CH658539A5

CH658539A5 - DEVICE FOR PUTTING AN ELECTRIC CURRENT THROUGH THE WALL OF A VACUUM CHAMBER.

Info

Publication number: CH658539A5
Application number: CH179682A
Authority: CH
Inventors: Walter Schaedler
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1982-03-24
Publication date: 1986-11-14
Also published as: GB2117576B; DE3305532C2; GB2117576A; FR2524191A1; DE3305532A1; GB8308093D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen eines elektrischen Stromes durch die Wand einer Vakuumkammer. Bekannte Durchführungen weisen einen durch die Wand hindurch verschiebbaren elektrischen Leiter auf, um die Stromzuführung zu verschieden weit von der Innenwand der Vakuumkammer angeordneten Teile der Anlage (z.B. zu einem verstellbaren Verdampfungsschiffchen in einer Vakuumaufdampfanlage) zu ermöglichen. Wenn nun in der gleichen Anlage ausserdem Teile auf Hochspannung liegen (z.B. eine Elektrode für die Durchführung einer Hochspannungsglimmentladung zur Reinigung von Substraten vor dem Bedampfen), besteht die Gefahr, dass während des Betriebes (z.B. infolge der Lockerung irgendwelcher Haltevorrichtungen oder dgl.) eine Berühren zwischen hochspannungsführenden und niederspannungsführenden Teilen zustandekommt, derart, dass die Hochspannung über die Niederspannungsdurchführung an Apparateteile ausserhalb der Vakuumanlage gelangen und dort Bedienungspersonal gefährden kann. The present invention relates to a device for passing an electrical current through the wall of a vacuum chamber. Known bushings have an electrical conductor which can be moved through the wall in order to enable the power supply to parts of the system which are arranged at different distances from the inner wall of the vacuum chamber (e.g. to an adjustable evaporation boat in a vacuum evaporation system). If, in the same system, parts are now also at high voltage (e.g. an electrode for performing a high-voltage glow discharge to clean substrates before vapor deposition), there is a risk of contact during operation (e.g. due to the loosening of any holding devices or the like) between high-voltage and low-voltage parts, such that the high voltage can reach parts of the apparatus outside the vacuum system via the low-voltage bushing and can endanger operating personnel there.

Um die Gefahr zu mindern, ist schon vorgeschlagen worden, die Niederspannungsdurchführung über einen entsprechend bemessenen elektrischen Ableitwiderstand — einen sogenannten Schutzwiderstand — mit Masse zu verbinden. Dadurch wird der Betrieb der Niederspannungseinrichtung, z.B. die Beheizung eines mit wenigen Volt aber hohen Stromstärken zu betreibenden Verdampfungsschiffchens nicht beeinträchtigt; der «Verluststrom», der über den Schutzwiderstand zur Masse ab-fliesst, ist so gering, dass er nicht ins Gewicht fällt. Wenn jedoch eine zufällige Berührung des Niederspannungs-Stromkreises mit einem hochspannungsführenden Teil innerhalb der Vakuumkammer stattfindet, kann der richtig bemessene Schutzwiderstand einen solchen Strom nach Masse ableiten, dass infolge des Innenwiderstandes der Hochspannungsquelle die an ihren Klemmen auftretende Spannung sofort auf einen ungefährlichen niedrigen Wert von weniger als 50 Volt absinkt. In order to reduce the risk, it has already been proposed to connect the low-voltage bushing to ground via a correspondingly dimensioned electrical leakage resistor - a so-called protective resistor. This will stop the operation of the low voltage device, e.g. the heating of an evaporation boat to be operated with a few volts but high currents is not impaired; the “leakage current” that flows to ground via the protective resistor is so small that it is negligible. However, if the low-voltage circuit accidentally touches a high-voltage part inside the vacuum chamber, the correctly dimensioned protective resistor can dissipate such a current to ground that, due to the internal resistance of the high-voltage source, the voltage occurring at its terminals immediately drops to a safe low value of less drops as 50 volts.

Der beschriebene Sachverhalt wird aus folgendem Beispiel deutlich: Angenommen ein widerstandsbeheizter Verdampfer werde mit einer Spannung von 9 Volt und einer Stromstärke von 100 Ampère beheizt, und der die Niederspannungsdurchführung mit Masse verbindende Schutzwiderstand betrage 15 Ohm, so fliesst über den Schutzwiderstand ein Strom von bloss 0,6 Ampère; der «Verluststrom» beträgt also lediglich 6%o des Heizstromes. Wenn nun in der gleichen Anlage z.B. eine Hochspannungsglimmelektrode angeordnet und mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist, der einen Kurzschlussstrom von 2 A zu liefern vermag, und wenn dann die besagte Elektrode mit dem Verdampfer oder Teilen der Niederspannungsdurchführung in Berührung kommt, dann erzeugt der über den Schutzwiderstand von 15 Ohm fliessende Kurzschlussstrom von The situation described is clear from the following example: Assuming a resistance-heated evaporator is heated with a voltage of 9 volts and a current of 100 amperes, and the protective resistor connecting the low-voltage bushing to ground is 15 ohms, a current of only 0 flows through the protective resistor , 6 amps; The «leakage current» is therefore only 6% o of the heating current. If, for example, in the same system a high-voltage glow electrode is arranged and connected to a high-voltage generator, which is capable of delivering a short-circuit current of 2 A, and when the said electrode comes into contact with the evaporator or parts of the low-voltage bushing, the short-circuit current flowing through the protective resistor of 15 ohms generates

2 A einem Spannungsabfall von 30 V, d.h. eine höhere Spannung als 30 V kann in diesem Falle an der von der Hochspannungselektrode berührten Niederspannungsschiebedurchfüh-rung nicht auftreten. 2 A a voltage drop of 30 V, i.e. In this case, a voltage higher than 30 V cannot occur at the low-voltage sliding bushing touched by the high-voltage electrode.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, liegt aber eine Unzulänglichkeit der bekannten Anordnungen immer noch darin, dass es erforderlich ist, die Verbindung des Schutzwiderstandes mit dem Leiter der Niederspannungsführung erst zu lösen, bevor dieser verschoben werden kann, um z.B. einem geänderten Aufbau in der Vakuumanlage angepasst zu werden. Es kommt nämlich vor, dass vergessen wird, den Leiter vor Aufnahme des Betriebes der Anlage wieder mit dem Schutzwiderstand zu verbinden, so dass die Schutzfunktion dann nicht mehr gegeben ist. Man könnte zwar genügend lange eine flexible Kabelverbindung zwischen dem verschiebbaren Leiter und dem Schutzwiderstand vorsehen, die nicht jedes Mal gelöst werden müsste, doch auch in diesem Fall ist nicht auszuschliessen, dass die Verbindung doch aus irgendeinem Grunde z.B. bei Reinigungsarbeiten gelöst und dann vergessen wird, sie vor Inbetriebnahme der Anlage wieder herzustellen. However, as experience has shown, an inadequacy of the known arrangements still lies in the fact that it is necessary to first disconnect the protective resistor from the conductor of the low-voltage guide before it can be moved, e.g. to be adapted to a changed structure in the vacuum system. It happens that it is forgotten to reconnect the conductor to the protective resistor before starting operation of the system, so that the protective function is no longer provided. A flexible cable connection between the sliding conductor and the protective resistor could be provided for a sufficient length of time, which would not have to be disconnected every time, but even in this case it cannot be ruled out that the connection will, for some reason, e.g. is solved during cleaning work and then forgotten to restore it before starting up the system.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Durchführen eines elektrischen Stromes durch die Wand einer Vakuumkammer anzugeben, welche einen verschiebbaren elektrischen Leiter aufweist und Sicherheit dafür bietet, dass der verschiebbare Leiter beim Betrieb stets über einen Schutzwiderstand mit Masse verbunden ist. The present invention has for its object to provide a device for passing an electrical current through the wall of a vacuum chamber, which has a displaceable electrical conductor and offers security that the displaceable conductor is always connected to ground via a protective resistor during operation.

Diese erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebbare elektrische Leiter in einer mit Masse verbundenen Hülse aus einen elektrisch leitenden Werkstoff geführt ist, deren Dimensionierung so gewählt ist, dass die Hülse selbst den für den jeweiligen Anwendungsfall entsprechend bemessenen, den elektrischen Leiter mit Masse verbindenden Schutzwiderstand darstellt. This device according to the invention is characterized in that the displaceable electrical conductor is guided in a sleeve connected to ground from an electrically conductive material, the dimensioning of which is selected such that the sleeve itself is dimensioned for the respective application and connects the electrical conductor to ground Represents protective resistance.

Die Führungshülse bleibt beim Verschieben oder Auswechseln fest mit der Masse elektrisch leitend verbunden. Wenn der Leiter in der Führungshülse verschoben oder neu in diese eingesetzt wird, wird er notwendigerweise stets von dieser berührt und somit ist es nicht mehr möglich, die Anlage in Betrieb zu nehmen, ohne dass der durch die Führungshülse selbst gegebene Ableitwiderstand als Schutzwiderstand in Funktion tritt. The guide sleeve remains firmly connected to the ground when it is moved or replaced. If the conductor is moved in the guide sleeve or is newly inserted into it, it is always in contact with it and it is therefore no longer possible to start up the system without the leakage resistance given by the guide sleeve itself functioning as a protective resistor .

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung näher beschrieben. In the following an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

In der Zeichnung bedeutet 1 die Wand einer Vakuumanlage und zwar im vorliegenden Falle den Boden einer Vakuumaufdampfanlage, durch den der Heizstrom für einen Verdampfer 2 hindurchgeführt werden soll. Dazu sind die beiden Durchführungen 3 und 4 vorgesehen, von denen entweder einer oder (wie untenstehend noch beschrieben wird) vorteilhafterweise beide als isolierte Stromdurchführungen ausgebildet sein können. In the drawing, 1 means the wall of a vacuum system, in the present case the bottom of a vacuum evaporation system through which the heating current for an evaporator 2 is to be passed. For this purpose, the two bushings 3 and 4 are provided, of which either one or (as will be described below) advantageously both can be designed as insulated current bushings.

Die beiden Hochstromleiter 5 und 6 aus massivem Kupfer sind ausserhalb der Vakuumanlage mit der Sekundärseite eines Transformators 7 verbunden, der die nötige Betriebsspannung und Stromstärke liefert. Sie sind ausserdem in ihrer Haltung vertikal verschiebbar, damit die Höhenlage des Verdampfers den jeweiligen Anforderungen entsprechend eingestellt werden kann. The two high-current conductors 5 and 6 made of solid copper are connected outside the vacuum system to the secondary side of a transformer 7, which supplies the necessary operating voltage and current. They can also be moved vertically so that the height of the evaporator can be adjusted according to the respective requirements.

Wenigstens eine (4) der beiden Durchführungen ist im Beispielsfalle folgendermassen aufgebaut: In the example, at least one (4) of the two bushings is structured as follows:

Sie weist einen mit einer axialen Bohrung 11 und Befestigungsflansch 9 versehenen metallenen Trägerkörper 10 auf, der an seinem unteren Ende ein Aussengewinde besitzt, so dass er mittels der Mutter 12 und Dichtung 13 vakuumdicht, in einer entsprechenden Durchbrechung 14 der ebenfalls metallenen Bodenplatte 1 der Anlage befestigt und damit fest mit Masse verbunden werden kann. Der Leiter 5 ist durch die axiale Bohrung hindurchgeführt, wobei deren Weite so bemessen ist, dass keine Wandberührung mit dem Trägerkörper 10 zustande kommt. It has a metal support body 10 provided with an axial bore 11 and fastening flange 9, which has an external thread at its lower end, so that it is vacuum-tight by means of the nut 12 and seal 13, in a corresponding opening 14 in the likewise metal base plate 1 of the system attached and can be firmly connected to ground. The conductor 5 is passed through the axial bore, the width of which is dimensioned such that there is no contact with the carrier body 10 with the wall.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

658 539 658 539

Der Leiter wird seinerseits von einer aus einem elektrisch leitenden Kunststoff bestehenden Hülse 15 gehalten und beim Verschieben geführt, welche mittels einer Überwurfmutter 16, Gewinde 17 am oberen Ende des Trägerkörpers 10 und Dichtung 18 fest an den Leiter 5 angepresst wird; dazu sind die Hülse 15 und die Überwurfmutter 16, wie die Zeichnung zeigt, konisch geformt und der Durchmesser der axialen Bohrung der Führungshülse ist so bemessen, dass der Leiter 5 gerade noch verschoben werden kann, wenn die Überwurfmutter 16 gelockert ist. Wird letztere dann wieder angezogen, so wird die Führungshülse gleichzeitig nach unten gegen die Dichtung 18 gepresst, wobei diese den von der Innenseite der axialen Bohrung 11 des Trägerkörpers und dem Leiter 5 gebildeten Ringkanal vakuumdicht abschliesst. The conductor is in turn held by a sleeve 15 consisting of an electrically conductive plastic and guided during displacement, which is firmly pressed onto the conductor 5 by means of a union nut 16, thread 17 at the upper end of the carrier body 10 and seal 18; for this purpose, the sleeve 15 and the union nut 16, as the drawing shows, are conically shaped and the diameter of the axial bore of the guide sleeve is dimensioned such that the conductor 5 can just be moved when the union nut 16 is loosened. If the latter is then tightened again, the guide sleeve is simultaneously pressed downward against the seal 18, which seals the annular channel formed by the inside of the axial bore 11 of the carrier body and the conductor 5 in a vacuum-tight manner.

Der Erfindung entsprechend besteht die Hülse aus einem Material von einem solchen spezifischen Widerstand, dass sie bei der gegebenen Form und der Grösse der Berührungsflächen mit dem Leiter 5 einerseits und der Innenseite der Mutter 15 andererseits gerade einen passenden elektrischen Widerstand ergibt. Dieser muss, wie erwähnt, so bemessen sein, dass bei Berührung mit einem hochspannungsführenden Teil im Innern der Anlage der maximal über den Schutzwiderstand fliessende Strom an diesem keine gefährliche Spannungsdifferenz zu erzeugen vermag. Für Stromstärken von 1-5 A beträgt der passende Widerstand etwa 10-50 Ohm, und Hülsenwerkstoffe, die einen elektrischen Widerstand dieser Grösse zu verwirklichen gestatten, gibt es in jedem Falle; z.B. kann ein an sich isolierender Kunststoff zur Erzielung einer passenden elektrischen Leitfähigkeit leicht mit elektrische leitendem Material legiert werden. Im Beispielsfall war der unter dem Handelsnamen «Teflon» erhältliche Kunststoff mit Graphit legiert, so dass ein entsprechender spezifischer Widerstand resultierte und die Hülse 5 (in der Zeichnung etwa in halber natürlicher Grösse dargestellt) einem Ableitwiderstand von ca. 15 Ohm besass. According to the invention, the sleeve consists of a material of such a specific resistance that, given the shape and the size of the contact surfaces with the conductor 5 on the one hand and the inside of the nut 15 on the other hand, it gives a suitable electrical resistance. As mentioned, this must be dimensioned such that when it comes into contact with a high-voltage part inside the system, the maximum current flowing through the protective resistor cannot generate a dangerous voltage difference across it. For currents of 1-5 A, the appropriate resistance is about 10-50 Ohm, and sleeve materials that allow electrical resistance of this size to be implemented are available in any case; e.g. an insulating plastic per se can easily be alloyed with electrically conductive material in order to achieve a suitable electrical conductivity. In the example, the plastic available under the trade name "Teflon" was alloyed with graphite, so that a corresponding specific resistance resulted and the sleeve 5 (shown in the drawing in approximately half the natural size) had a discharge resistance of approximately 15 ohms.

Kommt nun im Beispielsfalle der Verdampfer 2 mit einem hochspanntingsführenden Teil, etwa mit der in der Zeichnung dargestellten Glimmelektrode 20, (welche über eine eigene io Hochspannungsdurchführung 21, die nicht Gegenstand vorliegender Anmeldung ist, mit Hochspannung aus dem Transformator 22 versorgt wird) in Kontakt, so wird diese über den Leiter 5, die niederohmige Führungshülse 15, Überwurfmutter 16 und den Trägerkörper 10 mit Masse (Bodenplatte 1) verbunden, i5 wodurch die hohe Spannung sofort zusammenbricht, so dass keine Gefahr für das Bedienungspersonal entstehen kann. If, in the example, the evaporator 2 comes into contact with a part carrying high voltage, for example with the glow electrode 20 shown in the drawing (which is supplied with high voltage from the transformer 22 via its own high voltage bushing 21, which is not the subject of the present application), so this is connected via the conductor 5, the low-resistance guide sleeve 15, union nut 16 and the carrier body 10 to ground (base plate 1), i5 whereby the high voltage breaks down immediately, so that there is no danger to the operating personnel.

Es ist zu empfehlen, auch die Durchführung 3 in gleicher Weise wie die Durchführung 4 auszubilden und keinen Punkt des Niederspannungs-Stromkreises zu erden (mit Masse zu ver-20 binden). Dies bringt dann den Vorteil, dass ein unbeabsichtigter etwaiger Kontakt zwischen dem Niederspannungskreis und Masse (Bodenplatte), z.B. durch Werkzeuge beim Auswechseln des Verdampfers 2 keine Kurzschlussgefahr für den Hochstromtransformator bedeutet; auch Kurzschlüsse letzteren Art 25 könnten nämlich wegen der damit verbundenen sehr hohen Stromstärken (z.B. 1000 A) für das Bedienungspersonal gefährlich werden, so dass die Erfindung auch diesbezüglich einen wesentlichen Vorteil bietet. It is recommended to design bushing 3 in the same way as bushing 4 and not to ground any point of the low-voltage circuit (to be connected to earth). This then has the advantage that an unintentional possible contact between the low voltage circuit and ground (base plate), e.g. tools when replacing the evaporator 2 means no risk of short-circuit for the high-current transformer; Short circuits of the latter type 25 could also be dangerous for the operating personnel because of the associated very high current intensities (e.g. 1000 A), so that the invention also offers a significant advantage in this regard.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

658 539

1. Device for carrying an electrical current through the wall of a vacuum chamber with a displaceable electrical conductor which is connected to ground via a discharge resistor as a protective resistor, characterized in that the displaceable electrical conductor (5) in a sleeve (15) connected to ground. is made of an electrically conductive material, the dimensioning of which is selected such that the sleeve (5) itself represents the protective resistor which is appropriately dimensioned for the respective application and connects the electrical conductor to ground (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that the discharge resistance of the guide sleeve (5) is 10-50 ohms.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claim 1, characterized in that the guide sleeve (5) consists of a plastic alloyed with an electrically conductive material.