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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung für Höchstvakuumleitungen,
bestehend aus zwei gegeneinanderpreßbaren Flanschringen mit einander gegenüberliegenden,
im Querschnitt rechteckigen Ringnuten in ihren Stirnflächen, aus einem in beide
Ringnuten hineinragenden, ringförmigen Dichtungsträger, der mit der radial inneren
Seitenwand jeder der Ringnuten je einen engen Ringspalt begrenzt, und aus einem
zwischen den beiden Flanschringen an dem Dichtungsträger anliegend angeordneten
metallischen Dichtungsring, der beim Zusammenpressen der Flanschringe plastisch
verformt wird.
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Bekannt ist eine Flanschverbindung dieser Art mit einem starren Metallring,
der in Ringnuten der beiden Flanschen eingreift und als Abstandhalter dient. Dabei
ist ein aus Weichmaterial bestehender O-Ringförmiger Dichtungsring vorgesehen, der
in dem zwischen den Flanschen verbleibenden Spalt zu einem Flachring zusammengepreßt
wird. Der zusammengepreßte Dichtungsring legt sich entsprechend seiner Dicke mit
seiner Innenleibung gegen den starren Metallring an. Dieser liegt mit seiner Außenfläche
an der Außenfläche der Ringnut satt an, so daß der zusammengepreßte Dichtungsring
nicht in den Raum zwischen der Außenfläche des starren Ringes und der Außenfläche
der Ringnut eindringen kann. Die Dichtfläche ist also auf denjenigen Bereich der
Flanschstirnflächen beschränkt, welcher mit dem zusammengepreßten Ring in Berührung
steht. Hierdurch ist bei hohen Vakua keine Gewähr für eine einwandfreie Abdichtung
gegeben (französische Patentschrift 1286 052).
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Weiter ist eine Flanschverbindung mit einer einen zylindrischen Ringspalt
ausfüllenden Weichdichtung aus gummiartigem Werkstoff in Verbindung mit einem starren
Stützring bekannt. Diese Flanschverbindung ist für ein hydraulisches Rohrleitungssystem
bestimmt. Die hier verwendete Weichdichtung ist für Höchstvakuumanlagen nicht geeignet.
Auch werden beim Zusammenpressen der Flansche dieser bekannten Verbindung keine
so großen Kräfte aufgebracht, die einen Dichtungsring aus Weichmetall unter fester
Anlage gegen die Ecke der Flanschnut in den entsprechenden Spalt einpressen und
damit zur Abdichtung von Höchstvakuumleitungen geeignet machen (USA.-Patentschrift
2 900199).
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Schließlich ist eine Flanschverbindung mit einem starren Metallring
als Abstandshalter und einem aus Weichmaterial bestehenden O-Ring-förmigen Dichtglied
bekannt, welches beim Zusammenpressen der Flansche zu einem Ring etwa dreieckförmigen
Querschnittes verformt wird. Dazu sind die Nutkanten der Flansche abgeschrägt. Der
zusammengedrückte Ring legt sich mit zwei Seiten gegen diese abgeschräten Kanten,
während die dritte Seite sich gegen den Dichtungsträger anlegt. Durch die besondere
Ausbildung der Kanten der Flansche und durch den Dichtungsträger wird der zusammengepreßte
Ring begrenzt. Ein Eindringen des Materials des Dichtungsringes in den engen Spalt
zwischen dem Dichtungsträger und den benachbarten Begrenzungswänden der Aussparung
erfolgt nicht. Auch bei dieser Anordnung ist somit die dichtende Fläche auf die
Berührungsfläche der Flanschstirnseiten mit dem Dichtungsring beschränkt, so daß
diese Flanschverbindung für Höchstvakuumleitungen nicht ausreichend dicht ist (britische
Patentschrift 1034 052).
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Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Flanschverbindungen so
zu verbessern, daß ein optimaler Dichteffekt erreicht wird, der die Flanschverbindung
auch für Höchstvakuumleitungen geeignet macht. Diese Aufgabe wird ausgehend von
einer Flanschverbindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch gemeinsame
Anwendung folgender, nach dem Zusammenpressen der Flanschringe verwirklichten Merkmale
gelöst: a) die radial außerhalb der Ringnuten gelegenen Teile der Flanschringstirnflächen
liegen als an sich bekannte Anschlagflächen aneinander; b) die radial innerhalb
der Ringnuten gelegenen Teile der Flanschringstirnflächen begrenzen in an sich bekannter
Weise einen ebenen Spalt, und c) der unverformt nur in dem ebenen Spalt befindlich
gewesene metallische Dichtungsring weist durch radiale Streckung und teilweises
Einpressen in die Ringspalte ein im Querschnitt T-förmiges Profil auf, bei dem der
in dem ebenen Spalt befindliche Ringsteg eine radiale Breite aufweist, die mindestens
doppelt so groß ist wie seine axiale Dicke.
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Die durch die Erfindung hervorgerufene gute Dichtwirkung beruht in
erster Linie auf den Reibungskräften zwischen dem Dichtungsring und den benachbarten
Flächen der Flansche und des Dichtungsträgers. Wenn der verformte Dichtungsring
im Vergleich zu seiner radialen Ausdehnung dick ist, so ist die Wirkung der Reibungskräfte
in der Mitte des Dichtungsringes relativ klein, so daß ein hoher Anpreßdruck der
Flansche erforderlich ist, um ein unerwünschtes Herausdrücken des Dichtungsringes
aus seiner Lage zwischen den Dichtflächen zu verhindern. Durch entsprechende Bemessung
des Dichtungsringes im Sinne der Erfindung werden diese Abmessungen durch die Begrenzungsflächen
der Flansche genau festgelegt. Dadurch, daß das Material des Dichtungsringes um
die scharfen Ecken der Flansche herumgepreßt wird und in den engen Spalt zwischen
dem Dichtungsträger und den benachbarten Flächen der Ringnuten eindringt, werden
vergleichsweise hohe Reibungskräfte an beiden Flächen einer jeden Ecke aufgebaut,
so daß ohne übermäßige Flanschkräfte ein ausreichender Dichteffekt verwirklicht
wird.
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Die radial außerhalb der Ringnuten gelegenen Teile der Flanschringstirnflächen,
welche als Anschlagflächen aneinanderliegen, stellen die erste Voraussetzung für
die Verwirklichung einer einwandfreien Abdichtung dar. Der von den radial innerhalb
der Ringnuten gelegenen Teilen der Flanschringstirnflächen begrenzte Spalt dient
zur Aufnahme des Dichtgliedes, ist also zur Verwirklichung einer einwandfreien Abdichtung
zwingend notwendig. Die Anordnung des Ringspaltes zwischen dem Dichtungsträger und
der radialen inneren Seitenwand jeder Ringnut trägt dafür Sorge, daß beim Zusammenpressen
der Flansche sich das Profil des metallischen Dichtringes T-förmig ausbildet.
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Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Flanschverbindung
sind nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch F i g. 1
einen Längsschnitt durch eine Flanschverbindung gemäß der Erfindung.
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F i g. 2 eine Seitenansicht eines Dichtungsträgers mit einem Dichtungsring,
F
i g. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie 3-3 in F i g. 2, F
i g. 4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung vor dem Zusammenpressen
der Flanschringe, F i g. 5 die Anordnung gemäß F i g. 4 nach dem Zusammenpressen
der Flanschringe, F i g. 6 einen der F i g. 3 entsprechenden Schnitt durch eine
andere Ausführung des Dichtungsträgers und des Dichtungsringes und F i g. 7 einen
Ausschnitt aus der F i g. 5 in vergrößertem Maßstab.
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Zwei Leitungsabschnitte 12 eines Höchstvakuumsystems sind an ihren
benachbarten Enden mit Flanschringen 16 und 18 versehen. Der Flanschring
18 weist einen größeren Durchmesser auf und enthält an seinem äußeren Teil
20 Bohrungen für Flanschverbindungsschrauben 24. Der Flanschring 16 wird von einem
Losflansch 22 mit seiner einen Stirnfläche durch die Schrauben 24 gegen den
mit dem Flansch 20 ausgerüsteten Ring 18 gedrückt.
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Die Ringe 16 und 18 besitzen an ihren axial außenliegenden Flächen
radial nach innen sich erstrekkende, biegsame Ringstege 26, die etwaige Längsdehnungen
der Leitungen 12 aufnehmen sollen. Die Ringstege 26 sind mit den Leitungen durch
Schweißnähte 30 dicht verbunden und mittels einer Ringnut 28 auf den Leitungsenden
zentriert.
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Die Dichtungsanordnung zur Abdichtung der erfindungsgemäßen Flanschverbindung
besteht aus einem starren ringförmigen Dichtungsträger 32, der z. B. aus rostfreiem
Stahl hergestellt ist. An der Innenfläche des Dichtungsträgers 32 liegt ein Dichtungsring
34 aus Weichmetall, vorzugsweise aus Gold, an.
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Der Dichtungsträger 32 dient dazu, dem Dichtungsring 34 den nötigen
Halt zu geben und ihn bei seiner Verformung außen abzustützen. Durch Abstützen des
Dichtungsringes beim Zusammenpressen der Flanschringe bedingt der Dichtungsträger
32 die Entstehung hoher Dichtkräfte. Wenn der Ring 32
nicht vorhanden ist,
dann zeigt der Dichtring 34 das Bestreben, nachzugeben und sich in dem Dichtungsspalt
zwischen den Flanschringen 16, 18 auszubreiten, bevor er eine hinreichend
große Druckbeanspruchung erhalten hat, um eine befriedigende Abdichtung sicherzustellen.
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Die Verbindung des Dichtungsringes 34 mit dem Dichtungsträger
32 kann auf verschiedene Art geschehen. Bei der Ausführung nach den F i g. 2, 3
und 6 hat der Dichtring 34 rechteckigen Querschnitt und ist mit der geriffelten
oder aufgerauhten zylinderförmigen Innenfläche 36 des Dichtungsträgers durch Schrumpf
verbunden (F i g. 6). Bei der Ausführungsform 14 a nach F i g. 4 hat der
Ring 32 a eine glatte Innenfläche 42, und der Dichtungsring 34 a hat kreisförmigen
Querschnitt. Dieser Ring 34a kann bei dieser Ausführung an dem Ring 32 durch Löten,
Hartlöten oder Schweißen befestigt sein.
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Bei sämtlichen dargestellten Dichtungsträgern 32, 32a ist in der äußeren
Zylinderfläche eine Ringnut 40 angeordnet, in welche ein Schraubenzieher oder ein
anderes Werkzeug zum Lösen der Dichtungsanordnung von einer der Flanschhälften eingreifen
kann.
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Die F i g. 4 und 5 zeigen das Zusammenwirken der Dichtungsanordnung
mit den Flanschringen 16 und 18. In den Flanschringen sind einander gegenüberliegende
Ringnuten 48 vorgesehen. Die zylindrische Innenfläche 42 des Dichtungsträgerringes
32 ist durch die radial innere Seitenwand 44 der Ringnuten 48 zu den
Flanschringen 16, 18 zentriert. In der Zeichnung ist der Ringspalt 46, welcher zwischen
den Zylinderflächen 42 und 44 besteht, etwas übertrieben breit dargestellt,
um deutlich zu machen, wie das Dichtglied in diesen Raum hineingedrückt wird (F
i g. 5). Zwischen der Außenfläche des Ringes 32 und der radial äußeren Seitenwand
der Ringnuten 48 befindet sich ein breiterer Ringspalt 47, während zwischen den
Stirnflächen des Ringes 32 und dem Grund der Nuten 48 Axialspalte vorgesehen
sind.
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Der Dichtungsträger 32 bewirkt eine Zentrierung der Flanschringe 16
und 18. Im gewissen Sinne »schwimmt« er zwischen den Flanschringen; die einzigen
Stellen der Flanschringe, welche die Dichtungsanordnung berühren, sind die Flanschnutecken
50, welche sich in den Dichtungsring 34 einpressen.
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Die Eindringtiefe der Flanschnutecken 50 in dem Dichtungsring 34 ist
durch die Breite des ebenen Spaltes 52 zwischen den Teilen 54 der Flanschringstimflächen
bestimmt. Dabei ist diese Breite durch das Aneinanderliegen der anderen Teile 56
der Flanschringstirnflächen gegeben (F i g. 5).
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Wenn ein Dichtungsring aus Weichmetall gemäß F i g. 7 zwischen den
Stirnflächenteilen 54 so weit zusammengedrückt wird, bis der zwischen den Flächen
liegende Spalt 52 und damit die Dicke t des Dichtungsringes etwa der Hälfte - oder
weniger - der radialen Breite 1 dieses zusammengepreßten Dichtungsringes entspricht,
so wird die zu einer sicheren Abdichtung erforderliche Dichtpressung erzeugt. Für
eine wirksame Abdichtung ist also erforderlich, daß 1 > 2 t. Dann wird Material
des Weichdichtungsringes in die feinen Haarrisse, welche die Flächen 54 überziehen,
hineingepreßt und dichtet auch diese ab.
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Bei einem Dichtungsring aus Gold beträgt z. B. die Dicke des zwischen
den Flanschringen zusammengepreßten Dichtungsringes t = 0,15 mm, wobei die Breite
1 = 0,30 bis 0,45 mm beträgt. Wenn die Dicke t = 0,25 bis 0,30 mm wäre und die Breite
1 = 0,30 bis 0,45 mm betrüge, dann wäre die Flanschverbindung nicht zuverlässig
dicht.