DE1867095U

DE1867095U - Quarzfenster.

Info

Publication number: DE1867095U
Application number: DE1962C0009816
Authority: DE
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1961-10-24
Filing date: 1962-10-19
Publication date: 1963-02-14
Also published as: FR1311323A; GB956341A; LU42564A1

Description

RA.669 808*19.10.62

Patentanwälte
DIPL-ING. R. BEEU

DIPL^ING.LAMPRECHT 410-8102G-LR (7) 19.10.1962

München22,SWMdOrWf₁IO (_B 467-3)

COMMISSARIAT A 1'ENERGIE ATOMIQUE, Paris 7äme (Prankr.)

Quarzfenster

Die Neuerung betrifft ein Quarzfenster, das zum Einsetzen in die Yfend eines dichten Gefäßes bestimmt ist und aus einer runden Quarzscheibe besteht, die von einem Metallring gehalten wird.

Derartige Quarzfenster werden insbesondere bei Behältern oder Gefäßen benutzt, in denen ein Überdruck oder ein sehr hohes Vakuum aufrechterhalten werden muß» Besonders im letzteren Falle ist es sehr schwer, ein solches Quarzfenster unter den jeweils herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen ohne Erzeugung unerwünschter mechanischer Spannungen in der Quarzscheibe einwandfrei dicht herzustellen und dicht zu halten.

Das neuerungsgemäße Quarzfenster, das diese Aufgabe löst, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die runde Quarzsoheibe am Umfang ihrer beiden einander gegenüberliegenden Flächen Abschrägungen aufweist, die die Breite der an der Innenfläche des Metallringes anliegenden Randfläche verkleinern und daß die dichte Verbindung zwischen der Quarzscheibe und

dem sie umspannenden Ring durch radialen Spanndruck und Lotung erzielt ist.

Die Neuerung umfaßt ferner eine Vorrichtung für die Herstellung des Quarzfensters, wie es oben geschildert ist. Diese Vorrichtung ist im wesentlichen gekennzeichnet "dur'ch einen Träger für den Metallring, eine Führungsvorrichtung zur zentrischen Führung der Quarzscheibe relativ zu dem Metallring, eine Heizeinrichtung, insbesondere einen Induktionsofen, zur Erzeugung einer Wärmedehnung des Metallringes und einen Anschlag, der das Einführen der Quarzscheibe in den Metallring nach der Ausdehnung des letzteren begrenzt»

Y/eitere Merkmale des neuerungsgemäßen Quarzfensters, die einzeln oder in beliebiger Kombination angewendet werden können,

Der die Quarzscheibe einfassende Met'ällring besteht aus einem gegenüber Quarz "aktiven" Metall«

Die beiderseitigen Randabsehrägungen der Quarzscheibe schließen miteinander einen Winkel von etwa 30° ein.

Zur näheren Erläuterung der Neuerung ist in der Zeichnung ein Ausf ütirungsbeispiel des neuerungsgemäßen Quarzfensters zusammen mit Teilen einer Vorrichtung dargestellt, die zur Herstellung des Fensters verwendet wird} es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch die Quarzscheibe mit doppelseitig abgeschrägtem Rand;

Mg» 2 eine schematische Darstellung des Herstellungsvorganges des neuerungsgemäßen Quarzfensters;

Pig. 3 einen Axialschnitt durch das fertige Fenster.

Die Neuerung betrifft insbesondere ein fenster, das beispielsweise in die Wand eines Vakuumgefäßes eingesetzt werden kann und aus einer Quarzscheibe besteht, die vollkommen fest und dicht mit einem die Quarzscheibe umgebenden Metallring verbunden werden muß. Um einen festen Sitz und eine vollkommene Abdichtung der Quarzscheibe in dem Metallring zu erzielen, wird in der Quarzscheibe eine radiale Druckspannung erzeugt, die den Zweck hat, nach dem Einsetzen der Scheibe in den Metallring von dieser jegliche Zug- oder Scherspannung fernzuhalten. Diese radiale Druck-Vorspa'nnung wird dadurch erhalten, daß man den Metallring auf die Quarzscheibe aufschrumpft} die eigentliche Abdichtung zwischen der Quarzscheibe und, dem Metallring erfolgt anschließend durch löten.

Es erweist sich als zweckmäßig, für den Metallring ein Material unter denjenigen Metallen auszuwählen, die einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten als Quarz haben. Weiterhin empfiehlt es sich, sogenannte "aktive" Metalle für den Ring zu benutzen, d.h. Metalle, die ein Material wie Quarz "benetzen" und es infolgedessen gestatten, Lötverbindungen mit Quarz zu erzielen, ohne daß der Quarz vorher metallisiert wird. Von diesen Metallen seien Zirkon, Titan, Tantal und Niob als Beispiele genannt.

Auf jeden Pall ist es selbstverständlich, daß der Innendurchmesser des Ringes zunächst, d.h. vor dem Erhitzen des Ringes, kleiner ist als der Außendurchmesser der Quarzscheibe.

Um die axialen Abmessungen der Lötverbindung möglichst zu verkleinern und unerwünschte Kantenpressunggn -S'es Quarzmaterials weitgehend zu vermeiden, sind bei der Quarzscheibe 1, wie sie in der Pig. 1 dargestellt ist, am Umfang der beiderseiti gen Seitenflächen-. Äbschrägungen 2 vorgesehen, wodurch die periphere Randflache 3 der Scheibe, die sich auf die Innenfläche des die Scheibe umspannenden Ringes 4 abstützt, sehr stark verkleinert wird. Diese sehr starke Verkleinerung der Randfläche - die zwar die radiale Druckspannung am Rande der Quarzscheibe erhöht, ohne daß diese Druck-spannung jedoch irgendwelche Nachtei Ie erbringt - vermeidet'das Auftreten anderer Spannungen, die wesentlich nachteiliger sein würden. . ,.

Zweckmäßigerweise schließen die beiden Abschrägungen 2 der Scheibe einen Winkel von ungefähr 30° miteinander ein.

Eine Vorrichtung für die Herstellung von Pensterelementen gemäß der Neuerung ist in der Pig. $ schematisch veranschaulicht Entsprechend dieser Figur wird die an ihren Randkanten abgeschrägte Quarzscheibe 1 über den Metallring gesetzt, in den sie eingespannt werden soll. Dieser Ring ist vorzugsweise an seiner oberen Innenkante mit einer leichten Fase 5 versehen, die eine konische Zentrier-Führung beim Einführen der Quarzschei be in den Ring 4 bildet.

Der Ring 4 mit der auf ihn aufgesetzten Quarzscheibe wird in einen Induktionsofen eingesetzt, der durch die Wicklung 9 versinnbildlicht ist und den Ring 4 so weit induktiv erhitzen kann, daß er sich beträchtlich radial ausdehnt.

In dieser Vorrichtung sind weiterhin Mittel -rorgesehen, wie ein Gewichts- oder Druckorgan 6, das dazu dient, die Scheibe 1 in Richtung des Pfeiles f in den Ring hineinzuschieben, Halteorgane wie 7» welche den Ring 4 in seiner Stellung halten und schließlich ein Anschlag 8, der das Hineinschieben der Scheibe 1 in den Ring 4 begrenzt, wenn die Ausdehnung des Ringes das Einführen der Scheibe in den Ring gestattet.

Nach Einfuhren der Scheibe 1 in den Ring 4 wird sodann eine lötung durchgeführt, die eine dichte Verbindung zwischen der Scheibe und dem Ring ergibt.

. Bei Versuchen zur Herstellung von Pe'nst ere lementen gemäß der Neuerung hat sich ergeben, daß als Ringmaterial Titan und als lot eine eutektische Silber-Kupferlegierung oder Aluminium besonders geeignet sind ο

Bei diesen Versuchen hat man beispielsweise Quarzscheiben mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Stärke von 5 mm benutzt sowie Metallringe, deren Außendurchmesser 45 mm war» Bei diesen Abmessungen der Scheiben und der Ringe wurde der Innendurchmesser des Ringes um Werte zwischen. 0 und 0,15 mm kleiner gehalten als der Außendurchmesser der Quarzscheibe, um eine ausreichende Einspannung zu erzielen.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß das Löten in einem durch Widerstand beheizten Vakuum-Ofen erfolgte.

Die Neuerung kann für die Herstellung unterschiedlicher Fensterelemente Verwendung finden, bei denen eine Quarzscheibe vollkommen dicht mit einem sie umspannenden Metällring verbunden werden muß. Unter derartigen Elementen sind besonders die Quarzfenster zu nennen, wie sie bei Vakuumgefäßen benutzt werden, in denen ein sehr.hohes Vakuum hergestellt und eingehalten wird.

Es dürfte klar.sein, daß die Neuerung nicht auf das oben beschriebene und in der .Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiel beschränkt ist'} man kann von äiesem Ausf üirungsbeisp iel in naheliegender Weise abweichen und auch die Form der Scheibe und des Ringes ändern, ohne den Rahmen der Neuerung zu verlassen.

Claims

Α.815720·20.ΪΖΪ2 L-ING. LAMfRECHT München 22, Sieinsdorfslr.10 410-8102G-BWi (6) 20.12.1962 α 9-8i6/32b Qm Heue Seite 7 SchutzanaprUohe

1. Quarafenster, das sum ,Einsetzen In die Wand 'eines diohtott Gefäßes bestimmt ist und aus einer runden Quarzecheibe besteht» diö von einem Metallring gehalten wird. dadurch g <s 3c e η η a «· i c h η β t , daß die runde Quaraecheibe am Umfang ihrer beiden einander gegenüberliegenden Flächen Absehri.-guni-en aufweist, die die Breite der an der Innenfläche des Metßllringes anliegenden /kandflache verkleinern und daß die dichte Verbindung zwischen O <έτ Quarascheibe und <iem ei β umspannenden King durch radialen/Öpanndruck und !jötung eraielt ist.

2. Quarafenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dfet Metallring aus einem gegenüber Quarz '.-^aktiven¹¹ Metall, wie Titan, Tantal, Niob oder einem ähnlichen Metall besteht.

3. Quarafenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die beiciereeitigen HandabßChrägungen der Quaraecheibe einen Winkel Von. etwa 30° miteinander einschließen.

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