3.7 Manipulatoren und mechanische Durchführungen
Zahlreiche Vakuumprozesse in der Forschung und industriellen Produktion benötigen eine Bewegung von Proben oder Bauteilen im evakuierten Bereich. Dies können lineare Positionsänderungen in Richtung der drei Raumachsen oder das Drehen um die Achsen sein, als Einzelbewegung oder als Kombinationen der Bewegungsarten untereinander.
Manipulatoren und mechanische Durchführungen ermöglichen Translationen und Rotationen im Vakuum, wobei deren Antrieb auf der Atmosphärenseite liegt und die Bewegungen vakuumdicht übertragen werden. Dabei werden verschiedenste Wirk- und Übertragungsprinzipien entsprechend den jeweiligen Vakuum- und Anwendungsbedingungen genutzt. Als dichtende Elemente kommen metallische Membran- und Wellbälge, spezielle Elastomerdichtungen, magnetisch gekoppelte Systeme oder differenziell gepumpte Dichtungen zum Einsatz.
Ausführungen mit beidseitig freien Flanschanschlüssen und offenem Durchgang bezeichnet man als Manipulatoren, Komponenten, deren Aktuator vakuumdicht in einem Flansch verbaut ist, als mechanische Durchführungen. Letztere zeichnen sich durch eine kompakte Bauform aus. Manipulatoren sind untereinander kombinier- und erweiterbar. Darüber hinaus können an ihnen mechanische Durchführungen angebaut werden, sodass vielfältigste Arten von Bewegungen ins Vakuum übertragen und somit mannigfaltige Bewegungsaufgaben gelöst werden können. Zusätzlich können am Eingangsflansch weitere Durchführungen für z. B. Strom oder Fluide angebracht werden und diese somit durch den Manipulator direkt zur Anwendung geführt werden.
Auf den Flanschen von Manipulatoren lasten gerade bei größeren Nennweiten beachtliche Kräfte durch den Atmosphärendruck. Damit die Flansche auch unter Vakuum lagestabil sind, muss bei der Konstruktion von Manipulatoren großer Wert auf deren Eigensteifigkeit gelegt werden. Eine besondere konstruktive Herausforderung besteht darin, die hochpräzise Übertragung von Bewegungen in Einklang zu bringen mit der äußeren Belastung und weiteren Lasten durch Einbauten. Zudem müssen die eingesetzten Komponenten ausheizbar sein, um die Verwendung auch im UHV-Bereich zu gewährleisten.
