Photomultiplier mit Befestigungsvorrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Photomultiplier (10) mit einer Befestigungsvorrichtung, wobei der Photomultiplier (10) einen zylindrischen Festkörper, insbesondere Glaskörper (11) und eine schlauchförmigen Ummantelung, vorderseitig einen Lichteinlass (12) und rückseitig Anschlusskontakte (14) aufweist, und die Befestigungsvorrichtung vorderseitig eine Buchse (20) und rückseitig einen Steckkontakt (30), der auf den Anschlusskontakten (14) sitzt, aufweist, und zwischen dem Steckkontakt (30) und der Buchse (20) eine kraftschlüssige Verbindung mit einem Verbindungsmittel (40) herstellbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Photomultiplier mit einer Befestigungsvorrichtung.

[0002] Photomultiplier werden im Stand der Technik zur Detektion schwacher Lichtsignale und Überführung dieser Lichtsignale in ein elektrisches Signal eingesetzt. Ein häufiger Anwendungsbereich sind beispielsweise sogenannte Scintillationszähler, bei denen in einem sogenannten Scintillator ionisierende Strahlung in schwache Lichtblitze umgesetzt wird, die anschließend von dem Photomultiplier in ein elektrisches Signal umgewandelt werden.

[0003] Derartige Scintillationszähler finden beispielsweise in der radiometrischen Füllstandsmessung Anwendung, wobei das zu messende Füllgut mit einer Gammaquelle durchstrahlt und die Füllgut durchdringende Strahlung mittels eines Scintillationszählers detektiert wird.

[0004] Photomultiplier für diese Anwendungen sind auf dem Markt vielfältig verfügbar, weisen aber den Nachteil auf, dass die zylindrisch ausgeformten Photomultiplier-Röhren in der Fertigung eine große Längenvarianz aufweisen. Bei Anwendungen, bei denen teilweise nur wenige Photonen detektiert werden, ist es jedoch nötig, die Photomultiplier möglichst lichtdicht und hochpräzise zu verbauen. Die auf dem Markt verfügbaren Photomultiplier werden in ihrer Längserstreckung mit einer Genauigkeit von ±5 mm hergestellt, so dass zwischen der minimal verfügbaren Einbaulänge und der maximal verfügbaren Einbaulänge im ungünstigsten Fall eine Differenz von bis zu 10 mm bestehen kann. Beim Einbau in ein Füllstandsmessgerät, bei dem sehr viele Standardteile zum Einsatz kommen, sind derartige Längentoleranzen nicht akzeptabel und müssen durch einen geeigneten Längenausgleich korrigiert werden.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Photomultiplier mit einer Befestigungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei durch die Befestigungsvorrichtung Längenabweichungen des Photomultipliers ausgleichbar sind.

[0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Photomultiplier mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

[0007] Zur Verfügung gestellt wird ein Photomultiplier mit einer Befestigungsvorrichtung, wobei der Photomultiplier einen zylindrischen Fest-, insbesondere Glaskörper und eine schlauchförmige Ummantelung, vorderseitig einen Lichteinlass und rückseitig Anschlusskontakte aufweist und die Befestigungsvorrichtung vorderseitig eine Buchse und rückseitig einen Steckkontakt, der auf den Anschlusskontakten sitzt, aufweist und zwischen dem Steckkontakt und der Buchse mit einem Verbindungsmittel eine kraftschlüssige Verbindung herstellbar ist.

[0008] Durch eine derartige Verbindung wird erreicht, dass der Photomultiplier zwischen der vorderseitig angeordneten Buchse und dem rückseitig angeordneten Steckkontakt eingespannt ist und gleichzeitig keine radialen Kräfte auf den relativ empfindlichen Glaskörper des Photomultipliers wirken.

[0009] Ein guter Schutz gegen äußere Krafteinwirkung auf dem Glaskörper des Photomultipliers und eine besonders einfache Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung ist möglich, wenn das Verbindungsmittel rohrförmig, beispielsweise als Aluminium-oder Stahlrohr, ausgebildet ist. Das Aluminiumrohr ist dabei in seinem Durchmesser vorteilhafterweise so gestaltet, dass es den Photomultiplier formschlüssig oder nahezu formschlüssig umgibt und rückseitig mit dem Steckkontakt über eine Steckerverbindung und insbesondere einen Bajonettverschluss verbindbar ist. Der Steckkontakt weist dazu einen umlaufenden Rand sowie wenigsten zwei Ausnehmungen auf, über die zwei an dem Verbindungsmittel angeformte Nasen einführbar sind, so dass eine Verriegelung nach dem Bajonett-Prinzip ermöglicht ist.

[0010] Eine Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel und der Buchse ist bevorzugterweise durch eine Klebeverbindung, die beispielsweise mit einer Vergussmasse hergestellt wird, gebildet. Durch unterschiedlich weites Überlappen des Verbindungsmittels mit der Buchse ist außerdem ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Photomultiplers möglich.

[0011] Um zu verhindern, dass die Vergussmasse an den vorderseitigen Lichteinlass des Photomultipliers gelangt und um bei der Montage eine zentrierte Ausrichtung des Photomultipliers in der Buchse zu erreichen, ist es sinnvoll, wenn zwischen einer Innenwandung der Buchse und dem Photomultiplier ein Dichtring angeordnet ist. Der Dichtring kann dabei beispielsweise in einer Innennut der Buchse platziert sein.

[0012] Zur Gewährleistung eines konstanten vorderseitigen Abstands des Lichteinlasses zu einem davon angebrachten Scintillator sowie zur zentrierten Anbringung eines Lichtleitblättchens zwischen dem Scintillator und dem Lichteinlass kann es sinnvoll sein, wenn die Buchse vorderseitig einen umlaufenden Steg aufweist, der gleichzeitig mechanische Einflüsse von der Vorderseite des Photomultipliers abhält.

[0013] Innenseitig kann es sinnvoll sein, wenn die Buchse einen umlaufenden Rand aufweist, die als vorderseitiger Anschlag für den Photomultiplier dient.

[0014] Bei Verwendung eines rohrförmigen Verbindungsmittels ist es für eine zentrierte Ausrichtung des Verbindungsmittels und des Photomultipliers zweckmäßig, wenn in der Buchse innenseitig Anlaufkanten vorgesehen sind, die den Photomultiplier und das Verbindungsmittel in eine zentrierte Position führen und damit definiert ausrichten.

[0015] Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich erläutert. Es zeigen:

Figur 1

einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pho- tomultiplier mit Befestigungsvorrichtung,

Figur 2a

eine perspektivische Darstellung des Photomultipliers aus Figur 1,

Figur 2b

die perspektivische Darstellung des Photomultipliers aus Figur 2a unter anderem Blickwinkel,

Figur 3a

eine Draufsicht auf den Lichteinlass des Photomul- tipliers mit Befestigungsvorrichtung,

Figur 3b

eine Draufsicht auf den Steckkontakt des Photomul- tipliers und

Figur 4

einen Längsschnitt durch ein Elektronikgehäuse mit darin verbautem Photomultiplier mit Befestigungsvor- richtung.

[0016] Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Photomultiplier 10 mit Befestigungsvorrichtung. Der Photomultiplier 10 weist einen zylindrischen Glaskörper 11 auf, der von einer schlauchförmigen Ummantelung 13 umfänglich umgeben ist, so dass lediglich vorderseitig ein Lichteinlass 12 freigelegt ist. Rückseitig sind an dem Photomultiplier 10 Anschlusskontakte 14 angeordnet, über die ein elektrisches Signal, das aus durch den Lichteinlass 12 aufgenommenen Lichtblitz erzeugt wird, abgreifbar ist. Problematisch ist, dass eine radiale Klemmung des Photomultiplers 10 auf Grund der schlauchförmigen Ummantelung 13 keine sichere Befestigungsmöglichkeit bietet. Außerdem hätte eine Klemmung den Nachteil, dass temperaturbedingte Volumenänderungen einer Klemmhülse Kräfte auf den zylindrischen Glaskörper 11 des Photomultiplers 10 leiten, die zu dessen Zerstörung führen können. Das rohrförmig ausgebildete Verbindungsmittel 40, z. B. ein metallisches Rohr, umgibt den Photomultipler 10 und greift rückseitig über einen Bajonettverschluss in einen Steckkontakt 30 eingreift, der auf den Anschlusskontakten 14 des Photomultipliers 10 sitzt. Der Bajonettverschluss ist derart ausgebildet, dass der Steckkontakt 30 einen umlaufenden Rand 36 aufweist, in dem wenigstens zwei umfängliche Ausnehmungen 37 vorgesehen sind, in die korrespondierend an dem Verbindungsmittel 40 angeordnete Nasen eingreifen, so dass nach einem Verdrehen des Verbindungsmittels eine formschlüssige Verbindung nach dem Bajonett-Prinzip hergestellt ist. Das Verbindungsrohr 40 dient damit einerseits als Verbindungs- und Befestigungsmittel und bietet dem Photomultipler 10 andererseits auch mechanischen Schutz vor äußeren Einflüssen.

[0017] Zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zu dem Photomultiplier weist der Steckkontakt 30 eine Platine 32 auf, über die die elektrischen Signale der Anschlusskontakte 14 zu einem Stecker 34 geführt werden. Der Stecker 34 ist in zusammengebautem Zustand der Anordnung derart platziert, dass er außerhalb des Umfangs des Verbindungsrohrs 40 angeordnet ist. Die Steckerbuchse 34 ist derart ausgestaltet, dass Kontaktpins 51 zur Kontaktierung der Steckerbuchse 34 vollständig durch diese hindurchgesteckt werden können, so ist ein weiterer Längenausgleich beim Verbau der erfindungsgemäß Anordnung möglich.

[0018] Vorderseitig ist an dem Verbindungsrohr 40 sowie dem Photomultiplier 10 eine Buchse 20 angeordnet, die als Montagehalterung dient. Die Buchse 20 weist eine zylindrische Aufnahmeöffnung auf, die vorderseitig durch einen umlaufenden Rand abgeschlossen ist. Der umlaufende Rand 36 dient als vorderseitiger Anschlag für den Photomultiplier 10 und verhindert, dass der Photomultiplier durch die Buchse 20 hindurchrutscht und vorderseitig aus der Befestigungsvorrichtung rutschen kann. Der Rand 36 ist derart dimensioniert, dass er lediglich im Seitenbereich des Lichteinlasses 12 zum Liegen kommt und gleichzeitig so eine leichte Anphasung den Photomultiplier 10 zentriert. Eine weitere Zentrierung des Photomultipliers 10 wird durch einen innenseitig in einer Nut 23 der Buchse 20 liegenden Dichtung 22 erreicht. Der Dichtring 22 gewährleistet außerdem, dass eine Vergussmasse 18, die die Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr 40, dem Photomultiplier 10 und der Buchse 20 herstellt, daran gehindert wird, vorderseitig aus der Befestigungsvorrichtung herauszulaufen und damit beispielsweise den Lichteinlass 12 zu verschmutzen. Als Vergussmasse 18 kann beispielsweise ein PUR-Klebstoff der Firma Delo zum Einsatz kommen.

[0019] Zur weiteren zentrierten Ausrichtung der Anordnung aus Photomultiplier 10 und Verbindungsrohr 40 in der Buchse 20 weist die Buchse 20 des Weiteren im rückseitigen Bereich sogenannte Anlaufkanten 25 auf, die den Photomultiplier 10 und das Verbindungsrohr 40 in eine zentrierte Position führen.

[0020] Vorderseitig ist an der Buchse 20 ein umlaufender Steg 26 angeordnet, der einerseits gewährleistet, dass mechanische Einflüsse von dem Lichteinlass 12 des Photomultipliers 10 ferngehalten werden und andererseits als Zentrierring für ein Lichtleitblättchen dient, das zur Herstellung eines definierten Brechungsindex verlaufendes zwischen einem Scintillator und dem Photomultiplier an dieser Stelle angeordnet ist.

[0021] Wie aus Figur 1 deutlich erkennbar, ist es durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich, eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Steckkontakt 30 und der Buchse 20 herzustellen, so dass der Photomultiplier 10 mit einem definierten Abstand des Lichteinlasses 12 zur Vorderkante der Buchse 20 montiert werden kann.

[0022] Die Figuren 2a und 2b zeigen eine perspektivische Darstellung des Photomultipliers 10 mit Befestigungsvorrichtung aus Figur 1. Da die beiden Figuren 2a und 2b nur unterschiedliche Blickwinkel auf die Anordnung zeigen, werden sie weitgehend gemeinsam erläutert.

[0023] Die Figuren 2a und 2b zeigen die zusammengebaute Anordnung, d. h. dass der Photomultiplier 10 in dem Verbindungsrohr 40 sitzt, rückseitig der Steckkontakt 30 angebracht ist und vorderseitig die Buchse 20 über die Klebeverbindung 18 verbunden ist. In dieser Darstellung ist besonders deutlich zu erkennen, dass die im Wesentlichen zylindrisch ausgeformte Buchse 20 im mittleren Bereich einen Montagerand 27 aufweist, in den Bohrungen 28 vorgesehen sind. Der Montagerand 27 ist im Wesentlichen rechteckig mit verschiedenen Aussparungen ausgebildet, so dass sich eine kodierende Form ergibt, die einen verdrehsicheren Einbau in einer vorgegebenen Position gewährleistet. Bei Zusammenbau der Anordnung ist darauf zu achten, dass die kodierende Form des Montagerandes 27 korrekt zur Platine 32 des Steckkontakts 30 im rückseitigen Bereich ausgerichtet ist. Die Platine 32 des Steckkontakts 30 ist ebenfalls mit einer kodierten Form ausgebildet. Beim Einbau der Anordnung in ein Gehäuse ist durch Formumgebung nach Schlüssel-Schloss-Prinzip gewährleistet, dass die Steckerbuchse 34 korrekt kontaktiert wird.

[0024] Figur 3a zeigt eine Draufsicht auf den Lichteinlass 12 des Photomultipliers 10 mit montierter Buchse 20. In dieser Darstellung ist der Montagerand 27 mit den Bohrungen 28 sowie die kodierte Form des Montagerands 27 besonders gut zu erkennen. Der Photomultiplier 10 sitzt zentriert in der Buchse 20, wobei er vorderseitig zumindest vor einer großflächigen Krafteinwirkung durch den umlaufenden Steg 26 an der Buchse 20 geschützt ist.

[0025] Figur 3b zeigt eine Draufsicht auf den Steckkontakt 30 im montierten Zustand. In dieser Darstellung ist besonders gut die kodierte Form der Platine 32 zu erkennen, die korrespondierend zum Montagerand 27 der Buchse 20 ausgerichtet ist. Die kreisförmig angeordneten Anschlusskontakte 14 des Photomultipliers sind ebenfalls mit einer Kodierung versehen, die dadurch erreicht wird, dass die ansonsten äquidistant auf dem Umfang eines Kreises angeordneten Anschlusskontakte an einer Stelle keinen Pin aufweisen. Durch eine korrespondierende Ausführung der Platine wird damit ebenfalls eine definierte Anschlusskonfiguration erreicht.

[0026] Wie schon oben angeführt, ist die Steckerbuchse 34 als Durchlochsteckerbuchse ausgeführt, so dass eine Kontaktierung mit Kontaktpins 51 durch ein Durchstechen der Steckerbuchse 34 erfolgt. Durch dieses Durchstechen können die Kontaktpins 51 je nach Baulänge des Photomultipliers 10 und damit der Montageanordnung unterschiedlich weit durch die Steckerbuchse 34 hindurchgeführt werden, so dass dadurch ein Längenausgleich erreicht wird. Wenn die Kontaktpins 51 geeignet lang ausgeführt sind, können dadurch die Variationen der Einbaulänge des Photomultipliers kompensiert werden.

[0027] Figur 4 zeigt schließlich den Photomultiplier 10 mit der Befestigungsvorrichtung in eingebautem Zustand in einem Elektronikgehäuse. Gezeigt ist ein Längsschnitt durch das Elektronikgehäuse, der korrespondierend zu dem Schnitt in Figur 1 geführt ist. Da der Aufbau des Photomultipliers 10 mit der Befestigungsvorrichtung bereits in Figur 1 ausführlich erläutert wurde, wird lediglich auf die Kontaktierung der Steckerbuchse 34 durch die Kontaktpins 51 des Elektronikgehäuses 50 eingegangen. Die Kontaktpins 51 sind in geeigneter Länge ausgeführt, dass sie einen Längenausgleich, der etwa 10 mm Längenvarianz des Photomultipliers 10 erreichen können. In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform weist der Photomultiplier 10 annähernd die maximale Einbaulange auf, so dass die Platine 32 in dem Elektronikgehäuse 50 bei Einbau nahe der Rückwand des Elektronikgehäuses 50 zum Liegen kommt. Bei einer geringeren Einbaulänge des Photomultipliers 10 wird durch die Befestigungsvorrichtung trotzdem eine definierte Vorderkante für den Lichteinlass 12 gewährleistet und durch die Kontaktpins 51, eine rückseitige Kontaktierung der Anordnung erreicht. Durch den oben beschriebenen Aufbau kann der Photomultipler 10 mit der Befestigungsvorrichtung als Modul ausgetauscht werden, während eine sichere Kontaktierung sowie eine definierte Position für den Lichteinlass 12 gewährleistet bleiben. Beim Zusammenbau der Anordnung aus Photomultipler 10 und Befestigungsvorrichtung wird der Lichteinlass 12 durch die rückseitige Verspannung über das Verbindungsrohr 40 und den über dem Bajonettverschluss verbundenen Steckkontakt 30 vorderseitig gegen den umlaufenden Rand 36 gepresst. Dieser Zustand wird durch das Verkleben des Verbindungsrohrs 40 mit der Buchse 20 fixiert, sodass die Position des Photomultiplers 10 festgelegt ist. Das Verbindungsrohr 40 taucht beim Verspannen je nach Baulänge des Photomultiplers 10 unterschiedlich tief in die Buchse 20 ein und gewährleistet so die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Steckkontakt 30 und der Buchse 20.

Bezugszeichenliste

[0028] 

10

Photomultiplier

11

zylindrischer Glaskörper

12

Lichteinlass

14

Anschlusskontakte

18

Klebeverbindung

20

Buchse

22

Dichtung

23

Nut

24

Rand

25

Anlaufkante

26

Steg

27

Montagerand

28

Bohrungen

30

Steckkontakt

32

Platine

34

Steckerbuchse

36

Rand

37

Ausnehmung

40

Verbindungsmittel/Verbindungsrohr

42

Nase

50

Elektronikgehäuse

51

Kontaktpins

Ansprüche

1. Photomultiplier (10) mit einer Befestigungsvorrichtung, wobei der Photomultiplier (10) einen zylindrischen Festkörper (11) und eine schlauchförmige Ummantelung, vorderseitig einen Lichteinlass (12) und rückseitig Anschlusskontakte (14) aufweist, und wobei
die Befestigungsvorrichtung vorderseitig über eine Buchse (20) und rückseitig über einen Steckkontakt (30), der auf den Anschlusskontakten (14) sitzt, verfügt, und wobei zwischen dem Steckkontakt (30) und der Buchse (20) eine kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung mit einem Verbindungsmittel (40) herstellbar ist.

2. Photomultiplier (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungsmittel (40) rohrförmig ausgebildet ist.

3. Photomultiplier (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Verbindungsmittel (40) und der Buchse (20) eine Klebeverbindung (18) angeordnet ist.

4. Photomultipler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch ein unterschiedlich weites Überlappen des Verbindungsmittels (40) mit Buche (20) ein Längenausgleich von Herstellungstoleranzen des Photomultiplers (10) möglich ist.

5. Photomultiplier (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klebeverbindung (18) aus einer Vergussmasse besteht.

6. Photomultiplier (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel (40) und dem Steckkontakt (30) durch einen Bajonettverschluss gebildet ist.

7. Photomultiplier (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen einer Innenwandung der Buchse (20) und dem Photomultiplier (10) ein Dichtring (22) angeordnet ist.

8. Photomultiplier (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Buchse (20) vorderseitig einen innen umlaufenden Rand (24) aufweist.

9. Photomultiplier (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Buchse (20) vorderseitig einen umlaufenden Steg (26) aufweist.

10. Photomultiplier (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen einer Vorderkante der Buchse (20) und einer Vorderkante des Photomultipliers (10) ein definierter Abstand festlegbar ist.

11. Photomultiplier (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Festkörper (11) ein Glaskörper ist.

Zeichnung