3.3.2.5 COF-Flansche

COF-Flansche werden bei großen Nennweiten für ultrahochvakuumtaugliche Verbindungen verwendet. Sie sind ausheizbar, für Drücke bis etwa 1 · 10^-12 hPa geeignet und nicht genormt, sodass bei der Kombination von Flanschen verschiedener Hersteller die Kompatibilität geprüft werden muss. Üblicherweise werden sie aus Edelstählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt gefertigt, wenn möglich als geschmiedete Qualität.

Eine COF-Verbindung besteht aus einem Flanschpaar mit unterschiedlichen „male“- und „female“-Profilen, einer Drahtdichtung und einer ausreichenden Anzahl von Schrauben, die für den notwendigen hohen Anpressdruck sorgen (Abbildung 3.16). Die Flansche können jeweils um eine Lochstellung um die Hauptachse ausgerichtet werden. Als Dichtungswerkstoff wird gewöhnlich ein verschweißter Drahtring aus sauerstofffreiem OF(Oxygen Free-)Kupfer verwendet.

Abbildung 3.16: COF-Verbindung mit Kupferdrahtdichtung und Schrauben

Bei der Montage wird die Dichtung stramm auf die Schneidflanke der „male“-Seite eingesetzt. Die Dichtflächen der beiden Profile schließen den Kupferring ein. An den Schneidflanken findet ein Fließpressen statt. Das Kaltfließen wird durch die vertikale innere Wand des „male“-Flansches begrenzt, sodass sehr hohe Drücke in der Grenzschicht entstehen. Unter dem hohen Druck passt sich das Kupfer der Mikrostruktur der Schneidflanken an und füllt kleinere Oberflächendefekte aus, wodurch eine metallische ultrahochvakuumdichte Verbindung hergestellt wird. Einmal benutzte Kupferdrähte können nicht wiederverwendet werden. Für Drücke bis etwa 1 · 10^-8 hPa können auch Dichtungen aus FKM eingesetzt werden. Sie sind üblicherweise nicht wiederverwendbar, erlauben jedoch eine schnellere Montage, etwa wenn die Flansche häufig montiert werden, z. B. beim Einfahren der Anlage.

Wichtig bei der Montage ist, dass die Schrauben zunächst gleichmäßig diametral angezogen werden, um jegliche Verspannungen zu vermeiden. Anschließend sollten die Schrauben der Reihe nach in mehreren Durchgängen schrittweise angezogen werden, bis das Kupfer ultrahochvakuumdicht mit den Dichtflächen verbunden ist. Beim Ausheizen ist darauf zu achten, dass das Aufheizen und Abkühlen gleichmäßig und nicht zu schnell erfolgt. Temperaturunterschiede an der Flanschverbindung führen zu Spannungen, die Leckagen erzeugen können.