DE2348529A1

DE2348529A1 - Verbindungsglied zwischen zwei elementen

Info

Publication number: DE2348529A1
Application number: DE19732348529
Authority: DE
Inventors: Walter Barth; Eckhard Dipl Ing Rathgeber
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1975-04-03

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 19. September 1973

KERNFORSCHUNG MBH PLA 73/48 Ga/sz

Verbindungsglied zwischen zwei Elementen

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsglied zwischen zwei Elementen, bei denen Oberflächen, die miteinander zu kontaktieren sind, elektrisch leitfähig sind.

Es sind Verbindungsglieder der oben genannten Art bekannt, jedoch keine, die sich auch zum Bau von supraleitenden Geräten, z.B.
Teilchenseparatoren, eignen. Bei diesen müssen wegen der Notwendigkeit, einzelne Sektionen auszuheizen, supraleitende Hochfrequenzstrukturen zusammengeflanscht werden können. Die Flanschung hat das Strahlvakuum im Inneren der Struktur gegenüber einem Kühlraum, insbesondere einem Heliumraum, abzudichten. Dabei müssen
folgende Forderungen erfüllt werden, die gleichzeitig als die von der Erfindung zu lösenden Aufgaben anzusehen sind:
Die Verbindung muß Supraleitfähigkeit besitzen, der Öberflächenwiderstand darf durch die Flanschung nicht wesentlich erhöht werden, das Verbindungsglied muß im Temperaturgebiet von 1,8 K einsetzbar sein, größere Feldüberhöhung darf nicht auftreten, die
Reproduzierbarkeit muß ohne Nacharbeit gewährleistet sein,

509-814/0576

die Längentoleranζ muß in sehr engen Grenzen gehalten werden können» die Verbindung muß leicht lösbar sein, die Verbindungsteile sollen.:mehrmals verwendbar sein, Warm-Kalt-Zyklen von 3OO°K bis 1,8 K dürfen weder die mechanischen noch die elektrischen Eigenschaften herabsetzen und der elektrische Widerstand des

-4
Kontaktes muß kleiner als 10 Ohm sein, damit z.B. die Güte der

9 supraleitenden Struktur nicht kleiner als 10 wird. Zusätzlich muß zumindest von auf der Erfindung aufbauenden Verbindungsteilen

—9 beachtet und gefordert werden, daß der Druck im Strahlraum 10 Torr, daß der Druck im Helium- bzw. Kühlraum maximal auf 1 Atü ansteigen kann und daß somit die Verbindung ultrahochvakuumdicht sein und als Besonderheit noch zentrierend wirken muß.

Die Lösung dieser Aufgaben wird mittels eines Verbindungsgliedes der eingangs genannten Art durch einen Grundkörper gelöst und durch Kontaktlippen zu den Elementen. Dabei müssen die Kontaktlippen elastisch verformbar und zumindest die Oberflächen der Kontaktlippen und der Teil der Oberfläche des Grundkörpers zwischen den Kontaktlippen supraleitend sein.

Eine Weiterführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kopplung der Elemente die Kontaktlippen mittels mechanischer Einwirkung eine evtl. auf den Oberflächen der Elemente und der Kontaktlippen vorhandene Nichtleiterschicht zerstören und die Kontaktierung herstellen. Die mechanische Einwirkung kann in vorteilhafter Weise durch Gleiten der Kontaktlippen entlang den Oberflächen der Elemente aufgrund.elastischer und/oder plastischer Verformung erfolgen.

Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper ebenfalls aus supraleitendem Material besteht, wobei er aus einem Ring oder Stab von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt gefertigt sein kann. Die Kontaktlippen können dann an jeweils einer Kante mindestens einer der

5098U/0576

Stirnflächen des Ringes oder Stabes angeordnet sein. Zusätzlich kann an dem Ring oder dem Stab eine Vorrichtung angebracht sein, die zur Zentrierung der Elemente gegeneinander und zur Aufnahme von Dichtungen dient, wobei auf den beiden Seitenflächen des Zusatzringes oder- Stabes Nuten eingefügt sein können« in die die Dichtungen einlegbar sind.

Eine AusfUhrungsart der Erfindung sieht vor, daß mittels einer Spannvorrichtung die Elemente gegen den Zusatzring oder- stab oder Teile des Grundkörpers dicht derart anpreßbar sind, daß eine definierte Endstellung beider Elemente gegeneinander erreicht ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verbindungsgliedes besteht darin, daß es trotz abgesetzter Dicht-Kontakt-Flachen Doppelsitzigkeit vermeidet und in der Lage ist, die Oxidschichten oder andere isolierende Schichten der Kontaktflächen aufzureiben, so daß mit einer vorgegebenen Kontaktkraft ein metallisch blanker, extrem niedriger übergangswiderstand entsteht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels mittels der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt dabei einen Schnitt durch ein ringförmiges Verbindungsteil . -

und Figur 2 den Einsatz dieses Verbindungeteils zwischen zwei Elementen eines Teilchenseparators.

Die Figur 1 zeigt nur einen Teil eines Ringes, der in dieser speziellen Ausführungsform aus dem Grundkörper 1, dem Zusatzring 2 und den Kontaktlippen 3, 4 besteht. Die ringförmige Ausgestaltung insbesondere des Grundkörpers 1 ist dadurch bedingt, daß er in einer ringförmigen Flanschverbindung (siehe Figur 2) Verwendung finden soll. An Stelle eines ringförmigen Körpers kann aber auch ein stabförmiger Grundkörper verwendet werden, wenn schlitzartige Trennfugen miteinander kontaktiert werden sollen. Auch ist es raög-

5098U/0576

lieh, dem Grundkörper 1 eine andere als rechteckige Querschnittsform zu geben. So ist es denkbar, ihn quadratisch, kreisförmig, oval oder sattelförmig auszubilden. Auch ist es nicht notwendig, den Grundkörper 1 mit dem Zusatzring 2 zu koppeln, insbesondere ihn aus einem und demselben Teil herzustellen.

Die Kontaktlippen 3, 4 sind in dieser Ausführungsform des Grundkörpers 1 an dessen Stirnfläche 5 bzw. an den Seitenflächen 6 und 7 angeordnet und bilden ringförmige Wulste. Die Querschnittsform der Kontaktlippen 3 und 4 ist hier kreisförmig ausgeführt. Die Kontaktlippen 3 und 4 können aber auch als Spitzen oder anderstartig ausgeführt sein, wenn sie nur ihre Elastizität beibehalten. Das Material des Grundkörpers 1 und das der Kontaktlippen 3 und 4 kann ein und dasselbe sein. Für diesen Fall muß es aber supraleitend sein, wie z.B. Niob. Auch ist es denkbar, den Zusatzring

2 aus supraleitfähigem Material herzustellen. Kann auf die Supraleitfähigkeit des Grundkörpers 1 verzichtet werden, so müssen jedoch die Oberflächen 8, 9 der Kontaktlippen 3 und 4 und die Stirnfläche 5 zwischen den beiden Oberflächen 8 und 9 zumindest supraleitfähig sein. Dies kann erfolgen durch Aufdämpfung einer supraleitfähigen Schicht auf den Grundkörper 1 bzw. die Kontaktlippen

3 und 4.

In Figur 2 sind zwei Elemente 10 und 11 eines Teilchenseparators von kreisförmigem Querschnitt aneinandergeflanscht dargestellt. Die Form der Innenfläche 12 bzw.' 13 der beiden Elemente 10 und ist bedingt durch ein HF-Feld (nicht näher dargestellt), welches Teilchen (nicht näher dargestellt) senkrecht zur Achsrichtung 14 ablenkt. Die Oberflächen 12 und 13 sind von hoher elektrischer Leitfähigkeit. Außerdem sind sie supraleitfähig. Der Außenraum ist ein Kühlraum, insbesondere ein Heliumkühlraum, der die beiden Elemente lO und 11 und die übrigen Teile in Form eines Kühlbades auf Temperaturen um 1,8 K abkühlt.

5098U/0576

-δι

Beide Elemente 10 und 11 sind durch eine Flanschverbindung 16

—8 ultrahochvakuumdicht (größte zulässige Leckrate 10 Torr 1/sek.

bei Raumtemperatur) und elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Dies erfolgt über das Verbindungsglied aus Grundkörper 1, 2 und Kontaktlippen 3, 4, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Bei diesem Verbindungselement sind die Dicht- und Hochfrequenz-Kontaktflächen (die elektromagnetischen bzw. nur magnetischen oder elektrischen Felder innerhalb der Elemente 10 und 11 des Teilchenseparators sind Hochfrequenzfelder) getrennt angeordnet. Durch die speziell hier ausgewählte geometrische Form der Kontaktlippen 3 und 4 ist der innere Teil bzw. der Grundkörper 1 des Verbindungselementes elastisch ausgebildet, während der äußere Teil bzw. der Zusatzring 2 durch seine kompakte Form in der Lage ist, den erforderlichen Dichtdruck aufzunehmen. Dabei dürfen aber zulässige Längentoleranzen nicht überschritten werden. Zwischen den Dichtflächen 17, 18 des Zusatzringes 2 und den Dichtflächen 19 und 20 der Elemente 10 und 11 werden Indium-, Blei- oder Kaptondichtungen 21 und 22 oder andere in Nuten 23, 24 (siehe auch Figur 1) des Zusatzringes 2 eingelegt. Die Nuten können auch weggelassen werden.

Mittels einer Schraubvorrichtung 25 wird auf das Verbindungselement eine solche Anpreßkraft aufgebracht, daß die Dichtungen 21, 22 so zusammengepreßt werden, daß ein weiteres Fließen nicht mehr stattfindet. Die Schraubverbindung 25 selbst besteht aus Ringen 26 und 27, 30, 31, welche selbst aus Einzelteilen bestehen können, die auf die Außenflächenteile 28 und 29 der Elemente 10 und 11 aufgelegt werden können. Die beiden Ringe 26 und 27 können dann mittels der Spannringe 30 und 31 und der Schrauben 32 Kraft auf die Oberflächen 28 und 29 und somit auf den Zusatzring 2 und Kontaktlippen 3, 4 ausüben, da sie in Höhe des Grundkörpers 1 und des Zusatzringes 2 liegen.

- 6 5 09 8U/0576

Bei dem Anpreßvorgang werden die Kontaktlippen 3 und 4 des Grundkörpers 1 auf ein vorbestimmtes Maß zusammengedrückt, da sie elastisch oder plastisch verformbar sind. Dabei findet eine geringe Gleitbewegung dieser Kontaktlippen 3 und 4 auf den Gegenflächen 33 und 34 der Elemente 10 und 11 statt, so daß eine evtl. vorhandene Oxidschicht (isolierende Schichten) aufgerissen und ein metallisch sauberer Hochfrequenz-Kontakt erreicht wird. Die Verformungen der Kontaktlippen 3 und 4 sind derart, daß ein einwandfreier Hochfrequenz-Kontakt auch bei mehrmaligen Abkühlzyklen erreicht werden kann. Weiterhin entsteht keine Doppelsitzigkeit, da der Zusatzring 2 und der Grundkörper 1 mit seinen Kontaktlippen 3 und 4 einen unterschiedlichen Querschnitt haben und, wie in diesem AusfUhrungsbeispiel, der Grundkörper 1 nicht auf den Gegenflächen 33 und 34, wohl aber die Dichtflächen 17, 18 des Zusatzringes 2 auf den Dichtflächen 19 und 20 aufliegen.

Das Verbindungsglied 1, 2, 3 und 4 kann aus dem gleichen Material, z.B. Niob gefertigt werden wie die Elemente 10 und 11 bzw. deren Oberflächenteile 12, 13, 33 und 34. Die Ringe 26 und 27 können im besonderen aus Edelstahl gefertigt sein. Durch Einlegen von Endmaßen zwischen die Anpreßringe 26 und 27 können die genauen Montagemaße eingehalten werden.

Weiterhin kann der Zusatzring 2, welcher in Ausnehmungen 35, 36 der beiden Elemente IO und 11 liegt, als Zentriereinrichtung für die beiden Elemente 10 und 11 gegeneinander verwendet werden. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Achse 14 beider Elemente 10 und 11 fluchten muß. Weiterhin ist es notwendig, daß der Zusatzring 2 selbst nicht deformiert wird, damit der Abstand der beiden Elemente 10 und 11 gegeneinander nicht verändert wird.

- 7 5098U/0576

Claims

SoSng S " Karlsruhe, den 19. Sept. 1973

KERNFORSCHUNG MKI _{piA 73}/_{48 Ga}/_sz

Patentansprüche:

l.J Verbindungsglied zwischen zwei oder mehreren Elementen, bei denen Oberflächen, die miteinander zu kontaktieren sind, elektrisch leitfähig sind, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (1) und durch Kontaktlippen (3, 4) zu den Elementen (10, 11).
2. Verbindungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktlippen (3, 4) elastisch und/oder plastisch verformbar sind..
3. Verbindungsglied nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Oberflächen (8, 9) der Kontaktlippen (3, 4) und der Teil (5) der Oberfläche des Grundkörpers (1) zwischen den Kontaktlippen (3, 4) supraleitend ist.
4. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kopplung der Elemente (10, 11) die Kontaktlippen (3, 4) mittels mechanischer Einwirkung eine eventuell auf den Oberflächen (33, 34, 8, 9) der Elemente (10, 11) und der Kontaktlippen (3, 4) vorhandene Nichtleiterschicht zerstören und die Kontaktierung herstellen.
5. Verbindungsglied nach Anspruch l,oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einwirkung durch Gleiten der Kontaktlippen (3, 4) entlang den Oberflächen (33, 34) der Elemente (10, 11) aufgrund ihrer Verformung erfolgt.
6. Verbindungsglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Grundkörper (1) ebenfalls aus supraleitendem Material besteht.
7. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) aus einem Ring oder Stab von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt besteht.

509814/0576 " ⁸ "

-R-
8. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktlippen (3, 4) an jeweils einer Fläche (6, 7) mindestens einer der Stirnflächen (5) des Ringes oder Stabes (1) angeordnet sind.
9. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ring oder dem Stab (1) eine
Vorrichtung (2, 35, 36) angebracht ist, die zur Zentrierung der Elemente (10, 11) gegeneinander und zur Aufnahme von Dichtungen (21, 22) dient.
10. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2, 35, 36) am Zusatzring oder -stab (2) einen größeren Querschnitt als der Grundkörper (1) hat.
11. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf den beiden Seitenflächen (17, 18) des Zusatzringes oder -Stabes (2) Nuten (23, 24) einfügbar sind, in die die Dichtungen (21, 22) einlegbar sind.
12. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzring oder -stab (2) und Grundkörper (1) aus einem einzigen Stück herstellbar sind.
13. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzring oder -stab (2) und der Grundkörper (1) aus Niob oder einem anderen supraleitfähigen
Material bestehen.
14. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (21, 22) z.B. aus
Indium, Blei oder Kapton bestehen.

5098U/0576
15. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (10, 11) Teile eines Teilchenseparators sind, dessen Innenflächen (12, 13) supraleitfähig sind.
16. Verbindungsglied nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Spannvorrichtung (25) die Elemente (10, 11) gegen den Zusatzring oder -stab (2) oder Teile des Grundkörpers (1) derart anpreßbar sind, daß eine definierte Endstellung beide Elemente (10, 11) gegeneinander erreichbar ist.

5098U/0576