DE1953035U - Hochvakuum-dichtscheibe, insbesondere fuer ausheizbare hochvakuum-flanschverbindungen. - Google Patents

Description

RA.S44113*11

Hanau, den JO. Juni 1966 PA-Bi/Fi

Seraeus Hochvakuum Gabs Gebratt etosams fceraiuaeldung

Hoölivakttuffl-Bishtscheifoe, iasbesonSere fur atishei2bare ioehvakmiffi^Flansohverbindungen

Si© Erfindung betrifft eine Kocis^alratra-MchiiSchAibe, insbesondere für ausheisbare Hochvakuttffl-Flansehverbisdungea.

Bsi ausheisijaren Hoehvakuiiflsaalageß weräen für xki& Flaascbabdicitung mit Vorteil metallisch« Bielitnngeß_t ». B# i» Fora einer Sichtscheibe oder eines Diciitringes aus Metall verwendet. Die Abdichtung geschieht dadurch» daß das Dichtungsmetall von Son Flanscheri, zwischen denen es eingelegt ist, zusai8Jaenge#re&i und soweit bleibend verformt «ird, bis ec alle» selbst Mikroskopisch kleine ÜaebenheiteB, Hitzen oder Poren ar. den abzudichtendes Flaaschflachen ausfüllt. Tut eine gute metallische Abdichtung is-fc daher die plastische Veriörinbarlceit des Oichtuagsffietalles von großer Bedeutung a AlQ DidltüagSüietalle habest sich in der Hochvalcuuniteohnik vor allem Gold, dann Silber» Kupfer, ikluminium und Indium bewährt, «eil sie in dem ia !tage koeroendön $eaperaturl>eröicii neben einer guten Verfor»- barkeit einen sehr niedrigen Bajnpfdruck aufweisen« Bas Dichtungsmetall muß 5®^«jch auch: bei den Bei Bltrabaohvakauia-Attlagen üblichen: hohen Ausheiateajeraturen, %* B. etwa ^5O⁰C, genügend Zeitstanäfestigkeit besitzest daait AU uicht bei der AueheiÄtemperatur unter de» spezifischen Bichtuage*

druck bleibend verforot wird und nach dem Ausheizen und dem Büekgang der elastischen Wärmedehnung nicht einen unzulässig hohen teckgasstrom durchfließen läßt. Saher sind Aluminium wegen seiner geringen Zeit-

Standfestigkeit und Indium wegen seines niedrigen Schmelzpunktes für hohe Ausheiztemperatüren, z. B* etwa ^50⁰C, wenig geeignet, Pie Dich« tungemetalle sollen au&erdem 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 Diehtungsine tall bei ausheizbaren Hochvakuumanlagen wegen der hohen Materialkosten in seiner Verwendung ziemlich teuer ist₇ selbst wenn das Gold nach Benutzung wieder umgearbeitet wird. Kupfer ist bei den in Frage kommenden Ausheiztemperatüren härter, aber weniger bildsam und chemisch leichter angreifbar als Gold; es besitzt als einsiges von den genannten Dichtungsme-ballen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der für den Bereich der Ausheiztemperatur nahezu gleich dsm von nichtrostendem Stahls wie Χ^ΟΓΝχΙβΒ* ist»

Zur Erreichung einer guten Hochvakuumdichtheit werden wie bekannt die :. Mötalldiehtungen an den Flächen« ait denen sie abdichten₅ auch mit einem weichen Metall überzogen_t so daß also ein üErag- oder Stützkörper aus einem harten Metall mit einem weichen Metall als Biehtuagswerkstoff fest verbunden ist.

Hoehvaltuufä-Flanschdichtungen« bei welchen ein welches Metall auf einem harten Metall als Überzug fest aufgebracht ist, sind ia verschiedenen Ausführungen bekasat» Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 81? 325 ist eine zusammengesetzte Höchstvakuum-Flanschdichtung bekannt, bei welcher der innere Band einer Stahlscheibe wulstartig geformt und mit einer Auflage aus Feingold versehen ist. Das deutsche Gebrauchsmuster 1 839 30** beschreibt; eine Flanschverbindung für tTltrahoChvafcuum-Bauelemente mit einem Diehtungseleiäent* dessen ringförmiger Tragkörper mit fiechieckquer» schnitt aue Stahl besteht tuict über einer etwa 2Ö /am starken Schicht aus Kupfer eine etwa %$' /m starke Edelmetallplaitieruag trägt, fias deutsch« Gebrauchsmuster t β%? 650 offenbart eise Ms auf ftöchsteas 150°Ö aus»·*«-

"bare £3@ia3:ldichtung inr Hoehvaicmsiänlagen« bei welcher der Bxehtriag ait Bschieelcquersehniti aus Aluaini«ia_s Sold oder Kupfer hergestellt und zumindest an den Dichtflächen s£t einer etv'a 10 bis 50 /®bs starkes Schicht aus Indium üTjersogeo. ist, die mindestens zweiatal verwendet 'werden Itana» In ^!!19öO Vacuum Symposium transactions" _t 19δ1« ist auf So 188/9 eine Metalldichtung beschrieben* bei welcher ein« sil~ foerplatiiorfce Sichtscheibe aus sauerstoff freie® Hartkupfer, zwischen den Kingdicatschasiöeii 4er Flanschen aus Stahl eingespannt ist. Die fraaaSsisehe Patentschrift 550 29§ offeabart sietallische Dichtuagseleraeate tür äxo Hochvakuurafcechnilc aus Stahl rait besoacle^s geformtes Querschsitten, s. B« eiafachgr oder doppelter Spießltaate oder dgl« s «reiche autaiadest an äea etdichtenöen ICaatsa mit einer Auflage aus weichea Metall, z« B« auf galvanisier tem Köpfer, versehen sind«

Von fiiesaa bskaanten Sic,htuagse Lementen sind auf ßrußd der tea ilferkstoffe nur w©*iige füi- dt.e bei ültrahochiralmua sotsrendigen hoiisa Äusheiatesape'raturea geeignet«

Bei dea bekaaaten Dichtringen s)it Hecliteel£<iu@rscliaitt und einer tbersBgssehicht auf dea abäichtendea FlMchea aüsssö ί'ύτ die sur Erzielung einer einwandfreien Äböiehtang b©i tfltrahochvakuua erforderliche_f hohe 0pesiffiöche Flächenpressung sehr große Kräfte aufgebracht verden·, welche sehr starke Flansche nnä Vl .nschschraubes. bedingen« Außerdem besteht die Gefahr_s daß solche DSahtringe iafolg© Vorsiehens wellig werden und daaa nicht mehr genügend abdichten. Da die ab&ielatssd© Öbes¹-sugsschicht aus Beicheai Metall schon bei "der erstem Verwendung sehr stark verforat Wi^d₁ kann eia Solcher. Dichtungsring praktisch nur einmal oder höchstens sväsimal benvfcst werden· Zur Zentrierung müssen die Dichtz'ixtgs sit Rechteckquerschnitt in eise lusfeötaag eines oder beißer Flansche eingelegt nerden. Cm ersten Fall ejuS äer Gegenflansch einen Buna besitsöa;, der in die Ausdrehung äes anderen Flanschss hineinragt und die beiden Flansche a.eatriert| im -zweiten Fall iverden die beidea Flansche mittels des in derea Ausdrehungen eingelegten Dichtringes sentriert« Xn beiden Fällen kau β die Flanschfläche nicht eben sein* sondern si© sniß eateeäer eine 4iisdrahung oder einen vorstehenden Zentrierbund aufweisen, die· be;fofe die Herstellung verteuern*

Die bekannte Höchstvakuum-Flanschdichtuag gemäß dsm deutschen Ge*· forauehsauster 1 817 325 läßt? sich im Gegensats zu den Dichtungsringen swischen ebenen Flanschflächen einlegen und wird mittels des* Schraubendurchgangslöcher zentriert. Die beiden Flansche werden durch sie jedoch nicht genau zentriert. Von Vorteil ist, daß diese Flanschdichtung anstelle einer Vakuum-Dichtscheibe mit Kundschnurring eingebaut werden kanne Sie kann aber nur einiaal verwendet werden und muß dann aufgearbeitet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ₉ ein Dichtungselement für auaheisbare Ultrahochvakuum~Flanschverbindungen au schaffen_f welches die Kachteile der bekannten Dichtungselement© vermeidet, insbesondere mehrmals verwendbar ist, zwischen ebenen Flanschflächen abdichtet, und gleichseitig die beiden Flansche zentrieren kann»

Diese Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise durch die vorliegende Erfindung gelöst. Die Erfindung betrifft eine Hochvakuum-Dichtschei.be* insbesondere für ausheizbare Hochvakuum-Flanschverbindungen, welche aus einer ringförmigen Stüts- und Zentrierscheibe aus rostfreiem Stahl besteht und einen Dichtwulst aufweist, welcher mit der Stütascheibe ies'c verbunden ist und in axialer Richtung die Hohe der Stützscheibe beiderseits überragt„ und wobei der Dichtvmlst aus einem weicheren Metall als die Stützscheibe besteht« Diese Dichtseheibe ist dadurch gekennzeichnet* daß wenigstens die beiderseits«die Höhe der Stütascheibe "iberragenden Dichtwulst teil© aus Kupfer bestehen und an ihren Dichtflächen einen Edelmetalldichtkörpsr_s wie eine Goldauflage oder einen in eine Itfut eingelegten, ringförmigen Golddraht

Eine HochvalEuura-Diclitscheibe gemäß der vorgeschlagenen Erfindung besteht aus der Stütz- und Zentrierscheibe aus Stahl, vorzugsweise nichtrostendem Stahl, wie X12CrIii88₉ aus dem mit dieser« vorzugsweise durch Kaltverformung $ fest verbundenen Dichtwulst aus einem weniger harten Metall, vorsugsweise aus sauerstofffreiem Eartkupfer* und aus dea auf den Dichtflächen des Dichtwulstes befindlichen EdelmetallDichtkörpsrs vorzugsweise aus Feingold»

Die Stütz- und Zentrierscheibe aus Stahl uH|f.aßf; den Dichtwulst, aus Kupfer von außen, und stützt ihn; sie weist aur Zentrierung de? beiden Plansche einen äußeren Umfang auf_f der über di# Flansche soweit hinausragt, daß er wechselweise mindestens ^e dreimal rechtwinklig; aur Scheibenebene und ±n gleichmäßigen übstgjäaen lapgenförmig nacfe oben und unten umgebogen werden kann.und so an -jedem Flansch an mindestens drei₀ vorzugsweise gleich weit voneinander ent'f ernten. Stellen jedes Flanschumfanges anliegt und beide Flansche auf" diese Weise "zentriert«' Selbstverständlich können HpchYafcuumrrPichtschev* bsn geznäß der Erfindung auch ohne die. umgebogenen. Sentrierlappers sein j. in öiesepi Falle weisen sie die ■ herkömauticji^a Sohrauben'flTjrQh-r gangslöcher auf» . ; ^: ■■"/."

Der Biehtwulst ist vorteilhaft ein von einem Hohr abgeutocheaer Bingj-der pitteis Kaltverfox'iaung mit äör Stiitascheibe'fest verbund den uad in 3@ine. endgültig? fQrm gebracht'istt. Dieser pichtwulsfc ist s<r ausgebildet _?" daß ^r" sich tjnter tl.esi speaifiscjien, 'Diehtunga^ druck· nur'4*©^i»g^%iis verforst? vor alles soll er/fü*' d«u. Edeil^ietaa-ldjchtkörj«?* Sfiae weiche.re unterlage als dßr Stahl' der Stutze Scheibe ©ein, woditeeh die Paltbark.eit des Eaeimetalldiölitkörpera unä dSKit die \TerwenÖbarfceit der^:gaeaen"Sichtscheibe wesentlich; erhöht wird». ■■'.]_' ' " "" _:

Als eigentliches metallisches Piehtuagsmittel dient άψν Edelme.« t&llclibiitkorper- in G^.?ta3.t einer Goläauflage -oder ein^o in ei»^ Hut eingelegten» ringförmige» Gpli?ärahfees«' Bis ßoldauflag;© wird in einer Schiphtdiclce. ν.οή et?/a. 20 bis 3P /W& ·&*?£ ösm-Mchtv/ulst. vorsugsp/ejLse' galyaaisph, aufgebracht; sie bleibt sel'b^fc. S^i'den Verformungen, welche der Dtqhtivu.ls-t he/xk Znßßpm§nvx'ess&n '-grfalii't, in fich geschlossen μηά paßt sic,h ,ipi'olge ihpar Duktilit&t uriä görringen'Kältriießfestigkeit-auch siifexoskogiscb. kleixiöii tTne'bes.-.· heiten der· Flanschflächen'aa« '§& ist· giinstigy äie Auflage aii^^G-tild aT2.c'h auf· die gariäe dem "Vakuum sugeÄehri;^ üT^Hjch? ä<&s .JDi.cnty/ulsites * auf"aubr£iogen<. Derartig·.^ £>ichtsc,h^j.bea ipönneß' bei Äusheisaykle^; · bis ^50 -C 'ohne fiteres, sechs- Qder siä^einsttal verweiset WSisaegi und ay/ar selbst öann. wenn nach je.dem AuaheisssrTklug .die 'p'ichiruag'äe- " löst wird und Flansche uad Dichtung gegenseitig vergeht -Werde^r,

Besonders bewährt hat sieh, die Äsorönuiag ©las? an sich ein- oder s^ilagigess Sferisehen&chiclLt aus Palladium_s Platin und/oder Wickel süisehsa den Kupfer und der Edelsie tallauf lage, na ©ine Diffusion des Edelmetalls in das Eupfsr su verhindern..

Eine anders vorteilhaft© Ausführung d©r Kcsabinatioa sines Dichteulst©s aas Kupfer axt eines Bicht&Srper aus Gold bestellt darin* daß auf cie-r Dichtfläche des DichtTOlstes ein Hing aus @ölddraht von ruar eiern oder aaders geformtemt s. B* rechteckigem oder quadratischem Querscimifcfc in eiae entsprechend gaforiate lut eingelegt ist uad -aua der Hat heraueragt« Beisi Eusaiffineasieiiea der flansohe werden die 6olddrähte durch Sie Flanschdichtflächsa susasHaesagedrückt; und völlig in die Hatea gepx-sßt«, wobei die mir schwaohea Kupferräsder der Muten otw'äs nach außen bau. ionen ausweichen, und ebenfalls etwas verforat tveröeno Schließlich liegea an den FlanseMiGhtflaoiisa "ulstaioiit™ flächen an, die sich aus einer breiten Kreisringfläche aus Sold in der Mitte und beiderseits dieser je einer schaalsn Sr©isri_ngflache aus Kupfer zusaremensetzeno Bei wiederholtera Einbau einer solchen Sichtscheibe erfolgt die metallische Abdichtung dadurch,.öaß sich die sehwachen Kup.ferränäer des Dichtwulstes zusaiaaen mit des einge-Xegtea GoXddraht .bei entsprechendeai. Druck verformen lassen» Eine der« artige Hochvalsuuia-Dichtscheibe'iye-is.t den Vorteil auf, daß ia der Mitte eier Bichtflache des Dichtwulstes das Gold stets verhältnismäßig dick ist und daher selbst nach Beschädigung der Dichtfläch©? s* B. durch Aufreißen* noch genügend Gol'd für dis sichere Abdichtung sur ¥er~'. ■ füguag₍ steht<s Aus disseia Grunde kann eine Hochvalamia-Dichtscheibe ait eiagelegtea Golddraht ebenfalls oftmals vert^eadet werden»

gemäö der Erfindung bieten gegenüber &θώ. Vakuusi-Flanschdichtungen die Yorteile, daß sie v/eseatlich öftor vertuende t worden können und in ihr ein Gebrauch viel billiger als Dichtringe aus reines Qolddraht sind« Besonders vorteilhaft ist eine solehs Hochvaltuum-Diehtscheibe, weil sie Jederaeit anstelle einer Vakuua-Dich'tscheibe- slit Hundschnurring awischen ebenes Flaasch" flachenSi:'ngelegt v/erden kann und die Flansche gegenseitig zentriert. Dies ist vor allem wichtig bei- Ultrahochvakntaa-Änlagent die öfters umgebaut werden, wie s» B_a Laboraalagen mit.Kleinflanschverbindungen_β

Bewährte Ausführung«» einer Hochvakuum-Sichtscheibe gemäß der Br findung werden nachstehend an Hand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Beispiele beschrieben*

Figur 1 seigt eiae Hochva&uuin-Bichtscheibe nit Goldauflage im Schnitt und

Z in der Draufsicht.

Figur 3 stellt eine Hochvaloium-Dichtscheibe ait Goldauflage in einer Kleinflanschverbindung oder Klammerflanschverbindung und

Figur h in einer Flanschverbindung mit Schrauben dar«.

Figur 5 aeigt eine Hochvakuura-Bichtscheibe in anderer Ausführung mit eingelegte« Golddraht vor dem ersten Einbau und

Figur 6 eine solche eingebaut ia eine Flanschverbindung ait Schrauben»

In den Figuren 1 bis 3 sind eine Hocttvakuufa-Bichtseheibe mit Goldauflage und ihr Einbau in einer Kleinflanschverbindung gezeigt. Die Stüta- und Zentrierscheibe 1, "vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl, ζ,* B. X12CrUiI88₁ ist an ihres inneren Rand ait dsm Dichtvsnjlsi: 2, vorzugsweise aus sauerstofffreiem Hartkupfer_t fest verbunden. Es ist vorteilhaft, den Bichtwulst 2 als Ring vob einem ICupferrohr abzustechen uad ihn mittels einer Kaltverformung, welche ihm gleichzeitig seine Gebrauehsform gibt, mit der Stüta- und Zentrierseheibe 1 fest zu verbinden.= Der Bichtwülst Z trägt zumindest auf den abdichtenden Flächen eine ßoldauflage 3« Bei äea Beispielen nach Figur 1 bis k ist diese Soldauflage 3 i» einer Stärke von 25 bis 30 /as, vorzugsweise galvanisch, aufgebracht. Es ist av/eckmäßig, die ganae freie Oberfläche des Dichtv/ulstes 2 auf Kupfer mit einer Feingoldauflage 3 su überziehen.

Die StütHi- und Zentrierscheibe 1.,. ragt über den äußeren Flanschrand und weist einen Umfang auf, der die Fons eines Kreises, eines

r<8gelffiäßigen lfieleelss, a. B. Sechs- oder Achteck* oder dgl» haben kann« Be? über die Flansche hinausragende ¹SeIl der Stütz- und Seatrierscheibe 1 ist in aiaelestess sechs einzelnes iappea Vwechselviexse rechtwinklig nach obea una unten umgebogen, so daß die umgebogenes Lappen ^ an jeweils.mindestens &g@x_s vorsugev/ais^ gleich uelt voaeinaadex» entfernten Stellest des iktaSeuitinfasges der Flaaschea 5 usö δ lazw, 7 waö 8 anliegen und die beiden Flansche auf diese . Weis® seatrxeran«

Aus Figur 3 ist ers±eM-lieh₅ sie dis Iseiöen Eleiaflaasche 5* 6 mittels der umgebogenen lappen h gegeaseitig ia einfacher Weise senföioi't t7@£-4©a· Bis Lappen K siad so beiaesseSi daß sie innerhalb des SSwischenrauaes swischea öen Sleinflaaschea 5?-: 6 unö dßa «Spannring·· halftea 9* 10 Plats fisden.

Die Hocbva2ai?ißi~Biehtsoheibea geaäß des? JSr£±nünng !assess sieh, wie Figar 4 z&±g%^ auch für alle anderea Hormflanschverbindungen« seisa es Vorschweißf!ansehe ?_t~8 ßr^hbare Flaasch© oder Ubersrurfflansche» j&naesia Bie StUta- und Zent^±@TSche±h&n 1 braucfesB hierbei nur sit entsprechenden Scliraubeaäurch^asagslöchera 11 vers®li®'a seia. Selbstverständlich koanea die Lappsa 4 sur Zentrierung ü&v Flansch® auch w©gfallen, dann kasn oie Hochvakau^-Bichtscheibe geaäS der Erffiadung sit ihren gegenüber d©a bekannten Hochvakuum-«>Si.chtsubeibea besseren Eigeüsshaftea anstelle dieser eingesetzt Serien«

Me Figöi' 5 aeigt eise andere besäte te lttsfßia?aag eimer Hochva&uua-Sichtscheibe gemäß der Erfiaguag -mit ©inera in ©la© Hut öes Dichtwul* stes 2 eingelegten Solddraht 12 vor dea ©rstea Eiabatu. ϊη Figur- β ist ü&r Golddraht 12.so verformt_s öaß er völlig ia dio But des s 2 hineisgedruckt ist.

Claims (5)

^ 9 - Sc h η t ζ a ρ s s r.it e It β

1) Hoelwakuum-Bichtseheibe, insbesondere fiir auaiteisbare Hochyakuuia-3?laß6chverbindußg©n, welche aus einer ricgförsiigen Stutz- bzw. Sfe&t?±erecheibe aas rostfreiem Stahl bestehen und einenBichtwulet aufweist_s welcher axt der Stützscheibe fest verbunden ist und in axialer Sichtung die Höhe der Stütsschsibe beiderseits überragt» BQd »©bei der Dichtwulst aus einen weicherer* Metall als die Stütsseheibe besteht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die beiderseits di© Höhe der Stütsscheibe (1) überragenden Biehtwulstteile ans Kupfer bestehen und an ihrea Dichtflächen eisea EdeliaetalldichtlcSrper» wie eine laoldauflage C3)₉ ©der eisen In eine Üat eingelegte»« riugföraigea Golddraht (12)

Z) Hocteakuara-Mchtscheibe nach Äaspruch 1_T dadurch gekennzeichnet. " öaß der Dichtmxlst (2) vollständig atts Kupfer besteht.

3) Hoohva&EKua-Bientscheibe aach Aaspruch 1 oder 2₀ dadtirch ge&enn-, aei€feaet_s daß der Dichtwulst .(B) aus einem von einem Hohr.abge<jstoclieuea Hing besteht, der durch Verformung ait der Stütsseheibe (1) verbunden ist« - ■ '

%} HodivakatöH-Dichtscheibe nach siaeia oder mehreren der .Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet» daß sich der Dichtwulet (Z) am iöaerea land der Stützscheibe (1} befindet und daß die Stützscheibe ("I), einen etwa einea dem äußeren Flaaschumfang u«nbe~ selwiebeaea regelaäßigea Vieleck' m±\ vorzugsweise β od'er^.^Uckea' *' entsfyeeheiiaen äteßsrea'IPmfeag'ihatg· mittels $©s abwechselnd rechtwiaklig aach -oben und unten uegebogesea Lappen 4 die beide» Flan- " sehe (5₅6) und (7_t8) aa"der-ea imßeaaiafaMg aa Efeaigsteas Je drei' · . Steiles nmfaßt und sosait -den Bicht®ulst (2) zwischen dea -ebenen . Flaaechflachen unü- gleichseitig die. beiden Flansche (5"? 6.) ußd (7sS) gegeaseitxg zentriert»

5) Hochva&uuBi-Dicfetscheibe nach eiaea ©der mehrei^en der vorhergehenden lnsprüche_s. dadurch gekeamseiehnei _t daß sie fische» den Bicht-

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0ulstt©ilea aas Kupfer unä der löela@tailauflage' io an sicii bsl5:ann~ ter ?/©is0 ©ia® öle Biffwsioa d@s Edelaetalls ia ias Kupfer- keiameade Gia*= oder mehrlagige Schicht» wie eise Palladium-», Platin- u Hickel-Schicht, aufweist.