AT396285B - Aus metall bestehende dichtvorrichtung an einem hochvakuumverschluss - Google Patents

Description

AT 396 285 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Metall bestehende Dichtvoirichtung an einem Hochvakuumverschluß mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches.

Eine solche Dichtvorrichtung ist bekannt aus der EP-OS 364 407. Die gehäuseseitige Dichtfläche ist hier als Zylinderfläche ausgebildet, an welche ein nach innen vorspringender Absatz anschließt. Das Verschlußglied ist 5 als flache Schale ausgebildet mit einem zylindrischen Wandteil, der eine gegenüber dem Durchmesser da* Schale geringe Höhe besitzt, wobei der obere Rand dieses Wandteiles einen radial auskragenden Wulst aufweist. An der Innenseite der Wand der Schale im Bereich des erwähnten wulstartigen Randes liegt der äußere Rand eines gegebenenfalls geschlitzten, tellerfederartigen Spreizgliedes an, dessen innerer Rand mit einem axial beweglichen Stellglied zusammenwirkt. Am Boden der flachen Schale, und zwar auf deren Innenseite ist noch ein Ring 10 vorgesehen, dessen Durchmesser jenem des Stellgliedes entspricht und der als Anschlag für das Stellglied dient

Der äußere Durchmesser des auskragenden Wulstes und der Durchmesser der gehäuseseitigen zylindrischen Dichtfläche unterscheiden sich nur durch ein geringes Maß. Das Spreizglied hat einen rechteckigen Querschnitt und kragt mit seinem inneren Rand in eine Nut am Stellglied ein. Für Hochvakuumanlagen ist eine Dichtvorrichtung dieser Art aus mehreren Gründen ungeeignet: Wird das Verschlußglied in den Dichtsitz IS eingefahren, so stößt vorerst einmal der auskragende Rand des schalenartigen Verschlußgliedes an den Absatz da1 gehäuseseitigen Dichtfläche an und stoppt somit die Einfahrbewegung. Das Spreizglied ist vorerst entlastet. Um nun den auskragenden Wulst an die für ihn vorgesehene zylindrische Dichtfläche zu drücken, wird das Verstellglied nun gegen das feststehende schalenartige Verschlußglied gedrückt, wobei das tellerfederartige Spreizglied verformt wird und dabei den randseitigen, auskragenden Wulst gegen die zylindrische Dichtfläche am 20 Gehäuse drückt Wenn auch das Ausmaß dieser Bewegungen gering ist so läßt sich doch eine Relativbewegung zwischen dem Absatz an der gehäuseseitigen Dichtfläche und dem an diesem Absatz unter hohem Druck anliegenden Wulst nicht vermeiden. In Vakuumanlagen dürfen und können keine Schmiermittel verwendet werden mit der Folge, daß die mit hohem Druck aneinanderliegenden blanken Metallflächen, die sich relativ zueinander, wenn auch in geringem Ausmaß bewegen, verschweißen, und in der Folge die Dichtvorrichtung unbrauchbar 25 machen. Selbst wenn dieses Verschweißen vermeidbar wäre, wird bei wiederholtem Öffnen und Schließen der Dichtvorrichtung der auskragende Wulst des schalenartigen Verschlußgliedes stets mit derselben Stelle der gehäuseseitigen, zylindrischen Dichtfläche Zusammenwirken. Nach einigen Schließvorgängen ist eine solche Art des Zusammenwirkens von Dichtpartnem im Vakuumbereich nicht mehr verläßlich dicht zu erhalten, was die Erfahrung hinreichend bescheinigt. Auch die kantenartigen Ränder des Spreizgliedes, sowohl an der Außen- wie 30 auch an der Innenseite, sind für den Einsatz in Vakuumanlagen nicht geeignet, da sich diese Ränder mit den sie aufnehmenden Nuten infolge der außerordentlich hohen Druckkräfte die zwischen den gepaarten Teilen beim Schließen der Dichtvorrichtung auftreten, unweigerlich verschweißen, da hier blanke Metallteile ohne Schmierung und unter hohem Druck aneinander anliegen und relativ zueinander Schubbewegungen ausführen. Schlußendlich ist das radiale Spiel zwischen dem auskragenden Wulst und der zylindrischen, gehäuseseitigen 35 Dichtfläche notwendigerweise sehr klein zu halte» mit der Folge, daß das Verschlußglied in den Dichtsitz nur mit einer hochpräzisen Führung eingefahren werden kann, da vermieden werden muß, daß die zu paarenden Teile aneinanderstoßen, da dadurch die für die Dichtung vorgesehenen Flächen allzuleicht zerkratzt werden können. In Vakuumanlagen können metallische Flächen mit Kratzern nicht mehr dicht aneinandergefügt werden. Aus all diesen Gründen ist diese vorbekannte Konstruktion für wiederholtes Öffnen und Schließen in Vakuumanlagen 40 nicht geeignet

In diesem Zusammenhang ist auch noch die DE-OS 25 23 152 (Fig. 4) zu nennen, die eine zur vorstehend erläuterten bekannten Konstruktion vergleichbare Maßnahme zeigt Der gehäuseseitige Dichtsitz ist hi«* konisch ausgebildet der Rand des schalenartigen Verschlußgliedes weist eine dazu korrespondierende Form auf. Ist das Verschlußglied in den gehäuseseitigen Dichtsitz eingefahren, so liegt die erwähnte Randfläche des schalenartigen 45 Verschlußgliedes am Dichtsitz flächig an. Für untergeordnete Dichtaufgaben mag eine solche Dichtung ausreichend sein, nicht jedoch für Vakuumanlagen, bei welchen erfahrungsgemäß durch plan aneinander liegende, gepaarte Flächen keine Dichtung mit vertretbaren Kräften erzielbar ist. Die Gründe dafür lassen sich anhand eines Modellversuches anschaulich zeigen: Werden in eine ausgewalkte, plane Schichte aus verformbarem Material, beispielsweise aus Plastilin, einige Kratzer eingeritzt, wird dann auf die so vorbereitete Fläche aus leicht 50 verformbarem Material eine plane Metallplatte aufgelegt, so ist es selbst unter Aufbringung außerordentlich hoher Druckkräfte nicht möglich, die geritzte und zerkratzte Oberfläche dieser Schichte aus verformbarem Material wieder plan zu erhalten, diese Ritze und Kratzer mit einer metallischen Platte sozusagen wieder plan zu drücken. Durchaus vergleichbare Verhältnisse bestehen zwischen den bei geschlossener Dichtvorrichtung gepaarten Kegelflächen der vorbekannten Konstruktion. 55 Um nun die zumindest theoretischen Vorteile dieser bekannten Konstruktionen auch für die Praxis nutzen zu können, schlägt die Erfindung jene Maßnahmen vor, die Gegenstand und Inhalt des Patentanspruches sind. Anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert und die aus ihr ableitbaren Vorteile erklärt Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Vakuumventil; Fig. 2 eine Detailansicht des Spreizgliedes. 60 Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Hochvakuumventil mit einem Ventilgehäuse (10) und einen dieses

Gehäuse verschließenden Ventildeckel (11), durch welchen eine Ventilstange (9) axial verschiebbar und abgedichtet geführt ist. Im Ventilgehäuse (10) mit den beiden Durchlaßöffnungen (12) und (13) ist ein -2-

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Ventilsitz (1) vorgesehen mit einer konischen Dichtfläche (5), deren Anstellwinkel ca. 12° beträgt. Ein schalenartiges Verschlußglied (2) mit einem hochragenden Wandteil (8) weist einen außenseitigen wulstartigen, eine bogenförmige Querschnittskontur aufweisenden Dichtrand (7) auf, der bei geschlossenem Ventil an der Dichtfläche (5) anliegt, wie die Fig. 1 zeigt. Mit diesem schalenartigen Verschlußglied (2) ist nun eine tellerfederartige, konische Ringscheibe (3) als Spreizglied einstückig ausgebildet, wobei diese Ringscheibe (3) zweckmäßigerweise radial geschlitzt ist, wie Fig. 2 in Draufsicht und im Detail zeigt. Der Innenrand (14) dieses als Ringscheibe (3) ausgebildeten Spreizgliedes, das mit dem schalenartigen Verschlußglied einstückig ausgebildet ist, ist ebenfalls wulstartig gestaltet und besitzt im Querschnitt eine vorzugsweise kreisbogenförmige Kontur, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Dieser Innenrand der Ringscheibe (3) liegt an einem gekehlten Spreizkonus (6) des mit der Ventilstange (9) verbundenen Betätigungsorganes (4) an.

Es ist aus Fig. 1 auch »kennbar, daß der wulstartige, äußere Dichtrand (7) des schalenartigen Verschlußgliedes (2) in einer Ebene mit der Ringscheibe (3) liegt.

Zwischen dem Ventildeckel (11) und dem Betätigungsorgan (4) kann noch ein elastisch verformbarer Metallbalg vorgesehen sein, wie dies bei Vakuumventilen üblich ist.

Um das schalenartige Verschlußglied (2) aus der nicht dargestellten Offenstellung in die aus Fig. 1 ersichtliche Schließstellung einzufahren, bedarf es keiner hochpräzisen Führung, da die konische Dichtfläche (5) einen hinreichend breiten Ringraum bietet, in den das Verschlußglied eingebracht werden kann. Sobald der Dichtrand (7) die Dichtfläche (5) berührt, ist die Einfahrbewegung des schalenartigen Verschlußgliedes (2) gestoppt Wird nun in der Folge das Betätigungsorgan (4) mittels der Ventilstange (9) weiter in das Ventilgehäuse eingefahren, so wird dadurch die Ringscheibe (3), die ja als Spreizelement dient in sich verformt durch die in ihrer Ebene wirkende Kraft, wobei dadurch der Dichtrand (7) nicht nur an die Dichtfläche (5) gepreßt wird, sondern aufgrund seiner Geometrie an dieser auch abrollt, wenn auch in geringem Ausmaß. Durch dieses Abrollen oder Abwälzen der entlang der Dichtlinie gepaarten Teile werden außerordentlich hohe Dichtleistungen erzielt und zwar wiederholbar, da durch dieses Abrollen oder Abwälzen bei jedem Schließvorgang sozusagen immer wieder neues Material in diese Dichtvorgänge einbezogen wird. Die hier auftretenden mechanischen Abläufe sind durchaus vergleichbar mit jenen, die beispielsweise in folgenden Druckschriften gezeigt und beschrieben sind: DE-PS 29 47 585 und 29 51 150; CH-PS 600 223 und US-PS 4 627 599. Gegenüber den dort erläuterten Konstruktionen bietet der erfindungsgemäße Vorschlag den Vorteil, daß bei gleicher Nennweite des Ventils die Dichtlinie nur etwas mehr als halb so groß ist was von vomeherein die Beschädigungsgefahr der Dichtflächen und Dichtlinien reduziert Die Schließkraft die über die Ventilstange (9) auf das Verschlußglied (2) aufgebracht wird, wird praktisch zur Gänze in Dichtkraft umgesetzt Bei eventuellen hohen Temperaturdifferenzen zwischen der Außenseite des Ventiles und seiner Innenseite, wie sie beim Ausheizen solcher Ventile auf treten, stellt sich die erfindungsgemäße Konstruktion selbsttätig ein. Alle gegeneinander bewegten Konstruktionselemente und Konstruktionsteile sowie -flächen (Ringscheibe - Dichtkante - Dichtfläche - Spreizkonus) rollen während des Aufbringens der Dichtkraft aneinander ab, so daß Schubbewegungen zwischen diesen Teilen und die daraus resultierenden Nachteile vermieden werden.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Ringscheibe (3), die einstückig mit dem schalenartigen Verschlußglied (2) ausgebildet ist und als Spreizelement dient, mit ihrem inneren Rand (14) am Spreizkonus (6) des Betätigungsorganes (4) an. Grundsätzlich wäre es auch möglich, eine solche geschlitzte Ringscheibe (3) mit ihrem inneren Rand direkt und fest mit dem Betätigungsorgan (4) zu verbinden. Ist der Querschnitt der gezeigten, als Spreizelement dienenden Ringscheibe (3) leicht konisch gestaltet, so ist es denkbar, daß diese als Spreizelement dienende Ringscheibe (3) in einer solchen Weise ausgestaltet wird, daß ihre obere und untere Querschnittskontur parallel zueinander verlaufen. Wie auch immer dieses Spreizelement hinsichtlich seiner Querschnittsgestaltung ausgebildet ist, wesentlich und wichtig ist es, daß dieses Spreizelement bzw. diese Ringscheibe (3) mit dem schalenartigen Verschlußglied (2) einstückig gestaltet ist, so daß alle in dieses als Ringscheibe (3) ausgebildete Spreizelement eingeleiteten Kräfte und Verformungen direkt auf den Dichtrand (7) übertragen bzw. in diesen eingeleitet werden, ohne Zwischenschaltung von gelenkartigen Verbindungen, wie dies beispielsweise bei den einleitend erläuterten Konstruktionen zum Stand der Technik der Fall ist.

Legende zu den Hinweisziffem: (1) Ventilsitz (9) Ventilstange (2) Schalenartiges Verschlußglied (10) Ventilgehäuse (3) Ringscheibe (11) Ventildeckel (4) Betätigungsorgan (12) Durchlaßöffnung (5) Dichtfläche (13) Durchlaßöffnung (6) Spreizkonus (14) Innerer Rand (7) Dichtrand (15) Pfeil (8) Wandteil 3-

Claims (1)

1. AT 396 285 B PATENTANSPRUCH Aus Metall bestehende Dichtvorrichtung an einem Hochvakuumverschluß mit ein»* Dichtfläche, an welcher bei geschlossener Dichtvorrichtung der Rand eines schalenartigen Verschlußgliedes anliegt und das Verschlußglied mit einem Betätigungsorgan von einer Schließ· in eine von der Dichtfläche abgehobene Offenstellung bzw. umgekehrt verstellbar ist und zwischen der Innenseite des Dichtlandes des schalenartigen Verschlußgliedes und dem Betätigungsorgan ein Spreizelement in Form einer konischen, tellerfederartigen, gegebenenfalls geschlitzten Ringscheibe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (3) mit dem schalenartigen Verschlußglied (2) einstückig ausgebildet ist, daß der Rand (7) des Verschlußgliedes (2) wulstartig mit einem gerundeten Querschnitt ausgebildet ist und daß die Dichtfläche (5) in an sich bekannter Weise konisch gestaltet ist, und daß der wulstartige Rand (7) des Verschlußgliedes (2) mit der Ringscheibe (3) in einer Ebene liegt. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-