Wie baue ich eine Vakuum-Frühling-Transport Paket für Spinnrotor Gauges

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Fedchak, J. A., Scherschligt, J., Sefa, M. How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges. J. Vis. Exp. (110), e53937, doi:10.3791/53937 (2016).

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Abstract

Der Spinnrotor Messer (SRG) ist ein Hochvakuummeters oft als Sekundär- oder Übertragungsstandard für die Vakuumdrücke im Bereich von 1,0 x 10 -4 Pa bis 1,0 Pa verwendet wird . Bei dieser Anwendung werden die SRGs häufig Laboratorien transportiert für Kalibrierung. Ereignisse können während des Transports auftreten, die der Rotoroberfläche Bedingungen verändern, wodurch die Kalibrierungsfaktor zu verändern. Um die Stabilität der Kalibrierung, eine Federtransportmechanismus gewährleistet wird häufig verwendet, um den Rotor zu immobilisieren und halten sie unter Vakuum während des Transports. Es ist auch wichtig, um die federTransportMechanismus Verpackung so ausgelegt transportieren das Risiko einer Beschädigung zu minimieren, während des Transports. In diesem Manuskript wird eine detaillierte Beschreibung gegeben, wie eine robuste Federtransportmechanismus und Transportbehälter zu bauen. Zusammen bilden sie eine federTransportVerpackung. Die Feder-Transportverpackungsdesign wurde mit Drop-Tests getestet und die Leistung wurde als hervorragend. Die vorliegende Feder-transport Mechanismus Design hält die immobilisierte Rotors , wenn Erschütterungen von mehreren hundert g (g = 9,8 m / s 2 und ist die Erdbeschleunigung) erfährt, während der Transportbehälter gewährleistet , daß der Mechanismus nicht Schocks erfahren mehr als etwa 100 g während gemeinsame Versand Pannen (wie von Industriestandards definiert).

Introduction

Der Spinnrotor Messer (SRG) ist ein Hochvakuummeter verwendet , um Unterdrücke in dem Bereich von 1,0 x 10 -4 Pa bis 1,0 Pa bestimmen. Es ist grundlegend ein rotierender Stahlkugel , die zwischen zwei Permanentmagneten aufgehängt ist. Elektromagnete verwendet werden, um zu drehen, oder "Spin-up", den Ball zu einem gewissen Frequenz (typischerweise 410 Hz); Der Ball wird dann frei rotieren, aber die Drehgeschwindigkeit aufgrund von Kollisionen von Gasmolekülen in dem Vakuumsystem mit der Kugeloberfläche im Laufe der Zeit abnimmt. Vakuum - Druck ist somit im Zusammenhang mit der Verzögerungsrate der Stahlkugel oder Rotor Abbildung 1 zeigt die wesentlichen Elemente der SRG. Den Rotor, Fingerhut, Leiter mit Anschlusskabel und elektronische Steuerung. Der Rotor oder Kugel wird innerhalb der Hülse während des Betriebs enthalten sind, und wird normalerweise nicht behandelt durch noch sichtbar an den SRG Benutzer. Die Hülse ist mit dem Vakuumsystem verbunden. Um die SRG betreiben, wird der Kopf über den Fingerhut gerutscht. DasKopf enthält zwei Permanentmagneten und mehrere Sätze von Drahtspulen für vertikale und horizontale Stabilisierung verwendet, Antreiben des Rotors, und Erfassen der Rotation. Die elektronische Steuerung interpretiert das Signal von der Erfassungsspule, so daß eine Druckmessung durchgeführt werden kann. Für einen Rotor mit idealen Oberflächenbedingungen wird die Verzögerungsrate auf den Vakuumdruck von der Grundlagenphysik bezogen. Um Absolutdruckmessungen machen eine SRG verwenden, einen Kalibrierungsfaktor, als die effektive Akkommodationskoeffizient bekannt ist, muss festgestellt werden. Die effektive Akkommodationskoeffizient hängt von den wirklichen Oberflächenbedingungen des Rotors, wie beispielsweise die Rauhigkeit, adsorbierte Gase und Kratzer. Diese Faktoren dazu neigt, im Laufe seiner Verwendung stabil. Weitere Einzelheiten SRGs können auch in anderen Referenzen zu finden . 1 - 3

Die SRG wird in Anwendungen, bei denen absolute Vakuummessungen erforderlich sind. Zum Beispiel Kalibrierlaboratorien oftverwenden SRGs als absolutes Vakuum-Standard. In diesem Fall werden durch Vergleich ihrer Messwert zu der des SRG Hochvakuummeter kalibriert. Im Gegenzug muss die SRG Standard periodisch den Versand der SRG zu einem primären Kalibrierlabor kalibriert werden, um seine Akkommodationskoeffizient neu bestimmt zu haben. Primäre Kalibrierlaboratorien sind in der Regel den nationalen Metrologieinstituten wie dem National Institute of Standards and Technology (NIST). Das primäre Labor bestimmt die SRG Akkommodationskoeffizient durch seine Lesung zu einem primären Vakuum-Standard zu vergleichen, und gibt dann die SRG auf die "sekundäre" Kalibrierlabor. Die SRG wird auch als Übertragungsstandard für den Vergleich von Standards zwischen Kalibrierlaboratorien oder nationalen Metrologieinstituten eingesetzt. Bei dieser Anwendung wird die SRG im Inland oder international zwischen den verschiedenen Laboratorien transportiert . 4 - 8 Während Sendung können Ereignisse eintreten , die Änderung der Akkommodationskoeffizient. Vor shipment, muss der Rotor sein De-suspendiert und der Kopf entfernt wird; der Rotor ruht dann auf der Innenwand der Muffe. Während des Transports ist die Rotoroberfläche Gegenstand von der mechanischen Wirkung zwischen dem Rotor zu verändern und Fingerhut durch Vibrationen und Stöße, oder die Oberfläche kann aufgrund der Exposition des Rotors auf atmosphärischen Gas und Feuchtigkeit ändern. Diese Änderungen wirken sich auf die langfristige Stabilität des Akkommodationskoeffizient. Idealerweise sollte der Rotor während des Transports im Vakuum und immobilisiert bleiben.

Historisch gesehen , wurden als Übertragungsstandards in Schlüsselvergleiche von Vakuum - Normen bei den nationalen Metrologieinstituten verwendet SRGs, wo SRGs international viele Male zwischen den verschiedenen Instituten transportiert werden. 9 während einer frühen Schlüssel Vergleich wurde festgestellt , dass die langfristige Stabilität des SRG Akkommodationskoeffizient durch die Verwendung eines federTransportMechanismus verbessert werden könnte, die sowohl den Rotor immobilisiert und behielt es unter Vakuum dährend Transport. 1,10 Seitdem ist die federTransportMechanismus hat viele Male in internationalen Schlüsselvergleiche verwendet. Eine aktuelle Studie der historischen Daten zeigten , dass 90% dieser Vergleiche Stabilitäten hatte besser als 0,75%, und 70% hatten Stabilitäten von 0,5%. 9 Daher wird ein federTransportMechanismus verwenden, in den meisten Fällen eine Stabilität ergeben , das ist mehr als ausreichend für die meisten Anwendungen.

Bisher gab es in der Literatur wenig Anleitung gegeben, wie eine federTransportMechanismus zu bauen. Frühe Versionen dieser Geräte wurden vollständig versagen bekannt, den Rotor zu immobilisieren, aufgrund einer Kombination von unzureichend für Robustheit ausgebildet ist und während des Transports falsch gehandhabt wird. Diese frühen Lehren zeigen, dass es wichtig ist, sowohl eine robuste Federtransportmechanismus zu bauen und ordnungsgemäß verpacken es in einer Weise, die Schock während des Transports minimiert. Diese späteren Zeitpunkt ist kritisch, aber oft ignoriert. Hier werden wir describe die Konstruktion eines robusten Federtransportmechanismus zusätzlich zu einer richtig konstruierten Transportverpackung. Unser Design basiert auf einigen einfachen, getestet technischen Prinzipien, die den Aufbau eines dauerhaften Federtransportpaket ermöglichen, die die Möglichkeit eines Ausfalls während des Transports minimiert. Wir beschreiben auch unsere Tests der Robustheit unserer Design. Weitere Einzelheiten zu den Testmethoden finden Sie in Fedchak et al. (2015). 11

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Protocol

1. Procure nicht maßgefertigte Teile für den Frühling Transportmechanismus

  1. Beschaffen Sie die Federn, Gewindestange Bolzen, Muttern und Unterlegscheiben. Diese Elemente sind in der Liste der spezifische Materialien / Ausrüstung aufgeführt. Kaufen Sie die Quellen und Abstandshalter vor dem Kugelhalter herzustellen. Verwenden Sie 18-8 Edelstahl (außer 303), oder vorzugsweise aus rostfreiem Stahl 316, für alle Materialien.
  2. Procure Rotor. Der Rotor ist ein Kugellager 4,5 mm Durchmesser aus Edelstahl 440C oder E52100 legierter Stahl.
  3. Beschaffen Sie mit der rechten Eckventil aufgeführt in der Liste der spezifische Materialien / Ausrüstung.

2. Procure Materialien für die Shipping Container

  1. Beschaffen Sie den Versandbehälter. Verwenden Sie rotationsgeformten, Polyethylen-Hartschalenkoffer mit geschützten Vertiefungen, da diese die Art der Fälle waren die erfolgreich getestet wurden. Der Fall in die Liste der spezifischen Materialien / Ausrüstung erfüllt die Mindestinnenraumbedarf.
  2. Procure der Schaum Verpackung.
    1. Procure 2 # (32 kg / m 3) Polyurethan (Ester) Schaum. Bestellen Sie genug Esterschaum die Ober- und Unterseite des Transportbehälters zu füllen. Erwerben Sie ein Stück von 5 cm Eierkarton Esterschaum.
    2. Procure 2 # (PE) Polyethylenschaum, der 7,6 cm dick und hat eine ausreichend große Fläche die Breite und Tiefe des Transportbehälters zu decken.

3. Beschaffung und Herstellung von Custom Parts für die Frühling-Transportmechanismus

Hinweis: Beispiel Zeichnungen der Zeichnungsteile in diesem Abschnitt beschrieben sind in den angegebenen 2-4.

  1. Produzieren und legt Zeichnungen, um benutzerdefinierte Anbieter oder in-house-Shop zur Herstellung des Spinnrotors Lehre (SRG) Fingerhut / Flansch. Kritische Abmessungen sind in Abbildung 2 wiedergegeben. Die benutzerdefinierte Hersteller mit Ultrahochvakuum (UHV) Herstellungstechniken vertraut sein. Der Fingerhut ist relativ einfach, ein zur Herstellung vonnd ist gut innerhalb der Fähigkeit vieler Vakuumkomponente Unternehmen.
  2. Erwerben Sie die Zinken, die die SRG Kopf an dem Flansch (siehe Abbildung 1) zu halten. Diese können aus der kommerziellen SRG Fingerhut / Flanschanordnung entfernt werden, die mit der SRG elektronische Steuereinheit kommt. Jede Zinke wird anstelle von einer einzigen Schraube (in der Regel eine metrische Sechskantkopf) mit einer Sicherungsscheibe gehalten und kann durch Abschrauben mit dem entsprechenden Schlüssel (wie zum Beispiel eine metrische Sechskantschlüssel) entfernt werden.
    1. Alternativ fertigen diese vom selben Anbieter den Fingerhut / Flansch, wie im vorherigen Schritt die Bereitstellung, aber Ultrahochvakuum-Herstellungstechniken nicht befolgt werden müssen. Machen Sie genaue Kopien der kommerziellen SRG Zinken.
  3. Produzieren und legt Zeichnungen für den einfachen Adapter den M6 Bolzen auf der rechten Eckventil zu einem 8-32 all-Gewindebolzen (American Standard-Hardware) zu verbinden. Siehe Abbildung 3.
  4. Produzieren und legt Zeichnungen für die Herstellung des Kugelhalters. Critical Abmessungen sind in Abbildung 4 angegeben. Fabrizieren den Kugelhalter aus 316L Edelstahl in Übereinstimmung mit UHV Herstellungstechniken. Tack schweißen den Kugelhalter an einem Ende einer Feder. Tack schweißen das andere Ende der Feder an der Pattsituation. Reinigen Sie alle Teile entsprechend der Reinigungsprozedur gegeben in Abschnitt 5.
  5. Schneiden Sie die 8-32 all-Gewindebolzen bis zu einer Länge von 18 mm und sauber, wie in Abschnitt 5 beschrieben.

4. Herstellung von benutzerdefinierten Foam Cut-out

  1. Machen Sie eine Aussparung für die Feder-Transportmechanismus in der PE-Schaum. Folgen den Konturen der Ventilanordnung so nahe wie möglich. Tun Sie dies von Hand mit einem scharfen Teppichmesser; alternativ kann die Kontur professionell von einem Verpackungslieferanten geschnitten werden.
  2. Verwenden Sie die Abmessungen des Ventils durch den Ventilhersteller gegeben und den Fingerhut / Flanschdimensionen gegeben in Abbildung 2. Schneiden Sie den Raum für den Fingerhut groß genug , um die Zinken (1,5 cm x 3,8 cm) aufzunehmen.

5. Reinigung der Vakuum-Komponenten

  1. Reinigen Sie alle Vakuumkomponenten für Ultrahochvakuum (UHV) vor der Montage. Unsere empfohlenen Reinigungsverfahren ist wie folgt.
    1. Griff -vakuumteile mit Nitril, Latex oder Vinyl-Handschuhe. Nicht mit bloßen Händen berühren.
    2. Saubere Teile ein mildes Reinigungsmittel (zB in den Materialien / Geräte-Liste aufgeführt), gelöst in destilliertem oder entionisiertem Wasser und einem fusselfreien Tuch.
    3. Ort Teile in ein Bad aus einem milden Reinigungsmittel, gelöst in destilliertem oder deionisiertem Wasser und in einen Ultraschallreiniger für 20 min.
    4. Spülen Sie die Teile gründlich mit destilliertem oder entionisiertem Wasser.
    5. Deckelteile mit Aceton und in einen Ultraschallreiniger für 20 min.
    6. Entfernen Sie die Teile aus Aceton. Deckelteile mit Ethanol und in einen Ultraschallreiniger für 20 min.
    7. Entfernen Sie die Teile aus Ethanol. Gründlich mit destilliertem oder entionisiertem Wasser.
    8. Brennen Sie die Teiletrocken mit trockenem Stickstoff oder sauberer, trockener Luft.
    9. Lassen Sie Teile der Luft trocknen auf einem Reinraumqualität fusselfreien Tuch für 24 Stunden.

6. Bauen Sie den Frühling-Transportmechanismus

  1. Bei der Montage tragen Nitril, Vinyl oder Latex-Handschuhe. Nicht -vakuumteile mit bloßen Händen berühren.
  2. Sammeln Sie die notwendigen Werkzeuge: Spitzzange, Inbus-Treiber für 8-32 Mutter, Schraubenschlüssel für Adapter, Lineal oder Sattel. Wischen Sie das Lineal / um mit Ethanol; Reinigen Sie alle anderen Werkzeuge, um das Verfahren in Schritt 5 verwendet wird.
  3. Sammeln Sie die notwendigen Teile: das Ventil, Fingerhut, Kugellager, Kugelhalter / Federpaket, 18 mm lang 8-32 Bolzen, Gewindeadapter, Muttern und Federringe, 3-mm-Inbusschlüssel und Maskierung (Schritt 3.5 zu sehen) Band. Siehe Abbildung 5.
  4. Frühling-Transportmechanismus Montage:
    1. schließen Voll den Winkelventil durch Drehen im Uhrzeigersinn bis zum Anschlag.
    2. Blick durch die Ventilöffnungen, identifizieren Sie die M6 Bolzen centered auf dem Ventilsitz.
    3. Schrauben Sie den Adapter eng auf die M6 Bolzen. Legen Sie eine UHV sauber Schraubenschlüssel oder einer Zange durch den Anschluss des Adapters zu erhalten, wie möglichst eng.
    4. Legen Sie 8-32 Gestüt in das andere Ende des Adapters. Ziehen Sie so eng wie möglich. Die 8-32 Stud wird durch den Adapter und drücken gegen den M6 Bolzen erstrecken.
    5. Legen Sie Sicherungsscheibe auf 8-32 Bolzen und dann eine Mutter. Ziehen Sie die Mutter mit einem sauberen Socket-Treiber oder einer Zange. Das Ventil kann während dieses Schrittes geschlossen werden leichter zu machen Anziehen.
    6. Legen Sie eine Mutter auf der 8-32 Stud. Drehen Sie es, bis fast die Mutter am anderen Ende zu berühren. Legen Sie Sicherungsscheibe auf 8-32 Bolzen.
    7. Bringen Sie Feder / Kugelhalter an der 8-32 durch die Pattsituation Bolzen. Drehen Sie die Pattsituation, bis sie die Sicherungsscheibe berührt.
      Hinweis: Das folgende Verfahren beschreibt , wie die Längenverstellung der Federanordnung zu überprüfen, siehe Abbildung 6.
    8. Setzen Sie den Rotor in der benutzerdefinierten Fingerhut und sichern Sie sie mit einem Magneten (von acommercial SRG), indem sie es auf dem Fingerhut Ende Platzierung und Fixierung mit Klebeband. Der Rotor ist nun am Ende der Hülse.
    9. Schieben Fingerhut über Feder / Kugelhalter, zu stoppen, wenn der Kugelhalter den Ball berührt. Messen der Lücke zwischen dem Ventilflansch und Fingerhut Flansch, wie in 6.
      1. Wenn die Lücke im Bereich von 2 mm bis 6 mm, überspringen 6.4.10.2 zu Schritt). Eine nominelle Spalt von 3 mm ist ideal, aber ein Spalt im Bereich von 2 bis 6 mm ausreichend. Ein Spalt kleiner als 2 mm ist nicht akzeptabel.
      2. Entfernen Fingerhut / Flanschmontage und beiseite stellen. Wenn der Spalt kleiner als 2 mm, drehen Sie das Patt gegen den Uhrzeigersinn, um die Lücke größer. Wenn der Spalt war größer als 6 mm, drehen Sie das Patt im Uhrzeigersinn, um die Lücke zu verkleinern. Gehen Sie zurück zu Schritt 6.4.10.
    10. Entfernen Fingerhut / Flanschmontage und beiseite stellen. Wenn der Spalt kleiner als 2 mm, drehen Sie das Patt gegen den Uhrzeigersinn, um die Lücke größer. Wenn der Spalt war größer als 6 mm, drehen Sie den standoff im Uhrzeigersinn, um die Lücke kleiner. Gehen Sie zurück zu Schritt 6.4.10.
    11. Ziehen Sie die Mutter gegen die Pattsituation.
    12. Öffnen Sie das Ventil durch Drehen gegen den Uhrzeigersinn.
  5. Montieren Sie den Flansch:
    1. Nehmen Sie den Rotor durch Klebeband und Magnet entfernt und vorsichtig so dass der Rotor aus dem Fingerhut zu rollen.
    2. Bringen Sie die beiden Zinken an dem Flansch eine Sicherungsscheibe und Schraube durch die Rückseite des benutzerdefinierten Flansch / Fingerhut eingesetzt werden. Die Sicherungsscheibe und Schraube werden durch die kommerzielle SRG zur Verfügung gestellt. Die Sicherungsscheibe und Schrauben brauchen nicht für Ultrahochvakuum gereinigt werden.
    3. Drehen , um die Zinken so dass sie miteinander quadratisch sind, wie in Abbildung 1 und Abbildung 9.
    4. Überprüfen Zinken für Geradheit durch die SRG Kopf über den Fingerhut rutscht. Der Kopf sollte auf frei gleiten.
    5. Geben Sie die beiden eine endgültige Spannschrauben und prüfen Sie für die Ausrichtung wie in Schritt 6.5.3.
    6. Legen Rotor zurück in die Hülse einD Secure mit dem Magneten und Abdeckband.
  6. Füllen Frühling Transport Montage:
    1. Legen Sie Kupfer oder versilbertem Kupfer Dichtung an der Ventilöffnung.
    2. Setzen Sie den Rotor in die Hülse (falls nicht bereits in Fingerhut aus Schritt 6.5.6).
    3. Schieben Sie den Flansch / Kauscheinheit über die Feder / Kugelhalter. Orientieren des Flansches derart, daß die Stellschraube in den Zinken wird nach unten gerichtet sein, wenn das Ventil mit der Kammer verbunden ist.
    4. Mit ¼-28 Schrauben und Muttern, befestigen Sie den Flansch an das Ventil.
    5. Schließen Sie das Ventil.
    6. Entfernen Sie den Magneten und Band den Ball zu halten.

7. Montieren Sie den Versandbehälter

  1. Schneiden Sie die Esterschaum auf die Größe des Transportbehälters. Die Dicke des Schaums wird auf der Höhe des Behälters abhängen. Legen eine Mindestdicke von 7,6 cm von Schaum in der Unterseite. 7 zeigt den Schaumaufbau.
  2. Setzen Sie den PE-Schaum Ausschnitt oben auf ter Esterschaum.
  3. Eine Schicht Esterschaum im Deckel. Die Mindestdicke sollte 7,6 cm betragen. Abbildung 8 , um die endgültige Platzierung der Feder-Transportmechanismus zeigt. Verwenden Sie saubere Aluminiumfolie und eine Kunststoff-Endkappe (die mit dem Ventil kam) das offene Ende der Ventilöffnung während des Transports zu schützen.

8. Mit dem Frühling-Transportmechanismus

  1. Montage und zur Aussetzung des Rotors:
    Hinweis: Abbildung 9 zeigt die montierte Federtransportmechanismus mit dem Kopf befestigt. Der erste Schritt ist die federTransportMechanismus aus dem Versandbehälter zu entfernen. Im Folgenden wird angenommen, dass der Leser mit dem Betrieb des Spinnrotormesser vertraut ist. Einzelheiten zum Betrieb der Steuerung kann in der Controller-Anwenderhandbuch. Es wird auch angenommen, der Leser mit Hochvakuumtechnik vertraut ist.
    1. Entfernen Sie die Endkappe und Folie aus dem offenen Port des Federtransportmechanismus. Bringen Sie dieOpen-Port mit einem DN 40 (CF 2.75 ") Anschluss an eine Vakuumkammer ein neues Kupfer oder versilbertem Kupfer Dichtung und eine ¼-28 Schraubensatz verwendet wird. Die Ausrichtung des Ventils auf der Ausrichtung der Zinken abhängen wird. Die richtige Orientierung ist in 9 gezeigt. die Zinken mit den Stellschraube nach unten zeigt. Schieben Sie den Kopf über den Fingerhut, die Ausrichtung der Fingerhut sollte innerhalb von 2 ° vertikal sein. Überprüfen Sie Ausrichtung mit einer Ebene.
    2. Evakuieren der Vakuumkammer auf weniger als 10 -3 Pa. Öffnen Sie langsam die Feder-Transportmechanismus Ventil.
    3. Bringen Sie den Kopf an die Steuerung. Schalten Sie Controller und setzt die Kugel.
  2. De-Montage des Frühlings-Transportmechanismus
    1. De-suspend den Rotor des elektronischen Controller. Schalten Sie Steuerung.
    2. Schließen Sie die Feder-Transportmechanismus Ventil.
    3. Entfernen Sie den Kopf.
    4. Vent Vakuumkammer.
    5. Entfernen Sie die Feder-Transportmechanismus durch un-Verschrauben des VentilPort aus der Vakuumkammer.
    6. Legen Sie saubere Folie und eine Kunststoff-Endkappe über den offenen Port des Federtransportmechanismus. Platz federTransportMechanismus in Aussparung im Versandbehälter.

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Representative Results

Alle Komponenten der kommerziellen SRG sind in Abbildung 1 dargestellt. Dies beinhaltet den Rotor, Fingerhut, Leiter der Permanentmagnete und Drahtspulen verwendet für die Aufhängung und Pick - up, und die elektronische Steuerung enthält. Die kleine Feder dargestellt (Abbildung 1c) wird verwendet , um den Ball in der Hülse zu halten; diese Haltefeder in der Federtransportmechanismus nicht verwendet. Die kommerzielle Controller und Kopf sind in der Federtransportmechanismus verwendet. Die Zinken von der kommerziellen Fingerhut kann im Frühjahr-Transportmechanismus oder eine Kopie dieser einfachen Teile entfernt und verwendet werden können, hergestellt werden. Der Rotor kann auch verwendet werden, oder eine andere Kugellager verwendet werden können, wie in der Materialliste angegeben. Die mechanischen Zeichnungen in den Abbildungen 2-4 geben die kritischen Abmessungen der Zeichnungsteile , die hergestellt werden , müssen die Federtransportmechanismus zu bauen. Der Kugelhalter in Abbildung 4 istheftgeschweißten auf ein Ende einer Feder und das andere Ende der Feder ist heftgeschweißt zu einer Pattsituation. Mit Ausnahme der Fingerhut, alle Teile erforderlich , den federTransportMechanismus zu montieren sind in 5 gezeigt. Die Feder muss mindestens 2 mm und Nenn Kompression von 3 mm komprimiert werden , wird von den Autoren vorgeschlagen. 6 zeigt die Messtechnik zu bestimmen, ob die Feder richtig komprimiert wird, wie in dem Verfahren behandelt.

7 zeigt eine typische Anordnung der Schaumstoffeinlagen, Figur 8 zeigt die Federtransportmechanismus in Transportpaket. rund um das Federtransportmechanismus auf allen Seiten und Enden Versandbehälter sollte gewählt werden, der groß genug ist, Raum für 7,6 cm von Schaum zu ermöglichen. Durch ein Minimum von 7,6 cm von Esterschaum auf der Ober- und Unterseite und ein Minimum von 7,6 cm aus PE-Schaum an den Seiten, the Schock durch die Feder-Transportmechanismus erlebt hat, wird sogar von 152 cm , wenn sank auf weniger als 100 g gehalten werden, wie in 10 gezeigt. Es ist sehr wichtig , ist der Schaum , um sicherzustellen , ist nicht komprimiert , wenn die Feder-Transportmechanismus zu packen. Dies kann durch Verwendung Schaum verursacht werden , die zu dick ist Abbildung 11 zeigt die Wirkung des Schaums selbst um einen kleinen Betrag zu komprimieren. Der Schock um etwa 40% erhöht. In diesem Fall komprimiert der Schaum etwa 1 ¼ cm über 22 ¾ cm. Nach der Durchführung über 180 Falltests von einem unserer Prototypen haben wir ein Neutron Röntgenbild, Bild 12, die deutlich die federTransportMechanismus zeigt , wie vorgesehen arbeiten. Man beachte , dass das Ventil in Figur 12 von einem anderen Hersteller als dem Ventil in dem vorliegenden Verfahren festgelegt. Ersteres ist nicht mehr im Handel erhältlich. Schließlich zeigt 9 die federTransportMechanismus montiert ist fürbenutzen.

Drop-Tests eine gängige Praxis in der Verpackungsindustrie sind und nach typischen Industrierichtlinien für Pakete, weniger als 34 kg (75 lbs) die Standard-Fallhöhe für die Prüfung beträgt 76 cm (30 Zoll). Ein vernünftiges Design - Ziel war , dass die federTransportMechanismus Erfahrung ein Schock von weniger als 50 g , wenn sie von 76 cm fallen gelassen, und weniger als 100 g , wenn sie von 152 cm fallen gelassen, die zweimal die empfohlene Höhe für einen Falltest ist. Harte rotogeformten Fällen und zwei Arten von Standard-Schaum wurden gewählt, um die Federtransportmechanismus zu verpacken. Polyurethan (ester) Schaum und Polyethylen (PE) Schaum sind allgemein verfügbar Schäume für die Verpackung. Sie kommen in verschiedenen Dichten und werden in der Regel durch ihre nominale Dichten wie 2 # Schaum (32 kg / m 3) angegeben. Handelsübliche Verpackung Führungen geben Kurven die gewünschte Fragilität Ebene (in g zeigt, die maximale Schock darstellt, widerstanden werden kann durchdas Artefakt) im Vergleich zu Schaumdicke, mit verschiedenen Kurven, die die Box aus verschiedenen Höhen fallen. Zum Beispiel, wenn ein Objekt mit einer statischen Belastung von 0,77 N / cm 2 von 76 cm fallen gelassen, 7,6 cm dick 2 # Esterschaum und 12,7 cm dick 2 # PE - Schaum beide einen Schock von etwa 30 g geben. Der Schaum muss elastisch genug sein, um sanft das Objekt über einen angemessenen Abstand zu verlangsamen, aber steif genug, so dass es wenig oder keine Kompression des Schaums, wenn unter statischer Belastung. Kompression wird beeinträchtigt die Fähigkeit des Schaums um den Schock zu absorbieren. 2 # Ester Schaum wurde auf der Ober- und Unterseite des Federtransportmechanismus, und 2 # PE - Schaum wurde für den Ausschnitt eingesetzt wird , wie in 7 gezeigt. Der Grund , dass PE - Schaum für den Ausschnitt verwendet wurde , da die statische Last größer ist an den Enden des Ventils wegen der kleineren Fläche.

Falltests wurden auf der federTransportPaket ausgeführt durch eine Accel Anbringenerometer zum federTransportMechanismus und das Paket aus verschiedenen Höhen und Ausrichtungen fallen zu lassen. Abbildung 10 zeigt die Leistung von 7,6 cm und 15,2 cm schwarz # 2 PE - Schaum. Wie man sieht, desto dicker Schaum nicht besser als die 7,6 cm Schaum durchgeführt haben zu sehen. Dies liegt daran, wenn der Schaum dick genug ist, das Objekt vollständig über ihre Dicke zu verlangsamen, mehr Schaum Zugabe hilft nicht. Daraus wurde geschlossen, dass 7,6 cm PE-Schaum für die Seiten ausreichend war. Auf der Ober- und Unterseite, wurde gefunden, daß ein 7,6 cm Dicke von 2 # Esterschaum war notwendig und ausreichend. Dies steht im Einklang mit dem leichteren statische Last (größere Fläche) der Ventil Seiten. Ein kleines Stück von 5 cm dicken Eierkarton Stil Esterschaum wurde auch auf Pad , um den Boden der Aussparung verwendet , so dass die Feder-Transportmechanismus nicht innerhalb des Ausschnitts bewegen würde. Abbildung 11 zeigt , wie wichtig den Schaum nicht komprimiert wird . In Drop-Tests, bei denen der Schaum leicht zusammengedrückt wurde, war der Schockviel größer. Verschiedene Größen der Fälle wurden ebenfalls getestet. Es wurde festgestellt, dass ein kleiner Fall mit weniger Polsterung einen kleineren Schock als ein größerer Fall erzeugt. Anfangs schien dieses Ergebnis überraschend, aber es muss daran erinnert werden, dass, sobald die Schaumdicke ausreicht, mehr Schaum Zugabe führt nicht zu besseren Ergebnissen Schock. Eine Hypothese ist, dass kleinere Fälle weniger Schock erzeugen, wenn sie fallen gelassen, da diese weniger wiegen als größere Fälle und mehr hüpfen, wenn fallen gelassen, wodurch ein Teil der Energie abzuführen. Die Mindestinnenmaße sollte groß genug sein, um die Federtransportmechanismus auf jeder Seite um 7,6 cm von Schaum umgeben, speziell 39,5 cm x 25,4 cm x 23 cm.

Viele Falltests mit dem Federtransportmechanismus durchgeführt. Der Kontakt zwischen Rotor und konischen Ende Fingerhut wurde während der Falltests überwacht, indem die elektrische Kontinuität zwischen der Kugel Protokollierung und zwei Drähte durch Fingerhut einer speziell gefertigten Test bestanden, als described in Referenz 11. Wir haben nicht ein Versagen des Federmechanismus zu halten , um den Rotor während einer der Falltests zu beobachten war. 12 zeigt ein Neutron Röntgenbild 12 eines federTransportMechanismus durch NIST gebaut und auf über 180 Falltests unterzogen. Wie in der Röntgenbild zu sehen, wie die federTransportMechanismus Funktionen, auch nach so oft fallen gelassen werden. Indem Sie die hier beschriebenen Verfahren, eine robuste Federtransportpaket erstellt werden können, die zur Minimierung der Auswirkungen des Verkehrs auf die Langzeitstabilität der Spinnrotor Lehren der Lage ist.

Abbildung 1
. Abbildung 1: Elemente eines typischen Spinnrotor Spur Dieses Bild zeigt alle Elemente eines Spinnrotors Messer: (a) die Stahlkugel oder Rotor; (B) Fingerhut, die den Rotor (kommerzielle Version) enthält,die beiden rechteckigen Teile in der Nähe der Kante des Flansches sind die "Zinken", dass die Kopfanordnung zu halten; (C) Haltefeder für den Rotor (nicht in einem federTransportMechanismus verwendet werden); (D) der Kopf und Kabelbaugruppe; (E) die elektronische Steuerung.

Figur 2
Abbildung 2: Mechanische Zeichnung des Custom Fingerhut Kritische Dimensionen dargestellt und werden in USA üblichen Einheiten (1 inch = 25,4 mm) gegeben.. Alle Toleranzen sind 0,005 Zoll (0,1 mm). A * .step Datei wird als eine zusätzliche Datei enthalten. . Das Teil sollte aus 316L Edelstahl, RA16 Finish (RA 0,4 um Mikrozoll) hergestellt werden eine größere Version dieser Figur zu sehen Bitte klicken Sie hier.

Figur 3
Abbildung 3: Mechanische Zeichnung der Gewindeadapter Kritische Dimensionen dargestellt und werden in USA üblichen Einheiten (1 inch = 25,4 mm) gegeben.. Alle Toleranzen sind 0,005 Zoll (0,1 mm). A * .step Datei wird als eine zusätzliche Datei enthalten. Das Teil sollte aus 316L Edelstahl hergestellt werden; die Gewinde sind vom Typ 2A. Die M6 - Gewinde hat einen 1 - mm - Raster. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4: Mechanische Zeichnung der Kugelhalter Kritische Dimensionen dargestellt und werden in USA üblichen Einheiten (1 inch = 25,4 mm) gegeben.. Alle Toleranzen sind 0,005 Zoll (0,1 mm). A * .step Datei wird als eine zusätzliche Datei enthalten. Das Teil sollte ma seinde aus 316L Edelstahl, RA16 Finish (Mikro-Zoll; RA 0,4 um)., ohne scharfe Kanten Bitte klicken Sie hier um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5
Abbildung 5:. Elemente des Frühlings - Transportmechanismus Reihenfolge der Montage (von rechts nach links), die gezeigten Teile sind: Ventil, Gewindeadapter, Sicherungsscheibe, Mutter, schneiden 8-32 Bolzen, Mutter, Sicherungsscheibe, Kugel -halter / Federeinheit und 4,5 mm Rotor.

Figur 6
Abbildung 6:. Einstellen der Entfernung des Kugelhalter Nach dem federTransportMechanismus Montage, das Ventil zu schließen, setzen Sie den Rotor in der benutzerdefinierten Fingerhut, sichern Sie den Rotor mit einem Magneten an das Ende der th angezapftimble und dann über den Kugelhalter / Feder Kausche platzieren. Der Spalt sollte mindestens 2 mm messen, aber nicht mehr als 6 mm.

7
Abbildung 7:. Die Montage des Foam Der dunkelgraue stellt die PE - Schaum Ausschnitt sind die hellgraue Rechtecke der Esterschaum.

Abbildung 8
Abbildung 8:. Die Feder-Transportmechanismus in der Transportverpackung Die Feder-Transportmechanismus ist fit in eine Aussparung in PE - Schaum. Ester-Schaum wird unter dem PE-Schaum und in den Gehäusedeckel eingesetzt. Der Esterschaum ist größer als 7,6 cm dick. Der Fall ist ein rotogeformten Hartschalenkoffer.

9
Abbildung 9: Die Feder-traNSPORT Mechanismus angebracht an eine Vakuumkammer. Der Federtransportmechanismus muss auf der Vakuumkammer montiert werden , so dass der Kopf innerhalb von 2 ° senkrecht ist, wie dargestellt.

10
Abb . 10: Shock gegen Height für PE Foam Der Schock für zwei verschiedene Dicken von PE - Schaum als Funktion der Fallhöhe dargestellt. Die durchschnittliche Schock bei 76 cm Fallhöhe ist in der Nähe von 50 g, aber die Streuung der Daten als durch die Standardabweichung gemessen wird , ist fast 10% (wie die Unsicherheit Balken dargestellt). Selbst bei einer Fallhöhe von 152 cm, ist der Schock von weniger als 100 g und auch innerhalb der Haltekraft der Feder.

11
Abbildung 11: Die Wirkung von komprimierter Schaum eine geringe Menge von Schaumverdichtungs deg.rades die Fähigkeit des Schaums Schlags zu verringern, wie sie durch die größere Schockwerte des komprimierten Schaum gesehen.

12
Abb . 12: Neutron Röntgenbild des Feder Transport Mechanism (a) ist das Ventil in der offenen Position und (b) ist das Ventil in der geschlossenen Position zeigt , um den Rotor gut in der Spitze des konisch geformten Kugelhalter erfasst und Fingerhut. Die Feder-Transportmechanismus gezeigt wurde mehr als 180-mal fallen gelassen, bevor das Röntgenbild aufgenommen wurde. Diese Zahl wurde zuvor in Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Gebäude ein federTransportPaket Messer für Spinnrotor veröffentlicht. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), 033.201 (2015); in Übereinstimmung mit der Lizenz Creative Commons Attribution 3.0 Unported verwendet.

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Discussion

Das Ziel war, einen federTransportMechanismus mit einer ausreichenden Haltekraft so zu gestalten, dass der Rotor während des Transports immobilisiert bleiben würde. eine robuste Federtransportmechanismus zu entwerfen ist nicht genug, um den Rotor zum Beispiel, weil immobilisiert, um sicherzustellen, bleibt, kann der Mechanismus von hohen Höhe auf eine harte Oberfläche einen enormen Schock erzeugen. Die Kraft auf den Rotor kann stark durch Verpacken des federTransportMechanismus, so dass sie leicht den Schock abbremst Verringerung in der Packung, wodurch über eine Distanz reduziert werden. Die Impulskraft , die von einem Objekt erfahren , wenn in fallen gelassen wird , wird der Schock genannt und ist typischerweise in Bezug auf die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft, g gemessen. Wenn ein Objekt aus einer Höhe h fallen gelassen wird und verzögert über einen Abstand d, ist der Schock nur (h / d) x g. Wenn beispielsweise ein Gegenstand aus einer Höhe von 1 m fallen gelassen wird und abbremst über eine Distanz von 1 cm, die shock durch das Objekt erfahren wird , ist 100 g. Dieses Beispiel stellt eine angemessene Schätzung des Schocks wir erwarten können, wenn eine gut verpackte Objekt während der Handhabung fallen gelassen wird. Daher wurde die federTransportMechanismus entwickelt , um die Läufer im Schock von mindestens 100 g immobilisiert zu halten. Dies war nicht schwer zu erreichen. Eine Feder mit einer Federkonstante von 3 N / mm, die von 3 mm mit dem Ventil vollständig geschlossen komprimiert wurde. Die Masse des Rotors betrug 0,37 g und die Masse des Kugelhalters betrug 0,55 g, damit die komprimierte Feder eine Haltekraft von mehreren hundert g hergestellt. Von der Länge der Feder, so scheint es, dass eine Kompression von mindestens 2 mm problemlos erreicht wird; jedoch bemerkten wir, dass die Wärme durch das Heftschweißen erzeugte neigten dazu, die Feder leicht zu verkürzen, indem die Feder Abstand nahe an den Enden zu reduzieren. Der konisch geformte Fingerhut und Kugelhalter versichern, dass der Ball in Bezug auf die Fingerhut-Achse nicht seitlich bewegen. Der Fingerhut hatte Brauch ma zu seinde aus zwei Gründen: das innere Ende wurde konisch geformt werden, um die Kugel zu begrenzen, und die Länge werden musste, so dass die Feder die richtige Kompression erhalten würde, wenn das Ventil geschlossen ist. Der Ventilhub ist die gesamte lineare Verschiebung des Ventilsitzes und der kritischen Länge in der Hülse zu bestimmen. Wenn eine Marke oder das Modell des Ventils gewählt wird, die einen anderen Hub als das Ventil in der Materialliste hat, kann eine andere Fingerhut Länge erforderlich sein. Das Ventil wir in dieser Anwendung gewählt wird auf mehr als 1.000 Schließungen angegeben, nicht mit einem Drehmomentschlüssel benötigen zu schließen, und verfügt über einen gut positionierten Bolzen für die Federbefestigung, so dass es für diese Anwendung ideal. Schließlich gewährleistet die Verwendung von Sicherungsscheiben und dichte Montage Robustheit der Geräte, wie unsere Tests unten dargestellt anzuzeigen.

Wie bereits erwähnt, haben andere Institutionen und federTransportMechanismen verwendet. Es gibt wenig Informationen in der Literatur, wie diese other Versionen wurden entwickelt oder getestet. Die historische Beweise für die langfristige Stabilität der Spinnrotormessern diese Versionen des Federtransportmechanismus transportiert Verwendung zeigt, dass es bei der Erhaltung der Akkommodationskoeffizient der SRG wirksam ist vorgesehen, dass die Federtransportmechanismus so ausgelegt arbeitet und tut nicht umhin, den Rotor während des Transports zu immobilisieren. Die NIST-Version hier vorgestellt wurde Robustheit rigoros getestet und wird erwartet, dass die SRG Akkommodationskoeffizient mindestens sowie die früheren Versionen zu erhalten. Darüber hinaus hat die Bedeutung des Verpackens des federTransportMechanismus derart Schock zu minimieren, nicht in der Literatur diskutiert worden. Hier detaillierte Spezifikationen und Anweisungen gegeben, wie die federTransportMechanismus zu verpacken. Die Falltests im vorhergehenden Abschnitt beschrieben zeigen, dass die Verpackung den Schock zu reduzieren, wie entworfen.

Andere Verfahren werden häufig verwendet,zum Transport von Rotormessern drehen. Die am häufigsten verwendete Methode für die Kunden von NIST Kalibrier-Dienst verwendet wird, um den Rotor in die Hülse zu sichern, indem sie einen externen Magneten verwendet. Eine andere Methode ist es, den Rotor aus dem Fingerhut und legen Sie sie in einem Glasfläschchen oder wickeln Sie den Rotor in Aluminiumfolie oder einem fusselfreien Tuch zu entfernen. Eine Studie von 70 Kunden Rotoren mit Wiederholungs Kalibrierungen bei NIST gekennzeichnet , dass die mittlere Wiederholbarkeit 0,94% betrug. 13. Wie vorher erwähnt, angegeben historischen Daten für die Federtransportmechanik , dass 90% der Zeit, Rotoren Wiederholbarkeit des hatte besser als 0,75% in intercomprisons wo sind die Rotoren mehrfach international versendet. Eine andere Versandart zu Schiff Rotoren verwendet, die eine ausgezeichnete Stabilität Ergebnisse erbracht hat, ist an den Rotor von Hand zu tragen. Leider ist dieses Verfahren nicht praktisch in den meisten Fällen.

Die Konstruktion, die in dem Protokoll ist spezifisch für die Ventilmodell und Typ angegeben. Andere Ventile können unsed, aber es wäre notwendig, den Entwurf zu ändern. Insbesondere auf die Länge der Hülse Bedürfnisse angepasst werden, um den Ventilhub zu beherbergen, so dass die Feder durch mindestens 2 mm komprimiert, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist. Darüber hinaus ist es notwendig, ein Ventil zu wählen, die eine bequeme Halterung für die Federanordnung hat; nicht haben alle Ventile solche Funktionen.

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Acknowledgements

Die Autoren sind dankbar für die Hilfe des NIST Neutron Imaging Instrument an Wissenschaftler Dr. Daniel Hussey für uns mit Neutronenradiogramme zu unterstützen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Spring, 3 N/m Lee Spring (www.leespring.com) LC 042C 18 S316 Outside diameter 0.240 in, Wire Diameter 0.042 in, Rate 17.1 lb⁠/⁠in, Free Length 2.25 in, Number of Coils 29.3
8-32 threaded rod, 316 stainless steel McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 90575A260 Type 316 Stainless Steel Fully Threaded Stud 8-32 Thread, 3" Length.  Cut to length specified in protocol
standoffs, 8-32 Screw Size McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 91125A140 18-8 Stainless Steel Female Threaded Round Standoff, 1/4" OD, 1/4" Length, 8-32 Screw Size
nuts, 8-32 McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 90205A309 316 SS Undersized Machine Screw Hex Nut 8-32 Thread Size, 1/4" Width, 3/32" Height
Split Lock-Washers, 316 Stainless Steel McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 92147A425 Type 316 Stainless Steel Split Lock Washer NO. 8 Screw Size, .3" OD, .04" min Thick
Steel Rotor McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 9292K38 Bearing-Quality E52100 Alloy Steel, Hardened Ball, 4.5 mm Diameter
Right-Angle Valve VAT Valve (www.vatvalve.com) 54132-GE02-0001 Easy-close all-metal angle valve, DN 40 (1.5")
Shipping Container Allcases, Reekstin & Associates (www.allcases.com) REAL1616-1205 Zinc Hardware w/Zinc Handles, Rotationally Molded, light-weight, high-impact, Polyethylene Case with protected recessed hardware.  15.75" x 15.88" x 16.45"
Ester Foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-PAD 3" Thick 3" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Ester Foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-PAD 1" Thick 1" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Egg-carton ester foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-CONV ES-CONV, 2 lb, 24" x 27" x 1 1/2".  "egg-crate" ester foam. 
Foam Cutout, PE foam Willard Packaging Co. (www.willardpackaging.com) Custom Foam Cutout.
Spinning Rotor Gauge  MKS Instruments (www.mks.com) SRG-3 Controller, head, and thimble.  Custom thimble must be used for the spring-transport mechanism
Custom thimble MDC vacuum Inc. (www.mdcvacuum.com) drawing must be submitted for custom part
Detergent Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) 04-320-4 Sparkleen 1 Detergent
Acetone Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) A18-S4 Acetone (Certified ACS)
Ethanol Warner-Graham Company (www.warnergraham.com) 190 proof USP 190 Proof USP ethyl alcohol
Bolt set for valve Kurt J. Lesker (www.lesker.com) TBS25028125P B,N&W set, 12 point, (25)1/4-28 x 1.25", for 2.75" thru, silver plat
Silver-plated copper gaskets Kurt J. Lesker (www.lesker.com) GA-0275LBNSP
Spring Assembly (welding) Omley Industries, Inc. (www.omley.com) N/A The machine work and welding were done in NIST's shop. However, Omley industries was used as an alternative for welding the spring assembly.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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