DE1867095U - QUARTZ WINDOW. - Google Patents

Description

RA.669 808*19.10.62RA.669 808 * 10/19/62

Patentanwälte
DIPL-ING. R. BEEUPatent attorneys
DIPL-ING. R. BEEU

DIPL^ING.LAMPRECHT 410-8102G-LR (7) 19.10.1962DIPL ^ ING.LAMPRECHT 410-8102G-LR (7) October 19, 1962

München22,SWMdOrWf₁IO (_B 467-3) Munich 22, SWMdOrWf ₁ IO ( _B 467-3)

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

QuarzfensterQuartz window

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.The innovation concerns a quartz window that can be inserted into the yfend of a tight vessel and from one round quartz disk, which is held by a metal ring.

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.Such quartz windows are used in particular in containers or vessels in which an overpressure or a very high pressure Vacuum must be maintained »Especially in the latter case it is very difficult to find such a quartz window under each prevailing pressure and temperature conditions without generation Undesirable mechanical stresses in the quartz disk to produce perfectly tight and to keep tight.

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 undThe quartz window according to the innovation that solves this task, is essentially characterized by the fact that the round quartz disk has bevels on the circumference of its two opposing surfaces which are the width of that on the inner surface of the metal ring adjacent edge surface and that the tight connection between the quartz disk and

dem sie umspannenden Ring durch radialen Spanndruck und Lotung erzielt ist.the ring that spans them by radial clamping pressure and plumbing is achieved.

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»The innovation also includes a device for producing the quartz window, as described above. These The device is essentially identified by a carrier for the metal ring, a guide device for the central guidance of the quartz disk relative to the metal ring, a Heating device, in particular an induction furnace, for generating a thermal expansion of the metal ring and a stop that prevents the introduction of the quartz disk into the metal ring after the Extension of the latter limited »

Y/eitere Merkmale des neuerungsgemäßen Quarzfensters, die einzeln oder in beliebiger Kombination angewendet werden können,Other features of the quartz window according to the innovation, the can be used individually or in any combination,

Der die Quarzscheibe einfassende Met'ällring besteht aus einem gegenüber Quarz "aktiven" Metall«The metal ring surrounding the quartz disk consists of a metal "active" towards quartz «

Die beiderseitigen Randabsehrägungen der Quarzscheibe schließen miteinander einen Winkel von etwa 30° ein.The cut-offs on both sides of the quartz disc form an angle of about 30 ° with one another.

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:For a more detailed explanation of the innovation, an exemplary embodiment of the quartz window according to the innovation is shown in the drawing shown together with parts of a device that is used for Making the window used} show it:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch die Quarzscheibe mit doppelseitig abgeschrägtem Rand;1 shows an axial longitudinal section through the quartz disk with the edge beveled on both sides;

Mg» 2 eine schematische Darstellung des Herstellungsvorganges des neuerungsgemäßen Quarzfensters;Mg »2 a schematic representation of the manufacturing process of the quartz window according to the invention;

Pig. 3 einen Axialschnitt durch das fertige Fenster.Pig. 3 shows an axial section through the finished window.

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.The innovation relates in particular to a window that for example used in the wall of a vacuum vessel and consists of a quartz disc which is completely solid and tight with a metal ring surrounding the quartz disc must be connected. In order to achieve a tight fit and perfect sealing of the quartz disc in the metal ring, Generates a radial compressive stress in the quartz disk, which has the purpose after the disk has been inserted into the metal ring to keep away from this any tensile or shear stress. This radial pressure pre-tensioning is obtained by the metal ring shrunk onto the quartz disk} the actual seal between the quartz disk and the metal ring takes place then through soldering.

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.It turns out to be useful for the metal ring Select material from those metals that have a greater coefficient of thermal expansion than quartz. Farther it is best to use so-called "active" metals for the ring to use, i.e. metals that "wet" a material such as quartz and consequently make it possible to achieve soldered connections with quartz, without the quartz being metallized beforehand. Examples of these metals are zircon, titanium, tantalum, and niobium called.

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.It goes without saying that the inside diameter of the ring is initially, i.e. before the ring is heated, smaller than the outer diameter of the quartz disk.

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. . ,.To the axial dimensions of the soldered connection as possible to downsize and unwanted edge pressuregn -S'es quartz material To a large extent to be avoided are with the quartz disk 1, as they are in the Pig. 1 is shown on the circumference of both sides gen side face. Bevels 2 provided, whereby the peripheral Edge surface 3 of the disc, which is on the inner surface of the the disc encompassing ring 4 is supported, is very much reduced in size. This very strong reduction of the edge surface - the Although the radial compressive stress at the edge of the quartz disk is increased, this compressive stress does not, however, bring about any disadvantages - avoids the occurrence of other tensions that are essential would be more disadvantageous. . ,.

Zweckmäßigerweise schließen die beiden Abschrägungen 2 der Scheibe einen Winkel von ungefähr 30° miteinander ein.The two bevels 2 of the disk expediently enclose an angle of approximately 30 ° with one another.

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.A device for the production of penster elements according to the innovation is in the Pig. $ schematically illustrated According to this figure, the beveled at its marginal edges Quartz disk 1 is placed over the metal ring in which it is to be clamped. This ring is preferably on its upper inner edge provided with a slight bevel 5, which a conical centering guide when inserting the quartz sheet be in the ring 4 forms.

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.The ring 4 with the quartz disk placed on it is used in an induction furnace, which is symbolized by the winding 9 and inductively heat the ring 4 so far may that it expands considerably radially.

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.In this device, means are also seen, such as a weight or pressure member 6, which is used to Slide disk 1 into the ring in the direction of arrow f, holding elements such as 7 »which hold the ring 4 in its Hold position and finally a stop 8, which pushes in of the disc 1 in the ring 4 when the expansion of the ring allows the insertion of the disc into the ring.

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.After the disk 1 has been introduced into the ring 4, it is then a soldering is carried out, which creates a tight connection between the disc and the ring results.

. 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. In attempts to manufacture Pe'nst ere elements according to The innovation has shown that the ring material is titanium and the solder is a eutectic silver-copper alloy or aluminum are particularly suitable 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.Quartz disks, for example, are used in these experiments with a diameter of 30 mm and a thickness of 5 mm as well as metal rings with an outside diameter of 45 mm »Bei these dimensions of the disks and the rings became the inner diameter of the ring around values between. 0 and 0.15 mm smaller than the outer diameter of the quartz disk in order to achieve a sufficient To achieve restraint.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß das Löten in einem durch Widerstand beheizten Vakuum-Ofen erfolgte.Finally, it should be pointed out that the soldering was carried out in a vacuum oven heated by resistance.

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.The innovation can be different for the manufacture Window elements are used in which a quartz disk is completely tightly connected to a metal ring that surrounds it must become. Among such elements are particularly the quartz windows, as they are used in vacuum vessels, in which a very high vacuum is created and maintained.

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.It should be clear that the innovation does not apply to the above The exemplary embodiment described and illustrated in the drawing is limited. One can use this exemplary embodiment deviate in an obvious way and also change the shape of the disc and the ring without leaving the scope of the innovation.

Claims (3)

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 SchutzanaprUoheΑ.81572020.ΪΖΪ2 L-ING. LAMfRECHT Munich 22, Sieinsdorfslr. 10 410-8102G-BWi (6) December 20, 1962 α 9-8i6 / 32b Sqm Heue Page 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.1. Quara window, which is intended to be set in the wall of a dihtott vessel and consists of a round quartz disk, which is held in place by a metal ring. thereby g <s 3c e η η a «· i η β t, that the round quartz disk has on the circumference of its two opposing surfaces Absehri.-Guni-en, which reduce the width of the edge surface lying on the inner surface of the Metßllringes and that the tight connection between O <έτ Quara disk and <iem ei β encompassing King by radial / opening pressure and! jötung is achieved. 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.2. Quartz window according to claim 1, characterized in that the metal ring consists of a ^{metal that is active against quartz '.- ^ 11} , such as titanium, tantalum, niobium or a similar metal. 3. Quarafenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die beiciereeitigen HandabßChrägungen der Quaraecheibe einen Winkel Von. etwa 30° miteinander einschließen.3. Quara window according to claim 1, characterized in that »that the two-sided bevels of the quartz disk Angle of. enclose about 30 ° with each other. beftaden JJ.J _h loading yyyy _h wfl lnto« o n₉e_Sehen werden. Am aww^wfl lnto "on ₉ e _S will go. Am aww ^ den O&llohen Preisen «eltefert.the low prices «eltefert. ,.», t^M!« elnawwien 'Jnterloaen beftaden JJ.J _{hteryon Quoh Fotokoplen} ,. », T ^ M!« Elnawwien 'Interloaen beftaden JJ.J _{hteryon Quoh photocopies} miHMwfl lnto«s*s oabüfcenfret ein₉e_Sehen werden. Am aww^ ,miHMwfl lnto 's * s oabüfcenfret a ₉ e _S will go. At aww ^,