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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für ausheizbare Hochvakuum-Flanschverbindungen,
bestehend aus einer ringförmigen Stützscheibe aus rostfreiem Stahl und aus einem
mit der Stützscheibe fest verbundenen in axialer Richtung die Dicke der Stützscheibe
beiderseits überragenden Dichtwulst, der aus einem weicheren Material als die Stützscheibe
besteht.
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Bei ausheizbaren Hochvakuumanlagen werden für die Flanschabdichtung
mit Vorteil Dichtungen in Form einer Dichtscheibe oder eines Dichtringes aus Metall
verwendet. Die Abdichtung geschieht dadurcht daß das Dichtungsnietall von den Flanschen,
zw1-schen denen es eingelegt ist, zusammengepreßt und so weit bleibend verformt
wird, bis es alle, selbst mikroskopisch kleine Unebenheiten, Ritzen oder Poren an
den abzudichtenden Flanschflächen aus= füllt. Für eine gute metallische Abdichtung
ist daher die plastische Verformbarkeit des Dichtungsmetalls von großer Bedeutung.
Als Dichtungsmetalle haben sich in der Hochvakuumtechnik vor allem Gold, dann Silber,
Kupfer, Aluminium und Indium bewährt, weil sie in dem in Frage kommenden Temperaturbereich
neben einer guten Verformbarkeit einen sehr niedrigen Dampfdruck aufweisen. Das
Dichtungsmetall muß jedoch auch bei den bei Ultrahochvakuum-Anlagen üblichen hohen
Ausheiztemperaturen, z. B. etwa 450° C, genügend Zeitstandfestigkeit besitzen, damit
es nicht bei der Ausheiztemperatur unter dem spezifischen Dichtungsdruck bleibend
verform wird und nach dem Ausheizen und dem Rückgang der elastischen Wärmedehnung
nicht einen unzulässig hohen- -Leckgasstrom durchfließen l'äßt-Daher sind Aluminium
wegen= seiner geringen- Zeit=. Standfestigkeit und Indium wegen seines niedrigen"
Schmelzpunktes für hohe Ausheizteinperaturen,'z:-B'." etwa 450° C, wenig geeignet.
Die Dichtungsmetalle sollen außerdem chemisch beständig sein und eine geringe Gasabgabe
und eine geringe Gasdurchlässigkeit aufweisen. Die besten Eigenschaften als Dichtungsmetall
weist Gold auf; es hat aber gleichzeitig die Nachteile, daß ,es wegen seiner niedrigen
Fließgrenze weitgehend, -verformt wird und daher - als' Draht oder als Auflageschicht
auf einem Tragkörper aus einem harten Metall meist nur einmal verwendet werden kann
und daß es als Dichtungsmetall bei ausheizbaren Hochvakuumanlagen wegen der hohen
Materialkosten in seiner Verwendung ziemlich teuer ist, selbst wenn das Gold nach
Benutzung wieder umgearbeitet wird. Ktjpfer ist bei den in Frage kommenden Ausheiztemperaturen
härter, aber weniger bildsam und chemisch leichter angreifbar als Gold; es besitzt
als einziges von den genannten Dichtungsmetallen einen Wärmeaiedehnungskoeffizienten,-der.für
den Bereich derÄusheizteniperatur nahezu gleich# dem von nichtrostendem austenitischem
Stahl ist.
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Zur Erreichung einer guten Hochvakuumdichtheit ist es bekannt, die
Metalldichtungen an ihren Dichtflächen mit einem weichen Metall zu überziehen,
so daß Stützkörper aus einem harten Metall mit einem weichen Metall als Dichtungswerkstoff
fest verbunden sind.
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Hochvakuum-Flanschdichtungen, bei welchen ein weiches Metall auf einem
harten Metall als Überzug fest aufgebracht ist, sind in verschiedenen Ausführungen
bekannt. Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1817 325 ist eine zusammengesetzte Höchstvakuum-Flanschdichtung
bekannt, bei welcher der innere Rand einer Stahlscheibe wulstartig geformt und mit
einer Auflage aus Feingold versehen ist. Das deutsche Gebrauchsmuster 1839 304 beschreibt
eine Flanschverbindung für Ultrahochvakuum-Bauelemente mit einem Dichtungselement,
dessen ringförmiger Tragkörper mit Rechteckquerschnitt aus Stahl besteht und über
einer etwa 20 #t starken Schicht aus Kupfer eine etwa 15 g, starke Edelmetallplattierung
trägt. Das deutsche Gebrauchsmuster 1847 650 offenbart eine bis auf höchstens 150°
C ausheizbare Metalldichtung für Hochvakuumanlagen, bei welcher der Dichtring mit
Rechteckquerschnitt aus =Aluminium, Gold oder Kupfer hergestellt und zumindest an
den Dichtflächen mit einer etwa 10 bis 50 R, starken Schicht aus Indium überzogen
i'st, die mindestens zweimal verwendet werden kann. In »1960 Vacuum Symposium Transactions«,
1961, ist auf S. 188 und 189 eine Metalldichtung beschrieben, bei welcher eine silberplattierte
Dichtscheibe aus sauerstofffreiem Hartkupfer zwischen Ringdichtschneiden der Flansche
aus Stahl eingespannt ist. Die französische Patentschrift 550 298 offenbart metallische
Dichtungselementg. für die Hochvakuumtechnik aus Stähl- mit besöndärs geformten
Querschnitten, z. B. einfacher oder doppelter Spießkante, welche zumindest an den
abdichtenden Kanten mit einer Auflage aus ;weichem Metall, z. B. aufgaIvanisiertem
Kupfer, versehen sind.
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Von diesen bekannten Dichtungselementen sind auf Grund der verwendeten
Werkstoffe nur wenige für die bei Ultrahc?chvgkuum notwendigen hohen Ausheiatemperatureri
geeigriet.
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Beiden bekänriten Dio#itringeniiiit-Rechteckquer-.schnitt und einer
überzugsschicht auf den apdichtenden Flächen müssen für die zur Erzielung einer
einwäridfreien Abdichtung bei Ultrahochvakuum erforderliche hohe spezifische Flächenpressung
sehr starke Flansche und Flanschschrauben bedingen. Außerdem besteht die Gefahr,-daß
solche Dichtringe infolge Verziehens wellig werden und dann nicht mehr genügend
Ülüliehten. Da die abdichtende über-Äugsschicht aus weichem Metall-@chon bei der
ersten Verwendung sehr stark'-verfoimt wird, kann ein solcher Dichtungsring praktisch
nur einmal oder höchstens zweimal benutzt werden.
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Der Erfindung liegt die -Aufgabe zugrunde, eine Dichtung für ausheizbare
Ultrahochvakuum-Flanschverbindungen zu schaffen, welche mehrmals verwendbar ist
und nur einen geringen Aufwand an teuerem Gold erfordert.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Dichtungsanordnung der eingangs
angegebenen Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, däß der Dichtwulst .an seinen Dichtflächen
je einen in eine Ringnut eingelegten, ringförmigen Golddraht aufweist.
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Eine Hochvakuum-Dichtung gemäß der Erfindung besteht somit äus der-
Stützscheibe aus Stahl, vorzugsweise nichtrottendem austen_ltischem Stahl, aus dem
mit dieser, vorzugsweise durch Kaltverformung, fest verbundenen Dichtwulst aus einem
weniger harten Metall, vorzugsweise aus sauerstofffreiem Hartkupfer, und aus dem
an den Dichtflächen des Dichtwulstes eingelegten ringförmigen Golddraht.
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Der Dichtwulst ist vorteilhaft ein von einem Rohr abgestochener Ring,
der mittels Kaltverformung mit der Stützscheibe fest verbunden und in seine endgültige
Form gebracht ist. Dieser Dichtwulst ist so ausgebildet, daß er sich unter dem spezifischen
Dichtungsdruck
nur geringfügig verformt; vor allem soll er für
den Golddraht eine weichere Unterlage als der Stahl der Stützscheibe sein, wodurch
die Haltbarkeit des Golddrahtes und damit die Wiederverwendbarkeit der ganzen Dichtscheibe
wesentlich erhöht werden.
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Als eigentliches metallisches Dichtungsmittel dient der auf der Dichtfläche
des Dichtwulstes in eine entsprechend geformte Nut eingelegte Ring aus Golddraht
von z. B. rundem, rechteckigem oder quadratischem Querschnitt, der zunächst aus
der Nut herausragt. Beim Zusammenziehen der Flansche werden die Golddrähte durch
die Flanschdichtflächen zusammengedrückt und völlig in die Nuten gepreßt, wobei
die nur schwachen Kupferränder der Nuten etwas nach außen bzw. innen ausweichen
und ebenfalls verformt werden.
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Schließlich liegen an den Flanschdichtflächen Wulstdichtflächen an,
die von einer breiten Kreisringfläche aus Gold in der Mitte und beiderseits dieser
von je einer schmalen Kreisringfläche aus Kupfer gebildet werden. Bei wiederholtem
Einbau einer solchen Dichtscheibe erfolgt die metallische Abdichtung dadurch, daß
sich die schwachen Kupferränder des Dichtwulstes zusammen mit dem eingelegten Golddraht
bei entsprechendem Druck weiter verformen lassen. Eine derartige Hochvakuum-Dichtscheibe
weist den Vorteil auf, daß in der Mitte der Dichtfläche des Dichtwulstes das Gold
stets verhältnismäßig dick ist und daher selbst nach Beschädigung der Dichtfläche,
z. B. durch Aufreißen, noch genügend Gold für die sichere Abdichtung zur Verfügung
steht. Aus diesem Grund kann die erfindungsgemäße Hochvakuum-Dichtscheibe mit eingelegtem
Golddraht oftmals verwendet werden. Hochvakuum-Dichtscheiben gemäß der Erfindung
bieten gegenüber den bekannten Vakuum-Flanschdichtungen die Vorteile, daß sie wesentlich
öfter verwendet werden können und in ihrem Gebrauch viel billiger als Dichtringe
aus reinem Golddraht sind.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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F i g. 1 zeigt eine Hochvakuum-Dichtscheibe mit eingelegtem Golddraht
vor dem ersten Einbau und F i g. 2 eine solche eingebaut in eine Flanschverbindung.
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Die F i g. 1 zeigt eine Hochvakuum-Dichtscheibe 1 mit einem in eine
Nut des Dichtwulstes 2 eingelegten Golddraht 12 vor dem ersten Einbau. In F i g.
2 sind der Golddraht 12 und der Dichtwulst 2 so verformt, daß der Golddraht völlig
in die Nut des Dichtwulstes 2 hineingedrückt ist.