DE102015212930A1

DE102015212930A1 - Verfahren zur Herstellung supraleitender Dichtungsringe

Info

Publication number: DE102015212930A1
Application number: DE102015212930.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Spaniol; Daniel Reichmann
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-07-11
Also published as: DE102015212930B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dichtungsringen für supraleitende vakuumdichte Strukturen, wobei die Dichtungsringe aus Vanadium, Niob oder Tantal als Hauptkomponente oder einer metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente bestehen, bei dem ein metallischer Draht (1) mit Vanadium, Niob oder Tantal als Hauptkomponente oder einer metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente ringförmig gebogen wird und der Draht (1) in einer mehrteiligen Hohlform platziert wird, wobei die Teile der Hohlform (4, 5) derart gestaltet sind, dass die Teile der Hohlform (4, 5) im zusammengefahrenen Zustand Innen und Außen auf Stoß gefahren werden und dazwischen nicht auf Stoß gefahren werden, wobei A) vor dem Einlegen in die Hohlform die aneinander anliegenden Enden des Drahts (1) mit einem Laser verschweißt werden, oder B) die Drahtenden einander überlappend in der Hohlform angeordnet werden, und wobei der an den Enden verschweißte Drahtring (1) oder der überlappende Drahtring nach dem Einlegen in die Hohlform durch Pressformen mit der Hohlform in eine Ringform umgeformt wird. Die Erfindung betrifft auch einen Dichtungsring und die Verwendung eines Dichtungsrings.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Dichtungsringen für supraleitende vakuumdichte Strukturen, wobei die Dichtungsringe aus Vanadium, Niob oder Tantal oder einer metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente bestehen. Die Erfindung betrifft auch einen Dichtungsring für supraleitende vakuumdichte Strukturen aus Vanadium, Niob oder Tantal oder einer Verbindung damit als Hauptkomponente sowie die Verwendung eines solchen Dichtungsrings zur druckdichten oder vakuumdichten Verbindung zweier Bauteile einer supraleitenden Struktur, insbesondere einer Beschleunigerstruktur.
Supraleitende Beschleunigerstrukturen werden verwendet, um geladene Teilchen zu beschleunigen. Diese können dann zur Untersuchung von Materie, Materialien und auch von organischen Substanzen und lebenden Organismen verwendet werden. Ferner gibt es auch medizinische Anwendungen für solche Teilchenstrahlen.
In der US 2012/0100994 A1 ist die Herstellung supraleitender Kavitäten-Bauteile als Beschleunigerstrukturen aus Teilstücken beschrieben, wobei eine lokale Schutzgasatmosphäre zum Schweißen der Teilstücke vorgeschlagen wird. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der WO 2011/055373 A1 bekannt. Die US 4 691 973 A1 offenbart eine supraleitende Steckverbindung, die allerdings nicht zur Verbindung von Beschleunigerstrukturen vorgesehen ist und die auch keine druck- beziehungsweise vakuumdichte Verbindung erzeugen kann oder soll.
Solche Kavitäten-Bauteile sind komplex im Aufbau. Für viele einfachere supraleitende Strukturen ist es ausreichend und sinnvoller, die Bauteile davon über Dichtungsringe lösbar miteinander zu verbinden. Beim Bau solcher supraleitender Strukturen für Teilchenbeschleuniger werden konstruktiv lösbare Verbindungen gewählt, die ebenfalls bei kryogenen Temperaturen supraleitend werden müssen.
Bei der Verwendung solcher Dichtungsringe ragt auf einer Seite einer Flanschverbindung zwischen den supraleitenden Bauteilen eine Schneidkante in das Material des Dichtungsrings hinein, beziehungsweise die Schneidkante wird beim Verbinden der Bauteile in den Dichtungsring hinein gepresst. Dadurch wird eine hochvakuumdichte Verbindung zwischen den Bauteilen erzeugt.
Werden Standarddichtungen aus Kupfer verwendet, muss jede einzelne Einheit der supraleitenden Struktur einzeln messtechnisch geregelt werden, was einen sehr hohen Regelungsaufwand bedeutet. Daher müssen auch die verwendeten Dichtungen aus einem supraleitenden Werkstoff hergestellt werden.
Flach-Ring-Dichtungen aus hochreinem Niob können hierzu eingesetzt werden, um die Teile des Teilchenbeschleunigers miteinander zu verbinden. So genannte „ConFlat-Dichtungen“ (CF-Dichtungen) zum Aufbau supraleitender Strukturen werden aus gewalzten Blechen geschnitten oder gestanzt. Bei diesem Herstellverfahren beträgt der für den Dichtungsring genutzte Materialanteil 20% bis 30% des verwendeten Bleches. Die Blechherstellung hat ebenfalls eine Ausbringung von „nur“ 60 %. In Summe werden also etwa nur 15 % des eingesetzten Materials verwendet, der Rest ist Rücklauf und muss neu verarbeitet werden. Da das Material durch die Verarbeitung verunreinigt wird, muss es teuer aufgearbeitet werden.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Dichtungsringen und Dichtungsringe haben also den Nachteil, dass ein großer Materialausschuss entsteht und dadurch die Kosten für solche Dichtungsringe relativ groß sind. Andererseits müssen die erzeugten Dichtungsringe auch eine hohe Dichtwirkung erzielen, da die Beschleunigerstrukturen evakuiert werden müssen und unter Vakuum betrieben werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsrings bereitgestellt werden, das einfach und kostengünstig durchzuführen ist. Der hergestellte Dichtungsring soll dementsprechend kostengünstig verfügbar sein. Gleichzeitig soll bei der Herstellung des Dichtungsrings möglichst wenig Energie und Material verbraucht werden. Der erzeugte Dichtungsring soll aber auch eine hohe Dichtwirkung, möglichst vergleichbar mit Dichtungsringen aus Kupfer, erzielen können. Es soll also ein materialsparendes und kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung der Dichtungsringe gefunden werden. Das Verfahren soll im Vergleich zu Verfahren, bei denen die Dichtungsringe aus einem Blech geschnitten beziehungsweise gestanzt werden, einen geringerem Materialverbrauch aufweisen, wobei die erzeugten Dichtungsringe eine zumindest ähnlich gute Dichtwirkung erzielen sollen. Die hergestellten Dichtungsringe sollen eine Sprungtemperatur haben, die der der zu verbindenden Strukturen entspricht, also insbesondere bei einer Temperatur von flüssigem Helium unter Normaldruck supraleitend sein. Bevorzugt sollen die Dichtungsringe aus Vanadium, Niob oder Tantal oder einer Legierung daraus oder damit bestehen, besonders bevorzugt aus Niob bestehen.
Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Dichtungsringen für supraleitende vakuumdichte Strukturen, wobei die Dichtungsringe aus Vanadium, Niob oder Tantal als Hauptkomponente oder einer metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente bestehen, bei dem ein metallischer Draht mit Vanadium, Niob oder Tantal als Hauptkomponente oder einer metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente ringförmig gebogen wird und der Draht in einer mehrteiligen Hohlform platziert wird, wobei die Teile der Hohlform derart gestaltet sind, dass die Teile der Hohlform im zusammengefahrenen Zustand innen und außen auf Stoß gefahren werden und dazwischen nicht auf Stoß gefahren werden, wobei A) vor dem Einlegen in die Hohlform die aneinander anliegenden Enden des Drahts mit einem Laser verschweißt werden, oder B) die Drahtenden einander überlappend in der Hohlform angeordnet werden, und wobei der an den Enden verschweißte Drahtring oder der überlappende Drahtring nach dem Einlegen in die Hohlform durch Pressformen mit der Hohlform in eine Ringform umgeformt wird.
Der metallische Draht besteht also aus Vanadium, Niob oder Tantal als Hauptkomponente des Drahts oder eine metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente des Drahts.
Unter einer Ringform wird erfindungsgemäß geometrisch ein Torus, eine Schlaufe, eine Mehrfachschlaufe oder allgemeiner ein in sich geschlossener Körper mit zumindest einem Loch verstanden. Wenn die Ringform zu mehr als 99% der Form des gewünschten Dichtungsrings entspricht, was insbesondere bei Variante A) und einer gut passenden Hohlform möglich ist, dann kann die gepresste Ringform im Idealfall direkt als Dichtungsring verwendet werden, auch ohne dass eine zusätzliche Nachbearbeitung notwendig wäre. Dann entspricht die erzeugte Ringform also direkt dem Dichtungsring.
Dass die Teile der Hohlform in Bereichen auf Stoß fahren bedeutet, dass die Teile der Hohlform beim Pressformen im vollständig zusammengepressten Zustand (beziehungsweise im zusammengefahrenen Zustand) in diesen Bereichen flächig aneinander anliegen, so dass ein weiteres Zusammenpressen der Teile der Hohlform nicht mehr erfolgen kann, ohne unerwünscht die Teile der Hohlform selbst zu verformen.
Es ist theoretisch möglich, aber nicht zweckmäßig, mehrere Teile des Drahts zu biegen und aneinander zu legen und mehrere aneinander anliegende Drahtenden mit dem Laser zu verschweißen oder einander überlappend in der Hohlform anzuordnen.
Vorzugsweise werden in Schritt A) vor dem Einlegen in die Hohlform die aneinander anliegenden Stirnflächen des Drahts mit einem Laser verschweißt.
Bevorzugt werden in Schritt B) die Drahtenden einander überlappend in der Hohlform angeordnet. Es können aber alternativ auch mehrere Schlaufen in der Hohlform gelegt werden, so dass mit der Hohlform mit einem einzigen Pressform-Schritt mehrere zusammenhängende Ringformen erzeugt werden, die anschließend zur Ausformung mehrerer Dichtungsringe voneinander getrennt werden.
Bei der Variante mit Schritt B) erfolgt eine Reibverschweißung des Metalls oder der Legierung des Drahts beim Pressformen.
Die Hohlform ist zum Pressformen geeignet und besteht vorzugsweise aus gehärtetem Stahl oder einem Hartmetall oder einem anderen ausreichend harten und belastbaren Werkstoff. Die Hohlform bildet zusammen mit einer Presse ein Werkzeug zum Pressformen des Drahtrings beziehungsweise zum Herstellen der Ringform.
Bei erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also im Unterschied zu den Verfahren, bei denen die Dichtungsringe aus einem Blech hergestellt werden, eine Umformung des Materials in der Art, dass ein Materialtransport stattfindet. Das Material verändert bei erfindungsgemäßen Verfahren seine Dicke. Dies unterscheidet ein Pressformen von einem Ausstanzen oder Ausschneiden.
Bevorzugt kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass beim Pressformen des Drahts die Teile der Hohlform zusammengefahren werden, wobei die Teile der Hohlform in zumindest einem mittleren Stoßbereich auf Stoß gefahren werden, in zumindest einem offenen Bereich um den zumindest einen mittleren Stoßbereich herum nicht auf Stoß gefahren werden und in zumindest einem äußeren Stoßbereich auf Stoß gefahren werden, wobei im zusammengefahrenen Zustand der Hohlform der zumindest eine offene Bereich zwischen dem zumindest einen inneren Stoßbereich und dem zumindest einen äußeren Stoßbereich angeordnet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der offene Bereich im zusammengefahrenen Zustand die Form des Dichtungsrings vorgibt, so dass der offene Bereich der zusammengefahrenen Hohlform das Negativ der zu erzeugenden Ringform bildet.
Hierdurch wird erreicht, dass keine oder möglichst wenige umlaufende Grate oder Vorsprünge entstehen, die später entfernt werden müssen, so dass das Herstellungsverfahren dadurch vereinfacht wird.
Bei erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Draht derart in die Hohlform platziert wird, dass der Draht zumindest einen Inneren Stoßbereich der Hohlform vollständig umschließt, wenn die Teile der Hohlform auf Stoß gefahren werden. Bei diesem Aufbau ist die Hohlform besonders gut zum Pressformen des Dichtungsrings geeignet und damit das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach umsetzbar. Die Teile der Hohlform bilden im Stoßbereich bevorzugt jeweils zwei ebene oder spiegelbildliche Oberflächen, die aneinander gelegt werden können und aneinander anliegen, wenn die Hohlform auf Stoß gefahren ist. Wenn eine Überlappung der Drahtenden vorgesehen ist oder mehrere Überlappungen des Drahts vorgesehen sind, kann in den freien Bereichen der Teile der Hohlform, die nicht auf Stoß gefahren werden, eine zusätzliche Aussparung zur Aufnahme des überschüssigen Materials angeordnet sein.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Draht mit mehreren Schlaufen in die Hohlform platziert wird, so dass beim Pressformen mehrere zusammenhängende Ringformen erzeugt werden.
Hierdurch wird erreicht, dass ein mit einem einzigen Pressformen gleichzeitig mehrere Ringformen erzeugt werden, die nach Trennung und entsprechender Nachbearbeitung mehrere Dichtungsringe ergeben.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Ringform, sofern Sie nicht schon der gewünschten Form des Dichtungsrings entspricht, durch Schleifen, Schneiden, Drehen, Fräsen oder ein zerspanendes Verfahren bearbeitet wird, so dass die gewünschte Form des Dichtungsrings entsteht.
Hierdurch wird die gewünschte Endform erreicht. Auch wenn hierbei etwas Material verloren geht, so ist das Verhältnis des eingesetzten Materials zu dem in dem Dichtungsring enthaltenen Material immer noch deutlich kleiner im Vergleich zu Verfahren, bei denen der Dichtungsring aus einem Blech hergestellt wird. Das Entfernen von Material ist insbesondere bei Variante B) notwendig, wenn also der Draht überlappend miteinander verpresst wird.
Mit einer besonders bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Verschweißen mit dem Laser unter Schutzgas erfolgt, insbesondere unter Argon oder Helium. Eine Mischung von Argon und Helium ist ebenso verwendbar wie andere Edelgase und deren Mischungen.
Hierdurch wird das Verfahren im Vergleich zu Elektronenschweiß-Verfahren besonders kostengünstig geführt. Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschend gefunden, dass die Materialien sich auch unter Schutzgas verschweißen lassen, ohne dass chemische Verbindungen oder Defekte im Dichtungsring entstehen, die der Dichtwirkung der Dichtungsringe entgegenstehen würden. Die unter Schutzgas lasergeschweißte Verbindung zeigt an den Schweißrandzonen keine oxidierten Stellen. Laserschweißen unter Schutzgas ist von großem Vorteil, da kein aufwendiges Hochvakuum notwendig ist, wie es für Elektronenstrahlschweißen benötigt wird. Dies betrifft auch ein mögliches Nachschweißen der Verbindung.
Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass nach dem Pressformen des Drahts zur Herstellung der Ringform mit Hilfe der Hohlform die Verbindungsstellen mit einem Laser nachgeschweißt werden, wobei bevorzugt das Nachschweißen unter Schutzgas erfolgt.
Hierdurch wird erreicht, dass wenn die Verbindungsstellen durch das Pressformen leiden oder bei überlappender Anordnung des Drahts nicht dicht genug miteinander verbunden sind, dies durch das Nachschweißen behoben wird, um einen Dichtungsring mit hoher Dichtwirkung zu erhalten.
Mit einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die innere Oberfläche der Hohlform ein Negativ des zu erzeugenden Dichtungsrings mit einem rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Dichtungsringebene ist, wenn die aneinander anliegenden Enden beziehungsweise Stirnflächen des Drahts vor dem Einlegen in die Hohlform mit einem Laser verschweißt werden, insbesondere zu 100% ein Negativ des zu erzeugenden Dichtungsrings ist, wenn die aneinander anliegenden Enden beziehungsweise Stirnflächen des Drahts vor dem Einlegen in die Hohlform mit einem Laser verschweißt werden.
Hierdurch wird eine Nachbearbeitung oder zumindest eine aufwendige Nachbearbeitung der Ringform zum Erzeugen des Dichtungsrings vermieden, da die Ringform direkt als Dichtungsring verwendet werden kann.
Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass der Draht, der in die Hohlform eingelegt wird, das gleiche oder ein bis zu 30% größeres Volumen aufweist als der zu erzeugende Dichtungsring, bevorzugt das gleiche oder ein bis zu 10% größeres Volumen als der zu erzeugende Dichtungsring aufweist. Die maximal 30% Überschuss werden bei Variante B) mit überlappenden Bereichen verwendet.
Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei überlappender Anordnung und dadurch notwendiger Nachbearbeitung ausreichend Material zur Herstellung des Dichtungsrings ohne unerwünschte Lücken oder Aussparungen vorhanden ist. Die Hohlform soll dazu mit dem Material des Drahts voll ausgefüllt werden können. Überstände, die nach dem Pressformen vorhanden sind, können entfernt werden, indem sie beispielsweise abgeschnitten, abgefräst oder abgeschliffen werden.
Es ist für die vorliegende Erfindung bevorzugt, wenn der Draht bei kryogenen Temperaturen supraleitend wird, vorzugsweise bei der Temperatur von flüssigem Helium unter Normaldruck supraleitend ist.
Damit wird erreicht, dass der aus dem Draht erzeugte Dichtungsring zur Abdichtung von supraleitenden Strukturen geeignet ist.
Des Weiteren kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Draht aus Vanadium, Niob oder Tantal mit einer Reinheit von wenigstens 99,5 Gew% besteht, bevorzugt aus Niob mit einer Reinheit von wenigstens 99,5 Gew% besteht.
Diese Materialien mit den angegebenen Reinheiten sind besonders gut als supraleitende vakuumdichte Dichtungsringe geeignet. Allgemein ist zu beachten, dass verunreinigte Oberflächen der Dichtungsringe zu geringeren möglichen Stromdichten an den Übergängen zur supraleitenden Struktur führen können und deswegen an diesen Stellen die Supraleitung zusammenbrechen kann, so dass derartige Oberflächenstörungen möglichst vermieden werden sollten.
Es wird ferner mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass der Draht eine zwischen 2% und 8% höhere Querschnittsfläche aufweist als der zu erzeugende Dichtungsring.
Hiermit wird sichergestellt, dass die Hohlform beim Umformen des Drahts gut ausgefüllt wird, ohne dass das Material des Drahts über große Strecken fließen müsste.
Es kann vorgesehen sein, dass der erzeugte Dichtungsring eine Flachdichtung ist.
Flachdichtungen sind bei supraleitenden Strukturen üblich und werden daher erfindungsgemäß besonders bevorzugt.
Bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren können sich dadurch auszeichnen, dass wenn der Draht überlappend in der Hohlform angeordnet wird, die überlappenden Bereiche des Drahts beim Pressformen durch eine Reibverschweißung miteinander verbunden werden.
Hierdurch wird eine stabile und dichte Verbindung der überlappenden Bereiche des Drahts miteinander erreicht und so eine hohe Dichtwirkung des Dichtungsrings sichergestellt. Die Reibschweißung kann durch einen ausreichenden Druck beim Pressformen sichergestellt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsring einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Dichtungsringebene aufweist.
Die Dichtungsringebene ist senkrecht zur Drehsymmetrieachse des Dichtungsrings.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden auch gelöst durch einen Dichtungsring für supraleitende vakuumdichte Strukturen, wobei die Dichtungsringe aus Vanadium, Niob oder Tantal oder einer Verbindung damit als Hauptkomponente bestehen, wobei der Dichtungsring einen eckigen Querschnitt, vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, senkrecht zur Dichtungsringebene aufweist und wobei zumindest zwei Bereiche des Dichtungsrings durch Pressformen und/oder Schweißen mit einem Laser miteinander verbunden sind.
Erfindungsgemäße besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass der Dichtungsring mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Form des Dichtungsrings zumindest bereichsweise durch Pressformen mit einer Hohlform erzeugt ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Dichtungsring aus einem Draht hergestellt ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden schließlich auch gelöst durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtungsrings zur druckdichten oder vakuumdichten Verbindung zweier Bauteile einer supraleitenden Struktur, insbesondere einer Teilchenbeschleunigerstruktur.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es durch die Umformung eines Drahts durch Pressformen mit einer Hohlform gelingt, kostengünstige Dichtungsringe aus Niob, Vanadium oder Tantal oder einer Legierung damit oder daraus herzustellen, die eine hohe Dichtwirkung erzielen. Durch Umformen des Drahtes wird die gewünschte Form erzeugt. Die Enden des Drahts können entweder durch Laserschweißen miteinander verbunden werden oder durch Verpressen überlappender Enden oder Bereiche des Drahts miteinander verbunden werden. Überraschend wurde dabei gefunden, dass die Dichtwirkung der derart erzeugten Dichtungsringe hoch genug ist für die Anwendung in Teilchenbeschleunigern.
Die Vorteile erfindungsgemäßer Verfahren liegen insbesondere in der Verwendung eines bezüglich des Materialeinsatzes sparsamen Drahts anstelle von Blechen, aus denen die flachen Dichtungsringe bisher freigestanzt wurden.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von sieben schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
1: schematische perspektivische Darstellungen eines Drahts (Oben), eines ringförmig gebogenen Drahts (Mitte) und eines verschweißten Drahtrings (Unten) als Zwischenprodukte zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
2: eine schematische perspektivische Darstellung einer Hohlform zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3: eine schematische perspektivische Darstellung eines Dichtungsrings als Ergebnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
4: schematische perspektivische Darstellungen eines Draht (Oben) und eines ringförmig gebogenen Drahts (Unten) als Zwischenprodukte zur Umsetzung eines alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens;
5: eine schematische perspektivische Darstellung einer Hohlform zur Umsetzung des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens nach 4;
6: schematische perspektivische Darstellungen einer verpressten Ringform (Oben) als Zwischenprodukt zur Umsetzung des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Dichtungsrings (Unten) als Ergebnis des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens; und
7: eine schematische Darstellung eines mehrfach überlappenden Drahts zur Herstellung mehrerer Ringformen mit einem einzigen Pressform-Vorgang.
Ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren beruht auf dem Einsatz eines Drahts 1 mit ca. 5% höherer Querschnittsfläche als die spätere Flachdichtung beziehungsweise der spätere Dichtungsring. 1 zeigt schematische perspektivische Darstellungen des Drahts 1 (in 1 Oben), eines ringförmig gebogenen Drahts 1 (in 1 Mitte) und eines verschweißten Drahtrings 1 (in 1 Unten) als Zwischenprodukte zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Als Draht 1 kann beispielsweise ein kaltgezogener Nb RRR 300 Draht verwendet werden. Es ist aber auch möglich Vanadium oder Tantal oder eine Legierung mit Niob, Vanadium und/oder Tantal als Material für den Draht 1 zu verwenden. Bei der Verwendung von Legierungen ist darauf zu achten, dass diese eine Sprungtemperatur aufweisen, die hoch genug ist, um mit dem Kühlmittel (üblicherweise flüssiges Helium) erreicht zu werden, die auch zur Kühlung der mit dem daraus herzustellenden Dichtungsring zu verbindenden Teilchenbeschleunigerstrukturen ausreicht. Bevorzugt werden jedoch möglichst reine Metalle oder Legierungen verwendet.
Der Draht 1 (1 Oben) wird auf eine exakte Länge passend zur verwendeten Hohlform 4, 5 (siehe 2) zugeschnitten. Der Draht 1 weist zwei Stirnflächen 2 an den Enden auf. Der Draht 1 wird so gebogen, dass die Stirnflächen 2 aneinander anliegen (1 Mitte), bevorzugt flächenbündig aneinander anliegen. Anschließend werden die beiden aneinander anliegenden Stirnflächen 2 des ringförmig gebogenen Drahts 1 unter Schutzgas, wie beispielsweise Argon oder Helium, mittels eines Lasers verschweißt. Dabei werden die beiden Stirnflächen 2 des Drahts 1 aneinander gepresst. Bei solchen Schweiß-Verfahren spricht man auch von Laserstoßschweißen. Anschließend wird der verschweißte Drahtring 1 (1 Unten) in eine Hohlform gelegt.
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer geeigneten Hohlform 4, 5. Die Hohlform 4, 5 ist zweiteilig und besteht aus einer Aufnahme 4 und einem Stempel 5. Die Aufnahme 4 und der Stempel 5 bilden zwei zueinander passende Platten, die im Wesentlichen, außer an der Innenfläche zum Formen des Dichtungsrings (der formenden Oberfläche), flächenbündig aneinander anliegen. In der Aufnahme 4 ist eine kreisscheibenförmige beziehungsweise zylindrische Nut 6 oder Vertiefung vorgesehen, in die der Draht 1 eingelegt werden kann. Als Gegenstück hierzu ist in dem Stempel 5 ein zylindrischer Vorsprung 8 vorgesehen, der einen kleineren Durchmesser als die Nut 6 aufweist. Dadurch kann der Dichtungsring zwischen den radialen Wänden der Nut 6 und des Vorsprungs 8 in der Hohlform 4, 5 ausgeformt werden. Die Tiefe der Nut 6 entspricht der Höhe des Vorsprungs 8, so dass die Stirnseite des Vorsprungs 8 flächenbündig am Boden der Nut 6 anliegt. Vier Führungsstifte 10 sind an der Aufnahme 4 auf der Seite vorgesehen, in der auch die Nut 6 angeordnet ist. Die Führungsstifte 10 können in dazu passende Bohrungen 12 in dem Stempel 5 eingeführt werden und beide dienen so als Führungselemente zur korrekten Positionierung der beiden Teile 4, 5 der Hohlform 4, 5 aneinander.
In der Oberfläche des Stempels 5, von der sich aus der Vorsprung 8 erstreckt, sind vier Vertiefungen 14 vorgesehen, die dazu dienen, den Stempel 5 wieder von der Aufnahme 4 trennen zu können, nachdem die Hohlform 4, 5 zum Pressformen des Drahts 1 verwendet wurde.
Der verschweißte Drahtring 1 (1 Unten) wird in die Aufnahme 4 eingelegt und der Stempel 5 über die Führungsstifte 10 und die Bohrungen 12 angesetzt. Die Tiefe der Nut 6 und die Höhe des Vorsprungs 8 sind kleiner als der Durchmesser des Drahts 1. Die Hohlform 4, 5 mit dem darin enthaltenen verschweißten Drahtring 1 (1 Unten) wird in eine Presse (nicht gezeigt – beispielsweise eine hydraulische Presse) eingesetzt. Mit der Presse werden die Aufnahme 4 und der Stempel 5 aufeinander gepresst. Der Laser-verschweißte Drahtring 1 (1 Unten) wird dadurch in der Hohlform 4, 5 als Werkzeug auf Maß gepresst. Dabei wird der Drahtring im Inneren der Hohlform 4, 5 platt gedrückt und an die Form der Innenwände der Hohlform 4, 5 angedrückt. Der derart verpresste Dichtungsring 16 kann anschließend aus der Hohlform 4, 5 entnommen werden.
3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Dichtungsrings 16 als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Dichtungsring 16 kann zur Verbindung von Strukturen zum Aufbau eines Teilchenbeschleunigers verwendet werden. Aus Sicherheitsgründen kann die geschweißte Stelle 3 nach dem Pressen nochmals unter Schutzgas mittels Laser nachgeschweißt werden. Ebenso kann der Dichtungsring 16 entgratet und/oder poliert werden.
Ein zweites beispielhaftes und alternatives erfindungsgemäßes Verfahren beruht ebenfalls auf dem Einsatz eines Drahts mit 2% bis 8%, insbesondere mit 5%, höherer Querschnittsfläche als die spätere Flachdichtung beziehungsweise der spätere Dichtungsring. Die Zwischenprodukte des alternativen Verfahrens und die Hohlform hierzu sind als schematische perspektivische Darstellungen in den 4 bis 6 gezeigt.
4 zeigt schematische perspektivische Darstellungen des Drahts 21 (in 4 Oben) und eines ringförmig gebogenen Drahts 21 (in 4 Unten) als Zwischenprodukte zur Umsetzung des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens. Genaugenommen ist der ringförmig gebogene Draht 21 zu einer Schlaufe gebogen, bei der die Enden des Drahts 21 übereinander liegend angeordnet sind. Als Draht 21 kann beispielsweise ein Nb RRR 300 Draht verwendet werden. Es ist aber auch möglich Vanadium oder Tantal oder eine Legierung mit Niob, Vanadium und/oder Tantal als Material für den Draht 21 zu verwenden. Bei der Verwendung von Legierungen ist darauf zu achten, dass diese eine Sprungtemperatur aufweisen, die hoch genug ist, um mit dem Kühlmittel (üblicherweise flüssiges Helium) erreicht zu werden, die auch zur Kühlung der mit dem daraus herzustellenden Dichtungsring 36 zu verbindenden Teilchenbeschleunigerstrukturen ausreicht. Bevorzugt werden jedoch möglichst reine Metalle verwendet.
Der Draht 21 (4 Oben) wird auf eine exakte Länge passend zur verwendeten Hohlform 24, 25 (siehe 5) zugeschnitten. Der Draht 21 weist zwei Stirnflächen 22 an den Enden auf. Der Draht 21 wird so gebogen, dass Enden des Drahts 21 übereinander liegend angeordnet sind (4 Unten). Anschließend wird der gebogene Drahtring 21 (4 Unten) in die Hohlform 24, 25 gelegt.
5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer hierzu geeigneten Hohlform 24, 25. Die Hohlform 24, 25 ist zweiteilig und besteht aus einer Aufnahme 24 und einem Stempel 25. Die Aufnahme 24 und der Stempel 25 bilden zwei zueinander passende Platten, die im Wesentlichen, außer an der Innenfläche zum Formen des Dichtungsrings (der formenden Oberfläche), flächenbündig aneinander anliegen. In der Aufnahme 24 ist eine kreisscheibenförmige beziehungsweise zylindrische Nut 26 oder Vertiefung vorgesehen, in die der Draht 21 eingelegt werden kann. Zusätzlich weist die Nut 26 an einem Ende eine zusätzliche Ausnehmung 27 auf, die zur Aufnahme der überstehenden Enden des Drahts 21 vorgesehen ist.
Als Gegenstück zur Nut 26 ist in dem Stempel 25 ein zylindrischer Vorsprung 28 vorgesehen, der einen kleineren Durchmesser als die Nut 26 aufweist. Dadurch kann der Dichtungsring zwischen den radialen Wänden der Nut 26 und des Vorsprungs 28 in der Hohlform 24, 25 ausgeformt werden. Der Vorsprung 28 weist eine Fläche 29 auf, so dass der Vorsprung 28 genaugenommen einen Zylinderabschnitt formt. Die Fläche 29 ist analog der Ausnehmung 27 dazu vorgesehen, dass das überschüssige Material durch die Überlappung der Drahtenden aufgenommen werden kann. Die Tiefe der Nut 26 entspricht der Höhe des Vorsprungs 28, so dass die Stirnseite des Vorsprungs 28 flächenbündig am Boden der Nut 26 anliegt.
Vier Führungsstifte 30 sind an der Aufnahme 24 auf der Seite vorgesehen, in der auch die Nut 26 angeordnet ist. Die Führungsstifte 30 können in dazu passende Bohrungen 32 in dem Stempel 25 eingeführt werden und beide dienen so als Führungselemente zur korrekten Positionierung der beiden Teile der Hohlform 24, 25 aneinander.
In der Oberfläche des Stempels 25, von der sich aus der Vorsprung 28 erstreckt, sind vier Vertiefungen 34 vorgesehen, die dazu dienen, den Stempel 25 wieder von der Aufnahme 24 trennen zu können, nachdem die Hohlform 24, 25 zum Pressformen des Drahts 21 verwendet wurde.
Der gebogene Drahtring 21 (4 Unten) wird in die Aufnahme 24 eingelegt und der Stempel 25 über die Führungsstifte 30 und die Bohrungen 32 angesetzt. Der überlappende Teil des Drahtrings 21 wird dabei in der Aufnahme 27 positioniert. Die Führungsstifte 30 sind derart asymmetrisch zueinander angeordnet, dass sie nur bei einer Orientierung der Aufnahme 24 in die Bohrungen 32 des Stempels 25 einzuführen sind. Die Tiefe der Nut 26 und die Höhe des Vorsprungs 28 sind kleiner als der Durchmesser des Drahts 21. Die Hohlform 24, 25 mit dem darin enthaltenen Drahtring 21 wird in eine Presse (nicht gezeigt – beispielsweise eine hydraulische Presse) eingesetzt. Mit der Presse werden die Aufnahme 24 und der Stempel 25 aufeinander gepresst. Hierbei entsteht durch Reibverschweißung eine vakuumdichte Verbindungsstelle der überlappenden Drahtenden. Der gebogene Drahtring 21 wird dadurch in der Hohlform 24, 25 als Werkzeug in eine Ringform 35 gepresst. Dabei wird der Drahtring 21 im Inneren der Hohlform 24, 25 platt gedrückt und an die Form der Innenwände der Hohlform 24, 25 angedrückt. Die derart verpresste Ringform 35 kann anschließend aus der Hohlform 24, 25 entnommen werden.
6 zeigt schematische perspektivische Darstellungen einer verpressten Ringform 35 (6 Oben) als Zwischenprodukt zur Umsetzung des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Dichtungsrings 36 (6 Unten) als Endergebnis des alternativen erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Bereich der Überlappung wird mechanisch nachgearbeitet (beispielsweise durch Drehen und/oder Fräsen) um die geometrischen Toleranzen einzuhalten. Hierzu werden überstehende Enden der Ringform 35 und alle anderen überstehende Bereiche abgeschnitten, abgeschliffen oder anderweitig entfernt. Die verpresste Ringform 35 kann aus Sicherheitsgründen nach dem Pressen und/oder nach dem Entfernen der überstehenden Bereiche nochmals unter Schutzgas mittels Laser nachgeschweißt werden. Der Dichtungsring 36 kann zur Verbindung von Strukturen zum Aufbau eines Teilchenbeschleunigers verwendet werden. Ferner kann der Dichtungsring 36 entgratet und/oder poliert werden.
Ein nach dem alternativen Ausführungsbeispiel hergestellter Dichtungsring zeigt eine Leckrate von kleiner 10^–10 mbar l/s. Unerwarteter Weise zeigt die kaltgepresste Stelle eine mit massivem Material vergleichbare Leckrate. Zudem kann das Laserschweißen (hier das Nachschweißen) in einem Schutzgas durchgeführt werden. Üblicherweise werden Bauteile aus RRR Niob aufwendig unter Hochvakuum mittels Elektronenstrahl geschweißt.
Die Vorteile erfindungsgemäßer Verfahren liegen in der Verwendung eines bezüglich des Materialeinsatzes sparsamen Drahts anstelle von Blechen und dem Einsatz verfahrenstechnisch einfacher Lasertechnologie unter Schutzgas anstelle aufwendiger Hochvakuum Elektronenstrahl-Schweißtechnologie.
Im Folgenden wird ein Vergleich der Dichtwirkung von handelsüblichen Kupfer-Dichtungsringen mit Dichtungsringen aus Niob durchgeführt, wobei die Niob-Dichtungsringe (A, B und C) mit erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Dabei wird die Dichtigkeit gegen Helium an einem DN 40 Blindflansch ermittelt.
Der Niob-Draht wurde bei allen drei Ausführungen A, B, C wie folgt hergestellt:
Das verwendete Niob entspricht ASTM B392 Type2 R04210 „commercial grade“. Ein zweimal bis dreimal mit einem Elektronenstrahl erschmolzener Ingot Nb RRR 300 dieses Materials (Durchmesser 250 mm bis 300 mm) wird kalt zu einem Durchmesser von etwa 73 mm geschmiedet. Diese Bolzen werden überdreht und an 8 mm Walzprofil in Kaliberwalzen gewalzt. Bei 8 mm erfolgt eine rekristallisierende Glühung bei etwa 950°C. Die weitere Verarbeitung an 4 mm Walzprofil erfolgt auf Mehrfachwalzwerken. Anschließend wird der Draht in zwei Durchgängen auf 3,4 mm kalt gezogen.
Ein Niob-Dichtungsring A wurden hergestellt, indem ein Draht mit Überlänge (Nb RRR 300 Draht) abgeschnitten wurde. Es wird ein ungeglühter kaltgezogener Draht aus Nb mit einem Durchmesser von 3,4 mm verwendet, der zu einem Drahtring mit einem Innendurchmesser von 40 mm mit überlappenden Enden (siehe 4 Unten) gebogen wurde. Die Enden des Drahts werden dabei derart überlappt, dass ein Verpressen gewährleistet wird. Hierzu wird der Draht auf einen Stahlbolzen D 40 – 1 mm gewickelt. Die Enden des Drahts werden dabei so abgeschnitten, dass sich diese um jeweils 10 mm überlappen. Anschließend wird der Drahtring überlappend mit einer Hohlform (siehe 5) auf Maß gepresst. Die Pressung erfolgt mit einem Druck von 20 Tonnen. Nach dem Pressformen der Ringform (siehe 6 Oben) wurde diese im Bereich der verpressten Überlappung mit einem Laser unter Argon als Schutzgas geschweißt. Hierzu wird ein gepulster NdYAG-Laser mit einer mittleren Nennleistung von 100 W verwendet. Anschließend wurden die überstehenden Enden mit einem Seitenscheider entfernt und der Dichtungsring danach manuell in Form geschliffen (siehe 6 Unten).
Die Niob-Dichtungsringe B wurden hergestellt, indem Drähte (Nb RRR 300 Draht) auf exakte Länge passend zu einer Hohlform, die ein Negativ des zu erzeugenden Dichtungsrings bildet, abgeschnitten wurden. Es wird ein ungeglühter kaltgezogener Draht aus Nb RRR 300 mit einem Durchmesser von 3,4 mm verwendet, der zu einem Drahtring mit einem Innendurchmesser von 40 mm gebogen wurde. Die entstehenden Überstande wurden passend zur Hohlform abgetrennt, so dass ein rechtwinkliger Stoß entsteht (siehe 1 Mitte). Hierzu wird der Draht auf einen Stahlbolzen D 40 – 1 mm gewickelt, abgenommen und mittels Trennscheibe stoßgerecht rechtwinklig geschnitten. Die beiden Stöße werden fluchtend zusammengeführt. Die anliegenden Stirnseiten (Enden) wurden durch Laserstoßschweißen unter Argon zu einem geschlossenen Drahtring verschweißt (siehe 1 Unten). Hierzu wird ein gepulster NdYAG-Laser mit einer mittleren Nennleistung von 100 W verwendet. Anschließend wurden die Drahtringe in der Hohlform (siehe 2) in die gewünschte Form des Dichtungsrings gepresst (siehe 3). Die Pressung erfolgt mit einem Druck von 20 Tonnen. Danach wurden die Verbindungen der Dichtungsringe mit einem Laser unter Argon nachgeschweißt. Auch hierzu wird ein gepulster NdYAG-Laser mit einer mittleren Nennleistung von 100 W verwendet.
Die Niob-Dichtungsringe C wurden hergestellt, indem Drähte (Nb RRR 300 Draht) auf exakte Länge passend zu einer Hohlform, die ein Negativ des zu erzeugenden Dichtungsrings bildet, abgeschnitten wurden. Es wird ein ungeglühter kaltgezogener Draht aus Nb mit einem Durchmesser von 3,4 mm verwendet, der zu einem Drahtring mit einem Innendurchmesser von 40 mm gebogen wurde. Die entstehenden Überstände wurden passend zur Hohlform abgetrennt, so dass ein rechtwinkliger Stoß entsteht (siehe 1 Mitte). Hierzu wird der Draht auf einen Stahlbolzen D 40 – 1 mm gewickelt, abgenommen und mittels Trennscheibe stoßgerecht rechtwinklig geschnitten. Die beiden Stöße werden fluchtend zusammengeführt. Die anliegenden Stirnseiten (Enden) wurden durch Laserstoßschweißen unter Argon zu einem geschlossenen Drahtring verschweißt (siehe 1 Unten). Hierzu wird ein gepulster NdYAG-Laser mit einer mittleren Nennleistung von 100 W verwendet. Anschließend wurden die Drahtringe in der Hohlform (siehe 2) in die gewünschte Form des Dichtungsrings gepresst (siehe 3). Die Pressung erfolgt mit einem Druck von 20 Tonnen. Ein Nachschweißen erfolgt bei diesen Nb-Dichtungsringen C nicht.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Dichtwirkung der Niob-Dichtungsringe A, B und C im Vergleich zu handelsüblichen Kupfer-Dichtungsringen dargestellt:

Cu-Dichtungsringe	Nb-Dichtungsring A	Nb-Dichtungsringe B	Nb-Dichtungsringe C
5,2 10^–11 mbar	6,0 10^–11 mbar	4,9 10^–11 mbar	4,7 10^–11 mbar
5,0 10^–11 mbar		1,0 10^–10 mbar	1,0 10^–10 mbar
1,9 10^–10 mbar		6,0 10^–11 mbar	4,4 10^–11 mbar
2,4 10^–10 mbar		6,6 10^–11 mbar	3,2 10^–11 mbar
4,8 10^–11 mbar		5,0 10^–11 mbar	1,0 10^–10 mbar

Die Dichtwirkung wird durch den erzielbaren Druck gegen Helium an einem DN 40 Blindflansch mit einer Hochvakuumpumpe ermittelt. Zu dem Niob-Dichtungsring A wurde nur ein Versuch durchgeführt.
Als Mittelwerte ergeben sich für die Kupfer-Dichtungsringe ein erzielbarer Druck von 1,2 10^–10 mbar und für die Niob-Dichtungsringe A 6,0 10^–11 mbar, B 6,5 10^–11 mbar und C 6,0 10^–11 mbar. Damit weisen die mit erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Niob-Dichtungsringe eine zumindest genauso große Dichtwirkung auf wie Kupfer-Dichtungsringe. Die unter Schutzgas lasergeschweißte Verbindung zeigt an den Schweißrandzonen keine oxidierten Stellen.
Ferner wurde zum Vergleich mit gleichem experimentellem Aufbau die Dichtwirkung eines massiven Dichtungsrings aus Niob gemessen, der aus einem Blech hergestellt wurde. der Massive Niob-Dichtungsring erreicht einen Druck von 8,0 10^–11 mbar und ist somit bezüglich der Dichtwirkung mit den, mit erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Niob Dichtungsringen A, B und C vergleichbar.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines mehrfach überlappenden Drahts 41 zur Herstellung mehrerer Ringformen mit einem einzigen Pressform-Vorgang. Im Überlappungsbereich haben die Teile des Drahts 41 Kontakt miteinander, so dass die Überkreuzungen aufeinander anliegend angeordnet sind. Der Draht 41 bildet mehrere Schlaufen, die in der gezeigten Lage in eine passende Hohlform (nicht gezeigt) eingelegt werden. Beim Pressformen fährt die Hohlform innerhalb einer jeden Schlaufe auf Stoß. Dadurch werden Ringformen geformt, die eine ähnliche Form aufweisen, wie die dargestellten Drahtschlaufen. Die zusammenhängenden Ringformen werden anschließend getrennt und durch Nachbearbeitung in die Form der gewünschten Dichtungsringe überführt. Mit einem derartigen Verfahren können mit einem einzigen Pressform-Vorgang mehrere Ringformen beziehungsweise Dichtungsringe erzeugt werden.
Andere Schlaufenanordnungen sind ebenfalls denkbar und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres verwendbar.
Alle verwendeten Normen und Einheiten beziehen sich auf deren Definition am Anmeldetag. Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1, 21, 41: Draht
2, 22: Stirnfläche
3, 37, 38: Schweißnaht
4, 24: Aufnahme
5, 25: Stempel
6, 26: Nut
8, 28: Vorsprung
10, 30: Führungsstift
12, 32: Bohrung
14, 34: Vertiefung
16, 36: Dichtungsring
27: Ausnehmung
29: Fläche
35: Ringform

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0100994 A1 [0003]
WO 2011/055373 A1 [0003]
US 4691973 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM B392 [0081]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Dichtungsringen (16, 36) für supraleitende vakuumdichte Strukturen, wobei die Dichtungsringe (16, 36) aus Vanadium, Niob oder Tantal, als Hauptkomponente oder einer metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallischer Draht (1, 21) mit Vanadium, Niob oder Tantal als Hauptkomponente oder einer metallischen Verbindung damit als Hauptkomponente ringförmig gebogen wird und der Draht (1, 21) in einer mehrteiligen Hohlform (4, 5, 24, 25) platziert wird, wobei die Teile der Hohlform (4, 5, 24, 25) derart gestaltet sind, dass die Teile der Hohlform (4, 5, 24, 25) im zusammengefahrenen Zustand Innen und Außen auf Stoß gefahren werden und dazwischen nicht auf Stoß gefahren werden, wobei A) vor dem Einlegen in die Hohlform (4, 5, 24, 25) die aneinander anliegenden Enden des Drahts (1, 21) mit einem Laser verschweißt werden, oder B) der Draht überlappend in der Hohlform (4, 5, 24, 25) angeordnet wird, und wobei der an den Enden verschweißte Drahtring (1) oder der überlappende Drahtring (21) nach dem Einlegen in die Hohlform (4, 5, 24, 25) durch Pressformen mit der Hohlform (4, 5, 24, 25) in eine Ringform (16, 35) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Pressformen des Drahts (1, 21) die Teile der Hohlform (4, 5, 24, 25) zusammengefahren werden, wobei die Teile der Hohlform (4, 5, 24, 25) in zumindest einem mittleren Stoßbereich auf Stoß gefahren werden, in zumindest einem offenen Bereich um den zumindest einen mittleren Stoßbereich herum nicht auf Stoß gefahren werden und in zumindest einem äußeren Stoßbereich auf Stoß gefahren werden, wobei im zusammengefahrenen Zustand der Hohlform (4, 5, 24, 25) der zumindest eine offene Bereich zwischen dem zumindest einen inneren Stoßbereich und dem zumindest einen äußeren Stoßbereich angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 21) derart in der Hohlform (4, 5, 24, 25) platziert wird, dass der Draht (1, 21) zumindest einen Inneren Stoßbereich der Hohlform (4, 5, 24, 25) vollständig umschließt, wenn die Teile der Hohlform (4, 5, 24, 25) auf Stoß gefahren werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 21) mit mehreren Schlaufen in die Hohlform (4, 5, 24, 25) platziert wird, so dass beim Pressformen mehrere zusammenhängende Ringformen erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringform (16, 35), sofern Sie nicht schon der gewünschten Form des Dichtungsrings (16, 36) entspricht, durch Schleifen, Schneiden, Drehen, Fräsen oder ein zerspanendes Verfahren bearbeitet wird, so dass die gewünschte Form des Dichtungsrings (16, 36) entsteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen mit dem Laser unter Schutzgas erfolgt, insbesondere unter Argon oder Helium.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Pressformen des Drahts (1, 21) zur Herstellung der Ringform (16, 35) mit Hilfe der Hohlform (4, 5, 24, 25) die Verbindungsstellen (3, 37, 38) mit einem Laser nachgeschweißt werden, wobei bevorzugt das Nachschweißen unter Schutzgas erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche der Hohlform (4, 5) ein Negativ des zu erzeugenden Dichtungsrings (16) mit einem rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Dichtungsringebene ist, wenn die aneinander anliegenden Enden (2) des Drahts (1) vor dem Einlegen in die Hohlform (4, 5) mit einem Laser verschweißt werden, insbesondere zu 100% ein Negativ des zu erzeugenden Dichtungsrings (16) ist, wenn die aneinander anliegenden Enden (2) des Drahts (1) vor dem Einlegen in die Hohlform (4, 5) mit einem Laser verschweißt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 21), der in die Hohlform (4, 5, 24, 25) eingelegt wird, das gleiche oder ein bis zu 30% größeres Volumen aufweist als der zu erzeugende Dichtungsring (16, 36), bevorzugt das gleiche oder ein bis zu 10% größeres Volumen als der zu erzeugende Dichtungsring (16, 36) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 21) bei kryogenen Temperaturen supraleitend wird, vorzugsweise bei der Temperatur von flüssigem Helium unter Normaldruck supraleitend ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 21) aus Vanadium, Niob oder Tantal, mit einer Reinheit von wenigstens 99,5 Gew% besteht, bevorzugt aus Niob mit einer Reinheit von wenigstens 99,5 Gew% besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (1, 21) eine zwischen 2% und 8% höhere Querschnittsfläche aufweist als der zu erzeugende Dichtungsring (16, 36).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Dichtungsring (16, 36) eine Flachdichtung ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Draht (1, 21) überlappend in der Hohlform (24, 25) angeordnet wird, die überlappenden Bereiche des Drahts (1, 21) beim Pressformen durch eine Reibverschweißung miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (16, 36) einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Dichtungsringebene aufweist.
Dichtungsring (16, 36) für supraleitende vakuumdichte Strukturen, wobei der Dichtungsring (16, 36) aus Vanadium, Niob oder Tantal oder einer Verbindung damit als Hauptkomponente besteht, wobei der Dichtungsring (16, 36) einen eckigen Querschnitt, vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, senkrecht zur Dichtungsringebene aufweist und wobei zumindest zwei Bereiche des Dichtungsrings (16, 36) durch Pressformen und/oder Schweißen mit einem Laser miteinander verbunden sind.
Dichtungsring (16, 36) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (16, 36) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hegestellt ist.
Dichtungsring (16, 36) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Dichtungsrings (16, 36) zumindest bereichsweise durch Pressformen mit einer Hohlform (4, 5, 24, 25) erzeugt ist.
Dichtungsring nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (16, 36) aus einem Draht (1, 21) hergestellt ist.
Verwendung eines Dichtungsrings (16, 36) nach einem der Ansprüche 16 bis 19 zur druckdichten oder vakuumdichten Verbindung zweier Bauteile einer supraleitenden Struktur, insbesondere einer Teilchenbeschleunigerstruktur.