DE102016015190A1

DE102016015190A1 - Montagevorrichtung für eine Flachdichtung einer Flanschverbindung

Info

Publication number: DE102016015190A1
Application number: DE102016015190.0A
Authority: DE
Inventors: Heinz Jagdfeld; Larisa Semke
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-21
Also published as: CN110234913B; JP2020504269A; JP7061608B2; WO2018113808A1; US20190360590A1; EP3559517A1; US11306820B2; CN110234913A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung für eine Flachdichtung einer Flanschverbindung, wobei die Flanschverbindung einen ersten Flansch, sowie einen zweiten Flansch sowie eine zwischen den Flanschen angeordnete Flachdichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagevorrichtung mindestens eine Klemmbacke für den Zwischenraum zwischen den beiden Flanschen aufweist, welche sich am Ende zu einer Nase zum Halten der Flachdichtung verjüngt.Ein Montageverfahren für die Flanschverbindung ist offenbart.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Montagevorrichtung für eine Flachdichtung einer Flanschverbindung.
Stand der Technik
CF-Flansche werden in der ISO 3669 in den Nennweiten DN 16 bis DN 250 und detaillierter in der ISO/TS 3669-2 in den Nennweiten DN 10 bis DN 400 beschrieben.
CF-Flansche basieren unter anderem auf den CONFLAT-Flanschen der Firma Varian. CF-Flansche werden für Verbindungen von Ultrahochvakuum(UHV)-Bauteilen genutzt, die Flansche selbst bestehen aus Edelstahl, das Dichtmaterial ist meist Kupfer.
Eine CF-Verbindung besteht aus zwei symmetrischen Flanschen mit Schneidkanten, einer metallischen Flachdichtung, die in einem flachen Einstich bzw. einer Eindrehung bzw. einer Nut des CF-Flanschs zentriert wird, und einer ausreichenden Anzahl von Schrauben, die für den notwendigen hohen Anpressdruck sorgen. Neben Festflanschen, die jeweils um eine Lochstellung auszurichten sind, gibt es drehbare Überwurfflansche, sodass die Flansche um ihre Hauptachse beliebig ausgerichtet werden können.
Zur Erzeugung eines Ultrahochvakuums (UHV) sind gesonderte Voraussetzungen an Werkstoffe und Verbindungen zu stellen. In der UHV-Technik hat sich dafür der CF-Standard ISO/TS 3669-2:2007 etabliert. Die CF-Flansche werden aus Edelstahl-Ronden auf CNC-Drehmaschinen gefertigt. Die Flansche sind regelmäßig zweiteilig und bestehen aus einem Innenteil mit der Dichtfläche und einem Außenteil mit den Schraubenlöchern. Die Flansche weisen vakuumseitig die Nut zur Aufnahme der Dichtung und eine Schneidkante als Dichtfläche auf. Die Abdichtung der CF-Flansche erfolgt wegen der in der UHV-Technik notwendigen geringen Leckrate und hohen Ausheizbarkeit durch eine aus sauerstofffreiem (OFHC) Kupfer bestehenden Flachdichtung. Diese ist aufgrund der plastischen Verformung durch die Schneidkanten im Allgemeinen nur einmal verwendbar. Der Anpressdruck wird dabei z. B. durch die Schrauben erzeugt, die ohne Verzug angezogen werden.
Bei der Montage drücken die Schneidkanten der Flansche in die eingeschlossene Dichtscheibe und verformen diese. An den äußeren Schneidflanken findet ein sogenanntes Fließpressen statt, an den inneren findet gleichzeitig der Schneidvorgang statt. Das Kaltfließen wird durch die äußeren vertikalen Flanschwände 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.
QCF-Komponenten und die dazugehörigen Spannketten VaCFix® sind eine Produktentwicklung von VACOM. Sie weisen konische Anzugsflächen auf und vereinen das Dichtprinzip der ConFlat®-Flansche (Schneidkanten nach ISO / TS 3669-2) mit einer einfachen Montage durch einen sogenannten Kettenverschluss. Die QCF-Komponenten lassen sich schneller, einfacher und zugleich platzsparender montieren und sind mittels Adapter regelmäßig an alle vorhandenen Vakuumanlagen anschließbar. Die CF-QCF-Adapter erlauben dem Anwender, die QCF-Verbindungstechnik an bereits vorhandenen UHV-Anlagen einzusetzen und damit flexibel sowie anbieterunabhängig zu arbeiten. Der Vorteil der QCF-Technologie liegt bei der um bis zu 75 % kürzeren Montagezeit.
(Q)CF Flanschverbindungen weisen eine geringe Leckrate von < 1.0E-11 mbar I /s auf und sind ausheizbar. CF-Flansche sind in einer Größe von DN 10 bis DN 400, QCF-Flansche in einer Größe von DN 16 bis DN 100 erhältlich.
Es sind von unterschiedlichen Anbietern verschiedene Kits und Flanschverbindungen erhältlich. Für CF-Flansche werden drehbare oder feste Flanschverbindungen mit und ohne Rohransatz, Reduzierstücke, T-Stücke und Kreuzstücke und eine Vielzahl weiterer Komponenten vertrieben.
Wenngleich die (Q)CF-Flanschverbindungen die angesprochenen Vorteile aufweisen, so weisen sie in der Praxis dennoch einige gravierende Nachteile auf. So wird bei schwierigen Einbaulagen und Platzverhältnissen zunächst per Hand oder mit improvisierten Hilfsmitteln, wie z. B. mit Schraubenziehern, Blechen, Klebestreifen und so weiter versucht, die Dichtung zunächst zwischen den beiden Flanschen in die richtige Position, das heißt in die Nut einzubringen und dort auch zu halten.
Nachteilig fällt die Dichtung bei derartig schwierigen und beengten Einbaulagen, wie z. B. einer senkrechten Anordnung der zur Erdoberfläche angeordneten Dichtfläche und gleichzeitig beengten Platzverhältnissen, häufig aus der Nut heraus und auf den Erdboden hinunter oder sie verbleibt nicht präzise am dafür vorgesehenen Platz an bzw. in der Nut. Die Dichtung kann dann meistens wegen einer Beschädigung oder einer Verschmutzung oder aber wegen einer fehlerhaft geschnittenen Oberfläche nicht ein weiteres Mal mehr verwendet werden, oder aber die auf diese Weise hergestellten Flanschverbindungen weisen selbst nach mehrstündigem Abpumpen nicht die notwendige niedrige Leckrate auf.
Oftmals werden zur Montage zwei oder sogar noch mehr Personen benötigt, um die notwendige, sorgfältige Montage zu bewerkstelligen. Dies führt nachteilig zu einem erhöhten Personalaufwand und zusätzlichen Kosten. Selbst ein geringfügiges Verrutschen der Dichtung in der Nut führt sehr häufig zu Undichtigkeiten, die wiederum mit einem zusätzlichen Montageaufwand im Nachgang beseitigt werden müssen. Bei Vakuumanwendungen muss dann regelmäßig das gesamte System erneut gereinigt und angepumpt werden, was wiederum mit hohem Zeitaufwand und Kosten verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Montagevorrichtung für eine Flachdichtung einer Flanschverbindung bereit zu stellen, die auf einfache Weise und dabei kostengünstig zu einer bestimmungsgemäßen Montage der Flachdichtung in der Flanschverbindung führt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Montage einer Flachdichtung für eine Flanschverbindung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzugeben, das den Kosten-, Zeit-, Personen- und den Materialaufwand reduziert oder sogar ganz vermeiden hilft und gleichzeitig zu einer bestimmungsgemäßen, zuverlässigen Montage mit richtigem Sitz der Flachdichtung und abschließend niedriger Leckrate der Flanschverbindung führt.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst mit der Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dem Kit, und dem Verfahren nach den Nebenansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu ergeben sich aus den hierauf rückbezogenen Patentansprüchen.
Beschreibung der Erfindung
Die Montagevorrichtung ist für eine Flachdichtung einer Flanschverbindung vorgesehen. Die Flanschverbindung umfasst einen ersten Flansch sowie einen zweiten (Gegen-)Flansch sowie eine zwischen den Flanschen angeordnete Flachdichtung. Es ist auch möglich, an Stelle eines Gegenflansches andere Verbindungselemente vorzusehen, die einen Anpressdruck zur Verformung der Flachdichtung und damit zum Herbeiführen der Gasdichtigkeit der Flanschverbindung ausüben. Hierzu zählen z. B. Adapter, T-Stücke, Krümmer, Bälge, Schaugläser, Messgeräte, Pumpen und so weiter.
Vorteilhaft weist die Montagevorrichtung mindestens eine Klemmbacke auf, welche sich am freien Ende zu einer Nase verjüngt.
Die Nase ist vorteilhaft lediglich am äußersten freien Ende der Klemmbacke und in deren Verlängerung angeordnet. Durch die Klemmbacke, die in den Zwischenraum zwischen den beiden Flanschen eingreift, entsteht ein Spalt zwischen den beiden Flanschen.
Die am freien Ende der Klemmbacke angeordnete Nase bildet vorteilhaft zusammen mit der Nut des Flansches eine Zwangsführung für die Flachdichtung, aus der sich die Flachdichtung während der weiteren Montage der Flanschverbindung nicht mehr herauslösen kann. Vorteilhaft wird hierdurch bewirkt, dass die Flachdichtung während der Montage der Flanschverbindung hochpräzise in der Nut positioniert bleibt. Diese Zwangsführung aus der Nut des Flansches und der Nase der Klemmbacke als gemeinsame Anordnung ist erfindungsgemäß notwendig, um das Verrutschen der Flachdichtung zu verhindern.
Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Montage der Flanschverbindungen auch von nur einer Person ohne weitere Hilfsmittel durchgeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Montagevorrichtung selbst kann verschiedene Formen aufweisen, die an die Art der jeweiligen Flansche angepasst sein kann.
Das erfindungsgemäße Merkmal der Montagevorrichtung ist dabei jeweils die sich am freien Ende der Klemmbacke(n) angeordnete(n) Nase(n) zum Halten der Flachdichtung im Spalt zwischen den Flanschen sowie die Dicke der Klemmbacke(n), wie unten ausgeführt wird.
Die Nase ist dabei in der Verlängerung der Klemmbacke, bzw. in deren Flucht angeordnet, und zwar an der Seite der Klemmbacke, welche in Richtung des Gegenflansches ausgerichtet ist.
Die Montagevorrichtung kann beispielweise die Form einer Schraubzwinge aufweisen. Sie weist dann im Querschnitt ein U-förmiges Profil auf, wobei ein Schenkel des U durch die Klemmbacke mit der Nase für den Zwischenraum der Flansche ausgebildet wird.
Alternativ kann die Montagevorrichtung auch die Form eines kreisförmigen Spannbügels aufweisen, der am Außenumfang eines QCF-Flansches aufgelegt und daran außen befestigt werden kann. Diese Montagevorrichtung weist dann im Querschnitt ein L-förmiges Profil auf, wobei ein Schenkel des L durch die Klemmbacke mit der Nase für den Zwischenraum der Flansche ausgebildet wird. Der senkrecht hierzu ausgeführte Bereich wird hingegen auf den Außenumfang des Flansches aufgelegt und trägt das Befestigungsmittel, z. B. eine Rändelmutter.
U-förmige Profile der Montagevorrichtung sind insbesondere für CF-Flansch-Verbindungen vorteilhaft. Der zur Klemmbacke parallel angeordnete Schenkel trägt ein Befestigungsmittel zur Befestigung der Montagevorrichtung an einem Flansch.
L-förmige Profile der Montagevorrichtung sind insbesondere für QCF-Flansch-Verbindungen vorteilhaft. Ein Spannbügel als erfindungsgemäße Montagevorrichtung umschließt den Außenrand eines Flansches vollständig, wobei die Klemmbacke wie bei der U-Form einen Spalt zwischen den beiden (Q)CF-Flanschen ausbildet.
Die Montagevorrichtung wird vorzugsweise aus VA-Edelstahl gefertigt.
Für QCF-Flansch-Verbindungen kann die Montagevorrichtung insbesondere einen zweischenkligen Spannbügel mit einem Gelenk zwischen den beiden Bügeln umfassen. Das Gelenk ist so ausgeführt, dass es vorteilhaft ein leichtes Öffnen und Schließen der Montagevorrichtung am Flansch gewährleistet, so dass nur eine der beiden Schenkel des Spannbügels gelöst werden muss und der andere Schenkel mit seinen zwei Klemmbacken auf dem Außenumfang des Flansches bzw. zum Halten der Flachdichtung am Ort verbleibt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannbügel mindestens zwei, vorzugsweise drei besser vier und gegebenenfalls mehr gleichmäßig in den Zwischenraum der Flanschverbindungen eingreifende Klemmbacken auf, welche sich an ihrem Ende jeweils sprunghaft zu einer Nase verjüngen.
Die maximale Dicke der Klemmbacke der erfindungsgemäßen Montagevorrichtung sollte kleiner als die Dicke der Flachdichtung sein.
Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass bei der Montage des Gegenflansches der Abstand der beiden Flansche kleiner ist als die Dicke der Flachdichtung, und somit ein Herausfallen oder Verrutschen der Flachdichtung unmöglich ist.
Die Dicke der Nase am Ende der Klemmbacke sollte geringer sein, als die Differenz aus der Dicke der Klemmbacke und dem Überstand der Dichtung, wenn sie an der Schneidkante anliegt.
Die Flachdichtung ist entsprechend nach der ISO-Norm für (Q)CF-Flansche nicht vollständig in der Nut versenkt, sondern weist im Querschnitt einen Überstand auf, mit dem sie in den Zwischenraum der beiden Flansche ragt.
Idealerweise sollte das Maß so gewählt werden, dass die Dichtung sich bei montierten Klemmbacken noch in der Nut frei drehen lässt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Dichtung nicht an die Schneidkante gedrückt wird und diese beschädigt. Außerdem lässt sich so leicht kontrollieren, ob die Dichtung korrekt sitzt.
Vorteilhaft weist die Nase am Ende der Klemmbacke etwa 10 bis 40 %, vorzugsweise 20 bis 30 %, insbesondere etwa 25 % der Dicke der Klemmbacke insgesamt auf. Die maximale Dicke D1 der Klemmbacke kann beispielweise 1,9 mm aufweisen bei 2 mm Dicke D2 der Flachdichtung. Dann weist die Nase nach diesem Vergleich etwa 190 bis 760 µm Dicke auf, vorzugsweise 380 bis 570 µm und insbesondere etwa 475 µm Dicke auf.
Vorteilhaft verjüngt sich die Klemmbacke zur Ausbildung der Nase am Ende sprunghaft. Die Klemmbacke verjüngt sich also zu ihrem Ende hin nicht in einer stetigen Weise. Die Nase der Klemmbacke hält die Flachdichtung vorteilhaft am äußeren Rand der Flachdichtung in ihrer vorgesehenen Position in der Nut.
Die Montagevorrichtung weist darüber hinaus das Befestigungsmittel zur Befestigung der Montagevorrichtung am Flansch auf. Das Befestigungsmittel ist insbesondere eine Rändelmutter oder Rändelschraube oder ein Schnellverschluss zur Befestigung der Montagevorrichtung an der Außenseite eines Flansches. Durch die Form eines Spannbügels bzw. einer Schraubzwinge als Montagevorrichtung ist dabei vorteilhaft gewährleistet, dass das Befestigungsmittel außerhalb des Raums zwischen den Flanschen angeordnet ist. Durch das Anziehen der Rändelmutter wird die Schraube an die Außenseite des Flansches geschraubt, so dass die Montagevorrichtung am Flansch außen fixiert wird, wobei die in den Zwischenraum hineinragende Nase am freien Ende der Klemmbacke die Flachdichtung in der formschlüssigen Zwangsführung zur Nut hält.
Vorteilhaft kann ein Schrauben-Kit ebenfalls Gegenstand der Erfindung sein, insbesondere zur Verbindung von CF-Flanschen. Das Kit umfasst dann vorteilhaft Sechskantschrauben z. B. nach ISO 4017, Sechskantmuttern z. B. nach ISO 4032 und Unterlegscheiben z. B. nach ISO 7089 sowie mindestens eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung. Optional kann das Kit einen oder mehrere Flansche und/oder eine Flachdichtung aufweisen.
Das Verfahren zur Montage einer Flachdichtung in eine Flanschverbindung, umfassend zwei Flansche, ist gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Eine Flachdichtung wird in eine Nut eines (ersten) Flansches eingelegt. Dabei liegt der äußere Rand der Flachdichtung am äußeren Rand der Nut an.

Hierdurch wird vorteilhaft bewirkt, dass der äußere Rand der Flachdichtung an den äußeren Rand der Nut angepasst wird und die Flachdichtung in Kontakt mit der Schneidkante des ersten Flansches gelangt. Der äußere Rand der Flachdichtung liegt gemäß ISO-Norm teilweise am äußeren Rand der Nut an. Die Nut stellt eine Vertiefung im Profil des Flansches dar. Die Vertiefung wird im Weiteren einen Teil der Zwangsführung als erfindungsgemäße Anordnung zusammen mit der Nase der Klemmbacke ausbilden, wie unter Schritt b) bzw. Schritt c) gezeigt werden wird. Die Flachdichtung ragt mit ihrer gegenüber der Nut liegenden freien Fläche etwas in den Zwischenraum der beiden Flansche hinein und bildet den oben genannten Überstand.

b) Eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung mit einer Klemmbacke für den Zwischenraum der Flansche und einer sich verjüngenden Nase am Ende der Klemmbacke wird gewählt.

Die am freien Ende der Klemmbacke angeordnete Nase bildet zusammen mit der Nut des Flansches eine formschlüssige Anordnung als Zwangsführung für die Flachdichtung aus, aus der die Flachdichtung sich während der weiteren Montage der Flanschverbindung nicht herauslösen kann, bevor der zweite Flansch angesetzt wird. Vorteilhaft wird hierdurch bewirkt, dass die Flachdichtung während der Montage der Flanschverbindung in der Nut positioniert bleibt. Im Falle von Montagevorrichtungen mit U-Profil (Schraubzwingen) sollten mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei dieser Montagevorrichtung gleichmäßig verteilt am Flansch angeordnet werden, damit die Flachdichtung in Position gehalten wird. Im Falle des Spannbügels in L-Profil sollte dieser mindestens einen Abschnitt, vorzugsweise 2 oder, besser noch vier Abschnitte aufweisen, die als Klemmbacken mit Nasen ausgeführt sind und gleichmäßig verteilt an der Innenfläche am Flansch angeordnet werden können.
Es ist wesentlich, dass die Dicke D1 der Klemmbacke der Montagevorrichtung geringfügig geringer gewählt wird als die Dicke D2 der zu benutzenden Flachdichtung. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Flachdichtung im Weiteren in der Nut des Flansches gehalten wird und nicht aus der Nut herausfällt oder verklemmt.

c) Die Klemmbacke der Montagevorrichtung wird hierzu an die Innenseite des Flansches angedrückt. Die Innenseite ist in den Zwischenraum der Flansche gerichtet. Die Nase der Klemmbacke liegt dabei am äußeren, frei liegenden und Zwischenraum gerichteten Oberfläche der Flachdichtung an und ist gegenüberliegend der Nut dieses Flansches, in dem die Flachdichtung anliegt, positioniert; die Montagevorrichtung bildet hierdurch die formschlüssige Zwangsführung für die Flachdichtung in der Nut aus.

Der Begriff „geringfügig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Länge der Nase so gewählt wird, dass das vordere, freie Ende der Nase etwas vor der Position und nicht gegenüberliegend der Schneidkante endet. Hierdurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Dichtung nicht im Schneidkantenbereich oder sogar innerhalb des Schneidkantenbereichs (Vakuumbereich) von der Nase berührt wird, so dass keine Verschmutzung oder Beschädigung der Dichtung auftreten kann.
Die Klemmbacke der Montagevorrichtung weist zu diesem Zweck eine an der Innenseite des Flansches unmittelbar anliegende Fläche und eine zunächst freie Fläche auf, die zum Gegenflansch ausgerichtet ist.

d) Die Montagevorrichtung wird durch ihr außerhalb des Zwischenraums für die Flanschverbindung angeordnetes Befestigungsmittel an der Außenseite des Flansches befestigt, wodurch die Flachdichtung in der Nut fixiert wird;

Hierzu kann eine Rändelmutter oder Rändelschraube der Montagevorrichtung gegen die Außenwand des ersten Flansches angeschraubt werden. Die nach innen gerichtete Klemmbacke der Montagevorrichtung ragt dabei weiterhin mit der Nase geringfügig über den äußeren Rand der Flachdichtung, und fixiert diese an ihrer Position, indem die Rändelschraube bzw. Rändelmutter angezogen wird.
Selbstverständlich kann der Fachmann auf dem Gebiet der UHV-Technik ein anderes Befestigungsmittel, z. B. einen Schnellverschluss für die Montagevorrichtung wählen.

e) Der Gegenflansch oder ein anderes Verbindungs-Bauteil, das einen Anpressdruck zur Verformung der Flachdichtung herbei führt, wird an den ersten Flansch angedrückt, wobei die zum Zwischenraum gerichtete Fläche des zweiten Flansches durch Klemmbacke von der Flachdichtung zunächst distanziert wird; Die beiden Flansche werden z. B. durch das Einsetzen und Befestigen von Schrauben in die Bohrungen der beiden CF-Flansche fixiert oder durch die Schrauben einer Spannkette nach dem Stand der Technik für QCF-Flansche miteinander fixiert. Diese Befestigungsmittel werden nur handfest angezogen.

Die Klemmbacke nebst der Nase der Montagevorrichtung distanziert die beiden zueinander gerichteten Flächen der Flansche zunächst voneinander und bildet durch ihre Dicke D1 einen Spalt zwischen den Flanschen aus, aus dem die Flachdichtung mit der Dicke D2, mit D2>D1, nicht entkommen kann.

f) Das Befestigungsmittel der Montagevorrichtung wird gelöst und die Klemmbacke aus dem Zwischenspalt zwischen den Flanschen entfernt, wobei die Flachdichtung in ihrer präzisen Position verbleibt;

Da die Klemmbacke geringfügig dünner ist als die Flachdichtung, verbleibt diese in der Position, das heißt exakt in den Nuten der beiden Flansche.

g) Es wird ein Anpressdruck durch Mittel zum Verbinden der Flansche erzeugt und die Flachdichtung in der Flanschverbindung verformt.

Der zweite Flansch wird hierzu durch die Mittel zum Verbinden der Flansche in unmittelbaren Kontakt mit dem ersten Flansch gebracht. Der zunächst durch die Klemmbacke erzeugte überbrückende Spalt wird nach dem Entfernen der Klemmbacke der Montagevorrichtung aus dem Zwischenraum und durch das Anziehen von Schrauben oder einer Befestigung der Spannkette aus dem Stand der Technik immer geringer, bis die in der Nut des ersten Flansches gehaltene Flachdichtung in die Nut des zweiten Flansches gedrückt wird. Durch weiteres bestimmungsgemäßes Befestigen der beiden Flansche miteinander wird die Flachdichtung durch den entwickelten Anpressdruck bis zur Gasdichtigkeit verformt. Hierdurch wird vorteilhaft eine Gasdichte Verbindung bereitgestellt.
Der korrekte Sitz der Flachdichtung in der Nut des ersten Flansches kann optional noch durch das Vorhandensein einer freien Drehbarkeit der Flachdichtung in der Nut nach dem Schritt d) und vor dem Schritt e) überprüft werden. Die Montagevorrichtung wird also befestigt und erlaubt so auf der einen Seite einen korrekten Sitz der Flachdichtung in der Nut und auf der anderen Seite die freie Rotation um die Achse der Flachdichtung.
Der Anpressdruck wird beispielweise im Falle einer CF-Flanschverbindung durch Schrauben zum Befestigen des Flansches mit dem Gegenflansch erzeugt. Die Schrauben werden nach dem Schritt e) und vor dem Schritt f) durch die beiden Flansche hindurchgeführt und die Flansche werden mit Muttern zunächst locker miteinander befestigt.
Hierdurch wird vorteilhaft bewirkt, dass mindestens eine Schraubzwinge als Montagevorrichtung aus den locker miteinander befestigten Flanschen vom ersten Flansch wieder gelöst und die Klemmbacke aus dem Spalt zwischen den Flanschen entfernt werden kann. Vorteilhaft bleibt die Flachdichtung beim Lösen der Montagevorrichtung in der Nut des Flansches positioniert, da der durch die Montagevorrichtung gebildete Spalt schmaler ist als die Dicke der Flachdichtung. Oder anders ausgedrückt: die Dicke der Klemmbacke ist geringer als die Dicke der Flachdichtung.
Für CF-Flanschverbindungen werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung während des Verfahrens drei erfindungsgemäße Montagevorrichtungen in Form von U-förmigen Schraubzwingen an den ersten Flansch zwischen den Bohrungen befestigt. Da die in den Zwischenraum zwischen den Flanschen greifende Klemmbacke der Schraubzwinge schmaler ist als der Zwischenraum zwischen den Schraubenbohrungen, behindern die Montagevorrichtungen nicht die vorläufige Befestigung des zweiten CF-Flansches an den ersten Flansch mit den Schrauben. Es werden vorzugsweise drei Montagevorrichtungen für CF-Flansche vorgesehen.
Der Anpressdruck für die Verformung der Flachdichtung kann alternativ im Falle einer QCF-Flanschverbindung auch durch eine Spannkette aus dem Stand der Technik zum Befestigen der Flansche miteinander erzeugt werden. Die Spannkette wird hierzu nach dem Schritt f), das heißt nach dem Lösen und Entfernen eines Spannbügels als Montagevorrichtung, über die beiden konischen Außenflächen der QCF-Flansche geworfen und über die Schrauben der Spannkette der Anpressdruck erzeugt. Vorteilhaft bleibt auch dabei die Flachdichtung in der Nut des Flansches positioniert, da der durch die Montagevorrichtung gebildete Spalt zwischen den Flanschen schmaler ist als die Dicke der Flachdichtung. Oder anders ausgedrückt: die Dicke der Klemmbacke ist geringer als die Dicke der Flachdichtung.
Für die QCF-Flanschverbindung wird vorzugsweise zunächst der Gegenflansch an den Flansch mit der Flachdichtung von Hand gepresst. Sodann wird die obere Hälfte des zweischenkligen erfindungsgemäßen Spannbügels gelöst. Dann verbleiben vorzugsweise zwei der insbesondere vier Nasen am unteren Bereich der Flachdichtung und halten diese in ihrer Position, so dass diese nicht aus der Nut des Flansches herausfallen kann. Nachdem die obere Hälfte des Spannbügels gelöst wurde, wird die obere Hälfte der aus dem Stand der Technik bekannten Spannkette über die konischen Außenflächen der Flansche geworfen. Durch die Schwere der Spannkette und die Maße fixiert die Spannkette die beiden Flansche bereits miteinander. Sodann wird der zweite, untere Teil des erfindungsgemäßen Spannbügels vom Flansch gelöst und an Stelle dessen der untere Teil der aus dem Stand der Technik bekannten Spannkette über die konischen Flächen der Flansche geworfen. Sodann werden die Glieder der Spannkette mit den üblichen Sechskantmuttern miteinander befestigt und der Anpressdruck für die Verformung der Flachdichtung erzeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet, dass zu keinem Zeitpunkt eine der beiden Schneidkanten der beiden Flansche die Nase der Haltebacke der Montagevorrichtung berührt. Hierdurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Dichtung nicht im Schneidkantenbereich oder sogar innerhalb des Schneidkantenbereichs (Vakuumbereich) berührt wird. Hierdurch wird vorteilhaft bewirkt, dass keine Verschmutzung oder Beschädigung der Dichtung auftreten kann. Außerdem ist die Schneidkante selbst vor einer Beschädigung geschützt. Die Nase der Klemmbacke ist in der Richtung der Flachdichtung durch diese von der Schneidkante des ersten Flansches getrennt. In die Richtung des zweiten Flansches kann die Nase durch die parallele Anordnung der Klemmbacke zur Innenfläche des Flansches nicht in die vertiefte Nut gelangen.
Die Flachdichtung wird somit durch die erfindungsgemäße Montagevorrichtung auf einer Flanschseite in ihrer Position gehalten. Das Verfahren sieht über eine vorläufige Montage der anderen Flanschseite die Entfernung der Montagevorrichtung vor und erst im Nachgang die Erzeugung des Anpressdrucks wodurch die beiden Flansche endgültig festgezogen werden. Hierbei sind die Form und Abmessungen der Haltenasen bzw. Halteflächen die wesentlichen Merkmale der Montagevorrichtung und es besteht keine Gefahr, dass die Dichtung verrutschen kann.
Es versteht sich, dass der Durchmesser der erfindungsgemäßen Spannbügel an die Durchmesser der QCF-Flansche nach der ISO-Norm angepasst ist.
Ausführungsbeispiele
Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne dass es hierdurch zu einer Beschränkung der Erfindung kommen soll.
Es zeigen:

1: Montagevorrichtung am CF-Flansch in isometrischer Ansicht
2: Vormontierte CF-Flansche in isometrischer Ansicht
3: a) Schnitt durch die Montagevorrichtung für CF-Flansche b) Ausschnittvergrößerung gemäß des gepunkteten Kästchens von a), mit zusammengesetzten Bauteilen (oben) und in Explosionsansicht (unten)
4: Fertigmontierte CF-Verbindung in isometrischer Ansicht
5: Montagevorrichtung am QCF-Flansch in isometrischer Ansicht
6: Zueinander Ausgerichtete QCF-Flansche in isometrischer Ansicht
7: a) Schnitt durch die Montagevorrichtung für QCF-Flansche b) Ausschnittvergrößerung gemäß des gepunkteten Kästchens von a), mit zusammengesetzten Bauteilen (oben) und in Explosionsansicht (unten)
8: Fertigmontierte QCF-Verbindung in isometrischer Ansicht

Ausführunqsbeispiel 1: Montagevorrichtung für CF-Flansche
Die 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung für CF-Flansche sowie das Verfahren zur Montage der Flachdichtung.
Die 1 zeigt die Montagevorrichtung am CF-Flansch in der isometrischen Ansicht. In einem ersten Schritt wird dabei der CF-Flansch 4 mit Schrauben 5 und Unterlegscheiben 6 (nicht dargestellt in der 1) bestückt. Die Flachdichtung 3 für CF- und QCF-Bauteile besteht standardmäßig aus sauerstofffreiem Kupfer. Sie wird mit der Montagevorrichtung 1, 2 am CF-Flansch positioniert. Es sollte darauf geachtet werden, dass nur die Haltenasen der drei Montagevorrichtungen 1, 2 an der Flachdichtung 3 aufliegen (siehe 3).
Es werden insgesamt drei Stück Montagevorrichtung 1, 2 zu diesem Zweck empfohlen und zwischen den Bohrungen angeordnet, wie in der 1 gezeigt. Die Rändelschrauben 2 der Montagevorrichtungen werden sodann vorsichtig angezogen.
Die 2 zeigt im Weiteren die vormontierten CF-Flansche. Im zweiten Schritt wird danach der Gegenflansch 8 axial ausgerichtet und an die Montagevorrichtungen herangeschoben. Die Muttern 7 werden sodann von Hand aufgeschraubt (3).
Die 3 zeigt einen Schnitt durch die Montagevorrichtung. Da der durch die Klemmbacke der Montagevorrichtung entstandene Spalt D1, die Dicke der Klemmbacke, von 1,9 mm zwischen den beiden CF-Flanschen 4, 8 geringer ist als die Dicke D2 der Flachdichtung von 2 mm, verbleibt die Flachdichtung 3 in der richtigen Position in der Nut.
Die am Ende der Klemmbacke 13 angeordnete Nase 9 bildet zusammen mit der vertieften Nut 12 des Flansches eine formschlüssige Zwangsführung als erfindungsgemäße Anordnung, aus der die Flachdichtung 3 sich während der weiteren Montage der Flanschverbindung nicht herauslösen kann. Da insgesamt drei Montagevorrichtungen 1, 2 in Form von Schraubzwingen mit U-Profil gleichmäßig verteilt am Umfang der Flansche positioniert werden, ist das Herauslösen und Herunterfallen der Flachdichtung aus der Nut unmöglich.
Die Ausschnittvergrößerung der 3a gemäß des Kästchens, ist zweimal wiedergegeben und zeigt die formschlüssige Verbindung. Der obere Teil zeigt dabei die Montagevorrichtung mit der Klemmbacke 13 und der Nase 9, wie sie zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung für die Flachdichtung 3 in der Nut 12 eingesetzt wird. Der untere Teil zeigt dieselbe Anordnung zur übersichtlicheren Darstellung und Wiedergabe der Maße in einer Art Explosionszeichnung.
Die 4 zeigt die fertig montierte CF-Verbindung. Nachdem die Rändelschrauben 2 der Montagevorrichtungen gelöst wurden werden die Montagevorrichtungen herausgezogen. Die Muttern 7 werden sodann nach Vorschrift angezogen und der notwendige Anpressdruck für die Verformung der Flachdichtung über die Schneidkante 10 erzeugt.
Ausführungsbeispiel 2: Montagevorrichtung für QCF-Flansche
Die 5 bis 8 zeigen eine erfindungsgemäße Montagevorrichtung für QCF-Flansche sowie das Verfahren zur Montage der Flachdichtung.
Die 5 zeigt die Montagevorrichtung am QCF-Flansch, hier den erfindungsgemäßen Spannbügel aus zwei Teilen am Außenumfang des ersten Flansches 4.
Die Flachdichtung 3 für CF- und QCF-Bauteile besteht standardmäßig aus sauerstofffreiem Kupfer. Sie wird mit der Montagevorrichtung 1 am QCF-Flansch 4 positioniert. Es soll darauf geachtet werden, dass nur die drei Haltenasen der drei gezeigten Klemmbacken an der Flachdichtung aufliegen, siehe die 7. Die Rändelmutter 2 wird angezogen.
Die 6 zeigt im Weiteren die beiden vormontierten QCF-Flansche. Der Gegenflansch 8 wird axial per Hand ausgerichtet und an den Spannbügel 1 als erfindungsgemäße Montagevorrichtung herangeschoben. Der Gegenflansch 8 wird hierzu in die exakte Position gebracht.
Die 7 zeigt einen Schnitt durch die Montagevorrichtung. Da der durch die Montagevorrichtung 1 entstandene Spalt durch die Dicke D1 der Klemmbacke 13 von 1,9 mm zwischen den QCF-Flanschen 4, 8 geringer ist als die Dicke D2 der Flachdichtung von 2 mm, kann die Flachdichtung 3 nicht aus der Nut verrutschen und verbleibt in der richtigen Position. Die vier Nasen 9 der vier Klemmbacken 13 bilden zusammen mit der Nut 12 des ersten QCF-Flansches jeweils eine formschlüssige Zwangsführung als erfindungsgemäßer Anordnung, aus der die Flachdichtung nicht herausrutschen kann.
Auch in dieser alternativen Anordnung bilden die am Ende der Klemmbacken angeordneten Nasen 9 zusammen mit der vertieften Nut 12 des Flansches 4 insgesamt eine formschlüssige Zwangsführung als erfindungsgemäßer Anordnung, aus der die Flachdichtung 3 sich während der weiteren Montage der Flanschverbindung nicht herauslösen kann. Da ein Spannbügel mit insgesamt vier Klemmbacken verwendet wird, welche wiederum gleichmäßig verteilt am Umfang des Flansches positioniert sind, ist das Herauslösen der Flachdichtung 3 aus der Nut unmöglich.
Die Ausschnittvergrößerung der 7a gemäß des Kästchens, ist zweimal wiedergegeben und zeigt die formschlüssige Verbindung. Der obere Teil zeigt dabei die Montagevorrichtung mit der Klemmbacke 13 und der Nase 9, wie sie zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung für die Flachdichtung 3 in der Nut 12 eingesetzt wird. Der untere Teil zeigt dieselbe Anordnung zur übersichtlicheren Darstellung und Wiedergabe der Maße in einer Art Explosionszeichnung.
Die 8 zeigt die fertig montierte QCF-Verbindung. Nachdem die Rändelmutter 2 gelöst wurde kann der obere Schenkel der Montagevorrichtung aufgeklappt werden. Die QCF-Spannkette wird sodann zunächst im oberen Teil der Flanschverbindung aufgelegt. Hierdurch wird die Verbindung durch das Gewicht und die Form der Spannkette bereits fixiert und ein Verrutschen oder Herausfallen der Dichtung 3 verhindert. Im zweiten Schritt wird die untere Hälfte des Spannbügels als der Montagevorrichtung zwischen den beiden Flanschen herausgezogen und die Spannkette kann endgültig montiert und die Schrauben angezogen werden. Die QCF-Spannkette wird sodann nach Vorschrift montiert und der Anpressdruck erzeugt (8).
In der 4 und der 7 ist entsprechend des Anpressdrucks im Inlet jeweils die verformte Flachdichtung gezeigt.
Die erfindungsgemäße Montagevorrichtung ist insbesondere zur Montage von Strahlrohren, Kammern und sonstigen Vakuumbauteilen eines Vakuumsystems von Beschleunigern (UHV) und bei der Montage von Vakuumtestständen mit Flanschen relevant bzw. einsetzbar.
Die Montagevorrichtung ist zudem in allen Bereichen der Technik einsetzbar, bei denen die Verwendung von Flachdichtungen während der Montage der Flansche und eine exakte Positionierung der Dichtung auf Grund der baulichen Gegebenheiten der Flansche schwierig ist.
Es versteht sich außerdem, dass die erfindungsgemäßen Montagevorrichtungen für alle am Markt erhältlichen (Q)CF-Flansche einsetzbar und im Rahmen des Fachwissens eines Fachmanns auf dem Gebiet der UHV-Technik bezüglich der Größe der Flansche und der Flachdichtungen adaptierbar sind. Die erfindungsgemäße Montagevorrichtung ist daher insbesondere auf die verschiedenen Größen der Flansche und Flachdichtungen abstellbar, auf die Abstände der Schraublöcher im Flansch, sowie auf die verschiedenen Formen der Flansche, wie die hier lediglich beispielhaft vorgestellten (Q)CF-Flansche mit oder ohne Rohransatz, Durchgangsflansche, Schweißflansche, (Q)CF-Zwischenstücke, (Q)CF-Reduzierstücke, Krümmer, (Q)CF-T-Stücke, (Q)CF-Kreuzstücke und so weiter.
Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst somit einen ersten Flansch 4 mit Nut 12 für die Flachdichtung 3 und die erfindungsgemäße Montagevorrichtung mit mindestens einer im Zwischenraum der Flansche angeordneten Klemmbacke 13 mit sprunghaft sich verjüngender Nase 9 am freien Ende der Klemmbacke, wobei die Nase und die Nut zusammen eine formschlüssige Zwangsführung für die Flachdichtung ausbilden, siehe jeweils auch die 3b und 7b.
In beiden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Überstand, mit dem die Flachdichtung 3 aus der Nut 12 herausragt, gegeben durch:

D2 - T_SK gleich der Tiefe der Stufe 11 gemäß der Formel:
D2 - T_SK= 11, mit D2 = Dicke der Flachdichtung 3 und T_SK =Tiefe der Schneidkante 10, wobei D1<D2 gilt.

Unter Berücksichtigung aller Toleranzen (D2= 2 ± 0,1 mm, T_SK= 0,65 ± 0,05 mm und Tiefe der Stufe = 1,5 + 0,05 mm) ergibt sich zwischen der Dichtung und der Nase ein Spiel von 0 bis 0,2 mm. Hierüber bestimmt sich auch das Maß für die Dicke der Nase am freien Ende der Klemmbacke.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 3669 [0002]
ISO/TS 3669-2 [0002, 0007]
ISO/TS 3669-2:2007 [0005]
ISO 4017 [0038]
ISO 4032 [0038]
ISO 7089 [0038]

Claims

Montagevorrichtung für eine Flachdichtung (3) einer Flanschverbindung, wobei die Flanschverbindung einen ersten Flansch (4), sowie einen zweiten Flansch (8) sowie eine zwischen den Flanschen angeordnete Flachdichtung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagevorrichtung (1, 2) mindestens eine Klemmbacke (13) für den Zwischenraum zwischen den beiden Flanschen aufweist, welche sich am Ende zu einer Nase (9) zum Halten der Flachdichtung verjüngt.
Montagevorrichtung nach vorherigem Anspruch, gekennzeichnet durch die Form einer Schraubzwinge (1) mit einem U-förmigen Profil.
Montagevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Form eines Spannbügels (1) mit einem L-förmigen Profil.
Montagevorrichtung nach vorherigem Anspruch, gekennzeichnet durch einen zweischenkligen Spannbügel (1) mit Gelenk.
Montagevorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Befestigungsmittel (2), insbesondere einer Rändelmutter oder Rändelschraube oder einem Schnellverschluss zur Befestigung der Montagevorrichtung an der Außenseite des Flansches (4).
Kit zur Verbindung von (Q)CF-Flansche, umfassend Sechskantschrauben, Sechskantmuttern und Unterlegscheiben sowie mindestens eine Montagevorrichtung (1, 2) nach einem der vorherigen Ansprüche und optional mindestens einen Flansch und/oder eine Flachdichtung.
Verfahren zur Montage einer Flachdichtung (3) in eine Flanschverbindung, umfassend zwei Flansche (4, 8), gekennzeichnet durch die Schritte: a) Eine Flachdichtung (3) wird in eine Nut (12) eines Flansches (4) eingelegt, wobei der äußere Rand der Flachdichtung (3) am äußeren Rand der Nut (12) anliegt; b) Eine Montagevorrichtung mit einer Klemmbacke (13) und einer sich verjüngenden Nase (9) am Ende der Klemmbacke (13) wird gewählt, wobei die Dicke der Klemmbacke der Montagevorrichtung etwas geringer gewählt wird als die Dicke der Flachdichtung (3); c) Die Klemmbacke (13) der Montagevorrichtung wird an die Innenseite des Flansches (4) angedrückt, wobei die Nase (9) der Klemmbacke über den äußeren Rand der Flachdichtung (3) und gegenüberliegend der Nut (12) des Flansches (4) positioniert wird; d) Die Montagevorrichtung wird durch ihr außerhalb des Zwischenraums für die Flanschverbindung (4, 8) angeordnetes Befestigungsmittel (2) an den Flansch (4) befestigt, wodurch die Flachdichtung (3) in der Nut (12) fixiert wird; e) Der zweite Flansch (8) wird an den ersten Flansch (4) angedrückt, wobei der zweite Flansch (8) durch die Klemmbacke (13) von der Flachdichtung (3) distanziert wird; f) Das Befestigungsmittel der Montagevorrichtung wird gelöst und die Haltebacke (13) aus dem Zwischenspalt zwischen den Flanschen entfernt, wobei die Flachdichtung (3) in ihrer Position in der Nut (12) gehalten bleibt; g) Es wird ein Anpressdruck durch Mittel zum Verbinden der Flansche erzeugt und die Flachdichtung in der Flanschverbindung verformt.
Verfahren nach dem vorherigem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der korrekte Sitz der Flachdichtung (3) in der Nut (13) des Flansches (4) durch das Vorhandensein einer freien Drehbarkeit der Flachdichtung in der Nut zwischen dem Schritt d) und dem Schritt e) geprüft wird.
Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck durch Schrauben (5) zum Befestigen der Flansche miteinander erzeugt wird, wobei die Schrauben nach dem Schritt e) und vor dem Schritt f) durch die beiden Flansche (4, 8) hindurchgeführt werden und die Flansche mit Muttern (5) locker miteinander befestigt werden, so dass eine Schraubzwinge als Montagevorrichtung aus den locker miteinander befestigten Flanschen von Flansch (4) gelöst und die Haltebacke (13) aus dem Spalt zwischen den Flanschen (4, 8) entfernt wird, wobei die Flachdichtung (3) in der Nut (13) von Flansch (4) und Gegenflansch (8) positioniert bleibt.
Verfahren nach einem der beiden vorvorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck durch eine Spannkette zum Befestigen der Flansche miteinander erzeugt wird, wobei die Spannkette nach dem Schritt f) nach dem Lösen und Entfernen eines Spannbügels als Montagevorrichtung über die beiden Flansche geworfen wird, wobei die Flachdichtung in der Nut (12) von Flansch (4) und Gegenflansch (8) positioniert bleibt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass keine der beiden Schneidkanten (10) der beiden Flansche (4, 8) die Nase (9) der Klemmbacke (13) der Montagevorrichtung berührt, so dass diese vor Beschädigungen geschützt ist.
Anordnung umfassend einen ersten Flansch (4) mit Nut (12) für die Flachdichtung (3) und einer Montagevorrichtung (1, 2) mit einer im Zwischenraum der Flansche (4, 8) angeordneten Klemmbacke (13) mit Nase (9) am freien Ende der Klemmbacke, wobei die Nase (9) und die Nut (12) zusammen eine Zwangsführung für die Flachdichtung ausbilden.