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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur lösbaren und dichten Verbindung von Bauteilen mit mindestens zwei zueinander angeordneten Bauteilen, die aufeinander zuweisende Dichtflächen aufweisen, die zur Abdichtung gegeneinander gedrückt werden.
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STAND DER TECHNIK
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Vorrichtungen zur lösbaren und dichten Verbindung von mindestens zwei zueinander angeordneten Bauteilen sind in verschiedenen Bereichen der Technik bekannt. So sind beispielsweise Rohrverschraubungen bekannt, mittels denen zwei miteinander zu verbindende Rohre bzw. Rohrstutzen in dichter, aber wieder lösbarer Weise miteinander verbunden werden können. Darüber hinaus sind Ventile bekannt, die einen Ventilsitz und einen Ventilteller aufweisen, die so zueinander angeordnet werden können, dass sie in einer dichten Verbindung zueinander stehen, aber gleichwohl ebenfalls wieder voneinander getrennt werden können. Darüber hinaus gibt es weitere Beispiele für entsprechende Bauteilpaare.
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Insbesondere beim Einsatz entsprechender Bauteile aus metallischen Werkstoffen, wie beispielsweise bei einer metallischen Rohrverschraubung, welche metallische Rohrstutzen oder Flansche eventuell unter Einsatz zwischen den Rohrstutzen angeordneter metallischer Dichtscheiben bzw. Dichtelemente miteinander verbindet, kann das Problem auftreten, dass die metallischen Bauteile bei engem gegenseitigem Kontakt unter hohem Anpressdruck miteinander kalt verschweißen und/oder es durch Diffusion zu einem Materialaustausch kommt. Darüber hinaus kann es durch weitere physikalische Effekte zu einer starken Haftung der kontaktierten Bauteile kommen, die eine Lösung der Verbindung erschweren oder zu einer Beschädigung bei der Trennung der Bauteile führen, so dass eine erneute Verwendung der Bauteile nicht mehr möglich ist.
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Um diese Probleme zu lösen, sind aus dem Stand der Technik bereits Maßnahmen in Form von Beschichtungen bekannt, die das Kaltverschweißen und/oder eine Materialdiffusion verhindern sollen. Hierbei werden Schichten aus Silber, Teflon oder dergleichen eingesetzt. Allerdings hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei Einsatz derartiger Schichten die erzielbare Dichtigkeit negativ beeinflusst wird, und/oder die abzudichtenden Medien beeinflusst/kontaminiert werden, wie dies z. B. bei Wasser auftritt, in dem dieses mit Silber-Ionen verunreinigt wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur lösbaren und dichten Verbindung von mindestens zwei zueinander angeordneten Bauteilen bereitzustellen, welche bei gleichbleibender hervorragender Dichteigenschaften eine einfache Lösbarkeit der Verbindung gewährleistet und insbesondere Effekte, wie Kaltverschweißen, oder sonstige physikalische Haftungserscheinungen sowie Materialaustausch durch Diffusion verhindert. Außerdem soll die Vorrichtung leicht herstellbar und leicht einsetzbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder des Anspruchs 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht nach einem ersten Aspekt davon aus, dass das Problem der bisher eingesetzten Beschichtungen zur Vermeidung von Kaltverschweißungen, Haftungserscheinungen und/oder Materialaustausch darin begründet liegt, dass die Schichten eine zu große Dicke aufweisen, sodass bei der Abdichtung und dem dabei eingesetzten Druck auf die Schichten die Schichten sich von ihrem Grundkörper ablösen und/oder in sonstiger Weise beschädigt werden, sodass die Dichtheit anschließend nicht mehr gegeben ist. Entsprechend wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Dicke der Beschichtung kleiner oder gleich 500 Nanometer, insbesondere kleiner oder gleich 200 Nanometer, vorzugsweise kleiner gleich 100 Nanometer, insbesondere im Bereich von 2 bis 50 Nanometern bzw. 5 bis 20 Nanometer zu wählen. Durch die geringe Dicke kann sich die Schicht in einfacher Weise bei dem Anpressdruck zur Erzeugung einer Dichtfunktion verformen, ohne dass sie von dem Grundwerkstoff abgelöst wird oder in sonstiger Weise beschädigt wird.
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Nach einem zweiten Aspekt wird bei entsprechenden Verbindungsvorrichtungen, wie Rohrverschraubungen, die eine Anordnung umfassen, mit welcher mittels einer Drehbewegung mindestens einer Komponente eine auf die zu verbindenden Bauteile wirkende Anpresskraft erzeugt wird, vorgeschlagen, zwischen der oder den drehbaren Komponenten einerseits und dem oder den zu verbindenden Bauteilen andererseits, die mit einem Anpressdruck in Richtung zueinander beaufschlagt werden, mindestens ein Gleitelement vorzusehen, damit das Drehmoment der drehenden Teile, nicht auf die zu verbindenden Bauteile bzw. die Bauteile mit Dichtflächen übertragen wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass zwischen diesen Bauteilen eine Relativbewegung erfolgt, welche eine Kaltverschweißung und/oder Beschädigung von entsprechenden Schutzschichten (siehe oben) verursachen könnte.
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Neben den Vorsehen einzelner Gleitelemente zwischen einem zu drehenden Bauteil und einem Bauteil, auf das diese Drehbewegung nicht übertragen werden soll, können auch mehrere Gleitelemente neben- bzw. hintereinander vorgesehen werden, um eine Anpassung an unterschiedliche, angrenzende Flächen hinsichtlich der Gleiteigenschaften der Oberflächen vornehmen zu können. Entsprechend können die Gleitelemente insbesondere hinsichtlich ihrer Oberflächeneigenschaften bzw. ihrer Gleiteigenschaften unterschiedlich ausgewählt sein.
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Die Gleitelemente selbst können wiederum Beschichtungen aufweisen, um eine entsprechende Anpassung der Eigenschaften einstellen zu können.
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Entsprechende Gleitelemente können in einfacher Weise auch für bereits bestehende Verbindungsvorrichtungen nachgerüstet werden.
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Was die Beschichtung der Dichtflächen miteinander zu verbindender Bauteile bzw. der Funktionsflächen eines oder mehrerer Dichtelemente zwischen den Dichtflächen der Bauteile anbelangt, so kann als Beschichtungsmaterial jedes geeignete Material gewählt werden, welches für die beteiligten Bauteile die entsprechenden Funktionen hinsichtlich Vermeidung von Kaltverschweißungen und/oder Diffusion erfüllt. Insbesondere können die Beschichtungen auch mehrschichtig ausgebildet sein, wobei unterschiedliche Materialien Verwendung finden können und auch entsprechende Gradientenschichten aufgebaut sein können.
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Die Beschichtung kann insbesondere durch physikalische Dampfphasenabscheidung (physical vapor deposition PVD), chemische Dampfphasenabscheidung (chemical vapor deposition CVD) oder plasmaunterstützte chemische Dampfphasenabscheidung (plasma enhanced chemical vapor deposition PECVD) abgeschieden werden.
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In der Beschichtung kann eine Teilschicht als Haftvermittlerschicht ausgebildet sein oder die Beschichtung kann auf einer Haftvermittlerschicht vorgesehen sein. Als Haftvermittlerschicht kommen insbesondere metallische Schichten mit Aluminium, Chrom, Titan, Tantal und/oder Oxiden daraus bzw. Oxiden von Aluminium und Silizium sowie entsprechenden Karbiden davon in Frage.
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Die eigentliche Schutzbeschichtung (Anti-Haft-Beschichtung) kann ein Material umfassen, welches eine Diamantstruktur aufweist bzw. eine diamantähnliche Struktur besitzt und/oder Metalle, wie Aluminium, Silber, Gold, Kupfer oder Legierungen daraus umfasst. Außerdem sind Polytetrafluorethylen(PTFE)-Schichten oder Molybdändisulfidschichten bzw. ähnliche Schichten denkbar.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Zeichnung zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung in Form einer Rohrverschraubung; und in
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2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in Schnittsansicht.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung in einer Schnittansicht entlang der Längsachse einer Rohrverschraubung, also einen entsprechenden Längsschnitt.
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Die im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigte Rohrverschraubung umfasst zwei Rohrstutzen 1 und 2, die jeweils an ihren zu verbindenden flanschartigen Enden zur Herstellung einer dichten Verbindung aufeinander zuweisende Dichtlippen 10 und 11 umfassen. Die Rohrstutzen 1, 2, werden durch eine Schraubanordnung bestehend aus einer Überwurfmutter 3 und einer Druckschraube 4 in axialer Richtung aufeinander gedrückt, wenn die Druckschraube 4 in die Überwurfmutter hineingeschraubt wird und die flanschartigen Enden der Rohrstutzen 1, 2 auf Grund des Druckes, den die Überwurfmutter 3 und die Druckschraube 4 auf die Anschlagflächen 14 und 15 der Rohrstutzen 1 und 2 ausüben, in Richtung aufeinander zu gedrückt werden.
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Zwischen den Dichtlippen 10, 11 der Rohrstutzen 1, 2 ist ein Dichtelement in Form einer Dichtscheibe 5 vorgesehen, welche zwei Funktionsflächen 8, 9 aufweist, von denen eine der Dichtlippe 10 und die andere der Dichtlippe 11 gegenüber liegt.
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Die Dichtscheibe 5 wird durch die aufeinander gedrückten Rohstutzen 1, 2 zwischen den Rohrstutzen 1, 2 eingepresst und stellt so durch die dichte Anlage der Dichtlippen 10, 11 der Rohrstützen 1, 2 an den Funktionsflächen 8, 9 eine Abdichtung bereit.
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Hierbei kann es sich bei den Rohrstutzen 1, 2 um metallische Bauteile handeln, wobei auch die Dichtscheibe 5 aus Metall gebildet sein kann. Zur Vermeidung einer Kaltverschweißung zwischen den Rohrstutzen 1, 2 und der Dichtscheibe 5 sowie zur Verhinderung von Diffusion zwischen den beteiligten Bauteilen ist an den Funktionsflächen 8, 9 der Dichtscheibe 5 eine dünne Beschichtung mit einer Dicke von weniger als 500 nm, insbesondere von weniger als 200 nm, vorzugsweise weniger als 100 nm, insbesondere mit einer Dicke von 1 bis 50 nm, höchst vorzugsweise von 5 bis 20 nm vorgesehen. Die dünne Schicht bewirkt, dass bei der Abdichtung die Beschichtung ohne zerstört zu werden oder sich von der Dichtscheibe 5 abzutrennen mit deformiert werden kann, wobei gleichzeitig durch die geeignete Auswahl des Schichtmaterials ein Kaltverschweißen bzw. Aneinanderhalten sowie wechselseitiges Diffundieren von Bestandteilen aus den beteiligten Bauteilen, wie den Rohrstutzen 1, 2 und der Dichtscheibe 5, vermieden werden kann.
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Insbesondere kann für die Beschichtung ein diamantartiges Material, d. h. ein Material mit einer Diamantkristallstruktur oder ein entsprechend diamantähnliches Material, gewählt werden. Auch Polytetrafluorethylen(PTFE)- oder Molybdändisulfidschichten bzw. ähnliche Schichten sind vorstellbar. Außerdem können die Schichten aus Metall oder Metalllegierungen, wie beispielsweise aus Aluminium, Silber, Gold, Kupfer oder dergleichen gebildet sein, sofern sie für die beteiligten Bauteile die entsprechenden Funktionen bereitstellen.
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Neben den Funktionsflächen 8 und 9 an der Dichtscheibe 5 können selbstverständlich auch die Dichtflächen an den Dichtlippen 10 und 11 der Rohrstutzen 1 und 2 mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sein. Die Beschichtung kann hierbei entweder alternativ auf der einen oder anderen Kontaktfläche oder auf allen beteiligten Kontaktflächen vorgesehen sein.
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Durch die dünne Beschichtung kann bereits sehr zuverlässig eine Interaktion zwischen den verschiedenen beteiligten Bauteilen, also beispielsweise den Rohrstutzen 1, 2 und der Dichtscheibe 5, sowie insbesondere ein Kaltverschweißen vermieden werden.
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Das gleiche Ziel kann alternativ oder zusätzlich auch dadurch erreicht werden, dass eine Relativbewegung der entsprechenden Bauteile zueinander, also der Rohrstutzen 1, 2 und der Dichtscheibe 5, entlang der Kontaktflächen, also der Dichtflächen und/oder der Funktionsflächen, vermieden Wird, insbesondere eine Drehbewegung um die Längsachse, wie auf der linken Bildseite mit der strichlinierten Pfeildarstellung dargestellt ist. Bei einer entsprechenden Relativbewegung beispielsweise zwischen Rohrstutzen 1 und Dichtscheibe 5 bzw. Dichtscheibe 5 und Rohrstutzen 2 oder bei Weglassen der Dichtscheibe 5 und direkter Abdichtung zwischen den Dichtlippen 10 und 11 zwischen den entsprechenden Rohrstutzen 1 und 2, könnte es ebenfalls zu einer Verschweißung oder bei Vorsehen der Anti-Haft-Beschichtung auch zu einer Verletzung der Beschichtung durch Verkratzen kommen, so dass eine derartige Relativbewegung vermieden werden muss. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass Gleitelemente 6, 7 zwischen den zu verbindenden und sich aufeinander zu zubewegenden Bauteilen, nämlich den Rohrstutzen 1, 2 einerseits und der Schraubanordnung aus Überwurfmutter 3 und Druckschraube 4 andererseits vorgesehen sind, um die Drehbewegung von beispielsweise der Druckschraube 4 beim Einschrauben in die Überwurfmutter 3 nicht auf die zu verbindenden Bauteile, nämlich die Rohrstutzen 1 und 2 zu übertragen. Vielmehr ermöglichen die Gleitelemente 6 und 7, die in der Nähe der Anschlagflächen 14 und 15 der Rohrstutzen 1 und 2 angeordnet sind, dass die Druckschraube 4 bzw. die Überwurfmutter 3 auf den Gleitelementen gleiten können, ohne dass das Drehmoment auf die Rohrstutzen 1 und 2 übertragen wird.
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Während in der Ausführungsform der 1 lediglich jeweils ein Gleitelement 6, 7 zwischen Rohrstutzen 1 und Überwurfmutter 3 bzw. Rohrstutzen 2 und Druckschraube 4 vorgesehen ist, sind bei der Ausführungsform der 2 jeweils zwei Gleitelemente 6, 12 bzw. 7, 13 zwischen Rohrstutzen 1 und Überwurfmutter 3 bzw. Rohrstutzen 2 und Druckschraube 4 angeordnet. Damit ist eine weitere Verbesserung dahingehend möglich, dass keine Drehbewegung der Druckschraube 4 bzw. der Überwurfmutter 3 auf die zu verbindenden Rohrstutzen 1, 2 und der dazwischen angeordnete Dichtscheibe 5 übertragen wird. Insbesondere können unterschiedliche Gleitelemente 7, 13 bzw. 6, 12 in Verbindung miteinander vorgesehen sein, so dass die entsprechenden Gleitflächen auf die benachbarten Bauteile angepasst werden können.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in Form von einer andersartigen Kombination der vorgestellten Einzelmerkmale oder das Weglassen einzelner Merkmale vorgenommen werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
