DE102020124916B4

DE102020124916B4 - Attachment of an optically transparent window to a metal work piece

Info

Publication number: DE102020124916B4
Application number: DE102020124916.0A
Authority: DE
Inventors: Till Lukas Ockenfels; Martin Weitz
Original assignee: Univ Bonn Rheinische Friedrich Wilhelms; Rheinische Friedrich Wilhelms Universitaet Bonn
Current assignee: Univ Bonn Rheinische Friedrich Wilhelms; Rheinische Friedrich Wilhelms Universitaet Bonn
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: DE102020124916A1

Abstract

Verfahren zum Verschließen einer Öffnung (2) eines metallischen Werkstücks (1) mit einem optisch transparenten Fenster (3), mit folgenden Verfahrensschritten:
- Herstellen einer gestapelten Anordnung (4) über der Öffnung (2) des metallischen Werkstücks (1) mit folgenden Komponenten:
einem ersten Lotring (5) auf dem metallischen Werkstück (1),
einem Ausgleichsring (6) auf dem ersten Lotring (5),
einem zweiten Lotring (7) auf dem Ausgleichsring (6),
einem Haltering (8) auf dem zweiten Lotring (7),
einem dritten Lotring (9) auf dem Haltering (8) und
dem optisch transparenten Fenster (3) auf dem dritten Lotring (9),
- Erhitzen des metallischen Werkstücks (1) zusammen mit der gestapelten Anordnung (4), so dass es zum Schmelzen der Lotringe (5, 7, 9) kommt, und
- Abkühlen des metallischen Werkstücks (1) zusammen mit der gestapelten Anordnung (4) auf Zimmertemperatur, wobei
der Haltering (8) aus einem Material hergestellt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient maximal 15 % von dem des Materials des optisch transparenten Fensters (3) abweicht, und
der Ausgleichsring (6) aus einem Material hergestellt ist, dessen Elastizitätsmodul höchstens 80 % des Elastizitätsmoduls des Haltrings (8) sowie höchstens 80 % des Elastizitätsmoduls des metallischen Werkstücks (1) beträgt.

Method for closing an opening (2) of a metallic workpiece (1) with an optically transparent window (3), with the following method steps:
- Producing a stacked arrangement (4) over the opening (2) of the metallic workpiece (1) with the following components:
a first solder ring (5) on the metallic workpiece (1),
a balancing ring (6) on the first plumb ring (5),
a second plumb ring (7) on the balancing ring (6),
a retaining ring (8) on the second plumb ring (7),
a third plumb ring (9) on the retaining ring (8) and
the optically transparent window (3) on the third solder ring (9),
- heating the metallic workpiece (1) together with the stacked assembly (4) so that the solder rings (5, 7, 9) melt, and
- Cooling of the metallic workpiece (1) together with the stacked arrangement (4) to room temperature, wherein
the retaining ring (8) is made of a material whose coefficient of thermal expansion differs by no more than 15% from that of the material of the optically transparent window (3), and
the compensating ring (6) is made of a material whose modulus of elasticity is at most 80% of the modulus of elasticity of the retaining ring (8) and at most 80% of the modulus of elasticity of the metallic workpiece (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer Öffnung eines metallischen Werkstücks mit einem optisch transparenten Fenster sowie eine Anordnung eines optisch transparenten Fensters auf einem metallischen Werkstück zum Verschließen einer Öffnung des metallischen Werkstücks.The invention relates to a method for closing an opening in a metal workpiece with an optically transparent window and an arrangement of an optically transparent window on a metal workpiece for closing an opening in the metal workpiece.

In vielen Bereichen der Forschung und Industrie werden optische Methoden eingesetzt. Dabei muss in vielen Fällen das zu untersuchende System oder Material in einem Behältnis mit einem beschränkten Volumen eingeschlossen werden. Dementsprechend brauchen diese abgeschlossenen Behältnisse einen optischen Zugang, welcher zum Rest des Behältnisses abgedichtet sein muss. Ein Beispiel sind Schaugläser zur Prozesskontrolle in der chemischen Industrie. Die erforderliche Dichtung zwischen dem eigentlichen Behältermaterial und einem optischen Zugang, im Folgenden auch als Fenster bezeichnet, ist in vielen Fällen einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt. In diesem Fall muss die Dichtung folgende Merkmale erfüllen: Sie muss eine Verbindung zwischen einem z.B. aus temperaturfestem Edelstahl hergestellten Behälter und einem optisch transparenten Fenster (z.B. aus Saphir) herstellen. Dabei muss die Dichtung stabil sein, eine sehr geringe Leckrate aufweisen sowie chemisch inert auch bei hohen Drücken sein. Im Behälter können Drücke bis zu mehreren Hundert bar herrschen. In vielen Fällen muss die Dichtung darüber hinaus auch bei einem Unterdruck von bis zu 1 bar stabil sein, nämlich wenn der Behälter evakuiert wird. Diese Anforderungen gelten oft in einem sehr breiten Temperaturbereich sowohl unter als auch oberhalb der Raumtemperatur. Dies kann insbesondere zum Reinigen von Vakuumaperturen im Verfahren des Ausheizens bei vergleichsweise sehr hohen Temperaturen genutzt werden, oder auch bei hohen Prozesstemperaturen in der chemischen Industrie.Optical methods are used in many areas of research and industry. In many cases, the system or material to be examined must be enclosed in a container with a limited volume. Accordingly, these sealed enclosures require optical access which must be sealed to the rest of the enclosure. An example are sight glasses for process control in the chemical industry. The seal required between the actual container material and an optical access point, also referred to below as a window, is in many cases exposed to high mechanical stress. In this case, the seal must meet the following criteria: It must create a connection between a container made of temperature-resistant stainless steel, for example, and an optically transparent window (e.g. made of sapphire). The seal must be stable, have a very low leakage rate and be chemically inert even at high pressures. Pressures of up to several hundred bar can prevail in the container. In many cases, the seal must also be stable at a negative pressure of up to 1 bar, namely when the container is evacuated. These requirements often apply over a very wide temperature range, both below and above room temperature. This can be used in particular for cleaning vacuum apertures in the baking process at comparatively very high temperatures, or also at high process temperatures in the chemical industry.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für eine temperaturstabile Abdichtung zwischen dem Fenstermaterial und dem Behälter. Dabei geht es immer darum, dass zwischen den Materialien möglichst wenige Lücken vorhanden sind, da durch diese das eingeschlossene Medium entweichen kann. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, beide Materialien möglichst passgenau zu bearbeiten und dann mechanisch zusammenzufügen und ggf. zu verpressen. Dieses Verfahren kann erweitert werden, indem ein möglichst flexibles Dichtmaterial zwischen die beiden Materialien eingebracht wird, welches durch seine mechanischen Eigenschaften zuträglich ist, da es Unebenheiten ausgleichen kann. Grundsätzlich ist eine solche Vorgehensweise auch aus dem Alltag, z.B. in Form der Verwendung einer Gummidichtung, bekannt. Für temperaturfeste Dichtungen sind aus dem Stand der Technik beispielsweise Glimmermaterialien bekannt. Schließlich kann das optisch transparente Material auch in das Behältermaterial eingelötet werden. Dabei werden die beiden Materialien mit geschmolzenem Metall verbunden. Bei dieser Vorgehensweise gibt es jedoch gewisse technische Hindernisse, wie im Folgenden erläutert.In principle, there are various options for a temperature-stable seal between the window material and the container. It is always important that there are as few gaps as possible between the materials, as the enclosed medium can escape through these. The simplest option is to process both materials as precisely as possible and then join them together mechanically and, if necessary, press them. This method can be extended by inserting a sealing material that is as flexible as possible between the two materials, which is beneficial due to its mechanical properties, since it can compensate for unevenness. In principle, such a procedure is also known from everyday life, e.g. in the form of using a rubber seal. Mica materials, for example, are known from the prior art for temperature-resistant seals. Finally, the optically transparent material can also be soldered into the container material. The two materials are joined with molten metal. However, there are certain technical obstacles to this approach, as explained below.

Die US 2017/0095870 A1 beschreibt eine Kappenbaugruppe für optische Kommunikation, die ein Gehäuse umfasst, das eine Vorderseite senkrecht zu einer Unterseite, eine erste und eine zweite Seite, die einander gegenüberliegen und parallel zueinander sind und senkrecht zu der Unterseite verlaufen, sowie eine Rückseite enthält, die senkrecht zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite angeordnet ist und von den jeweiligen Enden der ersten Seite und der zweiten Seite gegenüber der Vorderseite versetzt ist. Die Rückseite enthält eine durchgehende Öffnung und eine dreiseitige Leiste, die entlang einer Innenseite des ersten Seitenschenkels, einer Außenseite der Rückseite und einer Innenseite des zweiten Seitenschenkels ausgebildet ist.the US2017/0095870A1 describes a cap assembly for optical communications, comprising a housing that includes a front perpendicular to a bottom, first and second sides that are opposite and parallel to each other and perpendicular to the bottom, and a back that is perpendicular between the first side and the second side and offset from the respective ends of the first side and the second side from the front. The back includes an opening therethrough and a three-sided ledge formed along an inside of the first side leg, an outside of the back, and an inside of the second side leg.

Die US 5 550 398 A beschreibt ein Halbleitergehäuse und ein Verfahren zur Herstellung, bei dem ein optisches Glasfenster bei niedriger Temperatur an einem Gehäuse befestigt wird. Das optische Glas wird geätzt und auf der geätzten Oberfläche wird eine Metallschicht gebildet. Die Metallschicht wird mit einem Metallrahmen versiegelt, und der Rahmen wird mit einem Gehäuse versiegelt, oder die abgeschiedene Metallschicht wird direkt mit dem Gehäuse versiegelt.the U.S. 5,550,398 A describes a semiconductor package and method of manufacture in which an optical glass window is attached to a package at low temperature. The optical glass is etched and a metal layer is formed on the etched surface. The metal layer is sealed with a metal frame and the frame is sealed with a case, or the deposited metal layer is sealed with the case directly.

Die DE 10 2010 050 513 A1 beschreibt ein unbeschichtetes Deckglas in einen Zwischenring eingelötet, das in den Zwischenring eingelötete Deckglas mit einer Beschichtung versehen und der mit dem beschichteten Deckglas versehene Zwischenring in eine Hülse des optischen Systems des Endoskops gefügt. Die Erfindung betrifft auch ein Endoskop mit einem Deckglas.the DE 10 2010 050 513 A1 describes an uncoated cover glass soldered into an intermediate ring, the cover glass soldered into the intermediate ring provided with a coating and the intermediate ring provided with the coated cover glass inserted into a sleeve of the optical system of the endoscope. The invention also relates to an endoscope with a cover glass.

Die US 7 470 904 B1 beschreibt Systeme und Verfahren zur Bereitstellung eines abgedichteten Behälters mit einer Atmosphäre mit reduziertem Druck offenbart. Der Behälter eignet sich zur Aufnahme einer Infrarot-Detektoranordnung. Die Ausgasung kann durch Hinzufügen von Merkmalen zu Lötvorformen verbessert werden, die Wege für Gase aufrechterhalten, damit diese den Behälter vor dem Versiegeln leichter verlassen können.the U.S. 7,470,904 B1 describes systems and methods for providing a sealed container with a reduced pressure atmosphere. The container is suitable for accommodating an infrared detector arrangement. Outgassing can be improved by adding features to solder preforms that maintain pathways for gases to more easily exit the container before sealing.

Das zuvor genannte Verfahren, bei dem beide Materialien möglichst passgenau bearbeitet und dann mechanisch zusammengefügt und ggf. zu verpresst werden, hat den Nachteil, dass hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität der Materialien gestellt werden, da sich aus Unebenheiten Lecks ergeben können. Des Weiteren müssen die Materialien auch mit genügend Kraft montiert sein, so dass sich auch bei vorhandenem Innendruck keine Lücken ergeben. Dabei können sich Probleme mit der mechanischen Stabilität der verwendeten Materialien ergeben. Dies wird insbesondere verstärkt, wenn die Materialien sich bei extremen Temperaturen unterschiedlich stark ausdehnen und dadurch Spannungen im Material entstehen, die zum Bruch führen können.The aforementioned process, in which both materials are processed as precisely as possible and then mechanically joined and, if necessary, are pressed has the disadvantage that high demands are placed on the surface quality of the materials, since unevenness can result in leaks. Furthermore, the materials must also be mounted with sufficient force so that there are no gaps even when there is internal pressure. This can lead to problems with the mechanical stability of the materials used. This is intensified in particular when the materials expand at different rates at extreme temperatures, creating stresses in the material that can lead to fracture.

Wie weiter oben schon angesprochen, können diese Probleme durch ein geeignetes Dichtmaterial abschwächt werden, da das Dichtmaterial Unebenheiten ausgleichen kann. Des Weiteren kann das Dichtmaterial, wenn es flexibel genug ist, leichte Verschiebungen der Materialien gegeneinander ausgleichen. Trotzdem bleiben grundlegende Probleme auch bei der Verwendung eines Dichtmaterials bestehen. Besonders die bei extremen Temperaturen zur Verfügung stehenden Dichtmaterialien sind in Bezug auf ihre Flexibilität sehr eingeschränkt. Auch stellt sich, je nach Anforderung, die Problematik, dass die Dichtmaterialien, gerade bei hohen Temperaturen, nicht immer chemisch inert sind.As mentioned above, these problems can be alleviated by using a suitable sealing material, since the sealing material can even out any unevenness. Furthermore, if the sealing material is flexible enough, it can compensate for slight displacements of the materials relative to one another. Nevertheless, fundamental problems remain even when using a sealing material. In particular, the sealing materials available at extreme temperatures are very limited in terms of their flexibility. Depending on the requirements, there is also the problem that the sealing materials are not always chemically inert, especially at high temperatures.

Das zuvor angesprochene Einlöten schließlich hat den Nachteil, dass sowohl bei der Verwendung der Fenster bei extremen Temperatur als auch schon während des Lötvorgangs Spannungen durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien entstehen können. Dies führt bei Kristallen als Fenstermaterial insbesondere dadurch zu Problemen, dass diese, wie im Übrigen auch die meisten als Fenstermaterialien verwendbaren Gläser, recht spröde ist und bei Krafteinwirkung zum Brechen neigt. Um dies zu verhindern, gibt es mehrere Optionen.Finally, the previously mentioned soldering has the disadvantage that both when using the windows at extreme temperatures and even during the soldering process, stresses can arise due to the different expansion coefficients of the materials. In the case of crystals as window material, this leads to problems in particular because these, like most glasses that can be used as window materials, are quite brittle and tend to break when force is applied. To prevent this, there are several options.

Zum einen kann eine möglichst flexible Konstruktion verwendet werden. Hier soll die Wandstärke des metallischen Werkstücks, dass das Fenster in Form des optisch transparenten Materials aufnimmt, so dünn sein, dass die übertragene Kraft dieses nicht beschädigt. Dabei wird auch darauf geachtet, dass die Kontaktfläche zwischen dem Werkstück und dem Fenster möglichst klein ist, um dort auftretende Spannungen zu reduzieren. Diese Möglichkeit findet in der Vakuumtechnik eine breite Anwendung, ist jedoch konstruktionsbedingt nicht für hohe Drücke und die damit einhergehenden hohen mechanischen Kräfte geeignet.On the one hand, a construction that is as flexible as possible can be used. Here the wall thickness of the metallic workpiece that accommodates the window in the form of the optically transparent material should be so thin that the transmitted force does not damage it. It is also ensured that the contact surface between the workpiece and the window is as small as possible in order to reduce stresses that occur there. This option is widely used in vacuum technology, but due to the design it is not suitable for high pressures and the high mechanical forces associated with them.

Weiterhin können besonders geeignete Metalllegierungen verwendet werden. Diese haben einen Ausdehnungskoeffizienten, der nah an dem des Fensters liegt. Diese Materialien bringen andere Nachteile mit sich, wie insbesondere eine schwere Verarbeitung. Außerdem kann die Gesamtkonstruktion verstärkt werden. Allerdings ist das oft aus weiteren zu berücksichtigenden Konstruktionsaspekten nicht praktikabel. Zusätzlich kann es zu Rissen an Verbindungsstellen zwischen dem Fenster und dem Werkstück kommen, da das Grundproblem der unterschiedlichen Ausdehnung der verwendeten Materialien bestehen bleibt.Furthermore, particularly suitable metal alloys can be used. These have an expansion coefficient that is close to that of the window. These materials entail other disadvantages, in particular heavy processing. In addition, the overall construction can be strengthened. However, this is often not practicable due to other design aspects that have to be taken into account. In addition, cracks can occur at the connection points between the window and the workpiece, since the basic problem of the different expansion of the materials used remains.

Aus der US 6 212 989 B1 ist eine Fensteranordnung zum Übertragen von Licht in und aus einem Behälter, der eine unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende, hochreaktive Umgebung enthält, bekannt. Diese Fensteranordnung umfasst ein kegelstumpfförmiges Fenster, eine kegelstumpfförmige Metalldichtung, die in Umfangsrichtung an dem Fenster anliegt, und ein Gehäuse, an dem das Fenster und die Dichtung befestigt sind. Um die automatische Reinigung des Fensters zu erleichtern, ist die Oberfläche des Fensters, die der Hochdruckumgebung ausgesetzt ist, im Wesentlichen bündig mit der Hochdruckoberfläche des Gehäuses. Die Fensterbaugruppe wird zu bei ihrer Montage zunächst durch mechanisches Pressen eingesetzt und dann einer Reihe von aufeinanderfolgenden höheren Verbrennungsdrücken ausgesetzt. Die US 6 065 630 A beschreibt einen Druckbehälter, bei dem als Dichtmaterial PTFE verwendet wird. Weiterhin ist in der US 8 564 768 B2 das Einlöten von Saphirfenstern genannt. Schließlich ist in der US 4 614 428 A ein Druckbehälter beschrieben, der vollständig aus Glas gefertigt ist und Drücke bis zu 1000 bar standhalten kann.From the U.S. 6,212,989 B1 discloses a window assembly for transmitting light in and out of a container containing a high pressure, high temperature, highly reactive environment. This window assembly includes a frusto-conical window, a frusto-conical metal gasket that fits circumferentially against the window, and a housing to which the window and gasket are attached. To facilitate automatic cleaning of the window, the surface of the window exposed to the high pressure environment is substantially flush with the high pressure surface of the housing. During its assembly, the window assembly is first set by mechanical pressing and then subjected to a series of successively higher combustion pressures. the U.S. 6,065,630 A describes a pressure vessel in which PTFE is used as the sealing material. Furthermore, in the U.S. 8,564,768 B2 called the soldering of sapphire windows. Finally in the U.S. 4,614,428 A describes a pressure vessel that is made entirely of glass and can withstand pressures of up to 1000 bar.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zum stabilen Verschließen einer Öffnung eines metallischen Werkstücks mit einem optische transparenten Fenster anzugeben, die kostengünstig und in einem weiten Temperaturbereich verlässlich ist.Proceeding from this, it is the object of the invention to specify a possibility for the stable closing of an opening of a metallic workpiece with an optically transparent window, which is cost-effective and reliable over a wide temperature range.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred developments can be found in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird damit ein ein Verfahren zum Verschließen einer Öffnung eines metallischen Werkstücks mit einem optisch transparenten Fenster bereitgestellt, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

- Herstellen einer gestapelten Anordnung über der Öffnung des metallischen Werkstücks mit folgenden Komponenten:
- einem ersten Lotring auf dem metallischen Werkstück,
- einem Ausgleichsring auf dem ersten Lotring,
- einem zweiten Lotring auf dem Ausgleichsring,
- einem Haltering auf dem zweiten Lotring,
- einem dritten Lotring auf dem Haltering und
- dem optisch transparenten Fenster auf dem dritten Lotring,
- Erhitzen des metallischen Werkstücks zusammen mit der gestapelten Anordnung, so dass es zum Schmelzen der Lotringe kommt, und
- Abkühlen des metallischen Werkstücks zusammen mit der gestapelten Anordnung auf Zimmertemperatur, wobei

der Haltering aus einem Material hergestellt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient maximal 15 % von dem des Materials des optisch transparenten Fensters abweicht, bevorzugt maximal 10 %, ganz besonders besonders bevorzugt maximal 5 %, und
der Ausgleichsring aus einem Material hergestellt ist, dessen Elastizitätsmodul höchstens 80 %, bevorzugt maximal 70 %, ganz besonders besonders bevorzugt höchstens 50 % des Elastizitätsmoduls des Haltrings sowie höchstens 80 %, bevorzugt maximal 70 %, ganz besonders besonders bevorzugt höchstens 50 % des Elastizitätsmoduls des metallischen Werkstücks beträgt.According to the invention, a method for closing an opening in a metallic workpiece with an optically transparent window is thus provided, which has the following method steps:

- Making a stacked assembly over the opening of the metal work piece with the following components:
- a first solder ring on the metallic workpiece,
- a balancing ring on the first solder ring,
- a second solder ring on the balancing ring,
- a retaining ring on the second solder ring,
- a third solder ring on the retaining ring and
- the optically transparent window on the third solder ring,
- heating the metallic workpiece together with the stacked assembly so that the solder rings melt, and
- Cooling the metallic workpiece together with the stacked assembly to room temperature, wherein

the retaining ring is made of a material whose coefficient of thermal expansion differs by a maximum of 15% from that of the material of the optically transparent window, preferably by a maximum of 10%, very particularly preferably by a maximum of 5%, and
the compensating ring is made of a material whose modulus of elasticity is at most 80%, preferably at most 70%, very particularly preferably at most 50% of the modulus of elasticity of the retaining ring and at most 80%, preferably at most 70%, very particularly particularly preferably at most 50% of the modulus of elasticity of the metallic workpiece is.

Vorzugsweise bestehen der Haltering und der Ausgleichsring aus einem Metall oder einer Legierung. Besonders bevorzugte Materialien für den Ausgleichsring sind Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Indium, Platin, Zink und Zinn sowie Legierungen, die hauptsächlich aus diesen Metallen bestehen und/oder ähnliche Materialeigenschaften aufweisen. Insbesondere kommen als Material für den Ausgleichsring beispielsweise bei mäßigen Temperaturen bis ca. 500 °C Kupfer oder Kupferlegierungen in Betracht und danach bei höheren Temperaturen beispielsweise Nickel.The retaining ring and the compensating ring are preferably made of a metal or an alloy. Particularly preferred materials for the compensating ring are copper, aluminum, silver, gold, indium, platinum, zinc and tin as well as alloys that mainly consist of these metals and/or have similar material properties. In particular, copper or copper alloys come into consideration as material for the compensating ring, for example, at moderate temperatures up to approximately 500° C., and then, at higher temperatures, nickel, for example.

Als Material für den Haltering kommt die Legierung „Kovar“ in Betracht, die einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, typischerweise etwa 5 ppm/K, der damit geringer als der Koeffizient typischer Metalle ist. Konkret ist Kovar so zusammengesetzt, dass es im Wesentlichen die gleichen Wärmeausdehnungseigenschaften wie Borosilikatglas aufweist (ca. 5 × 10^-6/K zwischen 30 und 200 °C bis ca. 10 × 10^-6/K bei 800 °C. Eine typische Zusammensetzung für Kovar ist 54 % Eisen, 29 % Nickel und 17 % Cobalt (Angaben in Massenprozent). Damit werden Wärmeausdehnungseigenschaften erzielt, die denen von Saphir sehr ähnlich sind. Saphir ist also in diesem Fall ein bevorzugtes Material für das optisch transparente Fenster. Ein anderes bevorzugtes Material für das Fenster ist Diamant (1,18 × 10^-6/K). In diesem Fall wird vorzugsweise Invar (0,6-1,2 × 10^-6/K; 64 % Eisen und 36 % Nickel (In Massenprozent)) für den Haltering verwendet. Da auch Quarzglas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 0,6 × 10^-6/K hat kann auch hier Invar verwendet werden. Ein weiteres bevorzugtes Material für das optisch transparente Fenster ist Magnesiumfluorid (MgF₂), insbesondere für die Verwendung im UV-Bereich; 8,9-13,7 × 10^-6/K). In diesem Fall wird für den Haltering vorzugsweise Eisen (11,8 × 10^-6/K) verwendet.The material used for the retaining ring is “Kovar” alloy, which has a low coefficient of thermal expansion, typically around 5 ppm/K, which is lower than the coefficient of typical metals. Specifically, Kovar is formulated to have essentially the same thermal expansion properties as borosilicate glass (about 5 × 10 ^-6 /K between 30 and 200 °C to about 10 × 10 ^-6 /K at 800 °C. A typical composition for Kovar is 54% iron, 29% nickel and 17% cobalt (wt.% by mass. This gives thermal expansion properties very similar to sapphire. So sapphire is a preferred material for the optically transparent window in this case. Another preferred material for the window is diamond (1.18 × 10 ^-6 /K), in this case preferably Invar (0.6-1.2 × 10 ^-6 /K; 64% iron and 36% nickel (in mass percent )) is used for the retaining ring. Since quartz glass also has a thermal expansion coefficient of about 0.6 × 10 ^-6 /K, Invar can also be used here. Another preferred material for the optically transparent window is magnesium fluoride (MgF ₂ ), particularly for use in the UV range: 8.9-13.7 × 10 ^-6 /K). In this case, iron (11.8 × 10 ^-6 /K) is preferably used for the retaining ring.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit optisch transparenten Fenster vorzugsweise im Vakuumlötverfahren in ein metallisches Werkstück so eingelötet werden, dass es weder bei Druckbelastungen bis zu mehrere hundert bar noch bei Temperaturen im Bereich sowohl deutlich oberhalb als auch unterhalb der Raumtemperatur zu Undichtigkeiten kommt. Dabei wird durch den Einsatz von mehreren Materialien im Lötverbund sichergestellt, dass die Spannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Materialien weder den jeweiligen Bereich der plastischen Verformung noch die Stärke der Lotverbindung überschreiten.With the method according to the invention, optically transparent windows can thus be soldered into a metallic workpiece, preferably in a vacuum soldering process, in such a way that there are no leaks either under pressure loads of up to several hundred bar or at temperatures in the range both significantly above and below room temperature. The use of several materials in the soldered joint ensures that the stresses caused by the different thermal expansion coefficients of the materials neither exceed the respective range of plastic deformation nor the strength of the soldered joint.

Bei diesem Verfahren wird die nötige Flexibilität nicht nur über eine dünnwandige Konstruktion der Zwischenmaterialien erreicht, sondern durch die Verwendung eines verhältnismäßig weichen Materials. Da dessen Ausdehnungskoeffizient wiederum von jenem des Fenstermaterials verschieden ist und dies bei hohen Temperaturen auch zu hohen Spannungen führen würde, wird ein Haltering mit ausgewähltem thermischen Ausdehnungskoefizienten eingesetzt, um den das Fenster vor zu hoher mechanischer Belastung zu schützen. Dadurch wird erreicht, dass die Verbindung zwischen dem Fenster und dem metallischen Werkstück flexibel genug ist, um bei Temperaturänderungen nicht zu reißen, gleichzeitig aber so dick ausgeführt sein kann, dass sie hohen Drücken widersteht.With this method, the necessary flexibility is not only achieved through a thin-walled construction of the intermediate materials, but also through the use of a relatively soft material. Since its expansion coefficient differs from that of the window material and this would also lead to high stresses at high temperatures, a retaining ring with a selected thermal expansion coefficient is used to protect the window from excessive mechanical stress. This ensures that the connection between the window and the metal work piece is flexible enough not to tear when the temperature changes, but at the same time can be made thick enough to withstand high pressures.

Grundsätzlich kann die Öffnung in dem metallischen Werkstück unterschiedliche Formen aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Öffnung des metallischen Werkstücks jedoch mit einem umlaufenden Absatz versehen, so dass die gestapelte Anordnung auf diesem Absatz angeordnet und dabei zumindest teilweise in die Öffnung eingesetzt werden kann. Auf diese Weise kann die gestapelte Anordnung auf besonders stabile Weise im Bereich der Öffnung fixiert werden.In principle, the opening in the metallic workpiece can have different shapes. According to a preferred development of the invention, however, the opening of the metallic workpiece is provided with a peripheral shoulder, so that the stacked arrangement can be arranged on this shoulder and at least partially inserted into the opening. In this way, the stacked arrangement can be fixed in a particularly stable manner in the area of the opening.

Als Lotmaterial für die Lotringe kommen verschiedene Materialien in Betracht. Vorzugsweise wird als Lotmaterial für die Lotringe jedoch ein titanhaltiges Aktivlot verwendet. Das Löten mit Aktivlot ist insbesondere für das Fügen hochbeanspruchter Konstruktionen geeignet. Als Lotwerkstoffe kommen vorzugsweise Silber, Nickel, Kupfer und/oder Gold zum Einsatz mit Titan als Aktiv-Element, das den Lötprozess ermöglicht. Aktivlote benetzen die hier verwendeten Materialien, indem die enthaltenen Aktiv-Elemente eine Reaktionsschicht mit der Oberfläche der Materialien bilden. Für die Erfindung verwendbare Lote sind z.B. APA 7 der Firma Lot-Tek (59%Ag, 27,25%Cu, 12,5%In, 1,25%Ti (Angaben in Massenprozenten); Schmelzpunkt ca. 650°C). Die resultierende Lötverbindung besitzt eine sehr hohe Festigkeit. Ganz besonders bevorzugt gilt dabei, dass das Material für alle Lotringe das gleiche ist.Various materials can be considered as the solder material for the solder rings. However, an active solder containing titanium is preferably used as the solder material for the solder rings. Soldering with active solder is particularly suitable for joining highly stressed constructions. Silver, nickel, copper and/or gold are preferred as soldering materials for use with titanium as an active element that enables the soldering process. Active solders wet the materials used here in that the active elements contained form a reaction layer with the surface of the materials. Solders that can be used for the invention are, for example, APA 7 from Lot-Tek (59% Ag, 27.25% Cu, 12.5% In, 1.25% Ti (data in percent by mass); melting point approx. 650° C.). The resulting soldered connection has a very high strength. It is particularly preferred that the material is the same for all solder rings.

Grundsätzlich können die Öffnung bzw. auch, sofern erforderlich mehrere neben einander liegende Öffnungen des metallischen Werkstücks und die Bestandteile der gestapelten Anordnung mit unterschiedlichen Formen verwendet werden. Für die Ringe kommen grundsätzlich alle Formen in Betracht, die umfangsmäßig geschlossen sind und damit eine innere Öffnung umschließen. Insbesondere können die Ringe also eckig sein, z.B. viereckig oder sechseckig. Vorzugsweise gilt jedoch, dass die Öffnung des metallischen Werkstücks, die Lotringe, die anderen Ringe und das Fenster kreisrund sind. Auf diese Weise wird eine ganz besonders stabile Konstruktion erzielt.In principle, the opening or also, if necessary, several openings lying next to one another in the metallic workpiece and the components of the stacked arrangement can be used with different shapes. In principle, all shapes that are closed on the circumference and thus enclose an inner opening can be considered for the rings. In particular, the rings can therefore be angular, e.g. square or hexagonal. However, it is preferable for the opening of the metallic workpiece, the solder rings, the other rings and the window to be circular. In this way, a particularly stable construction is achieved.

Der Ausgleichsring kann im Querschnitt rechteckig sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist er jedoch umfangsseitig eine umlaufende Nut auf. Dadurch behält er eine große Kontaktfläche zu den anderen Bauteilen und ist trotzdem flexibel. Er vermittelt dadurch zwischen den Ausdehnungskoeffizienten, so dass nicht die gesamte mechanische Spannung weitergegeben wird. Entsprechendes gilt für den Haltring: Er kann im Querschnitt rechteckig sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist er jedoch umfangsseitig eine umlaufende Nut auf. Diese Nuten können unterschiedlich dimensioniert sein. Vorzugsweise haben Sie eine Tiefe zwischen 30 und 50 % der Dicke der Ringe in radialer Richtung. Dabei können die Nuten ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Ganz besonders bevorzugt wird ihre Breite mit größer werdender Tiefe jedoch geringer, so das ihre Form im Querschnitt z.B. im Wesentlichen einer Dreiecksform folgt.The compensating ring can be rectangular in cross section. According to a preferred development of the invention, however, it has a peripheral groove. As a result, it retains a large contact area with the other components and is still flexible. It thus mediates between the coefficients of expansion, so that the entire mechanical stress is not passed on. The same applies to the retaining ring: it can be rectangular in cross section. According to a preferred development of the invention, however, it has a peripheral groove. These grooves can have different dimensions. Preferably they have a depth between 30 and 50% of the thickness of the rings in the radial direction. The grooves can also have a rectangular cross section. Most preferably, however, their width decreases with increasing depth, so that their cross-sectional shape, for example, essentially follows a triangular shape.

Grundsätzlich kann das Erhitzen zum Schmelzen der Lotringe auf unterschiedliche geeignete Weisen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Erhitzen jedoch in einem Vakuumlötofen. Außerdem können die Lotringe als feste Ringe bereitgestellt werden, die als solche in die gestapelte Anordnung eingesetzt werden können. Alternativ können die Lotringe aber auch aus einer Lotpaste oder einem Lotpulver hergestellt werden, indem die Lotpaste bzw. das Lotpulver an den gewünschten Ort für den jeweiligen Lotring in der gestapelten Anordnung eingebracht wird.In principle, the heating for melting the solder rings can take place in different suitable ways. However, the heating is preferably carried out in a vacuum brazing furnace. Additionally, the solder rings can be provided as solid rings that can be inserted into the stacked assembly as such. Alternatively, however, the solder rings can also be produced from a solder paste or a solder powder, in that the solder paste or the solder powder is introduced at the desired location for the respective solder ring in the stacked arrangement.

Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung eines optisch transparenten Fensters auf einem metallischen Werkstück zum Verschließen einer Öffnung des metallischen Werkstücks, wobei
über der Öffnung ein Ausgleichsring angeordnet ist, der mittels einer Lotverbindung mit dem metallischen Werkstück verbunden ist,
auf dem Ausgleichsring ein Haltering angeordnet ist, der mittels einer Lotverbindung mit Ausgleichsring verbunden ist, und
auf dem Haltering das optisch transparente Fenster angeordnet ist, das mittels einer Lotverbindung mit dem Haltering verbunden ist, wobei
der Haltering aus einem Material hergestellt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient maximal 15 % von dem des Materials des optisch transparenten Fensters abweicht, bevorzugt maximal 10 %, ganz besonders besonders bevorzugt maximal 5 %, und
der Ausgleichsring aus einem Material hergestellt ist, dessen Elastizitätsmodul höchstens 80 %, bevorzugt maximal 70 %, ganz besonders besonders bevorzugt höchstens 50 % des Elastizitätsmoduls des Haltrings sowie höchstens 80 %, bevorzugt maximal 70 %, ganz besonders besonders bevorzugt höchstens 50 % des Elastizitätsmoduls des metallischen Werkstücks beträgt.The invention also relates to an arrangement of an optically transparent window on a metal workpiece for closing an opening of the metal workpiece, wherein
a compensating ring is arranged above the opening, which is connected to the metallic workpiece by means of a solder joint,
a retaining ring is arranged on the compensating ring, which is connected to the compensating ring by means of a soldered connection, and
the optically transparent window is arranged on the retaining ring, which is connected to the retaining ring by means of a soldered connection, wherein
the retaining ring is made of a material whose coefficient of thermal expansion differs by a maximum of 15% from that of the material of the optically transparent window, preferably by a maximum of 10%, very particularly preferably by a maximum of 5%, and
the compensating ring is made of a material whose modulus of elasticity is at most 80%, preferably at most 70%, very particularly preferably at most 50% of the modulus of elasticity of the retaining ring and at most 80%, preferably at most 70%, very particularly particularly preferably at most 50% of the modulus of elasticity of the metallic workpiece is.

Bevorzugte Weiterbildungen dieser erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich in Analogie zu den oben beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.Preferred developments of this arrangement according to the invention result in analogy to the preferred developments of the method according to the invention described above.

Nachfolgend wir die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.The invention is explained in more detail below using a preferred exemplary embodiment with reference to the drawings.

In den Zeichnungen zeigen

1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht die Herstellung einer gestapelten Anordnung für die Befestigung eines optisch transparenten Fensters auf einem metallischen Werkstück gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
2 schematisch die Anordnung des optisch transparenten Fensters auf dem metallischen Werkstück gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Show in the drawings

1 schematically in a perspective view the production of a stacked arrangement for the attachment of an optically transparent window on a metal workpiece according to a preferred embodiment of the invention and
2 schematically shows the arrangement of the optically transparent window on the metallic workpiece according to the preferred embodiment of the invention.

Aus 1 ist die Herstellung einer gestapelten Anordnung 4 für die Befestigung eines optisch transparenten Fensters 3 in Form eines Saphirfensters auf einem metallischen Werkstück 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ersichtlich, wobei das metallische Werkstück 1 nur in 2 gezeigt ist, die die gesamte Anordnung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im fertiggestellten Zustand zeigt.Out of 1 shows the production of a stacked arrangement 4 for the attachment of an optically transparent window 3 in the form of a sapphire window on a metallic workpiece 1 according to a preferred embodiment of the invention, wherein the metallic workpiece 1 is only in 2 1 is shown showing the entire assembly according to the preferred embodiment of the invention in the completed state.

Wie in 1 dargestellt, werden zwischen dem metallischen Werkstück 1 und dem optisch transparenten Fenster 3 zwei Ringe eingesetzt, nämlich ein Ausgleichsring 6 in Form eines Kupferrings und ein Haltering 8 in Form eines Kovarrings. Der Ausgleichsring 6, der mit dem metallischen Werkstück 1 verlötet wird, weist einen eingekerbten Querschnitt auf, ist nämlich umfangseitig mit einer umlaufenden Nut 11 versehen. Dies ist schematisch aus 2 ersichtlich. Dadurch behält der Ausgleichsring 6 eine große Kontaktfläche zu den anderen Bauteilen und ist trotzdem flexibel. Er vermittelt dadurch zwischen den Ausdehnungskoeffizienten, so dass nicht die gesamte mechanische Spannung weitergegeben wird. Ebenso weist der Haltering 8 ein umlaufende Nut 12 auf.As in 1 shown, two rings are used between the metallic workpiece 1 and the optically transparent window 3, namely a balancing ring 6 in the form of a copper ring and a retaining ring 8 in the form of a Kovar ring. The compensating ring 6, which is soldered to the metal workpiece 1, has a notched cross-section, namely it is provided with a circumferential groove 11 on the peripheral side. This is schematic 2 apparent. As a result, the compensating ring 6 retains a large contact area with the other components and is still flexible. It thus mediates between the coefficients of expansion, so that the entire mechanical stress is not passed on. The retaining ring 8 also has a circumferential groove 12 .

Zwischen diesem Ausgleichsring 6 und dem optische transparenten Fenster 3 sitzt der Haltering 8. Die spezielle Legierung des Haltrerings 8 hat einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Saphir. Dadurch entsteht zwischen diesem und dem Saphirfenster nahezu keine Spannung. Gleichzeitig kann der Haltering 8 auf der anderen Seite Kräfte aufnehmen, da er als Metall deutlich flexibler ist als das spröde Saphirfenster. Im Vergleich zu Metall/Metall-Verbindungen ist die Verbindung zwischen dem Metall und dem Saphirfenster deutlich rissanfälliger. Dementsprechend wird durch die Verwendung des Kovar an der kritischen Verbindung zum Saphirkristall erreicht, dass die Lotverbindung nicht durch Mikrorisse geschwächt wird, wie sie sonst auftreten können, wenn die Ausdehnungskoeffizienten der verlöteten Materialien nicht im Wesentlichen übereinstimmen. Zwischen die jeweiligen Bauteile, also zwischen den Ausgleichsring 6 und das metallische Werkstück 1, zwischen den Ausgleichsring 6 und den Haltering 8 und zwischen den Haltering 8 und das optisch transparente Fenster 3 wird ein titanhaltiges Aktivlot eingesetzt, welches in Ringform vorliegt, also in Form von Lotringen 5, 7, 9.The retaining ring 8 sits between this compensating ring 6 and the optically transparent window 3. The special alloy of the retaining ring 8 has a similar coefficient of thermal expansion as sapphire. As a result, there is almost no tension between this and the sapphire window. At the same time, the retaining ring 8 can absorb forces on the other side, since being metal it is significantly more flexible than the brittle sapphire window. Compared to metal-to-metal bonds, the bond between the metal and the sapphire window is significantly more prone to cracking. Accordingly, the use of the kovar at the critical junction to the sapphire crystal ensures that the solder joint is not weakened by microcracks that can otherwise occur when the coefficients of expansion of the materials being soldered do not substantially match. A titanium-containing active solder is used between the respective components, i.e. between the compensating ring 6 and the metallic workpiece 1, between the compensating ring 6 and the retaining ring 8 and between the retaining ring 8 and the optically transparent window 3 Lorringen 5, 7, 9.

Diese gestapelte Anordnung 4 wird in die Öffnung 2 des Werkstücks 1 eingelegt, und zwar derat, dass sie auf einem in der Öffnung 2 vorgesehenen Absatz 10 zu liegen kommt. Auf diese Weise ist die gestapelte Anordnung 4 zumindest teilweise in die Öffnung 2 eingesetzt. Das gesamte Ensemble, also das metallische Werkstück 1 zusammen mit der in der Öffnung 2 des metallischen Werkstücks 1 angeordneten gestapelten Anordnung 4 wird nun langsam in einem Vakuumlötofen bis oberhalb der Schmelztemperatur des Lots der Lotringe 5, 7, 9 erhitzt, und zwar gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wie folgt: Innerhalb von 90 min bis auf eine Temperatur von 750 °C erhöhen, bei dieser Temperatur 10 min halten, innerhalb von 120 min herunter auf eine Temperatur von 450° C und dann weiter abkühlen lassen auf Raumtemperatur.This stacked arrangement 4 is placed in the opening 2 of the workpiece 1 in such a way that it comes to rest on a shoulder 10 provided in the opening 2 . In this way the stacked arrangement 4 is at least partially inserted into the opening 2 . The entire ensemble, i.e. the metallic workpiece 1 together with the stacked arrangement 4 arranged in the opening 2 of the metallic workpiece 1, is now slowly heated in a vacuum soldering furnace to above the melting temperature of the solder of the solder rings 5, 7, 9, in accordance with the here described exemplary embodiment as follows: increase to a temperature of 750° C. within 90 minutes, hold at this temperature for 10 minutes, down to a temperature of 450° C. within 120 minutes and then allow to cool further to room temperature.

Das Lot benetzt dabei die Oberflächen der Bauteile und es kommt bei den metallischen Bauteilen zu einer Oberflächenlegierung. Am Saphirkristall gehen die aktiven Bestandteile des Lots, hauptsächlich das Titan, eine chemische Verbindung mit den Sauerstoffanteilen des Saphirkristalls ein. Beim Abkühlen erhärtet sich das Lot und eine feste Verbindung entsteht.The solder wets the surfaces of the components and a surface alloy is formed on the metallic components. On the sapphire crystal, the active components of the solder, mainly the titanium, form a chemical compound with the oxygen content of the sapphire crystal. As the solder cools, it hardens and a solid connection is formed.

BezugszeichenlisteReference List

11: metallisches Werkstückmetallic workpiece
22: Öffnungopening
33: optisch transparentes Fensteroptically transparent window
44: gestapelte Anordnungstacked arrangement
55: erster Lotringfirst solder ring
66: Ausgleichsringbalancing ring
77: zweiter Lotringsecond solder ring
88th: Halteringretaining ring
99: dritter Lotringthird solder ring
1010: AbsatzUnit volume
1111: umlaufende Nut des Ausgleichsringscircumferential groove of the compensating ring
1212: umlaufende Nut des Halteringscircumferential groove of the retaining ring

Claims

Verfahren zum Verschließen einer Öffnung (2) eines metallischen Werkstücks (1) mit einem optisch transparenten Fenster (3), mit folgenden Verfahrensschritten: - Herstellen einer gestapelten Anordnung (4) über der Öffnung (2) des metallischen Werkstücks (1) mit folgenden Komponenten: einem ersten Lotring (5) auf dem metallischen Werkstück (1), einem Ausgleichsring (6) auf dem ersten Lotring (5), einem zweiten Lotring (7) auf dem Ausgleichsring (6), einem Haltering (8) auf dem zweiten Lotring (7), einem dritten Lotring (9) auf dem Haltering (8) und dem optisch transparenten Fenster (3) auf dem dritten Lotring (9), - Erhitzen des metallischen Werkstücks (1) zusammen mit der gestapelten Anordnung (4), so dass es zum Schmelzen der Lotringe (5, 7, 9) kommt, und - Abkühlen des metallischen Werkstücks (1) zusammen mit der gestapelten Anordnung (4) auf Zimmertemperatur, wobei der Haltering (8) aus einem Material hergestellt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient maximal 15 % von dem des Materials des optisch transparenten Fensters (3) abweicht, und der Ausgleichsring (6) aus einem Material hergestellt ist, dessen Elastizitätsmodul höchstens 80 % des Elastizitätsmoduls des Haltrings (8) sowie höchstens 80 % des Elastizitätsmoduls des metallischen Werkstücks (1) beträgt.Method for closing an opening (2) in a metallic workpiece (1) with an optically transparent window (3), with the following method steps: - producing a stacked arrangement (4) over the opening (2) in the metallic workpiece (1) with the following components : a first solder ring (5) on the metal workpiece (1), a shim ring (6) on the first solder ring (5), a second solder ring (7) on the shim ring (6), a retaining ring (8) on the second solder ring (7), a third solder ring (9) on the retaining ring (8) and the optically transparent window (3) on the third solder ring (9), - heating the metallic workpiece (1) together with the stacked assembly (4), so that the solder rings (5, 7, 9) melt, and - cooling the metallic workpiece (1) together with the stacked arrangement (4) to room temperature, the retaining ring (8) being made of a material whose thermal expansion coefficient maximum 15% of that of the Material of the optically transparent window (3) differs, and the compensating ring (6) is made of a material whose modulus of elasticity is at most 80% of the modulus of elasticity of the retaining ring (8) and is at most 80% of the modulus of elasticity of the metallic workpiece (1).

Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Öffnung (2) des metallischen Werkstücks (1) mit einem umlaufenden Absatz (10) versehen wird, so dass die gestapelte Anordnung (4) auf diesem Absatz (10) angeordnet und dabei zumindest teilweise in die Öffnung (2) eingesetzt werden kann.procedure after claim 1 , wherein the opening (2) of the metallic workpiece (1) is provided with a circumferential shoulder (10), so that the stacked arrangement (4) is arranged on this shoulder (10) and thereby at least partially inserted into the opening (2). can.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Lotmaterial für die Lotringe (5, 7, 9) ein titanhaltiges Aktivlot verwendet wird.procedure after claim 1 or 2 , wherein a titanium-containing active solder is used as the solder material for the solder rings (5, 7, 9).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material für alle Lotringe (5, 7, 9) das gleiche ist.Method according to one of the preceding claims, in which the material is the same for all solder rings (5, 7, 9).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (2) des metallischen Werkstücks (1), die Lotringe (5, 7, 9), der Ausgleichsring (6), der Haltering (8) und das optisch transparente Fenster (3) kreisrund sind.Method according to one of the preceding claims, wherein the opening (2) of the metallic workpiece (1), the solder rings (5, 7, 9), the compensating ring (6), the retaining ring (8) and the optically transparent window (3) are circular are.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgleichsring (6) umfangsseitig eine umlaufende Nut 11 aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the compensating ring (6) has a circumferential groove 11 on the peripheral side.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Haltering (8) umfangsseitig eine umlaufende Nut (11) aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the retaining ring (8) has a peripheral groove (11).

Anordnung eines optisch transparenten Fensters (3) auf einem metallischen Werkstück (1) zum Verschließen einer Öffnung (2) des metallischen Werkstücks (1), wobei über der Öffnung (2) ein Ausgleichsring (6) angeordnet ist, der mittels einer Lotverbindung mit dem metallischen Werkstück (1) verbunden ist, auf dem Ausgleichsring (6) ein Haltering (8) angeordnet ist, der mittels einer Lotverbindung mit dem Ausgleichsring (6) verbunden ist, und auf dem Haltering (8) das optisch transparente Fenster (3) angeordnet ist, das mittels einer Lotverbindung mit dem Haltering (8) verbunden ist, wobei der Haltering (8) aus einem Material hergestellt ist, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient maximal 15 % von dem des Materials des optisch transparenten Fensters (3) abweicht, und der Ausgleichsring (6) aus einem Material hergestellt ist, dessen Elastizitätsmodul höchstens 80 % des Elastizitätsmoduls des Haltrings (8) sowie höchstens 80 % des Elastizitätsmoduls des metallischen Werkstücks (1) beträgt.Arrangement of an optically transparent window (3) on a metallic workpiece (1) for closing an opening (2) of the metallic workpiece (1), wherein A compensating ring (6) is arranged above the opening (2) and is connected to the metallic workpiece (1) by means of a soldered joint, a retaining ring (8) is arranged on the compensating ring (6) and is connected to the compensating ring (6) by means of a soldered joint, and the optically transparent window (3) is arranged on the retaining ring (8), which is connected to the retaining ring (8) by means of a soldered connection, wherein the retaining ring (8) is made of a material whose coefficient of thermal expansion differs by no more than 15% from that of the material of the optically transparent window (3), and the compensating ring (6) is made of a material whose modulus of elasticity is at most 80% of the modulus of elasticity of the retaining ring (8) and at most 80% of the modulus of elasticity of the metallic workpiece (1).

Anordnung nach Anspruch 8, wobei der Ausgleichsring (6) umfangsseitig eine umlaufende Nut 11 aufweist und/oder der Haltering (8) umfangsseitig eine umlaufende Nut 12 aufweist.arrangement according to claim 8 , wherein the compensating ring (6) has a peripheral groove 11 and/or the retaining ring (8) has a peripheral groove 12.