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DE102023115004A1 - Flange, flange connection, vacuum and/or reaction chamber and system for thermal laser epitaxy - Google Patents

Flange, flange connection, vacuum and/or reaction chamber and system for thermal laser epitaxy Download PDF

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DE102023115004A1
DE102023115004A1 DE102023115004.9A DE102023115004A DE102023115004A1 DE 102023115004 A1 DE102023115004 A1 DE 102023115004A1 DE 102023115004 A DE102023115004 A DE 102023115004A DE 102023115004 A1 DE102023115004 A1 DE 102023115004A1
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DE
Germany
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flange
vacuum
reaction chamber
cutting edge
opening
Prior art date
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Application number
DE102023115004.9A
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German (de)
Inventor
Wolfgang Braun
Hans Boschker
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flansch (10) aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch (10) an einer Öffnung (104) in einer Kammerwandung (102) einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch (10) zur Abdichtung der Öffnung (104) der Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche (20) aufweist, an die sich eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) anschließt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Flanschverbindung (50), aufweisend ein erstes Flanschelement (52), ein zweites Flanschelement (54), einen Dichtring (60) sowie eine Spannvorrichtung (70), wobei das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) jeweils eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) aufweisen, wobei der Dichtring (60) aus einem weicheren Material als die Schneidkanten (30) besteht und zwischen dem ersten Flanschelement (52) und dem zweiten Flanschelement (54) anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung (50) das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) durch die Spannvorrichtung (70) gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante (30) des ersten Flanschelements (52) und die Schneidkante (30) des zweiten Flanschelements (54) von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring (60) drücken. Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) mit einer Kammerwandung (102) und einer Öffnung (104) in der Kammerwandung (102), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) ferner einen derartigen Flansch (10) für die Öffnung (104) aufweist, wobei der Flansch (10) an der Öffnung (104) abgedichtet angeordnet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein System (200) für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer derartigen Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) eineThe invention relates to a flange (10) made of an aluminum alloy, wherein the flange (10) is arranged or can be arranged in a sealed manner at an opening (104) in a chamber wall (102) of a vacuum and/or reaction chamber (100), wherein the flange (10) further comprises a circumferential and flat sealing surface (20) for sealing the opening (104) of the vacuum and/or reaction chamber (100) from the environment, which sealing surface is adjoined by a cutting edge (30) for a cutting seal (40). Furthermore, the invention relates to a flange connection (50) comprising a first flange element (52), a second flange element (54), a sealing ring (60) and a clamping device (70), wherein the first flange element (52) and the second flange element (54) each have a cutting edge (30) for a cutting seal (40), wherein the sealing ring (60) consists of a softer material than the cutting edges (30) and can be arranged between the first flange element (52) and the second flange element (54), and in order to seal the flange connection (50), the first flange element (52) and the second flange element (54) can be pressed against one another by the clamping device (70), so that the cutting edge (30) of the first flange element (52) and the cutting edge (30) of the second flange element (54) press into the sealing ring (60) from opposite sides. The invention further relates to a vacuum and/or reaction chamber (100) with a chamber wall (102) and an opening (104) in the chamber wall (102), wherein the vacuum and/or reaction chamber (100) further comprises such a flange (10) for the opening (104), wherein the flange (10) is arranged in a sealed manner at the opening (104). The invention further relates to a system (200) for thermal laser epitaxy (TLE) with at least one such vacuum and/or reaction chamber (100), wherein the vacuum and/or reaction chamber (100) has a

Description

Die Erfindung betrifft einen Flansch aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch an einer Öffnung in einer Kammerwandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch zur Abdichtung der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche aufweist, an die sich eine Schneidkante für eine Schneiddichtung anschließt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Flanschverbindung, aufweisend ein erstes Flanschelement, ein zweites Flanschelement, einen Dichtring sowie eine Spannvorrichtung, wobei das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement jeweils eine Schneidkante für eine Schneiddichtung aufweisen, wobei der Dichtring aus einem weicheren Material als die Schneidkanten besteht und zwischen dem ersten Flanschelement und dem zweiten Flanschelement anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement durch die Spannvorrichtung gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante des ersten Flanschelements und die Schneidkante des zweiten Flanschelements von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring drücken. Ferner betrifft die Erfindung eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit einer Kammerwandung und einer Öffnung in der Kammerwandung, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer ferner einen derartigen Flansch für die Öffnung aufweist, wobei der Flansch an der Öffnung abgedichtet angeordnet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein System für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer derartigen Vakuum- und/oder Reaktionskammer, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer eine Kammerwandung mit einer oder mehreren Öffnungen aufweist an denen jeweils ein Flansch angeordnet ist.The invention relates to a flange made of an aluminum alloy, wherein the flange is arranged or can be arranged in a sealed manner at an opening in a chamber wall of a vacuum and/or reaction chamber, wherein the flange further has a circumferential and flat sealing surface for sealing the opening of the vacuum and/or reaction chamber from the environment, to which a cutting edge for a cutting seal is connected. In addition, the invention relates to a flange connection, comprising a first flange element, a second flange element, a sealing ring and a clamping device, wherein the first flange element and the second flange element each have a cutting edge for a cutting seal, wherein the sealing ring consists of a softer material than the cutting edges and can be arranged between the first flange element and the second flange element, and to seal the flange connection, the first flange element and the second flange element can be pressed against one another by the clamping device, so that the cutting edge of the first flange element and the cutting edge of the second flange element press into the sealing ring from opposite sides. The invention further relates to a vacuum and/or reaction chamber with a chamber wall and an opening in the chamber wall, wherein the vacuum and/or reaction chamber further comprises such a flange for the opening, wherein the flange is arranged in a sealed manner at the opening. The invention further relates to a system for thermal laser epitaxy (TLE) with at least one such vacuum and/or reaction chamber, wherein the vacuum and/or reaction chamber comprises a chamber wall with one or more openings, at each of which a flange is arranged.

Vakuum- und/oder Reaktionskammern werden in der modernen Technik weitläufig eingesetzt, zum Beispiel um einen Raum beziehungsweise ein Volumen bereitzustellen, das gegenüber der Umgebung abgedichtet ist. Eine kontrollierbare Reaktionsatmosphäre kann dann insbesondere in diesen Vakuum- und/oder Reaktionskammern bereitgestellt werden, wobei Eigenschaften der Reaktionsatmosphäre wie beispielsweise Zusammensetzung und Druck über weite Bereiche beliebig eingestellt werden können.Vacuum and/or reaction chambers are widely used in modern technology, for example to provide a space or a volume that is sealed from the environment. A controllable reaction atmosphere can then be provided in particular in these vacuum and/or reaction chambers, whereby properties of the reaction atmosphere such as composition and pressure can be adjusted as desired over a wide range.

Ein oftmals für derartige Vakuum- und/oder Reaktionskammern eingesetztes Material ist Stahl. Für manche Einsatzgebiete hat sich jedoch herausgestellt, dass Stahl nicht die beste Wahl darstellt, beispielsweise wenn eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Materials der Vakuum- und/oder Reaktionskammer von Vorteil ist. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung ist die thermische Laser Epitaxie (TLE), in der im Volumen der Vakuum- und/oder Reaktionskammer bereitgestelltes Quellenmaterial durch hochintensive Laserstrahlung unterhalb der Plasmaschwelle thermisch verdampft und/oder sublimiert wird. Das verdampfte und/oder sublimierte Material wird zumeist verwendet, um auf einem Substrat eine hochreine Schicht abzuscheiden, mit anderen Worten um das Substrat zu bedampfen.A material often used for such vacuum and/or reaction chambers is steel. However, for some applications, steel has been shown not to be the best choice, for example when a high thermal conductivity of the material of the vacuum and/or reaction chamber is advantageous. An example of such an application is thermal laser epitaxy (TLE), in which source material provided in the volume of the vacuum and/or reaction chamber is thermally evaporated and/or sublimated by high-intensity laser radiation below the plasma threshold. The evaporated and/or sublimated material is usually used to deposit a high-purity layer on a substrate, in other words to vapor-deposit the substrate.

Trifft hierbei der Laserstrahl auf die Kammerwandung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer, versehentlich oder zum Beispiel nach Reflektion am Quellenmaterial, kann ein hoher Energieeintrag in das Material der Vakuum- und/oder Reaktionskammer die Folge sein. Durch einen Einsatz eines Materials mit einer im Vergleich zu Stahl hoher Wärmeleitfähigkeit kann ein lokales Aufheizen der Kammerwandung bis hin zu physischen Schäden vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden. Geeignete Materialien stellen zum Beispiel Aluminiumlegierungen dar.If the laser beam hits the chamber wall of the vacuum and/or reaction chamber, accidentally or, for example, after reflection from the source material, this can result in a high energy input into the material of the vacuum and/or reaction chamber. By using a material with a high thermal conductivity compared to steel, local heating of the chamber wall and even physical damage can be avoided or at least significantly reduced. Suitable materials include aluminum alloys.

Gleichzeitig ist es erforderlich, Zugänge zum Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer zu ermöglichen, im obigen Beispiel insbesondere für eine Einkopplung des Laserstrahls sowie zur Bereitstellung des Quellenmaterials und des zu bedampfenden Substrats. Flansche beziehungsweise Flanschverbindungen stellen geeignete Mittel dar, um an Öffnungen in der Kammerwandung zum einen den erforderlichen Zugang ins Innere der Vakuum- und/oder Reaktionskammer zu erlauben, aber gleichzeitig ein Abdichten dieser Öffnung gegenüber der Umwelt zu ermöglichen. Da auch diese Flansche beziehungsweise Flanschverbindungen als Teil der Vakuum- und/oder Reaktionskammer versehentlich von Laserstrahlung getroffen werden könnten, können diese bevorzugt auch aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.At the same time, it is necessary to allow access to the interior of the vacuum and/or reaction chamber, in the above example in particular for coupling in the laser beam and for providing the source material and the substrate to be vapor-deposited. Flanges or flange connections are suitable means for allowing the necessary access to the interior of the vacuum and/or reaction chamber at openings in the chamber wall, but at the same time for sealing this opening from the environment. Since these flanges or flange connections, as part of the vacuum and/or reaction chamber, could also be accidentally hit by laser radiation, they can preferably also be made of an aluminum alloy.

Wie voranstehend bereits ausgeführt, können in einem TLE System hochreine Schichten auf ein Substrat aufgedampft werden. Um dies zu erreichen, muss auch die im Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer vorhandene Reaktionsatmosphäre höchsten Ansprüchen genügen. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass die Vakuum- und/oder Reaktionskammer im Vorfeld der Bedampfung in einem sogenannten Bake-Out-Prozess aufgeheizt wird. Hierbei ist es erforderlich, dass ein verschlossener Flansch vor, während und insbesondere auch nach diesem Aufheizen eine hohe Dichtigkeit aufweist, da ansonsten wieder Umgebungsluft in die Vakuum- und/oder Reaktionskammer eindringen kann.As already explained above, high-purity layers can be vapor-deposited onto a substrate in a TLE system. To achieve this, the reaction atmosphere inside the vacuum and/or reaction chamber must also meet the highest standards. This can be achieved, among other things, by heating the vacuum and/or reaction chamber in a so-called bake-out process prior to vapor deposition. It is necessary for a closed flange to be highly airtight before, during and especially after this heating, as otherwise ambient air can penetrate into the vacuum and/or reaction chamber again.

Zusammenfassend ergibt sich somit ausgehend von bekannten Vakuum- und/oder Reaktionskammern und Flanschen beziehungsweise Flanschverbindungen die Aufgabe, einen verbesserten Flansch, eine verbesserte Flanschverbindung, eine verbesserte Vakuum- und/oder Reaktionskammer und ein verbessertes TLE System zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelt sind. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Flansch, eine verbesserte Flanschverbindung, eine verbesserte Vakuum- und/oder Reaktionskammer und ein verbessertes TLE System zu schaffen, bei denen eine hohe, bevorzugt höchste, Dichtigkeit des Flansches vor, während und nach einem Aufheizen im Zuge eines Bake-Out-Prozesses gewährleistet ist beziehungsweise bleibt.In summary, based on known vacuum and/or reaction chambers and flanges or flange connections the task of creating an improved flange, an improved flange connection, an improved vacuum and/or reaction chamber and an improved TLE system, which are further developed compared to the prior art. In particular, the object of the present invention is to create an improved flange, an improved flange connection, an improved vacuum and/or reaction chamber and an improved TLE system, in which a high, preferably maximum, tightness of the flange is or remains guaranteed before, during and after heating in the course of a bake-out process.

Voranstehende Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Flansch gemäß Anspruch 1, durch eine Flanschverbindung gemäß Anspruch 13, durch eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß Anspruch 16 sowie durch ein TLE System gemäß Anspruch 19 gelöst. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Vorteile, die bezüglich des erfindungsgemäßen Flansches beschrieben sind, auch in Bezug auf eine erfindungsgemäße Flanschverbindung, in Bezug auf eine erfindungsgemäße Vakuum- und/oder Reaktionskammer beziehungsweise in Bezug auf ein erfindungsgemäßes TLE System und jeweils umgekehrt, soweit technisch sinnvoll und möglich.The above object is solved by the independent claims. In particular, the object is solved by a flange according to claim 1, by a flange connection according to claim 13, by a vacuum and/or reaction chamber according to claim 16 and by a TLE system according to claim 19. Further features emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and advantages described with regard to the flange according to the invention also apply with regard to a flange connection according to the invention, with regard to a vacuum and/or reaction chamber according to the invention or with regard to a TLE system according to the invention and vice versa, insofar as technically reasonable and possible.

Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Flansch aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch an einer Öffnung in einer Kammerwandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch zur Abdichtung der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche aufweist, an die sich eine Schneidkante für eine Schneiddichtung anschließt, wobei eine an die Dichtfläche angrenzende innere Seitenfläche der Schneidkante mit der Dichtfläche einen Winkel von 110° einschließen.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a flange made of an aluminum alloy, wherein the flange is arranged or can be arranged in a sealed manner at an opening in a chamber wall of a vacuum and/or reaction chamber, wherein the flange further has a circumferential and flat sealing surface for sealing the opening of the vacuum and/or reaction chamber from the environment, to which a cutting edge for a cutting seal is connected, wherein an inner side surface of the cutting edge adjacent to the sealing surface encloses an angle of 110° with the sealing surface.

Das Material für den erfindungsgemäßen Flansch umfasst eine Aluminiumlegierung. Gegenüber Stahl weist die überwiegende Mehrheit der möglichen Aluminiumlegierungen eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf. Aluminiumlegierungen können mit vielen unterschiedlichen Eigenschaften gewählt werden, wobei für den Einsatz als Flansche von Vakuum- und/oder Reaktionskammern besonders harte, wärmestabile und ausgasungsarme Varianten von Aluminiumlegierungen bevorzugt sind.The material for the flange according to the invention comprises an aluminum alloy. Compared to steel, the vast majority of possible aluminum alloys have a higher thermal conductivity. Aluminum alloys can be selected with many different properties, with particularly hard, heat-stable and low-outgassing variants of aluminum alloys being preferred for use as flanges for vacuum and/or reaction chambers.

Der erfindungsgemäße Flansch ist für einen Einsatz an beziehungsweise mit einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer, insbesondere einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer eines TLE Systems, vorgesehen. Dafür kann der erfindungsgemäße Flansch an einer Öffnung in einer Kammerwandung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer angeordnet werden. Bei diesem Anordnen ist insbesondere auf einen dichten Übergang zwischen dem Material der Kammerwandung und dem Material des Flansches zu achten. Als besonders geeignet hat sich hierbei ein stoffschlüssiges Verbinden des Flansches mit der Vakuum- und/oder Reaktionskammer durch Verschweißen herausgestellt. Alternativ kann der Flansch auch von vornherein einstückig mit der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ausgebildet und mit dieser monolithisch hergestellt sein, beispielsweise durch ein spanendes Verfahren.The flange according to the invention is intended for use on or with a vacuum and/or reaction chamber, in particular a vacuum and/or reaction chamber of a TLE system. For this purpose, the flange according to the invention can be arranged at an opening in a chamber wall of the vacuum and/or reaction chamber. When arranging it, particular attention must be paid to a tight transition between the material of the chamber wall and the material of the flange. A material-to-material connection of the flange to the vacuum and/or reaction chamber by welding has proven to be particularly suitable. Alternatively, the flange can also be designed from the outset as one piece with the vacuum and/or reaction chamber and manufactured monolithically with it, for example by a machining process.

Der an der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer angeordnete Flansch verlängert somit im Wesentlichen diese Öffnung, oftmals senkrecht zur Kammerwandung. Zum Aufrechterhalten der Abdichtbarkeit des Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer gegenüber der Umwelt ist es somit notwendig, auch den Flansch mit einer Möglichkeit zum abgedichteten Verschließen auszustatten. Erfindungsgemäß erfolgt dies über das Bereitstellen einer Dichtfläche, die umlaufend um die durch den Flansch quasi verlängerte Öffnung in der Kammerwandung am Flansch vorgesehen ist. Die Dichtfläche ist in sich insgesamt eben ausgebildet, wobei eine Normale dieser Ebene der Dichtfläche bevorzugt quer, insbesondere rechtwinklig, zur Öffnung ausgerichtet ist. Insgesamt ist der erfindungsgemäße Flansch für eine Schneiddichtung vorbereitet. Dies schlägt sich insbesondere dadurch nieder, dass nach außen anschließend an die Dichtfläche eine Schneidkante für diese Schneiddichtung angeordnet ist.The flange arranged at the opening of the vacuum and/or reaction chamber thus essentially extends this opening, often perpendicular to the chamber wall. In order to maintain the sealability of the interior of the vacuum and/or reaction chamber against the environment, it is therefore necessary to also equip the flange with a possibility for sealed closure. According to the invention, this is achieved by providing a sealing surface that is provided on the flange all the way around the opening in the chamber wall that is virtually extended by the flange. The sealing surface is generally flat, with a normal to this plane of the sealing surface preferably being aligned transversely, in particular at right angles, to the opening. Overall, the flange according to the invention is prepared for a cutting seal. This is reflected in particular in the fact that a cutting edge for this cutting seal is arranged on the outside adjacent to the sealing surface.

Bei Schneiddichtungen weisen zumeist der Flansch und das entsprechende Gegenstück, oftmals ebenfalls ein Flansch oder auch ein Deckel, derartige Dichtflächen und Schneidkanten auf, zwischen die ein Dichtring, meist aus einem weicheren Metall, eingelegt ist. Die Schneidkanten drücken sich in den Dichtring, wodurch sich im Wesentlichen die Dichtwirkung der Schneiddichtung ergibt. Schneiddichtungen können beispielsweise besonders niedrige Drücke bis zu 10-12 hPa im Inneren der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ermöglichen.In the case of cutting seals, the flange and the corresponding counterpart, often also a flange or a cover, usually have such sealing surfaces and cutting edges, between which a sealing ring, usually made of a softer metal, is inserted. The cutting edges press into the sealing ring, which essentially creates the sealing effect of the cutting seal. Cutting seals can, for example, enable particularly low pressures of up to 10 -12 hPa inside the vacuum and/or reaction chamber.

Erfindungswesentlich ist nun vorgesehen, dass eine an die Dichtfläche angrenzende innere Seitenfläche der Schneidkante mit der Dichtfläche einen Winkel von 110° einschließt. Winkelangaben in dieser Anmeldung beziehen sich hierbei immer auf den angegebenen Winkel und einen Bereich um diesen Winkel, der mit angemessener Genauigkeit bei der Herstellung des Flansches erreicht werden kann. Bei Schneiddichtungen entsprechend der Norm ISO 3669:2020(E) sind für diesen Winkel Werte bis 92° möglich. Durch den flacheren Übergang von der ebenen Dichtfläche zur inneren Seitenfläche der Schneidkante ist beim erfindungsgemäßen Flansch eine im Vergleich zum genormten Flansch höhere Kraft nötig, um dieselbe Dichtwirkung zu erreichen. Dies kann dadurch erklärt werden, dass sich die Schneidkante bei einem kleinen eingeschlossenen Winkel und damit einem steileren Übergang zwischen Dichtfläche und innerer Seitenfläche der Schneidkante bereits bei kleineren Kräften leichter in den Dichtring einpresst. Durch eine Erhöhung der Dichtkraft kann dies jedoch problemlos ausgeglichen werden.Essential to the invention, it is now provided that an inner side surface of the cutting edge adjacent to the sealing surface forms an angle of 110° with the sealing surface. Angle specifications in this application always refer to the specified angle and a range around this angle that can be achieved with reasonable accuracy when manufacturing the flange. In the case of cutting seals according to the According to ISO 3669:2020(E), values of up to 92° are possible for this angle. Due to the flatter transition from the flat sealing surface to the inner side surface of the cutting edge, a higher force is required for the flange according to the invention compared to the standardized flange in order to achieve the same sealing effect. This can be explained by the fact that with a small included angle and thus a steeper transition between the sealing surface and the inner side surface of the cutting edge, the cutting edge presses into the sealing ring more easily even with smaller forces. However, this can easily be compensated for by increasing the sealing force.

Gleichzeitig hat sich jedoch herausgestellt, dass die erfindungsgemäße flachere Ausführung des Übergangs zwischen Dichtfläche und innerer Seitenfläche ihre hohe Dichtigkeit auch bei einem Aufheizen der Vakuum- und/oder Reaktionskammer, insbesondere während eines Bake-Out-Prozesses, bestehen bleibt. Dies liegt vermutlich an einem höheren Anteil elastischer Energie, der hier durch die Pressung der Dichtung gespeichert wird und steht im Gegensatz zum Verhalten der Schneiddichtungen mit steileren Übergängen zwischen Dichtfläche und Schneidkante, wie es gemäß der oben genannten Norm vorgesehen ist.At the same time, however, it has been found that the flatter design of the transition between the sealing surface and the inner side surface according to the invention maintains its high level of tightness even when the vacuum and/or reaction chamber is heated up, in particular during a bake-out process. This is probably due to a higher proportion of elastic energy that is stored here by the pressure of the seal and is in contrast to the behavior of cutting seals with steeper transitions between the sealing surface and the cutting edge, as provided for in the above-mentioned standard.

Zusammenfassend wird somit durch den erfindungsgemäße Flansch eine Möglichkeit bereitgestellt, eine Öffnung in einer Wandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer, insbesondere einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer eines TLE Systems, derart zu verschließen, dass eine hohe Dichtigkeit des Flansches vor, während und nach einem Aufheizen im Zuge eines Bake-Out-Prozesses erreicht wird.In summary, the flange according to the invention thus provides a possibility of closing an opening in a wall of a vacuum and/or reaction chamber, in particular a vacuum and/or reaction chamber of a TLE system, in such a way that a high tightness of the flange is achieved before, during and after heating in the course of a bake-out process.

Weiter kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch vorgesehen sein, dass der Flansch aus der Aluminiumlegierung besteht. In dieser Ausführung ist somit der Flansch vollständig aus der Aluminiumlegierung gefertigt und weist keine anderen Materialien auf. Die oben beschriebenen Vorteile beim Einsatz einer Aluminiumlegierung als Material für den erfindungsgemäßen Flansch können dadurch noch besser und insbesondere den gesamten Flansch umfassend ermöglicht werden.Furthermore, the flange according to the invention can be made of an aluminum alloy. In this embodiment, the flange is therefore made entirely of an aluminum alloy and does not contain any other materials. The advantages described above when using an aluminum alloy as a material for the flange according to the invention can thus be made even better and in particular cover the entire flange.

Weiter kann der erfindungsgemäße Flansch dadurch gekennzeichnet sein, dass an die innere Seitenfläche eine äußere Seitenfläche der Schneidkante angrenzt, wobei die innere Seitenfläche und die äußere Seitenfläche einen Winkel von 90° einschließen. Mit anderen Worten, die äußere Seitenfläche ist um 20° gegenüber der Dichtfläche geneigt. Ein Winkel an der Spitze der Schneidkante von 90° hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um trotz des flacheren Übergangs von Dichtfläche zur inneren Seitenfläche eine Schneidkante zu erzeugen, die sich ausreichend in einen entsprechend vorhandenen Dichtring eindrückt. Die erfindungsgemäß bereitstellbare Dichtigkeit vor, während und nach einem Aufheizvorgang kann somit noch besser ermöglicht werden.Furthermore, the flange according to the invention can be characterized in that an outer side surface of the cutting edge adjoins the inner side surface, wherein the inner side surface and the outer side surface form an angle of 90°. In other words, the outer side surface is inclined by 20° relative to the sealing surface. An angle of 90° at the tip of the cutting edge has proven to be particularly suitable for producing a cutting edge that presses sufficiently into a corresponding sealing ring, despite the flatter transition from the sealing surface to the inner side surface. The tightness that can be provided according to the invention before, during and after a heating process can thus be made even better possible.

Auch kann der erfindungsgemäß Flansch derart weiterentwickelt sein, dass die innere Seitenfläche und die äußere Seitenfläche mit einer abgerundeten Verbindungskante aneinander angrenzen, wobei ein Radius einer Rundung der Verbindungskante zwischen 0,1 mm und 0,2 mm beträgt, bevorzugt 0,2 mm beträgt. Bei einer zu scharfen Verbindungskante der beiden Seitenflächen der Schneidkante kann es vorkommen, dass die Schneidkante das Material des entsprechend vorhandenen Dichtrings zu stark plastisch verformt, wodurch zu wenig elastische Verformung in der Verbindung verbleibt, um während und nach dem Ausheizvorgang mögliche durch unterschiedliche thermische Ausdehnung auftretende Verformungen elastisch, d.h. reversibel, aufzufangen, und dadurch die Dichtwirkung zu erhalten.. Durch eine abgerundete Verbindungskante mit einem Radius der Rundung zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, bevorzugt von 0,2 mm, kann dieser zu geringe Anteil der elastischen Verformung vermieden oder zumindest deutlich eingeschränkt werden.The flange according to the invention can also be further developed in such a way that the inner side surface and the outer side surface adjoin one another with a rounded connecting edge, with a radius of curvature of the connecting edge being between 0.1 mm and 0.2 mm, preferably 0.2 mm. If the connecting edge of the two side surfaces of the cutting edge is too sharp, it can happen that the cutting edge plastically deforms the material of the corresponding sealing ring too much, which means that too little elastic deformation remains in the connection to elastically, i.e. reversibly, absorb any deformations that may occur during and after the heating process due to different thermal expansion, and thus maintain the sealing effect. By means of a rounded connecting edge with a radius of curvature between 0.1 mm and 0.2 mm, preferably 0.2 mm, this insufficient amount of elastic deformation can be avoided or at least significantly limited.

Weiter kann der erfindungsgemäße Flansch derart ausgebildet sein, dass die innere Seitenfläche und/oder die äußere Seitenfläche der Schneidkante die Öffnung konusartig umgeben. Insbesondere für kreisförmige Öffnungen ist es vorteilhaft, auch den Flansch und insbesondere die für die Schneiddichtung am Flansch vorgesehenen Elemente mit einer Drehsymmetrie bereitzustellen. Durch konusartig geformte Seitenflächen der Schneidkante kann dies besonders einfach ermöglicht werden. Konusartig im Sinne der Erfindung bedeutet dabei für die Seitenflächen, dass diese als Mantelfläche eines jeweiligen Kegelstumpfes ausgebildet sind, wobei der für die innere Seitenfläche angenommene Kegelstumpf mit dem Ende des kleineren Durchmessers nach innen, also in Richtung des restlichen Flansches, zeigt. Umgekehrt zeigt der für die äußere Seitenfläche angenommene Kegelstumpf nach außen, also vom Flansch weg.Furthermore, the flange according to the invention can be designed such that the inner side surface and/or the outer side surface of the cutting edge surround the opening in a conical manner. In particular for circular openings, it is advantageous to provide the flange and in particular the elements provided for the cutting seal on the flange with a rotational symmetry. This can be made particularly easy by conically shaped side surfaces of the cutting edge. Conical in the sense of the invention means for the side surfaces that they are designed as the outer surface of a respective truncated cone, with the truncated cone assumed for the inner side surface pointing inwards with the end of the smaller diameter, i.e. in the direction of the rest of the flange. Conversely, the truncated cone assumed for the outer side surface points outwards, i.e. away from the flange.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flansches kann dieser dadurch gekennzeichnet sein, dass auf die Schneidkante zumindest teilweise Industrieruß aufgebracht ist. Industrieruß, im Englischen als „carbon black“ bezeichnet, ist im wesentlichen reiner Kohlenstoff und weist schmierende Eigenschaften auf, ohne eine Gefahr von Ausgasungen darzustellen, die beispielsweise übliche Fette und Öle mit sich bringen. Durch ein Aufbringen von Industrieruß auf die Schneidkante kann somit unerwünschte Spannungen zwischen dem Flansch und dem entsprechend vorhandenen Dichtring, welche auf oftmals nicht vermeidbare Verkantungen dieser Bauelemente gegeneinander verursacht werden, entgegengewirkt werden. Für das Aufbringen kann der Industrieruß bevorzugt in hochreinem Propanol suspendiert werden, das nach dem Auftragen dann verdunstet. Ein besonders gleichmäßiges Auftragen des Industrierußes kann dadurch gewährleistet werden.According to a further embodiment of the flange according to the invention, it can be characterized in that carbon black is applied at least partially to the cutting edge. Carbon black is essentially pure carbon and has lubricating properties without presenting a risk of outgassing, which is associated with, for example, conventional fats and oils. By applying carbon black to the The cutting edge can thus counteract undesirable tensions between the flange and the corresponding sealing ring, which are often caused by unavoidable tilting of these components against each other. For application, the industrial carbon black can preferably be suspended in high-purity propanol, which then evaporates after application. This ensures that the industrial carbon black is applied particularly evenly.

Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Flansch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Industrieruß auf die äußere Seitenfläche aufgebracht ist und die innere Seitenfläche von Industrieruß frei ist. Gemäß der Geometrie des erfindungsgemäßen Flansches ist die innere Seitenfläche der Schneidkante näher an der Öffnung in der Kammerwand der Vakuum- und/oder Reaktionskammer, und entsprechend die äußere Seitenfläche weiter entfernt von dieser. Durch ein Aufbringen des Industrierußes nur auf die äußere Seitenfläche der Schneidkante können somit zum einen die voranstehend beschriebenen Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Schmierung zwischen Flansch und Dichtring insbesondere bei deren Verformung während des Dichtvorgangs ermöglicht werden, und gleichzeitig aber eine Gefahr einer Kontamination des Innenraums der Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit Industrieruß deutlich vermindert werden.In addition, the flange according to the invention can be further developed in such a way that the carbon black is applied to the outer side surface and the inner side surface is free of carbon black. According to the geometry of the flange according to the invention, the inner side surface of the cutting edge is closer to the opening in the chamber wall of the vacuum and/or reaction chamber, and accordingly the outer side surface is further away from this. By applying the carbon black only to the outer side surface of the cutting edge, the advantages described above in terms of improved lubrication between the flange and the sealing ring, in particular when they are deformed during the sealing process, can be made possible, while at the same time the risk of contamination of the interior of the vacuum and/or reaction chamber with carbon black can be significantly reduced.

Auch kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch ferner vorgesehen sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung einen Anteil an Zink von 0,15% oder weniger, bevorzugt von 0,10% oder weniger, aufweist. Manche Bestandteile von Aluminiumlegierungen, und hierbei ist Zink besonders hervorzuheben, sind für einen Einsatz insbesondere für Hoch- und Höchstvakuumanwendungen nicht geeignet, da sie hoch reaktiv sind und insbesondere einen hohen Dampfdruck aufweisen. Beim Auspumpen der Vakuum- und/oder Reaktionskammer würden diese Anteile aus der Legierung ausgasen und so das Erreichen des gewünschten Vakuums verhindern oder zumindest deutlich verzögern. Durch eine Limitierung des Zinkgehalts der verwendeten Aluminiumlegierung auf 0,15% oder weniger, insbesondere 0,10% oder weniger, kann zumindest in Bezug auf Zink dieser Nachteil derart weit vermindert werden, dass er nicht mehr ausschlaggebend ist.It can also be provided in the flange according to the invention that the aluminum alloy used for the flange has a zinc content of 0.15% or less, preferably 0.10% or less. Some components of aluminum alloys, and zinc is particularly important here, are not suitable for use in high and ultra-high vacuum applications, in particular, because they are highly reactive and in particular have a high vapor pressure. When pumping out the vacuum and/or reaction chamber, these components would outgas from the alloy and thus prevent or at least significantly delay the achievement of the desired vacuum. By limiting the zinc content of the aluminum alloy used to 0.15% or less, in particular 0.10% or less, this disadvantage can be reduced to such an extent, at least with regard to zinc, that it is no longer decisive.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flansches kann dieser dadurch gekennzeichnet sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer aufweist. Die Härte des erfindungsgemäße Flansches ist insbesondere ausschlaggebend für die Haltbarkeit, mit anderen Worten für den zeitlichen Abstand, mit dem Wartungsintervalle geplant werden können. Weiter hat die Härte insbesondere auf die Stabilität der Schneidkante der Schneiddichtung einen entscheidenden Einfluss, die wie oben ausgeführt beim bevorzugt vollständigen Bestehen des Flansches aus der Aluminiumlegierung ebenfalls aus dieser besteht. Eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer hat sich als bevorzugt herausgestellt, um eine besonders gute Haltbarkeit des gesamten Flansches und insbesondere um eine hohe Stabilität der Schneidkante sicherzustellen.According to a further embodiment of the flange according to the invention, it can be characterized in that the aluminum alloy used for the flange has a Brinell hardness of 100 HBW or greater. The hardness of the flange according to the invention is particularly crucial for the durability, in other words for the time intervals with which maintenance intervals can be planned. Furthermore, the hardness has a decisive influence in particular on the stability of the cutting edge of the cutting seal, which, as explained above, also consists of the aluminum alloy if the flange is preferably made entirely of the aluminum alloy. A Brinell hardness of 100 HBW or greater has proven to be preferred in order to ensure particularly good durability of the entire flange and in particular to ensure high stability of the cutting edge.

Darüber hinaus hat die Brinell Härte von 100 HBW oder größer den Vorteil, dass beim Umgang mit solchen Flanschen und dem Zusammenbau der daraus bestehenden Vakuumkammern oder Reaktionskammern die Wahrscheinlichkeit oder Schwere einer versehentlichen Beschädigung der Schneidkante vermindert ist.In addition, the Brinell hardness of 100 HBW or greater has the advantage of reducing the likelihood or severity of accidental damage to the cutting edge when handling such flanges and assembling the vacuum chambers or reaction chambers that consist of them.

Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch vorgesehen sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung für einen Einsatz bei Temperaturen von 140° C oder höher, bevorzugt 200° C oder höher, geeignet ist. Wie oben bereits mehrfach ausgeführt, wird, insbesondere bei einem Einsatz in einem TLE System, die Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit dem erfindungsgemäßen Flansch zumeist einer Aufheizung im Zuge eines Bake-Out-Prozesses unterzogen. Derartige Ausheizprozesse können über einen längeren Zeitraum, in der Regel mehrere Tage, erfolgen, je nach Anwendung. Eine Eignung der für den Flansch eingesetzten Aluminiumlegierung bei Temperaturen von 140° C oder höher, bevorzugt 200° C oder höher, hat sich als ausreichend herausgestellt, um die notwendigen Aufheizvorgänge unbeschadet zu überstehen.Furthermore, in the flange according to the invention, it can be provided that the aluminum alloy used for the flange is suitable for use at temperatures of 140° C or higher, preferably 200° C or higher. As already stated several times above, the vacuum and/or reaction chamber with the flange according to the invention is usually subjected to heating in the course of a bake-out process, particularly when used in a TLE system. Such baking processes can take place over a longer period of time, usually several days, depending on the application. The suitability of the aluminum alloy used for the flange at temperatures of 140° C or higher, preferably 200° C or higher, has proven to be sufficient to withstand the necessary heating processes unscathed.

Gemäß einer ersten alternativen Ausgestaltung kann bei dem erfindungsgemäßen Flansch ferner vorgesehen sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung eine Al5xxx Legierung ist. Al5xxx Legierung zeichnen sich durch mittlere bis hohe Festigkeiten und insbesondere durch hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Sie sind darüber hinaus gut schweißbar und lassen sich gut kalt umformen, also durch Walzen und Schmieden bearbeiten. Insgesamt stellen diese Al5xxx Legierungen, beispielsweise die genormte Legierung EN AW-5083, gute Werkstoffe dar, um einen erfindungsgemäß Flansch daraus zu fertigen. Insbesondere Flansche, die durch Verschweißen mit einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer stoffschlüssig verbunden werden sollen, können bevorzugt eine derartige AL5xxx Legierung umfassen oder aus dieser bestehen.According to a first alternative embodiment, the flange according to the invention can further be provided with the aluminum alloy used for the flange being an Al5xxx alloy. Al5xxx alloys are characterized by medium to high strengths and in particular by high corrosion resistance. They are also easy to weld and can be easily cold formed, i.e. processed by rolling and forging. Overall, these Al5xxx alloys, for example the standardized alloy EN AW-5083, are good materials for producing a flange according to the invention. In particular, flanges that are to be joined by welding to a vacuum and/or reaction chamber in a material-locking manner can preferably comprise or consist of such an AL5xxx alloy.

In einer zweiten alternativen Ausgestaltung kann der erfindungsgemäße Flansch dadurch gekennzeichnet sein, dass die für den Flansch verwendete Aluminiumlegierung zusätzlich zu Aluminium folgende Bestandteile aufweist:

  • - Si: maximal 0,30%
  • - Fe: maximal 0,40%
  • - Cu: 5,8% - 6,8%
  • - Mn: 0,20% - 0,40%
  • - Mg: maximal 0,10%
  • - Cr: maximal 0,05%
  • - Zn: maximal 0,10%
  • - Ti: 0,02% - 0,10%
  • - Weitere Bestandteile: maximal 0,15%, davon Einzelbestandteile maximal 0,05%.
In a second alternative embodiment, the flange according to the invention can be characterized in that the The aluminium alloy used contains the following components in addition to aluminium:
  • - Si: maximum 0.30%
  • - Fe: maximum 0.40%
  • - Cu: 5.8% - 6.8%
  • - Mn: 0.20% - 0.40%
  • - Mg: maximum 0.10%
  • - Cr: maximum 0.05%
  • - Zn: maximum 0.10%
  • - Ti: 0.02% - 0.10%
  • - Other ingredients: maximum 0.15%, of which individual ingredients maximum 0.05%.

Eine derartige Aluminiumlegierung wird beispielsweise von der Firma Bikar Metalle unter dem Markennamen Formodal® BM-400 vertrieben. Diese Aluminiumlegierung zeichnet sich durch ihre besondere Zusammensetzung insbesondere dadurch aus, dass sie die oben bereits als vorteilhaft herausgestellten Eigenschaften in sich vereinigt. So weist sie einen Zinkgehalt von maximal 0,10% auf, besitzt eine Brinell Härte von 130 HBW, und ist für einen Langzeiteinsatz bei Temperaturen bis 200° C geeignet. Sämtliche voranstehend mit diesen Eigenschaften verknüpften Vorteile können somit bei einem Einsatz dieser Aluminiumlegierung als Bestandteil des erfindungsgemäßen Flansches ermöglicht werden. Eine wie voranstehend aufgelistete Aluminiumlegierung stellt somit eine besonders geeignete Aluminiumlegierung dar, um damit beziehungsweise bevorzugt sogar komplett daraus einen erfindungsgemäßen Flansch, beziehungsweise bevorzugt sogar vollständige Vakuum- und/oder Reaktionskammern, zu fertigen.Such an aluminum alloy is sold, for example, by the company Bikar Metalle under the brand name Formodal ® BM-400. This aluminum alloy is characterized by its special composition in particular by the fact that it combines the properties already highlighted above as being advantageous. It has a maximum zinc content of 0.10%, has a Brinell hardness of 130 HBW, and is suitable for long-term use at temperatures up to 200° C. All of the advantages associated with these properties can thus be made possible by using this aluminum alloy as a component of the flange according to the invention. An aluminum alloy as listed above is therefore a particularly suitable aluminum alloy for producing a flange according to the invention with it or preferably even completely from it, or preferably even complete vacuum and/or reaction chambers.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Flanschverbindung, aufweisend ein erstes Flanschelement, ein zweites Flanschelement, einen Dichtring sowie eine Spannvorrichtung, wobei das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement jeweils eine Schneidkante für eine Schneiddichtung aufweisen, wobei der Dichtring aus einem weicheren Material als die Schneidkanten besteht und zwischen dem ersten Flanschelement und dem zweiten Flanschelement anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung das erste Flanschelement und das zweite Flanschelement durch die Spannvorrichtung gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante des ersten Flanschelements und die Schneidkante des zweiten Flanschelements von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring drücken. Die erfindungsgemäße Flanschverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flanschelement und/oder das zweite Flanschelement als Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a flange connection comprising a first flange element, a second flange element, a sealing ring and a clamping device, wherein the first flange element and the second flange element each have a cutting edge for a cutting seal, wherein the sealing ring consists of a softer material than the cutting edges and can be arranged between the first flange element and the second flange element, and in order to seal the flange connection, the first flange element and the second flange element can be pressed against one another by the clamping device, so that the cutting edge of the first flange element and the cutting edge of the second flange element press into the sealing ring from opposite sides. The flange connection according to the invention is characterized in that the first flange element and/or the second flange element is designed as a flange according to the first aspect of the invention.

Die erfindungsgemäße Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist als Flanschelemente zumindest einen, bevorzugt zwei, Flansche gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Sämtliche Merkmale und Vorteile, die voranstehend mit Bezug auf einen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, können somit auch durch eine Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ermöglicht werden.The flange connection according to the invention according to the second aspect of the invention has at least one, preferably two, flanges according to the first aspect of the invention as flange elements. All features and advantages that have been described in detail above with reference to a flange according to the first aspect of the invention can thus also be made possible by a flange connection according to the second aspect of the invention.

Für die Montage der erfindungsgemäßen Flanschverbindung wird der weichere Dichtring zwischen die Flanschelemente eingelegt, und dann diese durch die Spannvorrichtung gegeneinander gedrückt. Als Spannvorrichtung können beispielsweise Schrauben verwendet werden, die entsprechend vorhandene Bohrungen in den Flanschelementen durchgreifen. Alternativ oder zusätzlich sind auch andere Spannvorrichtungen denkbar, beispielsweise umlaufende Kettenelemente oder Spanngurte.To assemble the flange connection according to the invention, the softer sealing ring is placed between the flange elements and then these are pressed against each other by the clamping device. For example, screws can be used as a clamping device that pass through existing holes in the flange elements. Alternatively or additionally, other clamping devices are also conceivable, for example circumferential chain elements or tensioning belts.

Durch die Spannvorrichtung werden derart große Kräfte erzeugt, dass sich die Schneidkanten von gegenüberliegenden Seiten in den Dichtring drücken. Um dies zu ermöglichen, ist das Material des Dichtrings derart gewählt, dass es weicher ist als das Material der Schneidkanten, bevorzugt als das Material der gesamten Flanschelemente. Eine besonders gute Abdichtung, die insbesondere auch ein Erzeugen eines Hochvakuums in der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ermöglichen, kann dadurch ermöglicht werden.The clamping device generates such large forces that the cutting edges press into the sealing ring from opposite sides. To make this possible, the material of the sealing ring is selected so that it is softer than the material of the cutting edges, preferably than the material of the entire flange elements. This enables particularly good sealing, which in particular also enables the creation of a high vacuum in the vacuum and/or reaction chamber.

Insbesondere wenn beide Flanschelemente als Flansche gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sind, kann durch die Anordnung beziehungsweise Anordenbarkeit der Flansche an Öffnungen der jeweiligen Vakuum- und/oder Reaktionskammer eine abgedichtete Verbindung zwischen diesen Vakuum- und/oder Reaktionskammern hergestellt werden. Durch die Verwendung von Aluminiumlegierungen für die Flanschelemente ist insbesondere ein Einsatz in einem TLE System begünstigt.In particular, if both flange elements are designed as flanges according to the first aspect, a sealed connection between these vacuum and/or reaction chambers can be produced by arranging or being able to arrange the flanges at openings of the respective vacuum and/or reaction chamber. The use of aluminum alloys for the flange elements particularly favors use in a TLE system.

Weiter kann durch die Ausgestaltung der Flanschelemente als erfindungsgemäße Flansche, und damit insbesondere derjenigen Abschnitte, die für das Bilden der Schneiddichtung eingesetzt werden wie zum Beispiel die Dichtflächen und die Schneidkante, eine besonders gute Temperaturbeständigkeit der Abdichtung der Flanschverbindung, insbesondere beispielsweise hinsichtlich des Verhaltens während eines Bake-Out-Prozesses, ermöglicht werden.Furthermore, by designing the flange elements as flanges according to the invention, and thus in particular those sections which are used for forming the cutting seal, such as the sealing surfaces and the cutting edge, a particularly good temperature resistance of the seal of the flange connection can be made possible, in particular, for example, with regard to the behavior during a bake-out process.

Weiter kann bei der erfindungsgemäßen Flanschverbindung vorgesehen sein, dass der Dichtring aus einer Aluminiumlegierung, bevorzugt aus EN AW-1050A, besteht. Wie voranstehend beschrieben, ist zumindest ein, bevorzugt beide Flanschelemente aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Durch Einsatz einer Aluminiumlegierung auch als Material für den Dichtring kann ermöglicht werden, dass ein Ausdehnungsverhalten der an der Schneiddichtung beteiligten Komponenten, also insbesondere der beiden Flanschelemente und des Dichtrings, gleich oder zumindest sehr ähnlich ist. Eine gleichbleibend hohe Abdichtung auch bei großen Temperaturänderungen kann dadurch ermöglicht werden. Die mit der Norm-Nummer EN AW-1050A bezeichnete Aluminiumlegierung hat sich als besonders geeignet als Material für Dichtringe herausgestellt, da sie im Gegensatz zu vielen anderen Aluminiumlegierungen weicher ist.Furthermore, in the flange connection according to the invention, it can be provided that the sealing ring consists of an aluminum alloy, preferably EN AW-1050A. As described above, at least one, preferably both flange elements are made of an aluminum alloy. By using an aluminum alloy as the material for the sealing ring, it is possible to ensure that the expansion behavior of the components involved in the cutting seal, in particular the two flange elements and the sealing ring, is the same or at least very similar. This makes it possible to achieve a consistently high level of sealing even with large temperature changes. The aluminum alloy designated with the standard number EN AW-1050A has proven to be particularly suitable as a material for sealing rings, since it is softer than many other aluminum alloys.

Ferner kann die erfindungsgemäße Flanschverbindung dadurch gekennzeichnet sein, dass das erste Flanschelement als Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, und wobei das zweite Flanschelement als ein Deckel ausgebildet ist, das analog einem Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Ein Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist an einer Öffnung in einer Kammerwandung einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer abgedichtet angeordnet oder zumindest an einer derartigen Öffnung anordenbar. Ein Deckel hingegen ist eine Komponente, die zum abgedichteten Abdecken und Verschließen desjenigen Endes eines Flansches vorgesehen ist, welches die Schneiddichtung trägt. Dafür weist der Deckel ebenfalls die notwendigen Komponenten für die Schneiddichtung, also insbesondere eine umlaufende Dichtfläche und eine Schneidkante, auf, dazwischen befindet sich jedoch eine durchgehende Materialplatte. Bei einer Verwendung in einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung wird somit der erfindungsgemäße Flansch, der das erste Flanschelement bildet, durch den Deckel, der das zweite Flanschelement bildet, verschlossen und durch die entsprechend gebildete Schneiddichtung abgedichtet.Furthermore, the flange connection according to the invention can be characterized in that the first flange element is designed as a flange according to the first aspect of the invention, and the second flange element is designed as a cover which is designed analogously to a flange according to the first aspect of the invention. A flange according to the first aspect of the invention is arranged in a sealed manner at an opening in a chamber wall of a vacuum and/or reaction chamber or can at least be arranged at such an opening. A cover, on the other hand, is a component which is provided for the sealed covering and closing of that end of a flange which carries the cutting seal. For this purpose, the cover also has the necessary components for the cutting seal, in particular a circumferential sealing surface and a cutting edge, but there is a continuous material plate in between. When used in a flange connection according to the invention, the flange according to the invention, which forms the first flange element, is thus closed by the cover which forms the second flange element and sealed by the correspondingly formed cutting seal.

Eine „durchgehende Materialplatte“ im Sinne der Erfindung schließt insbesondere Materialplatten ein, in denen abgedichtete Elemente, wie zum Beispiel Fenster oder Durchführungen, insbesondere für elektrische Verbindungen oder für Fluide, angeordnet sind.A “continuous material plate” within the meaning of the invention includes in particular material plates in which sealed elements, such as windows or feedthroughs, in particular for electrical connections or for fluids, are arranged.

Ein analog zu einem Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildeter Deckel ist im Sinne der Erfindung derart zu verstehen, dass sämtliche Merkmale, die nicht mit der Öffnung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer verknüpft sind, also insbesondere das verwendete Material und die Ausgestaltung und Behandlung der Schneidkante, auch bei dem Deckel realisiert sein können. Hinsichtlich der Abdichtung, insbesondere bei hohen Temperaturen wie beispielsweise während eines Bake-Out-Prozesses, kann somit durch einen Flanschverbindung mit einem Deckel dieselben Merkmale und Vorteile ermöglicht werden, die auch durch eine Flanschverbindung mit zwei erfindungsgemäßen Flanschen ermöglicht werden kann.A lid designed analogously to a flange according to the first aspect of the invention is to be understood in the sense of the invention in such a way that all features that are not linked to the opening of the vacuum and/or reaction chamber, i.e. in particular the material used and the design and treatment of the cutting edge, can also be implemented in the lid. With regard to sealing, in particular at high temperatures such as during a bake-out process, a flange connection with a lid can thus enable the same features and advantages that can also be enabled by a flange connection with two flanges according to the invention.

Gemäß eines dritten Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit einer Kammerwandung und einer Öffnung in der Kammerwandung, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer ferner einen Flansch für die Öffnung aufweist, wobei der Flansch an der Öffnung abgedichtet angeordnet ist, wobei der Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Sämtliche Merkmale und Vorteile, die voranstehend mit Bezug auf einen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, können somit auch durch eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ermöglicht werden.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a vacuum and/or reaction chamber with a chamber wall and an opening in the chamber wall, wherein the vacuum and/or reaction chamber further comprises a flange for the opening, wherein the flange is arranged in a sealed manner at the opening, wherein the flange is designed according to the first aspect of the invention. All features and advantages that have been described in detail above with reference to a flange according to the first aspect of the invention can thus also be made possible by a vacuum and/or reaction chamber according to the third aspect of the invention.

Hierbei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass der Flansch der Vakuum- und/oder Reaktionskammer Teil einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist.In this case, it can also be provided in particular that the flange of the vacuum and/or reaction chamber is part of a flange connection according to the invention in accordance with the second aspect of the invention.

Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vakuum- und/oder Reaktionskammer dadurch gekennzeichnet sein, dass die Vakuum- und/oder Reaktionskammer und der Flansch einstückig und monolithisch hergestellt sind. Mit anderen Worten, Vakuum- und/oder Reaktionskammer und Flansch sind bereits bei der Herstellung aneinander angeordnet und müssen nicht aneinander fixiert werden. Eine Möglichkeit stellt beispielsweise eine Herstellung in einem spanenden Verfahren, insbesondere Fräsen, aus einem gemeinsamen Metallblock dar. Eine besonders stabile und insbesondere besonders dichte Anordnung des Flansches an der Vakuum- und/oder Reaktionskammer kann dadurch ermöglicht werden.In particular, the vacuum and/or reaction chamber according to the invention can be characterized in that the vacuum and/or reaction chamber and the flange are manufactured in one piece and monolithically. In other words, the vacuum and/or reaction chamber and flange are already arranged next to each other during manufacture and do not need to be fixed to each other. One possibility is, for example, manufacture using a machining process, in particular milling, from a common metal block. This can enable a particularly stable and in particular particularly tight arrangement of the flange on the vacuum and/or reaction chamber.

Weiter kann bei der erfindungsgemäßen Vakuum- und/oder Reaktionskammer auch vorgesehen sein, dass die Vakuum- und/oder Reaktionskammer zwei oder mehr Öffnungen in der Kammerwandung aufweist, an denen jeweils ein Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung angeordnet ist. Auf diese Weise können die mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale und Vorteile an mehreren Öffnungen in der Kammerwandung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer ermöglicht werden. Bevorzugt weist die Vakuum- und/oder Reaktionskammer an jeder ihrer Öffnungen in der Kammerwandung einen derartigen erfindungsgemäßen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Weiter bevorzugt kann auch in dieser Ausgestaltung die Vakuum- und/oder Reaktionskammer mit den vorhandenen erfindungsgemäßen Flanschen einstückig und monolithisch hergestellt sein.Furthermore, in the vacuum and/or reaction chamber according to the invention, it can also be provided that the vacuum and/or reaction chamber has two or more openings in the chamber wall, at each of which a flange according to the first aspect of the invention is arranged. In this way, the features and advantages described with reference to a flange according to the invention according to the first aspect of the invention can be made possible at several openings in the chamber wall of the vacuum and/or reaction chamber. Preferably, the vacuum and/or Reaction chamber has such a flange according to the invention according to the first aspect of the invention at each of its openings in the chamber wall. In this embodiment, the vacuum and/or reaction chamber can also preferably be manufactured in one piece and monolithically with the existing flanges according to the invention.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein System für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer eine Kammerwandung mit einer oder mehreren Öffnungen aufweist an denen jeweils ein Flansch angeordnet ist, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Die Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist einen oder mehrere Flansche gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf, die wiederum Teile von erfindungsgemäßen Flanschverbindungen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sein können. Sämtliche Merkmale und Vorteile, die voranstehend mit Bezug auf eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, mit Bezug auf einen Flansch gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beziehungsweise mit Bezug auf eine Flanschverbindung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, können somit auch durch ein TLE System gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ermöglicht werden.According to a fourth aspect of the invention, the object is achieved by a system for thermal laser epitaxy (TLE) with at least one vacuum and/or reaction chamber, wherein the vacuum and/or reaction chamber has a chamber wall with one or more openings, at each of which a flange is arranged, wherein the vacuum and/or reaction chamber is designed according to the third aspect of the invention. The vacuum and/or reaction chamber according to the third aspect of the invention has one or more flanges according to the first aspect of the invention, which in turn can be parts of flange connections according to the invention according to the second aspect of the invention. All features and advantages that have been described in detail above with reference to a vacuum and/or reaction chamber according to the third aspect of the invention, with reference to a flange according to the first aspect of the invention or with reference to a flange connection according to the second aspect of the invention can thus also be made possible by a TLE system according to the fourth aspect of the invention.

Die Erfindung wir nachfolgend beschrieben anhand von Figuren. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

  • 1 Eine Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Flansches,
  • 2 Ein erfindungsgemäßes TLE System mit einer erfindungsgemäßen Vakuum- und/oder Reaktionskammer, und
  • 3 Zwei erfindungsgemäße Flanschverbindungen.
The invention is described below using figures. The figures show in detail:
  • 1 A sectional view of a part of a flange according to the invention,
  • 2 A TLE system according to the invention with a vacuum and/or reaction chamber according to the invention, and
  • 3 Two flange connections according to the invention.

1 zeigt in einer Teilansicht einen Schnitt durch eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Flansches 10. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Flansch an einer Öffnung 104 in einer Kammerwandung 102 einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 (vgl. 2) anordenbar ist oder bereits angeordnet ist. 1 shows a partial view of a section through a possible embodiment of a flange 10 according to the invention. According to the invention, it is provided that the flange is attached to an opening 104 in a chamber wall 102 of a vacuum and/or reaction chamber 100 (cf. 2 ) can be arranged or has already been arranged.

Für eine Abdichtung der Öffnung 104 weist der erfindungsgemäße Flansch 10 Vorkehrungen zum Bereitstellen einer Schneiddichtung 40 auf. Insbesondere ist eine Dichtfläche 20 vorhanden, welche die Öffnung 104 umlaufend umgibt. Für die eigentliche Schneiddichtung 40 ist eine Schneidkante 30 vorgesehen, die sich radial außen an die Dichtfläche 20 anschließt. Wie dargestellt schließen die Dichtfläche 20 und eine innere Seitenfläche 32, zur besseren Übersicht an einer verlängerten Linie gekennzeichnet, einen Winkel von 90°+20°, also von 110°, ein. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine gleichbleibende Dichtigkeit auch bei einer beispielsweise im Zuge eines Bake-Out-Prozesses vorgenommenen Aufheizung der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 und damit des Flansches 10.To seal the opening 104, the flange 10 according to the invention has provisions for providing a cutting seal 40. In particular, a sealing surface 20 is present which surrounds the opening 104 all the way around. For the actual cutting seal 40, a cutting edge 30 is provided which adjoins the sealing surface 20 radially on the outside. As shown, the sealing surface 20 and an inner side surface 32, marked with an extended line for better clarity, enclose an angle of 90°+20°, i.e. 110°. This design enables consistent tightness even when the vacuum and/or reaction chamber 100 and thus the flange 10 are heated up, for example during a bake-out process.

Als weiterer Bestandteil der Schneidkante 30 ist noch die äußere Seitenfläche 34 abgebildet, die, wie abgebildet, bezüglich der Ebene der Dichtfläche 20 bevorzugt in einen Winkel von 20° ausgerichtet sein kann. Der Winkel zwischen innerer Seitenfläche 32 und äußerer Seitenfläche 34 ergibt sich dadurch zu 90°. Insbesondere bei einer kreisförmigen Öffnung 104 sind die beiden Seitenflächen 32, 34 bevorzugt konusartig ausgeformt. An ihrer Verbindungskante 36 ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass diese abgerundet ist, insbesondere mit einem Radius der entsprechenden Rundung 38 zwischen 0,1 mm und 0,2 mm.Another component of the cutting edge 30 is the outer side surface 34, which, as shown, can preferably be aligned at an angle of 20° with respect to the plane of the sealing surface 20. The angle between the inner side surface 32 and the outer side surface 34 is therefore 90°. In particular in the case of a circular opening 104, the two side surfaces 32, 34 are preferably shaped like a cone. It is also preferably provided that their connecting edge 36 is rounded, in particular with a radius of the corresponding rounding 38 of between 0.1 mm and 0.2 mm.

Auch kann auf die Schneidkante 30, bevorzugt ausschließlich auf die äußere Seitenfläche 34 der Schneidkante 30, Industrieruß aufgebracht sein, um unnötige und unerwünschte mechanische Spannungen zwischen dem Flansch 10 und einem entsprechend als Dichtmaterial eingesetzten Dichtring zu vermeiden oder zumindest deutlich zu reduzieren.Industrial carbon black can also be applied to the cutting edge 30, preferably exclusively to the outer side surface 34 of the cutting edge 30, in order to avoid or at least significantly reduce unnecessary and undesirable mechanical stresses between the flange 10 and a sealing ring used as a sealing material.

Der erfindungsgemäße Flansch 10 umfasst als Material eine Aluminiumlegierung und besteht bevorzugt aus dieser. Ein Beispiel für eine mögliche Aluminiumlegierung ist eine Al 5xxx Legierung, die beispielsweise besonders gute Schweißeigenschaften aufweist.The flange 10 according to the invention comprises an aluminum alloy as a material and is preferably made of this. An example of a possible aluminum alloy is an Al 5xxx alloy, which has, for example, particularly good welding properties.

Weitere bevorzugte Eigenschaften der eingesetzten Aluminiumlegierung sind ein Zinkgehalt von weniger als 0,15%, eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer, und eine Eignung für einen Langzeiteinsatz bei Temperaturen bis 140° C oder höher. Eine Aluminiumlegierung, die alle diese Eigenschaften mit sich bringt ist beispielsweise Formodal® BM-400 der Firma Bikar Metalle.Other preferred properties of the aluminum alloy used are a zinc content of less than 0.15%, a Brinell hardness of 100 HBW or greater, and suitability for long-term use at temperatures up to 140° C or higher. An aluminum alloy that has all of these properties is Formodal ® BM-400 from Bikar Metalle.

In 2 ist eine Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 gezeigt, wie sie in einem TLE System 200 eingesetzt ist. Deutlich sichtbar sind mehrere Flansche 10, die jeweils einstückig und monolithisch mit der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 ausgebildet sind. Die Flansche 10 wiederum sind teilweise Bestandteile von erfindungsgemäßen Flanschverbindungen 50. An einem der Flansche 10 ist ein Lasersystem 202 angeflanscht, an einem weiteren Flansch 10 ein Gassystem 204. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Flansche 10 kann insbesondere durch die im Vergleich zu Stahl höhere Wärmeleitfähigkeit eine erhöhte Sicherheit gegenüber einer versehentlichen Beschädigung durch ungewollt auftreffende Strahlung des Laser des Lasersystems 202 bereitgestellt werden. Gleichzeitig ermöglicht die Ausformung der Schneiddichtung 40 der erfindungsgemäßen Flansche 10, dass eine verbesserte Dichtigkeit auch vor, während und nach Aufheizprozessen, beispielsweise für Bake-Out-Prozesse, ermöglicht werden kann. Eine Reinheit der in der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 vorhandenen Atmosphäre, die für die Qualität der im TLE System 200 erzeugten Bedampfungen mit ausschlaggebend ist, kann dadurch verbessert ermöglicht werden.In 2 a vacuum and/or reaction chamber 100 is shown as it is used in a TLE system 200. Clearly visible are several flanges 10, each of which is formed in one piece and monolithically with the vacuum and/or reaction chamber 100. The flanges 10 in turn are partly components of flange connections 50 according to the invention. A laser system 202 is flanged to one of the flanges 10, and a gas system 204 is flanged to another flange 10. By using the flanges 10 according to the invention, in particular due to the Steel's higher thermal conductivity provides increased security against accidental damage caused by unintentionally incident radiation from the laser of the laser system 202. At the same time, the shape of the cutting seal 40 of the flanges 10 according to the invention enables improved sealing to be achieved before, during and after heating processes, for example for bake-out processes. The purity of the atmosphere present in the vacuum and/or reaction chamber 100, which is also crucial for the quality of the vapor deposition produced in the TLE system 200, can thus be improved.

In 3 sind zwei mögliche Ausgestaltungen von erfindungsgemäßen Flanschverbindungen 50 gezeigt, die jeweils zwei Flanschelemente 52, 54 umfassen. In der linken Spalte, in 3 mit „A“ bezeichnet, sind beide Flanschelemente 52, 54 als erfindungsgemäße Flansche 10 ausgebildet (vgl. 1). In der rechten Spalte, in 3 mit „B“ bezeichnet, ist das erste Flanschelement 52 ebenfalls als erfindungsgemäßer Flansch 10 ausgebildet, das zweite Flanschelement 54 hingegen als Deckel 56. Für beide Arten von Flanschverbindungen 50 ist in der oberen Reihe eine schematische Explosionsdarstellung dargestellt, in der unteren Reihe ist die jeweilige Flanschverbindung 50 geschlossen abgebildet.In 3 Two possible embodiments of flange connections 50 according to the invention are shown, each comprising two flange elements 52, 54. In the left column, in 3 designated with “A”, both flange elements 52, 54 are designed as flanges 10 according to the invention (cf. 1 ). In the right column, in 3 designated with "B", the first flange element 52 is also designed as a flange 10 according to the invention, while the second flange element 54 is designed as a cover 56. For both types of flange connections 50, a schematic exploded view is shown in the upper row, and the respective flange connection 50 is shown closed in the lower row.

Im Folgenden werden die in „A“ und „B“ gezeigten Flanschverbindungen 50 gemeinsam beschrieben, wobei auf die Unterschiede der beiden Ausgestaltungen eingegangen wird.In the following, the flange connections 50 shown in “A” and “B” are described together, with the differences between the two designs being discussed.

Eine erfindungsgemäße Flanschverbindung 50 weist, wie oben bereits ausgeführt, zwei Flanschelemente 52, 54 auf, die jeweils eine Schneidkante 30 für eine Schneiddichtung 40 aufweisen. Insbesondere ist zumindest eines der beiden Flanschelemente 52, 54, bevorzugt beide, als ein erfindungsgemäßer Flansch 10 ausgebildet.As already explained above, a flange connection 50 according to the invention has two flange elements 52, 54, each of which has a cutting edge 30 for a cutting seal 40. In particular, at least one of the two flange elements 52, 54, preferably both, is designed as a flange 10 according to the invention.

Jedoch auch wenn nur eines der beiden Flanschelemente 52, 54 als ein erfindungsgemäßer Flansch 10 ausgebildet ist, sind dennoch in allen Ausführungen der erfindungsgemäßen Flanschverbindung 50 die entsprechenden Flanschelemente 52, 54 derart ausgebildet, dass sie zusammen eine wirksame Schneiddichtung 40 bilden.However, even if only one of the two flange elements 52, 54 is designed as a flange 10 according to the invention, in all embodiments of the flange connection 50 according to the invention the corresponding flange elements 52, 54 are nevertheless designed such that together they form an effective cutting seal 40.

Wenn, wie in „B“ dargestellt, ein Deckel 56 als zweites Flanschelement 54 eingesetzt ist, kann dieser bevorzugt analog zu einem erfindungsgemäßen Flansch 10 ausgebildet sein. „Analog ausgebildet“ im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass sämtliche Merkmale, die nicht mit der Öffnung 104 der Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 (vgl. 2) verknüpft sind, also insbesondere das verwendete Material des Deckels 56 und die Ausgestaltung und Behandlung dessen Schneidkante 30, auch bei dem Deckel 56 realisiert sein können.If, as shown in "B", a cover 56 is used as the second flange element 54, this can preferably be designed analogously to a flange 10 according to the invention. "Analogously designed" in the sense of the invention means in particular that all features that are not connected to the opening 104 of the vacuum and/or reaction chamber 100 (cf. 2 ), i.e. in particular the material used for the cover 56 and the design and treatment of its cutting edge 30, can also be implemented in the cover 56.

Besonders bevorzugt weisen in diesem Fall der als erstes Flanschelement 52 verwendete Flansch 10 und der als zweites Flanschelement 54 eingesetzte Deckel 56 dieselbe Aluminiumlegierung als Material auf, insbesondere bestehen beide Komponenten aus dieser Aluminiumlegierung. Ferner sind die für die Schneiddichtung 40 notwendigen Komponenten dieser beiden Flanschelemente 52, 54, insbesondere die Schneidkanten 30, identisch ausgebildet hinsichtlich ihrer Form und Vorbehandlung.In this case, the flange 10 used as the first flange element 52 and the cover 56 used as the second flange element 54 particularly preferably have the same aluminum alloy as their material, in particular both components are made of this aluminum alloy. Furthermore, the components of these two flange elements 52, 54 required for the cutting seal 40, in particular the cutting edges 30, are identical in terms of their shape and pretreatment.

Eine erfindungsgemäße Flanschverbindung 50 stellt eine durch eine Schneiddichtung 40 abgedichtete Verbindung zweier Flanschelemente 52, 54 dar. Dafür sind, wie bereits beschrieben, an den Flanschelementen 52, 54 die dafür notwendigen Komponenten, insbesondere Schneidkanten 30 aber auch entsprechend vorhandene Dichtflächen 20 (vgl. 1) vorgesehen. Zwischen die Flanschelemente 52, 54 ist ein Dichtring 60 eingesetzt, der aus einem weicheren Material zumindest als die beiden Schneidkanten 30 der Flanschelemente 52, 56 besteht, siehe insbesondere die obere Reihe der 3. Bevorzugt ist der Dichtring 60 wie die beiden Flanschelemente 52, 54 aus einer Aluminiumlegierung gefertigt, insbesondere beispielsweise aus EN AW-1050A. Die beiden Flanschelemente 52, 54 werden zum Schließen der Flanschverbindung 50 durch eine Spannvorrichtung 70 zusammengedrückt, wobei sich die Schneidkanten 30 in den Dichtring 60 eindrücken. Dies ist in der unteren Reihe der 3 dargestellt.A flange connection 50 according to the invention represents a connection between two flange elements 52, 54 which is sealed by a cutting seal 40. For this purpose, as already described, the necessary components, in particular cutting edges 30 but also corresponding sealing surfaces 20 (cf. 1 ) is provided. A sealing ring 60 is inserted between the flange elements 52, 54, which consists of a softer material at least than the two cutting edges 30 of the flange elements 52, 56, see in particular the upper row of the 3 Preferably, the sealing ring 60, like the two flange elements 52, 54, is made of an aluminum alloy, in particular, for example, of EN AW-1050A. The two flange elements 52, 54 are pressed together by a clamping device 70 to close the flange connection 50, whereby the cutting edges 30 are pressed into the sealing ring 60. This is shown in the lower row of the 3 shown.

Durch die in „A“ dargestellte Flanschverbindung 50 kann eine abgedichtete Verbindung zwischen zwei Vakuum- und/oder Reaktionskammern 100 bereitgestellt werden, da die beiden als Flanschelement 52, 54 verwendeten erfindungsgemäßen Flansche 10 bereits an Öffnungen 104 dieser Vakuum- und/oder Reaktionskammern 100 angeordnet oder zumindest an diesen anordenbar sind.The flange connection 50 shown in “A” can provide a sealed connection between two vacuum and/or reaction chambers 100, since the two flanges 10 according to the invention used as flange elements 52, 54 are already arranged at openings 104 of these vacuum and/or reaction chambers 100 or at least can be arranged at them.

Alternativ kann durch die in „B“ dargestellte Flanschverbindung 50 eine abgedichteter Verschluss einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer 100 bereitgestellt werden. Auf den als erstes Flanschelement 52 verwendeten erfindungsgemäßen Flansch 10, der wiederum an einer Öffnung 104 einer Vakuum- und/oder Reaktionskammern 100 angeordnet oder zumindest an dieser anordenbar ist, wird ein Deckel 56 als zweites Flanschelement 54 durch die Schneiddichtung 40 abgedichtet aufgesetzt.Alternatively, the flange connection 50 shown in “B” can provide a sealed closure of a vacuum and/or reaction chamber 100. A cover 56 is placed as a second flange element 54 in a manner sealed by the cutting seal 40 onto the flange 10 according to the invention used as the first flange element 52, which in turn is arranged at an opening 104 of a vacuum and/or reaction chamber 100 or at least can be arranged thereon.

Bezugszeichenreference sign

1010
Flanschflange
1212
Bohrungdrilling
2020
Dichtflächesealing surface
3030
Schneidkantecutting edge
3232
Innere Seitenflächeinner side surface
3434
Äußere Seitenflächeouter side surface
3636
Verbindungskanteconnecting edge
3838
Rundungrounding
4040
Schneiddichtungcutting seal
5050
Flanschverbindungflange connection
5252
erstes Flanschelementfirst flange element
5454
zweites Flanschelementsecond flange element
5656
DeckelLid
6060
Dichtringsealing ring
7070
Spannvorrichtungclamping device
100100
Vakuum- und/oder Reaktionskammervacuum and/or reaction chamber
102102
Kammerwandungchamber wall
104104
Öffnungopening
200200
TLE SystemTLE system
202202
Lasersystemlaser system
204204
Gassystemgas system

Claims (19)

Flansch (10) aus einer Aluminiumlegierung, wobei der Flansch (10) an einer Öffnung (104) in einer Kammerwandung (102) einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) abgedichtet angeordnet ist oder anordenbar ist, wobei ferner der Flansch (10) zur Abdichtung der Öffnung (104) der Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) gegenüber der Umgebung eine umlaufende und ebene Dichtfläche (20) aufweist, an die sich eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) anschließt, wobei eine an die Dichtfläche (20) angrenzende innere Seitenfläche (32) der Schneidkante (30) mit der Dichtfläche (20) einen Winkel von 110° einschließt.Flange (10) made of an aluminum alloy, wherein the flange (10) is or can be arranged in a sealed manner at an opening (104) in a chamber wall (102) of a vacuum and/or reaction chamber (100), wherein the flange (10) further has a circumferential and flat sealing surface (20) for sealing the opening (104) of the vacuum and/or reaction chamber (100) from the environment, which sealing surface is adjoined by a cutting edge (30) for a cutting seal (40), wherein an inner side surface (32) of the cutting edge (30) adjacent to the sealing surface (20) encloses an angle of 110° with the sealing surface (20). Flansch (10) nach Anspruch 1, wobei der Flansch (10) aus der Aluminiumlegierung besteht.Flange (10) after claim 1 , wherein the flange (10) consists of the aluminum alloy. Flansch (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei an die innere Seitenfläche (32) eine äußere Seitenfläche (34) der Schneidkante (30) angrenzt, wobei die innere Seitenfläche (32) und die äußere Seitenfläche (34) einen Winkel von 90° einschließen.Flange (10) after claim 1 or 2 , wherein an outer side surface (34) of the cutting edge (30) adjoins the inner side surface (32), wherein the inner side surface (32) and the outer side surface (34) enclose an angle of 90°. Flansch (10) nach Anspruch 3, wobei die innere Seitenfläche (32) und die äußere Seitenfläche (34) mit einer abgerundeten Verbindungskante (36) aneinander angrenzen, wobei ein Radius einer Rundung (38) der Verbindungskante (36) zwischen 0,1 mm und 0,2 mm beträgt, bevorzugt 0,2 mm beträgt.Flange (10) after claim 3 , wherein the inner side surface (32) and the outer side surface (34) adjoin one another with a rounded connecting edge (36), wherein a radius of a rounding (38) of the connecting edge (36) is between 0.1 mm and 0.2 mm, preferably 0.2 mm. Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die innere Seitenfläche (32) und/oder die äußere Seitenfläche (34) der Schneidkante (30) die Öffnung (104) konusartig umgeben.Flange (10) according to one of the preceding claims, wherein the inner side surface (32) and/or the outer side surface (34) of the cutting edge (30) surround the opening (104) in a conical manner. Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf die Schneidkante (30) zumindest teilweise Industrieruß aufgebracht ist.Flange (10) according to one of the preceding claims, wherein carbon black is at least partially applied to the cutting edge (30). Flansch (10) nach Anspruch 6, wobei der Industrieruß auf die äußere Seitenfläche (34) aufgebracht ist und die innere Seitenfläche (32) von Industrieruß frei ist.Flange (10) after claim 6 , wherein the carbon black is applied to the outer side surface (34) and the inner side surface (32) is free of carbon black. Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung einen Anteil an Zink von 0,15% oder weniger, bevorzugt von 0,10% oder weniger, aufweist.Flange (10) according to one of the preceding claims, wherein the aluminum alloy used for the flange (10) has a zinc content of 0.15% or less, preferably 0.10% or less. Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung eine Brinell Härte von 100 HBW oder größer aufweist.Flange (10) according to one of the preceding claims, wherein the aluminum alloy used for the flange (10) has a Brinell hardness of 100 HBW or greater. Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung für einen Einsatz bei Temperaturen von 140° C oder höher, bevorzugt 200° C oder höher, geeignet ist.Flange (10) according to one of the preceding claims, wherein the aluminum alloy used for the flange (10) is suitable for use at temperatures of 140° C or higher, preferably 200° C or higher. Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung eine Al5xxx Legierung ist.Flange (10) according to one of the preceding claims, wherein the aluminum alloy used for the flange (10) is an Al5xxx alloy. Flansch (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die für den Flansch (10) verwendete Aluminiumlegierung zusätzlich zu Aluminium folgende Bestandteile aufweist: - Si: maximal 0,30% - Fe: maximal 0,40% - Cu: 5,8% - 6,8% - Mn: 0,20% - 0,40% - Mg: maximal 0,10% - Cr: maximal 0,05% - Zn: maximal 0,10% - Ti: 0,02% - 0,10% - Weitere Bestandteile: maximal 0,15%, davon Einzelbestandteile maximal 0,05%Flange (10) according to one of the preceding Claims 1 until 10 , wherein the aluminium alloy used for the flange (10) has the following components in addition to aluminium: - Si: maximum 0.30% - Fe: maximum 0.40% - Cu: 5.8% - 6.8% - Mn: 0.20% - 0.40% - Mg: maximum 0.10% - Cr: maximum 0.05% - Zn: maximum 0.10% - Ti: 0.02% - 0.10% - Other components: maximum 0.15%, of which individual components maximum 0.05% Flanschverbindung (50), aufweisend ein erstes Flanschelement (52), ein zweites Flanschelement (54), einen Dichtring (60) sowie eine Spannvorrichtung (70), wobei das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) jeweils eine Schneidkante (30) für eine Schneiddichtung (40) aufweisen, wobei der Dichtring (60) aus einem weicheren Material als die Schneidkanten (30) besteht und zwischen dem ersten Flanschelement (52) und dem zweiten Flanschelement (54) anordenbar ist, und zur Abdichtung der Flanschverbindung (50) das erste Flanschelement (52) und das zweite Flanschelement (54) durch die Spannvorrichtung (70) gegeneinander drückbar sind, so dass sich die Schneidkante (30) des ersten Flanschelements (52) und die Schneidkante (30) des zweiten Flanschelements (54) von entgegengesetzten Seiten in den Dichtring (60) drücken, wobei das erste Flanschelement (52) und/oder das zweite Flanschelement (54) als Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.Flange connection (50), comprising a first flange element (52), a second flange element element (54), a sealing ring (60) and a clamping device (70), wherein the first flange element (52) and the second flange element (54) each have a cutting edge (30) for a cutting seal (40), wherein the sealing ring (60) consists of a softer material than the cutting edges (30) and can be arranged between the first flange element (52) and the second flange element (54), and in order to seal the flange connection (50), the first flange element (52) and the second flange element (54) can be pressed against one another by the clamping device (70), so that the cutting edge (30) of the first flange element (52) and the cutting edge (30) of the second flange element (54) press into the sealing ring (60) from opposite sides, wherein the first flange element (52) and/or the second flange element (54) are designed as a flange (10) according to one of the Claims 1 until 12 trained. Flanschverbindung (50) nach Anspruch 13, wobei der Dichtring (60) aus einer Aluminiumlegierung, bevorzugt aus EN AW-1050A, besteht.Flange connection (50) according to claim 13 , wherein the sealing ring (60) consists of an aluminum alloy, preferably EN AW-1050A. Flanschverbindung (50) nach Anspruch 13 oder 14, wobei das erste Flanschelement (52) als Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, und wobei das zweite Flanschelement (54) als ein Deckel (56) ausgebildet ist, das analog einem Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.Flange connection (50) according to claim 13 or 14 , wherein the first flange element (52) is designed as a flange (10) according to one of the Claims 1 until 12 and wherein the second flange element (54) is designed as a cover (56) which is analogous to a flange (10) according to one of the Claims 1 until 12 trained. Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) mit einer Kammerwandung (102) und einer Öffnung (104) in der Kammerwandung (102), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) ferner einen Flansch (10) für die Öffnung (104) aufweist, wobei der Flansch (10) an der Öffnung (104) abgedichtet angeordnet ist, wobei der Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.Vacuum and/or reaction chamber (100) with a chamber wall (102) and an opening (104) in the chamber wall (102), wherein the vacuum and/or reaction chamber (100) further comprises a flange (10) for the opening (104), wherein the flange (10) is arranged in a sealed manner at the opening (104), wherein the flange (10) is designed according to one of the Claims 1 until 12 trained. Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) nach Anspruch 16, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) und der Flansch (10) einstückig und monolithisch hergestellt sind.Vacuum and/or reaction chamber (100) according to claim 16 , wherein the vacuum and/or reaction chamber (100) and the flange (10) are manufactured in one piece and monolithically. Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) zwei oder mehr Öffnungen (104) in der Kammerwandung (102) aufweist, an denen jeweils ein Flansch (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist.Vacuum and/or reaction chamber (100) according to claim 16 or 17 , wherein the vacuum and/or reaction chamber (100) has two or more openings (104) in the chamber wall (102), to each of which a flange (10) according to one of the Claims 1 until 12 is arranged. System (200) für thermische Laser Epitaxie (TLE) mit zumindest einer Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100), wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) eine Kammerwandung (102) mit einer oder mehreren Öffnungen (104) aufweist an denen jeweils ein Flansch (10) angeordnet ist, wobei die Vakuum- und/oder Reaktionskammer (100) nach einem der Ansprüche 16 bis 18 ausgebildet ist.System (200) for thermal laser epitaxy (TLE) with at least one vacuum and/or reaction chamber (100), wherein the vacuum and/or reaction chamber (100) has a chamber wall (102) with one or more openings (104) at each of which a flange (10) is arranged, wherein the vacuum and/or reaction chamber (100) is designed according to one of the Claims 16 until 18 trained.
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