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Dichtungsanordnung für Hochvakuum-Flanschverbindungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für Hochvakuum-Flanschverbindungen, deren
beide Flansche an ihren einander zugewandten Stimseiten mit einander gegenüberliegenden
Ringrinnen versehen sind, die gemeinsam einen Ringhohlraum begrenzen, in den eine
Dichtung in Form eines aus plastisch verformbarem Metall, z. B. aus Kupfer oder
Aluminium, bestehenden Drahtringes eingelegt ist, dessen ursprüngliches Querschnittsprofil
von dem Hohlraum-Querschnittsprofil abweicht und derart bemessen ist, daß der Ring
beim Zusammenpressen der beiden Flansche unter entsprechender Verformung den Hohlraum
ausfüllt.
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Dichtungsringe für Hochvakuum-Flanschverbindungen werden im allgemeinen
aus einem Metall von hohem Reinheitsgrad hergestellt, das sich verhältnismäßig leicht
plastisch verformen läßt und seine Dichtwirkung auch bei Temperaturen von etwa 400
bis 4501 C beibehält, wie sie bei der Entgasung von Hochvakuum
- Einrichtungen angewendet werden. Dichtungen aus Gummi oder sich gummiähnlich
verhaltendem Material sind wegen ungenügender Wärmebeständigkeit nicht verwendbar.
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Metall-Ringdichtungen wurden bisher entweder als Ringe oder Scheiben
aus Blech ausgestanzt und meist durch Nacharbeiten genau kalibriert, oder es wurde
ein zu einem Ring gebogener Abschnitt eines Metalldrahtes mit seinen Enden zusammengeschweißt.
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Das Ausstanzen von Ringdichtungen aus Metallblech bringt den Nachteil
mit sich, daß der Abfall bei der Herstellung des Ringes und dessen meist notwendige
Nachbearbeitung groß ist; wenn zur Herstellung der Dichtungen - etwa aus
Korrosionsgründen - ein Edelmetall, wie Gold oder Silber, verwendet wird,
scheidet diese Art der Herstellung meist aus Kostengründen aus. Außerdem bedingt
diese Herstellungsweise das Vorhandensein einer großen Anzahl von Stanzwerkzeugen,
die für jeden benötigten Durchmesser vorhanden sein müssen.
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Die Herstellung der Ringdichtungen aus einem kalibrierten Metalldraht,
dessen beide Enden miteinander verschweißt werden, verringert zwar den
Ab-
fall, sie bringt aber andere erhebliche technische Schwierigkeiten mit
sich. Die Schweißstelle ist weniger rein als der übrige Teil des Drahtes und enthält
gelöste Gase; sie wird deshalb leicht porös, und ihre plastische Verformbarkeit
vermindert sich erheblich, was für die Abdichtung und die gleichmäßige Verformung
der Dichtung beim Zusammenspannen der Flansche nachteilig ist. Außerdem wird der
Draht an der Schweißstelle beim Schweißvorgang verformt, so daß er dort nach dem
Verschweißen durch Feilen oder Profilieren erneut kalibriert werden muß.
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Es ist an sich nicht mehr neu, bei Hochdruck-Flanschverbindungen zur
Aufnahme von Ringdichtungen aus plastisch verformbarem Metall bestimmte Ringrinnen
in einander gegenüberliegenden Flanschen oder Rohrenden mit zumindest teilweise
gezahnten Querschnittsprofilen zu versehen, die unter anderem ein Herausdrücken
der Dichtungen verhindern sollen; bei diesen bekannten Dichtungsanordnungen werden
jedoch in sich geschlossene Dichtungsringe verwendet, die ihrerseits bereits vor
ihrem Zusammenpressen in den Ringrinnen in einer den Rinnenprofilen bereits weitgehend
angepaßten Form vorprofiliert wurden; es erfolgt also beim Zusammenspannen der Flansche
keine tiefgreifende Umformung des vorgearbeiteten Dichtungsringprofils; es wird
in der Hauptsache nur eine Erhöhung des Flächendruckes an den geneigten Flanken
und d-,n Spitzen der Zähne erzielt. Der relativ hohe Aufwand für die Herstellung
und Vorbearbeitung der in sich geschlossenen Ringdichtung oder die Nachteile einer
Verschweißung des Ringes bleiben bestehen.
Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung für Hochvakuum-Flanschverbindungen zu
schaffen, die bei leichter Herstellbarkeit die oben geschilderten Nachteile der
bekannten Dichtungsanordnungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Dichtungsanordnung für Hochvakuum-Flanschverbindungen
der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rinnen in an
sich bekannter Weise im wesentlichen einander gleiche Querschnittsprofile mit einem
oder mehreren tief nach innen ragenden Zähnen, die beim Eindringen das Dichtungsmaterial
seitlich verdrängen, aufweisen, und die Dichtung aus einem zu einem Ring gebogenen
Metalldraht besteht, dessen Enden mit einander überlappenden, zur Drahtachse schräg
verlaufenden Paßflächen aufeinanderliegen.
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Die tief nach innen ragenden Zähne der Rinnen-Querschnittsprofile
dringen beiin Zusammenpressen der Flansche in das Material des zu einem Ring zusammengebogenen
Metalldrahtes ein und erzeugen durch Keilwirkung eine tiefgreifende Verformung des
Drahtmaterials auch im Bereich der mit überlappenden Paßflächen aufeinanderliegenden
Enden des Drahtes, so daß allein durch das Ineinanderpressen des Drahtmaterials
an der überlappungsfuge oder -trennfläche gleichzeitig mit dem Ausfüllen des durch
die Rinnen gebildeten Ringhohlraumes eine ausgezeichnete Dichtung erzielt wird,
die der Dichtung an einem ungeteilten Drahtabschnitt gleichwertig ist.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist
darin zu sehen, daß die Herstellung der Dichtung einfach und billig ist, weil man
von einem glatten Draht ausgeht, und weder eine Schweißung noch eine Nachkalibrierung
erforderlich ist. Für die genaue Bearbeitung der einander überlappenden Paßflächen
können stets die gleichen Werkzeuge Verwendung finden, unabhängig von dem jeweiligen
Durchmesser der betreffenden Dichtung.
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Der Dichtungsdraht benötigt nur die Anwendung eines verhältnismäßig
geringen Anpreßdruckes, wenn man ihn aus sehr reinem Metall, insbesondere Kupfer
oder Aluminium mit einer Reinheit von 99,995 %, herstellt. Man kanti auch Gold,
Silber, Indium, Blei oder Zinn verwenden. Die Profile der Ringrinnen sind zweckmäßigerweise
einander gleich, so daß die Flansche vertauscht werden können.
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Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der erlindungsgemäßen Dichtungsanordnung
an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Radialschnitt
durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung, Fig.2 eine Stimansicht auf einen
der beiden Flansche und F i g. 3 einen Teilschnitt ähnlich der F i
g. 2 mit anderer Profilierung der Rinnen.
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Die in der F i g. 1 im Radialschnitt dargestellte Hochvakuum-Flanschverbindung
hat zwei Flansche 1" und lt, die gegeneinander verspannt werden können; einer der
beiden Flansche ist mit einer Rohrleitung 2 und der andere mit dem Anschlußstutzen
3
eines Vakuumgefäßes fest und dicht verbunden. Die Flansche 1" und lb sind
durch Spannschrauben 4 verbunden.
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Jeder der beiden Flansche 1" und lb hat auf seiner Stirnfläche eine
Ringrinne 8" bzw. 8b mit gleichem Profil. Bei der Ausführungsforin gemäß
der F i g. 1
hat dieses Profil zwei tief nach innen ragende Zähne
9. In die beiden Rinnen ist ein Draht 10 aus plastisch verformbarem
Metall, beispielsweise aus Reinaluminium, eingepreßt. Dieser Draht, der ursprünglich
einen Kreisquerschnitt aufweist, ist an seinen beiden Enden mit unter gleichem Winkel
schräg zur Drahtachse verlaufenden ebenen Paßflächen versehen, die in der F i
g. 2 mit 10" und 'ob
bezeichnet sind.
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Wenn die beiden Flanschel" und lb zusammengefügt werden sollen, legt
man den Draht in eine der Rinnen so ein, daß das eine schräg abgeschnittene Ende
mit der ebenen Schnitt- oder Paßfläche 10"
nach oben liegt. Der Draht läßt
sich leicht biegen und in die Rinne einlegen, bis seine andere schräg geschnittene
Paßfläche 10b sich genau auf die schräge Paßfläche 10, auflegt und der Draht einen
Kreisring bildet.
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Dann werden die beiden Flansche 1" und lb aufeinandergelegt und mit
Hilfe der Spannschrauben 4 fest aneinandergepreßt. Beim Anziehen der Schrauben wird
der Draht 10 zwischen den gezahnten Querschnittsprofilen der Rinnen 8", 8b
verformt, so daß er den zwischen den beiden Rinnenprofilen zunächst freien Raum
10' (F i g. 1) ausfüllt.
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Das Anziehen der Schrauben kann durch eine Erhitzung der Dichtung
auf etwa 400' C erleichtert werden. Dies ist aber im allgemeinen nicht notwendig.
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Wenn die Bearbeitung der Stirnflächen der Flansche ordnungsgemäß durchgeführt
wird und der Durchmesser des Drahtes dem freien Raum zwischen den beiden Rinnen
angepaßt wird, d. h., wenn der gesamte Querschnitt der beiden Rinnen 8" und
8b
nicht oder nur sehr wenig größer ist als der Querschnitt des Drahtes, wird
der freie Zwischenraum, der ursprünglich zwischen den Wandungen der Rinnen und dem
Draht vorhanden ist, vollständig durch das Material der Dichtung ausgefüllt.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine dcrart ausgeführte Dichtung aus
Aluminium bis zur Schmelztemperatur des Aluminiums dicht bleibt, was offenbar darauf
zurückzuführen ist, daß die Oberflächenspannung der sich bildenden Aluminiumhaut
das flüssige Aluminium daran hindert, an den zusammenlaufenden Stellen
11 und 12 der Rinnen, an denen der Krümmungshalbmesser des gesamten Rinnenprofils
sehr klein ist, auszufließen.
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Bei der Ausführungsforin gemäß F i g. 3 hat das Profil jeder
der beiden Rinnen 8" und 8b drei Zähne 9.