Elektrische Durchführungen ermöglichen die Transmission von elektrischem Strom in eine oder aus einer Vakuumkammer. Sie bestehen aus Metall-Glas-, Metall-Glaskeramik- oder Metall-Keramik-Verbindungen. Das Dielektrikum (Glas, Glaskeramik oder Keramik) isoliert die stromführenden Kontakte vom metallischen Durchführungsgehäuse elektrisch. Neben der langzeitstabilen hermetischen Dichtheit in Hoch- und Ultrahochvakuumanwendungen müssen elektrische Durchführungen häufig sehr hohen oder kryogenen Temperaturen standhalten. Auch Anforderungen nach Korrosionsbeständigkeit gegen bestimmte Prozessmedien oder die Verwendung nichtmagnetischer Werkstoffe sind keine Seltenheit. Bedingt durch die Vielfalt der möglichen Anwendungen steht eine sehr große Anzahl von Durchführungstypen für unterschiedlichste Einsatzbedingungen zur Verfügung.
Multipindurchführungen beinhalten mindestens zwei Kontakte und weisen auf der Luftseite immer einen Anschluss für einen Steckverbinder auf. Eine Reihe von Durchführungen bietet zusätzlich auch auf der Vakuumseite eine Steckverbindung. Die zugehörigen vakuumseitigen Steckverbinder bestehen ausschließlich aus vakuumtauglichen Werkstoffen.
Multipindurchführungen eignen sich hervorragend, um platzsparend mehrere elektrische Signale durch eine Kammerwand zu transmittieren.
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Koaxialdurchführungen bestehen aus zwei konzentrisch angeordneten, durch ein Dielektrikum elektrisch voneinander isolierten Leiterbahnen. Der zentrale Innenleiter dient als stromführender Kontakt, der zylindrische Außenleiter ("Schirm") umgibt diesen und dient als elektromagnetische Abschirmung. In den meisten Anwendungsfällen liegt der Schirm auf Erdpotenzial ("geerdet").
Für einige koaxiale Durchführungstypen stehen auch Varianten mit nicht geerdetem ("erdfrei") Schirm zur Verfügung. Darüber hinaus bieten viele Durchführungstypen eine auf den Standard 50 Ohm angepasste Impedanz für eine möglichst verlustarme Signal- und Datenübertragung. Koaxialdurchführungen weisen auf der Luftseite immer einen Anschluss für einen Steckverbinder auf. Zusätzlich stehen die meisten Typen auch mit beidseitiger Steckverbindung zur Verfügung.
Koaxialdurchführungen sind universell einsetzbar. Sie werden aber insbesondere zur störungsarmen Übertragung von RF-Signalen mit Frequenzen bis zu 40 GHz verwendet.
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Ein Triaxialkabel – kurz Triax-Kabel – ist eine Sonderform des Koaxialkabels. Es besteht aus drei konzentrischen Leiterbahnen, die durch Dielektrika elektrisch voneinander isoliert sind. Zwischen dem zentralen Innenleiter und dem Außenleiter ("Schirm") befindet sich ein innerer Schirm als zusätzliche Abschirmung. Mithilfe des zusätzlichen Schirms und eines geeigneten Messaufbaus können störende Fehlerströme (sog. "Leckströme") effektiv unterdrückt und das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden.
Mit Hilfe einer Triaxialdurchführung werden Innenleiter und Schutzschirm elektrisch isoliert durch die Kammerwand hindurchgeführt, während der Außenleiter elektrisch leitend mit der Kammerwand verbunden und somit geerdet ist.
Triaxialleitungen sind für die Messung sehr schwacher Ströme (nA- und Sub-nA-Bereich) oder Signale geeignet und häufig sogar zwingend notwendig.
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Abhängig von den technischen Spezifikationen variiert das Aussehen dieser Durchführungstypen sehr stark. Hohe Stromstärken erfordern große Leiterdurchmesser und sehr gut leitfähige Leiterwerkstoffe. Hohe Spannungsfestigkeit erreicht man dagegen durch große, keramische Isolierkörper mit langen Kriechstrecken zwischen Leiter(n) und Durchführungsgehäuse.
Hochspannungs- und Leistungsdurchführungen werden zum Transfer von hoher Spannung, hoher Stromstärke oder – in Kombination – hoher Leistung in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt. Die maximal übertragbare Spannung beträgt 125 kV DC, die maximale Stromstärke 1000 A. Darüber hinaus gibt es Durchführungen speziell für den Transfer von RF-Leistung, z.B. für die RF-Generator-Frequenz 13,56 MHz.
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Thermoelementdurchführungen ermöglichen Temperaturmessungen in Vakuumprozessen. Dabei erfolgt die Temperaturmessung nicht direkt, sondern wird aus der Thermospannung errechnet, die mittels Thermolementdurchführungen aus der Kammer zu einem externen Messgerät geleitet werden kann. Thermoelementdurchführungen beinhalten immer Leiterpaare. Dabei besteht jedes Leiterpaar aufgrund des zugrunde liegenden Messprinzips (thermoelektrischer Effekt, auch "Seebeck-Effekt") aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht. Die Kombination der Werkstoffe richtet sich nach den gängigen Thermoelementtypen, die an eine Thermoelementdurchführung angeschlossen werden müssen, z.B. Typ K, E, J, T, N, R/S, C. In Thermoelementen werden - abgestimmt auf verschiedene Einsatzbereiche - unedle und edle Metalle sowie Legierungen kombiniert. Typische Legierungen sind z.B. Alumel® (Nickel, Aluminium und Mangan), Chromel® (Nickel und Chrom) oder Konstantan® (Kupfer und Nickel).
Bei einigen Thermoelementdurchführungstypen wird nicht das eigentliche Thermoelementmaterial, sondern sog. Ausgleichsmaterial ("Kompensationsdraht") verwendet. Das Ausgleichsmaterial zeichnet sich durch thermoelektrische Eigenschaften aus, die ideal an das zu ersetzende Thermoelementmaterial angepasst sind. Bei diesen Typen wird durch Fußnoten gesondert auf die Verwendung von Kompensationsdraht hingewiesen. Es sollte bei diesen Typen beachtet werden, dass die Temperatur an der Stelle des vakuumseitigen Anschlusses eines Thermoelementes 250°C nicht überschreiten sollte ("max. Übergangstemperatur 250°C").
Typische Leitermaterialpaare mit der zugehörigen Typenbezeichnung samt Einsatzbereich sind in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet:
| Thermoelement (ANSI Bezeichnung) | Polarität | Messbarer Temperaturbereich [°C] | |
| T | Kupfer / Konstantan | + / - | -200 bis 350 |
| K | Chromel® / Alumel® | + / - | -200 bis 1250 |
| R/S | Platin 13/10 % Rhodium* / Platin* | + / - | 0 bis 1450 |
| J | Eisen / Konstantan | + / - | 0 bis 750 |
| E | Chromel® / Konstantan | + / - | 200 bis 900 |
| C** | Wolfram 5 % Rhenium* / Wolfram 26 % Rhenium* | + / - | 0 bis 2315 |
*es wird Kompensationsdraht verwendet; max. Übergangstemperatur 250°C
** keine ANSI-Bezeichnung
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Isolatoren bestehen aus einem elektrisch nichtleitenden Keramikrohr, an dessen beide Enden jeweils eine Metallhülse angelötet ist, welche wiederum mit Vakuumflanschen verschweißt sind. Isolatoren dienen u.a. zum Schutz von ESD-sensitiven Geräten an einer Vakuumkammer (ESD = electrostatic discharge). Auch als thermische Barriere zum Schutz von temperatursensitiven Komponenten können Isolatoren eingesetzt werden. Darüber hinaus werden Isolatoren als Rohrleitung für Gase und Flüssigkeiten – insbesondere in der Kryotechnik - in hermetisch abgeschlossenen Systemen verwendet.
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VACOM bietet ein umfangreiches Spektrum von Zubehörteilen zu elektrischen Durchführungen, z. B. luft- und vakuumseitige Steckverbinder, vakuumtaugliche Steck-, Klemm- oder Crimpkontakte, vakuumtaugliche Kabel, keramische Isolierelemente, Crimpwerkzeug, u.v.m. Elektrische Durchführungen und zugehörige Steckverbinder werden – wenn nicht explizit anders deklariert – immer separat voneinander angeboten. Steckverbinder werden – wenn nicht explizit anders deklariert – immer inklusive der zugehörigen Kontakte (zum Löten oder Crimpen) geliefert. Alle Zubehörteile dienen zur Integration von elektrischen Durchführungen in ein Gesamtsystem. Dabei ist vor allem auf die mechanische und elektronische Kompatibilität der einzelnen Komponenten (z.B. Durchführung, Stecker, Kabel, elektronische Geräte) untereinander besonderes Augenmerk zu legen.
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Spezielle elektrische Durchführungen
Vakuumanwendungen erfordern oftmals spezielle Bauteile, die es als Standard am Markt nicht gibt. Wir sind darauf spezialisiert, mit Ihnen gemeinsam standardnahe Bauteile zu modifizieren oder Sonderbauteile zu entwickeln, konstruieren und fertigen. Fragen Sie uns, wir beraten Sie gern.
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