Magnetisch gekoppelter 2-Achsantrieb für die X-Y Positionierung

 

Die Konstruktion ermöglicht eine 2-achsige Positionierung von Komponenten in einer hermetisch abgeschlossenen Kammer ohne die Verwendung von Durchführungen. Hierfür wird außen an der Vakuumkammer ein Motorgetriebenes 2-Achsenlinearsystem montiert, welches über Magneten gekoppelt den im Inneren der Kammer geführten Lineartisch positioniert. Durch eine geschickte Anordnung der Führungskomponenten im Inneren der Kammer ist es möglich, in der Kammer zwei unabhängige Positioniersysteme zu integrieren.

Anwendungsgebiet

In diesem speziellen Fall sollen mit der Apparatur Beamstops und weitere Komponenten, wie zum Beispiel Probenhalter oder Beam-Position-Monitore, sehr präzise und reproduzierbar in einen Synchrotron-Strahl positioniert werden.

Problemstellung

Zur Vermeidung von Untergrundstrahlung muss bei Röntgenexperimenten der gesamte Synchrotronstrahl im Vakuum verlaufen. Aus diesem Grund müssen alle Komponenten, die der Strahl trifft innerhalb einer Vakuumkammer in den Strahl positioniert werden. Hierfür kommen verschiedene Positioniermöglichkeiten zum Einsatz, welche teilweise Nachteile haben.
Die Nachteile bei der Verwendung von Membran- balggedichteten Systemen sind zum einen die großen Vakuumkräfte, welche sehr massive und stabile Ausführungen, steife Führungen und kräftige Antriebe erforderlich machen. Zum anderen begrenzen die eingeschränkte Beweglichkeit der Bälge und deren mechanische Beanspruchung den Linearweg. Außerdem sind die Bälge Staub und Schmutz gegenüber empfindlich und eine Druckänderung im System, z.B. das Belüften, hat direkte Auswirkungen auf die Belastung der Führungen und Antriebe.
Bei der Verwendung von Antrieben im Inneren der Vakuumkammern sind ebenfalls Nachteile zu verzeichnen. Es sind teure Linearachsen und Motoren (vakuumtauglich) sowie elektrische Vakuumdurchführungen notwendig. Die Lieferzeiten der Komponenten sind sehr lang und eine Wartung der Antriebe ist sehr schwierig. Die Vakuumkammern werden bei der Anwendung groß und die Achsen sind nicht immer zugänglich.

Praxis

Für die MiNaXS- Beamline an PETRA III wird zurzeit eine Kammer gefertigt, welche als Prototyp die unabhängige Positionierung von zwei Komponenten in einer Kammer ermöglichen soll. Hier soll mit der Apparatur ein Beamstop, sowie ein Probenhalter sehr präzise und reproduzierbar in einen Synchrotron-Strahl positioniert werden, wobei die Apparatur sehr leicht und kompakt sein muss.

Nutzen

Die magnetische Koppelung zwischen den außen liegenden Linearachsen und den innen liegenden Linearführungen ermöglicht eine, von äußeren Einflüssen, freie Übertragung der linearen Bewegungen ins Innere der Kammer.
Die magnetische Koppelung ermöglicht die Verwendung von sehr leichten und präzisen Linearachsen. Das System kann extrem kompakt aufgebaut werden. In einer sehr kleinen Vakuumkammer können durch geschicktes verschachteln der Antriebe, zwei Positioniersysteme eingebaut und unabhängig voneinander bewegt werden. Im Vakuum kommen nur relativ einfache Linearführungen zum Einsatz, hier kann bei geschickter Materialauswahl sogar ein UHV-Taugliches System gebaut werden.