöhung der Abdichtwirkung ist an dem Flansch 40 axial anliegend eine Metalldichtung 50, die sich in der Nähe der Schulter 21 des Keramikrohrs 20 radial nach außen erstreckt, vorgesehen. Dieser Dichtungsaufbau ist geeignet, um in Inneren einer Laserröhre ein Ultrahochvakuum aufrecht zu erhalten. Die Laserröhre ist in der Figur zwar nicht dargestellt, aber durch die Begriffe „innen" und „außen" ist angedeutet, wie die Durchführungsvorrichtung in die Laserröhre eingebaut wird.
In die Buchse 11 des Innenleiters 10 ist ein beweglicher Innenleiter 80 mit Lamellenstecker 81 eingesteckt. Die Lamellen 70 des Lamellensteckers 81 sorgen für hinreichende Kontaktqualität. In der Buchse 11 des feststehenden Innenleiters 10 ist der bewegliche Innenleiter 80 um den Punkt P1 kippbar. Ein lateraler Versatz des Lamellensteckers im Punkt P1 ist allerdings nicht möglich. Auf dem dem ersten Lamellenstecker 81 gegenüberliegenden Ende des beweglichen Innenleiters 80 ist ein zweiter Lamellenstecker 82 vorgesehen. An diesen ist die Elektrode (nicht dargestellt) eines Excimerlasers ansteckbar. Je nach Geometrie der Buchse der Elektrode weist auch der Lamellenstecker 82 einen Kipppunkt P2 auf, um den der bewegliche Innenleiter 80 kippbar ist.
Um die Kipppunkte P1 und P2 sind die jeweiligen Lamellenstecker 81 und 82 in jeder Richtung kippbar, d.h. auch aus der Zeichnungsebene heraus. Damit kann die Elektrode des Lasers, die an dem Lamellenstecker 82 angeschlossen ist, in allen Freiheitsgraden gegenüber dem festen Innenleiter 10 in einem Rahmen von beispielsweise 0,5 mm bewegt werden. Hierdurch können Spannungen abgefangen werden, die dadurch entstehen, dass sich die beteiligten Komponenten durch thermische Ausdehnung zueinander geringfügig (einige 1/10 mm) verschieben. Wäre die Verbindung starr, würde insbesondere das Keramikrohr 20 brechen. Im Falle eines Excimerlasers könnte dies sehr nachteilig sein, da unter Umständen giftiges Lasergas austreten würde. Die Funktion des Lasers wäre dann ebenfalls nicht mehr gewährleistet.
Anstelle der Lamellenstecker 81 und 82 könnten auch Büschelkontaktstecker oder ein anderes Verbindungselement verwendet werden, das zumindest eine geringe Kippbewegung ermöglicht. Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist nur, dass die Stromzuführung zur Hochspannungselektrode mittels eines Zwischenstücks, hier des beweglichen Innenleiters 80, und zwei flexiblen Verbindungsstücken, hier Büschel- oder Lamellenstecker, realisiert wird, so dass sämtliche Bewegungsfreiheitsgrade zwischen Elektrode und Laserröhre offen sind.

10: Innenleiter
11: Bohrung
20: Keramikrohr
21: Schulter
30: Schrauben
40: Metallflansch
50: Metallabdichtung
70: Lamellen
80: beweglicher Innenleiter
81, 82: Lamellenstecker
P1, P2: Kipppunkte

Claims

Durchführungsvorrichtung zum Durchleiten eines elektrischen Stroms durch ein Abtrennungselement, insbesondere das Gehäuse eines Lasers, mit – einem elektrischen Leiter (80), der durch eine Aussparung in dem Abtrennungselement hindurch führbar ist und – einer Abdichteinrichtung (20, 30, 40, 50) zum Abdichten des elektrischen Leiters (80) in der Aussparung, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abdichteinrichtung (20, 30, 40, 50) ein Abdichtelement (20) aufweist, das im Wesentlichen aus einem harten, unflexiblen Material gefertigt ist und – der elektrische Leiter (80) mindestens zwei flexible Verbindungselemente (81, 82) aufweist.
Durchführungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der mindestens zwei Verbindungselemente (81, 82) ein Steckverbindungselement ist, mit denen zwei Kontakteinrichtungen derart verbindbar sind, dass die Kontakteinrichtungen auf einer Geraden senkrecht zu der Steckrichtung der mindestens zwei Steckverbindungselemente bewegbar sind.
Durchführungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Verbindungselemente (81, 82) einen Büschel- oder Lamellenstecker umfassen.
Durchführungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Verbindungselemente (81, 82) auf einer gemeinsamen Achse, entlang der auch die Verbindungen der mindestens zwei Verbindungselemente (81, 82) herstellbar sind, angeordnet sind.
Durchführungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Leiter (80) im Wesentlichen aus Gold besteht.
Durchführungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das harte, unflexible Material ein Kunststoff ist.
Durchführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das harte, unflexible Material eine Keramik ist.
Durchführungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdichteinrichtung (20, 30, 40, 50) einen Metallflansch (40) aufweist, mit dem die Abdichtungseinrichtung an der Aussparung des Abtrennelements fixierbar ist.