DE1650240A1

DE1650240A1 - Dichter Anschluss

Info

Publication number: DE1650240A1
Application number: DE19671650240
Authority: DE
Inventors: Hait Paul W
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1966-10-24
Filing date: 1967-10-20
Publication date: 1970-08-13
Also published as: GB1169977A; US3542381A

Description

.„ PATENTANWALT

Patentanwalt

Dr. CLAUS RSNLÄriDSR DIPL.-ING. H. KLAUS BERNHARDT «,

8000 MÜNCHEN 23 ■ MAINZERSTR.5 T1 P1 42 D

TARIAlJ" ASSOCIATES

Palo Alto, California

V. St. v. Amerika

Dichter Anschluss

Priorität: «24· Oktober "\3ββ - Vereinigte Staaten von Amerika Serial No. 589 101

Die Erfindung betrifft dichte Anschlüsse und insbesondere einen dichten Anschluss mit Hilfe von aromatischem Polyimid.

In Vakuum- und Hochdrucksystemen werden dichte Anschlüsse für die verschiedensten Zwecke verwendet. Die üblichsten Verwendungszwecke solcher Anschlüsse sind der Anschluss von Leitungen, die Bildung von dichten Abdeckungen und die Bildung von gasdichten Durchführungen zwischen Komponenten, die in Umgebungen mit unterschiedlichen Drucken angeordnet

-9 sind. Um ein Höchstvakuum zu erreichen, d.h. Druoke unterhalb von 10

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Torr, ist es notwendig, dass das Vakuumsystem bei Temperaturen in der Grössenordnung von 3OO C ausgeheizt wird. Derzeit sind als einzige zuverlässige ausheizbare Vakuumdichtungen, die solchen Temperaturen widerstehen können, metallene Vakuumdichtungen verfügbar«, Sine solche Dichtung ist in der US Patentschrift 3 208 758 "beschrieben. Solche dichten Anschlüsse werden dadurch gebildet, dass ein Flanschelement mit einer Rippe oder dergleichen versehen wird, die in eine weichmetallene Dichtung, "beispielsweise aus Kupfer, eindringt oder diese verformt. Der mit einer Hippe versehene Flansch solcher Vakuumdichtungen muss sehr sauber bearbeitet werden, um zu gewährleisten,' dass die Dichtung unter Höchstvakuum zuverlässig arbeitet. Weiterhin müssen oft Drehmomentschlüssel verwendet werden^ um zuverlässig eine ausheizbare vakuumdichte.Abdichtung mit metallenen VakuumdichtungeB. zu erhalten, ■nämlich um die erforderliche Schliesskraft zu erzeugen, mit der der Flansch mit der Rippe vorgeschoben werden muss, um in die weichmetallene Dichtung einzudringen und einen gasdichten Abschluss zu bilden.

Nicht metallene Dichtungen, beispielsweise solche mit Viton-A, Gummidichtungen, Fette oder Kunststoffe,werden oft in Vakuum- und Drucksystemen verwendet. Unglücklicherweise können diese Dichtungen jedoch nicht für Hochstvakuumdichtungen verwendet werden, besonders bei höheren Temperaturen, bei denen die meisten dieser Werkstoffe grosse Mengen von Gasen entweichen lassen. Solche frei gewordenen Gasmengen yerunreinigen oft das System und ändern auch den Systemdruck. Dementsprechend können solche nicht metallenen Vakuumdichtungen in Vakuumsystemen oder Drucksystemen nicht verwendet werden, die unter hohen Temperaturen arbeiten müssen, beispielsweise 300° C oder höher, besonders wenn eine Verunreinigung vermieden werden muss.

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Durch die Erfindung wird ein dichter Anschluss verfügbar gemacht, der einfach aufzubauen ist, für viele Zwecke brauchbar ist und der zuverlässig bei Temperaturen von wenigstens 3OÖ C arbeiten kanne Genauer gesagt, der dichte Anschluss nach der Erfindung besteht darin, dass ein aromatisches Folyimid zwischen die einander gegenüberstehenden Flächen der Struktur gebracht wird, die den abzudichtenden Anschluss definiert· Das Poiyimid, zusammen mit den einander gegenüberstehenden, Flächen, die den Anschluss bilden, ergeben eine gasdichte Abdichtung, wenn sie zusammengepresst werden. In der Praxis kann die Dichtung dadurch gebildet werden," dass eine Schicht aus aromatischem Polyamid auf wenigstens einer der einander gegenüberstehenden Flächen niedergeschlagen wird und die beiden Flächen zusammengepresst werden. Statt dessen kann die Dichtung dadurch gebildet werden, dass ein Dichtungsring oder dergleichen aus aromatischem Poiyimid in massiver Form zwischen die einander gegenüberliegenden Flächen eingeschlossen wird, die den Anschluss definieren. In allen Fällen kann der dichte Anschluss nach der Erfindung zwischen flachen einander gegenüberstehenden Flächen gebildet werden. Solche

—10 dichten Anschlüsse haben einwandfrei bei Drucken unterhalb von 10 Torr" bei Temperaturen bis zu 300 C funktioniert» Es besteht also ein erheblicher Unterschied gegen die bekannten Höchstvakuumdichtungen und Hochdruckdichtungen, bei denen bisher komplizierte Anschluss-Formen erforderlich waren, um zuverlässige Abdichtungen gegen Höchstvakuum und Hochdruck zu erhalten. ■

Durch die Erfindung soll also ein billiger dichter Anschluss verfügbar gemacht werden, der einfach herzustellen ist und der im allgemeinen

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überall verwendet werden kann, wo dichte Anschlüsse benötigt werden.

Genauer gesagt soll durch die Erfindung ein billiger und einfach zu bauender dichter Anschluss verfügbar gemacht werden, der für eine zuverlässige Abdichtung zwischen Räumen stark unterschiedlichen Druckes bilden kann.

V/eiter soll durch die Erfindung ein dichter Anschluss verfügbar gemacht werden, mit dem eine zuverlässige Abdichtung bei höheren Temperaturen bis zu 300 C erhalten werden kann.

v/eiterhin soll durch die Erfindung ein dichter Anschluss verfügbr-r .gem&cht werden, .der zur Verwendung in Hc'clrstvakuumsysteiuen geeignet, ist, bei denen im Betrieb hohe Temperaturen auftreten.

Ausserdeo soll durch die Erfindung ein dichter Anschluss verfügbar gem&cht werden, der mehrmals abgeschlossen werden kann.

Ferner soll durch die Erfindung ein dichter Anschluss verfügbar gemacht werden, mit dem eine zuverlässige. Vakuumdichtung erreicht -Werden kann, ohne dass grosse Schliesskräfte aufgewandt werden müssen.

Weiterhin soll durch die Erfindung ein dichter Anschluss verfügbar gemacht werden, der zur Verwendung in Vakuumsystem geeignet ist, und bei dem eine Dichtung aus einem Werkstoff verwendet wird, der auf eine der einander gegenüberstehenden Flächen des Anschlusses als Schicht aufgebracht werden kann.

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Schliesslich soll durch die Erfindung ein dichter Anschluss verfügbar gemacht werden, der zur Verwendung in Vakuumsysteinen geeignet ist und "bei dem nur ein Minimum an Präzisionsbearbeitung erforderlich ist, um die den Anschluss bildenden Teile zu ba.uen.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung} es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen dichten Anschluss mit Flanschen und einer Dichtung aus Polyimid;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen dichten Anschluss mit Flanschen mit einer Dichtung aus Polyimid, das*auf eine der einander gegenüberstehenden Flächen der Dichtung aufgebracht ist;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen anderen dichten Anschluss mit Flanschen und einer Dichtung aus Polyimid in massiver Form? Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Dichtung für den dichten Anschluss nach

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4; - .

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Beobachtungsfenster; Fig. 7 ei*¹ in E'ig· 6 mit der Linie 7-7 umschlossenes Detail; Fig. 8 einen Schnitt durch eine Durchführung; Fig» 9 ein in Fig. 8 mit der Linie 9-9 umschlossenes Detail? und Figo 10 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Durchführung

G-emäss Fign. 1-5 weist der dichte Anschluss nach der·Erfindung wenigstens zwei Körper auf, von denen Jeder eine dar einander gegenüberstehender Dichtflächen 11 und 12 definiert, die den abzudichtenden Anschluss bilden. Zwischen die einander gegenüberstehenden Fläohen 11 und 12 ist ein Dichtungskö'rper 13 aus aromatiechem Polyimid angeordnet. \Ienn die Dichtflächen

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definierenden Körper 11 und 12 und die Polyimid-Dichtung IJ fest zusammengepresst werden, wird ein dichter Anschluss erhalten. Um einen dichten Anschluss mit wenig oder keinem Leck zu erhalten, wird eine Schliesskraft verwendet, die einen Druck von 355 Kilo/cm (5000 psi) längs der Oberfläche der Polyimid-Dichtung 13 erzeugt, um den Anschluss anzuschliessen. Der dichte Anschluss nach der Erfindung kann so^rohl in Hochdrucksystemen, d.h. Systemen, in denen der Druck erheblich über Atmosphärendruck liegt, und in Vakuumsystemen verwendet werden. Da der dichte Anschluss jedoch einzigartig für Höchstvakuum geeignet ist, soll im Folgenden der dichte Anschluss in Verbindung mit einer Terwendung in Vakuumsystemen beschrieben werden»

In Figo 1 ist ein Vakuumflansah 14dargestellt, der üblicherweise dazu verwendet wird, Komponenten eines Vakuumsystems gasdicht zu verbinden. Der Vakuumflansch 14 weist zwei Flanschen 16 und 17 auf., die beide aus rostfreiem Stahl besteh@2i. Üblicherweise Bind die Flanschen 16 und 17 ringförmig, und jeder Flansch ist an einer der Vakuumvorrichtungen befestigt, die miteinander verbunden warden sollen» Der Flansch 16 ist beispielsweise in der dargestellten Form mit einer Schulter 18 versehen, die 'am Innenumfang angeordnet ist, und in de ε eine Leitung 19, beispielsweise der Auslass einer VakuumkaBffiier _s befestigt ist₈ etwa mittels Schweissung 21» In gleicher Weise ist der Flansch 1? mit einer Schulter 22 am Innenuiafang versehen₉ in. dz© eine Leitung 23 eingesetzt ist, beispielswaise ©in Einlass einey Vg,kuumpuiap©_s und dort mit einer Schweissung 24 befestigt. .

Die Flansche 16 und 17 siad aufeinanaar zu bewegbar, so dass die jeweiligen Dichtflächen 11 und 12 einander gegenüberstehen^ wenn die Flansche

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zusammengebracht werden. Um die Herstellung des Flansches zu vereinfachen, werden die einander gegenüberstehenden Flächen 11 und 12 flach gemacht. Ein dichter Anschluss wird dadurch erhalten, dass der aromatische Polyimid-Körper 1J zwischen die flachen einander gegenüberstehenden Flächen 11 und 12 gebracht wird.

Vie in Fig. 1 dargestellt ist, sind die Flansche 16 und 17 längs einer gemeinsamen Achse montiert und werden sie mit Flanschmuttern 26 und Flanschbolzen 2f aneinander befestigt, die durch die Flanschbolzenöffnungen 28 durch die Flansche greifen. Um die Erzeugung de.s gewnnsch- Λ ten Dichtungsdruckes zu erleichtern, werden eine Anzahl Flanschmuttern und -bolzen um den Umfang des Ringflansches herum angeordnet.

Bei einem "lyp eines Vakuümflansches I4» der gemäss den Lehren der Erfindung aufgebaut ist, hatten die Flansche 16 und 17 einen C-förmigen tciuerschnitt und die Schenkel 29 und 5I bildeten Plateaus. Die Flanschbolzenöffnungen 28 waren mittig durch die Flansche 16 und 17 zwischen den Armen 29 und 3I hindurchgeführt. Ein Ring aus Polyimid von 0,65 mm (θ,Ο25") Stärke, der die Dichtung I3 bildete, wurde zwischen die Platten

eingesetzt, die duroh die inneren, voneinander entfernten Arme 29 der Flansche 1-6 und 17 gebildet wurden. Ein gasdichter Anschluss, wurde dadurch gebildet, dass die Flanschmuttern 26 auf den Flanschbolzen 27 mit einem üblichen Schlüssel festgezogen wurden, um einen Druck von 355 Kilo/cm (5OOO psi) auf die Dichtung I3 zu erzeugen. Um die Schliesskraft zu verringern, die notwendig ist, um den gewünschten Dichtungsdruck zu erzeugen, ist die Länge der Arme, zwischen denen die Dichtung

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13 eingeschlossen ist, grosser als die Länge der Arme 31 j beispielsweise um 0,75 mm (0,030").

In den Fällen, in denen der Dichtungskörper 13 zwischen die Flansche 16 und 17 in seiner massiven Form gebracht wurde, wurde ein Folyimid verwendet, dass von E.I. du Pont de Nemours and Co. Inc. hergestellt und unter der Bezeichnung SP-1 Yespel vertrieben wird. Wenn Polyimid in dieser soliden Form zwischen die Flansche 16 und 17 gebracht wird, um eine Hochstvakuumdichtung zu bilden, sollen die einander gegenüberstehenden Dichtungsflächen 11 und 12 so bearbeitet sein, dass sich eine Oberflächenfeinheit von 32 rms oder besser ergibt, und zwar mit kreisförmiger Lage. Mit einer solchen Oberflächengüte können Hochstvakuumdichtungen gebildet werden, die auch bei hohen Temperaturen wirksam bleiben.

In Fig. 2 ist ein Flansch-Anschluss ähnlich dem nach Fig. 1 dargestellt, bei dem eine Schicht I3¹ aus tolyimid benutzt wird, um den Dichtungs-" körper des dichten Anschlusses zu bilden. Die Dichtungsschicht I3' wird dadurch gebildet, dass wenigstens eine der einander gegenüberstehenden Dichtungsflächen, die Fläche 11 gemäss Fig. 2, mit einem aromatischen Polyimid beschichtet wird, bis die Dichtung I3¹ wenigstens 0,08 mm (0,003") dick ist. Im allgemeinen werden zwei oder drei Beschichtungen benötigt, um eine Dichtung von 0,08 mm Stärke zu bilden. Das Verfahren, mit dem die Polyimid-Dichtungsschicht I3¹ auf der Dichtungsfläche 11 gebildet werden kann, ist wie folgt: das monomere pyromellitische Dianhydrid und ein aromatisches Diamin, beispielsweise Dimethylformamid, Dimethylacetamin, und N-Methyl-2-pyrrolidon unter der Bezeichnung PYRE-ML 5057 von E.I. du Pont de Nemours and Co. Inc. geliefert, werden

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gründlich gemischt, um eine lösliche Polyamiesäure-LÖsung zu bilden. Die Mischung wird gleichmässig auf die Dichtfläche 11 des rostfreien Stahlfla.nsch.es 16 geschichtet. Die Beschichtung kann entweder mit einer Bürste oder einer Spritzpistole erfolgen. Tor dem Aufbringen der Schicht auf die Dichtfläche 11 wird die Fläche sorgfältig mit Azeton gesäubert- und gespült. Unmittelbar nach niederschlag einer Schicht der Mischung wird die Schicht zwangsgetrocknet, beispielsweise dadurch, dass mit einer Heizpistole über die Oberfläche gestrichen wird, etwa im Abstand von 20 - 25 cm (8 - 10") von der Dichtfläche 11, oder dadurch, dass der beschichtete Gegenstand in einen Ofen gebracht und dort die Temperatur der Schicht auf etwa 250 C erhöht wird, bis die Schicht ein mattes, trockenes Aussehen hat. Weitere Schichten können über die erste Schicht gebracht werden und in der gleichen Weise zwangsgetrocknet werden, bis eine Schicht der gewünschten Dicke erhalten wird. Vor der Verwendung wird die Schicht dadurch ausgehärtet, dass der beschichtete Gegenstand auf eine Temperatur von etwa 300 C erwärmt wird und etwa 6 Stunden auf dieser Temperatur gehalten wird. Die Schicht kann dadurch gehärtet werden, dass der beschichtete Körper in einen Vakuumofen gebracht wird, der laufend evakuiert wird, um den Rest des flüchtigen Lösungsmittels zu entfernen» Wenn der dichte Abschluss in Vakuumsystemen verwendet wird, die ausgeheizt werden, kann die Schicht während des Ausheizvorgangs ausgehärtet werden, während der dichte Anschluss bereits betriebsfertig montiert ist.

Bb ist zu erwähnen, dass durch die Bildung der Dichtung 13' durch Beschichtung und Bindung des aromatischen Polyimide mit der Dichtfläche irgendwelche Unregelmäaeigkeiten der Oberfläche 11 von der Mischung

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ausgefüllt werden. Die Oberflächengüte für diejenige der einander gegenüberstehenden Dichtflächen, auf die die Polyimid-Dichtung 1J' aufgebracht wird, kann also geringer gewählt werden, selbst bei Höchstvakuumanwendungen.

Es ist außerordentlich wichtig und ein hervorstechendes Merkmal des dichten Anschlusses nach Fig. 2, dass er leicht zu reparieren ist, falls er einmal beschädigt werden sollte. Wenn beispielsweise die Dichtfläche 12 oder die dieser gegenüberstehenden Fläche der Dichtungsschicht 13' beschädigt· werden, beispielsweise durch Kratzer, kann der dichte Anschluss in seinen ursprünglichen Zustand zurückgebracht werden, indem einfach die beschädigte Fläche nach dem beschriebenen Verfahren mit Polyamid beschichtet wird»

In Fign. 3 ~ 5 ist ein dichter Anschluss nach der Erfindung dargestellt, bei dem ein massiver Polyimid-Dichtungskörper 1-3" einer speziellen Konstruktion verwendet ist. Die Polyimid-Dichtung 13" hat einen mehrseitigen querschnitt) der wenigstens zwei einander gegenüberliegende, flache Seiten 32 und 33 aufweist. Im Gebrauch ist die Polyimid-Dichtung 13" derart in den Anschluss eingesetzt, dass die einander gegenübersbehenden flachen Seiten 32 und 33 den Dichtflächen 11 und 12 des Anschlusses gegenüberstehen. In den Vakuumflansch nach Fig. 3 ist die mehrseitige Polyimid-Dichtung 13" in eine Dichtungs-Aufnahme-Aussparung 34 im Flansch 36 eingesetzt. Der Boden der Aussparung 34 bildet die gegenüberstehende Dichtfläche 12. Der gegenüberliegende Flansch 37 weist eine üohulter 38 auf der zur Aussparung 34 weisenden Seite auf, deren Breite etwas kleiner ist als die der Aussparung 54» und die mit dieser übereinstimmt. Die Oberseite der Schulter J8 bildet die andere ge^-en-

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überstehende Dichtfläche 11, Wenn die Flansch-Muttern 39 und -"bolzen 41 , die durch die Flansche 36 und 37 hindurchreichen, dichtgezogen werden, liegen die Schulter 38 und der Boden der Aussjjarung 34 ^an den gegenüberliegenden Seiten 32 "bzw.'33 ctes: Dichtung I3" an, so dass eine gasdicht abgeschlossene Verbindung gebildet wird* Eine Schliesskraft von 355 Kilo/cm (500C psi) erzeugt Höchstvakuum-Abdichtung.

Es sind andere Ausführungsformen der speziellen Art und ¥eise möglich, die mehrseitige Dichtung 13" an ihrer Stelle zu halten, um den dichten Anschluss herbeizuführen. Beispielsweise können beide Flansche 36 und. ^

37 mit Aussparungen versehen sein, wobei die Gesamttiefe beider Aussparungen kleiner ist als die Dicke "t" der Dichtung 13"· Die Schulter

38 am Flansch 37 kann auch weggelassen werden, wenn die Dicke "t" der Dichtung 13" grosser gemacht wird als die Tiefe der Aussparung 34·

Gemäss Fign. 4 und 5 sollen die Seiten 32 und 33» die die Abdichtung bilden, Weiten "a" bzw«, "to" von 0,6 mm (o,O25") oder grosser haben. In der i'raxis hat sich gezeigt, dass mehrseitige Dichtungen' of t strukturell ausfielen, wenn die Breiten "a" und "b" kleiner gemacht wurden als 0,63 mm (O,O25"). Es hat sich auch gezeigt, dass die Schliesskraft, ™ die zur Erzielung eines gasdichten Abschlusses zwischen Dichtung 13" und den gegenüberstehenden Dichtflächen 11 und 12 benötigt wird, ein Minimum erreicht, wenn die Breiten der Selten 32 oder 33 auf 0,63 mm (0,025") festgesetzt ,wurden.

In vielen Anwendungsfällen wird die Polyimid-Dichtung dazu verwendet, einen dichten Abschluss mit gegenüberstehenden Dichtflächen aus rost-

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freiem Stahl zu bilden. Um einer unterschiedlichen -thermischen Dehnung der Teile aus rostfreiem Stahl und aus Polyimid Rechnung zu tragen, müssen Vorkehrungen getroffen werden, die eine Rela.tivdehnung der Teile aus Polyimid und aus rostfreiem Stahl zulassen, besonders wenn hohe Temperaturen auftreten. Wenn die Dichtung so eingespannt ist, dass sie sich nicht in irgendeinen leeren Raum ausdehnen kann, sorgt die zusätzliche Kompression der Dichtung durch die Dehnung bei hohen Temperaturen dafür, dass die Dichtung ihre Elastizitätsgrenze überschreitet und permanent plastisch verformt wird, so dass sich nach dem Abkühlen eine fehlerhafte Dichtung ergibt.

Um den grossten Grad unterschiedlicher thermischer Dehnung zuzulassen, während gleichzeitig die strukturelle Integrität beibehalten wird, hat die mehrseitige Dichtung 13" nach Fig. 3 i^ffl allgemeinen rhombische Form, wobei die Spitzen, wenigstens an den Seiten 32 und 33» abgeflacht sind, so dass sie eine Breite von wenigstens 0,63 ^mm (0>025") haben. Bei einer Ausführungsform der rhombischen Dichtung 13" für einen dichten Anschluss hatte die Dichtung 13" Ringform mit einem kleinsten Durchmesser von 31,7 mm (1 ,25") . Die Gesamtbreite "w" betrug 3,56 mm" (.0,14") und die Dicke "t" ebenfalls 3,56 mm (0,14"). Die Breite "a" wurde auf 0,63 mm (0,025"") und ebenso die Breite "b" auf 0,63 mm (0,025") festgelegt. Die in Richtung der Breite "w" weisenden Spitzen wurden ebenfalls auf 0,63 mm (0,025") abgeflacht.

Der erfindungsgemässe dichte Anschluss kann zur Bildung von 'Vakuumdichtungen in verschiedenen Geräten verwendet werden, beispielsweise Ventilen, Durchführungen, Beobachtungsfenstern und anderen Vakuumanschlüssen. °

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LJs ist oft notwendig, ein Gerät gasdicht zwischen Umgebungen mit unterschiedlichem Druck einzukuppeln, beispielsweise zwischen eine evakuierte Kammer und Atmosphäre. In Vakuumsystemen werden Beobachtungsfenster oft in die "Wand einer Vakuumkammer eingesetzt, um das Innere beobachten zu können. In die Wände von Vakuumkammern» werden auch die verschiedensten Durchführungen eingesetzt. In solchen Fällen ist es üblich, die Umfasstrukturen, beispielsweise ein Beobachtungsfenster, dadurch zu befestigen, dass diese, d.h. das Vakuumfenster, an ein Dichtungsmaterial gelötet wird, das seinerseits an die es umgebende Vakuumkammer befestigt wird, und zwar mit üblichen Dichtungsflanschtechniken. Durch Verwendung einer Polyimid-Dichtung, die zv/isehen einen flansch und die Struktur gekeilt wird, an die das Beobachtungsfenster oder das Gerät gekuppelt ist, kann ein Löten vermieden werden, so dass die Vereinigung der Strukturen erheblich erleichtert wird.

Gemäss Fign» 6 und 7 ist eine Polyimid-Dichtung 51 dazu verwendet, ein Beobachtungsfenster 52 gasdicht zu fesseln, so dass die Beobachtungsfensteranordnung 55 beispielsweise an eine "nicht dargestellte Vakuumkammer angesetzt werden kann. Genauer gesagt, die Beobachtungsfensterbftueinheit 53 weist zwei identische Flansche 54 und ^6 aus rostfreiem Stahl auf. Beide Flansche 54 und 56 haben Äingform und sind so montiert, dass sie sich längs einer gemeinsamen Achse aufeinander zu bewegen können. Jeder Flansch weist eine Schulter auf, die von inneren Wänden 57 und 58 definiert ist, die parallel zur gemeinsamen Achse liegen, und eine gegenüberstehende Fläche 59r <iie zum gegenüberliegenden Flansch weist.

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Die gegenüberstehende Fläche 59" weist eine Rippe auf, die zum gegen- . überstehenden Flansch hin vorsteht; die Mppenteile der Flansche liegen unmittelbar einander gegenüber. Die Eippe 61 weist eine Primär-, dichtflache 62 auf, die zur inneren Wand 57 unter einem spitzen -Winkel Ό abfällt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel θ = 20 . Die innere Wand 57 und die abfallende Dichtfläche 52 bilden eine Nut 63, in der die Polyimid-Dichtung 5I gefangen wird. Jede Rippe-61 weist ferner eine Hilfsdichtfläche 64 auf, die zur Fläche 59 unter einem stumpfen"Winkel φ abfällt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist. "der Winkel ^ = 110 . Wie noch näher erläutert wird, trägt die abfallende Hilfsdichtfläche 64 dazu bei, die gasdichte Abdichtung zwischen der Polyimid-Dichtung 5I und dem Körper zu bilden, der sie umgibt.

Bei der Konstruktion einer Beobachtungsfensterbaueinheit 53 zur Montage an einer Vakuumkammer wird ein Beobachtungsfenstei*. 52, beispielsweiseein baphirfenster, passend in eine Öffnung 65 eingesetzt, die von der Ringdichtung 5I gebildet wird. Um den Zusammenbau der Beobachtungsfenstereinheit 53 zu erleichtern, ist eine Schulter 66 längs der die Öffnung 65 bildenden Fläche vorgesehen, um das Saphir-Beobachtungsfenster 52 zu stützen. Eine Vakuumdichtung um das Beobachtungsfenster 52 herum wird dadurch gebildet, dass die Dichtung 5I der·Fensterbaueinheit 53 zwischen die Flansche 54 und 56 eingesetzt wird. Die Flanschmuttern67 werden auf den Flanschbolzen 68 festgezogen, die durch öffnungen 69 in den Flanschen geschoben sind. Dadurch ergibt sich eine Bewegung der Flansche aufeinander zu und ein Eindringen der Rippen 61 in die Dichtung 5I. Durch die Hilfsdiohtfläohe 64 sorgt das Eindringen der Rippen 61 in die Dichtung^dafür, dass das Polyamid nach innen auf das Saphirfenster 52 und gegen die Innenwände-

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■57 der Flansche 54 und % gedehnt wird. Der Spalt 65 fängt und sichert die Polyimid-Dichtung 51 zwischen den Planschen, so dass ein gasdichter Anschluss der Dichtflächen 62 und 64 der Rippen 61 erzielt wird. Die Dehnung der Polyimid-Dichtung 5I gegen das Saphirfenster 52 bildet einen gasdichten Abschluss um das Fenster 52· Da' gegenüberliegende Seiten der Polyimid-Dichtung 5I gegen die Innenwand 57 &^e? Flansche 54 und. 56 uncl das Saphirfenster 52 drücken, kann die Dichtung 5I sich nicht vom Saphirfenster 52 wegziehen, selbst wenn die Fenstereinheit 53 mehrfach den Temperaturbereich zwischen 30 C und 300 C durchläuft

Die Beobachtungsfenster-Baueinheit 53 wird in eine Wand einer Vakuumkammer dadurch montiert, dass ein Leitungsansatz der Vakuumkammer an die Montageschulter 70 geschweisst wird, die von der Innenwand 58 des Flansches 56 aus rostfreiem Stahl hervorsteht. Selbstverständlich kann der Flansch. 56 einen integrierenden Teil der Kammerwand bilden.

Die beschriebene Dichttechnik kann auch dazu verwendet werden, andere Geräte als Beobachtungsfenster zwischen Umgebungen unterschiedlichen Druckes einzusetzen» Beispielsweise kann statt des Beobachtungsfensters 52 eine Durchführung eingesetzt werden. Wegen der Isoliereigenschaften fj von Polyamid ist der dichte Anschluss nach der Erfindung besonders für elektrische Durchführungen zwischen Umgebungen unterschiedlichen Druckes geeignet.

In Fign«. 8 und 9 ißt eine demontierbare elektrische Mehrstift-Durchführung 101 dargestellte Die Durchführung 101 weist einen Ringflansch -102 aus rostfreiem Stahl auf, der Flansche 103 "¹^d 104 bat, die ent-

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sprechend der erwähnten TJS Patentschrift 3 208 758 aufgebaut sind, so dass eine Erläuterung hier nicht erforderlich sein dürfte. Eine · Polyimid-Dichtung 106 ist gasdicht zwischen den Flanschen gefangen und dort befestigt, und zwar mit einander gegenüberliegenden Hippen 107» <ü^e auf eina.nder gegenüberstehenden Flächen der Flansche gebildet sind. Die gasdichte Abdichtung wird von den Hippen 107 gebildet, die in die Polyimid-Dichtung 106 eindringen, wenn die Flanschmuttern 108 auf den durch die Flansche gesteckten Flanschbolzen 109 dichtgezogen werden.

Eine Anzahl elektrischer Durchführungen Ί11 sind durch die Polyimid-Dichtung 106 durch voneinander entfernte Stiftöffnungen 112 geschoben, die in der Polyimid-Dichtung 106 gebildet sind. Damit die elektrischen Durchführungen 111 leicht ersetzt werden können, sind die Durchführungen lösbar gasdicht an der Dichtung 106 befestigt, und zwar in deren jeweiligen Öffnungen 112. Die Art und Weise, in der die elektrischen Durchführungen lösbar in der Polyimid-Dichtung- 106 befestigt sind, ist genauer in Fig. 9 dargestellt. Ersichtlich ist jeder Durchführungsstift 111 durch einen Bolzen 113 aus rostfreiem Stahl eingesetzt und ist in diesem mit einer gasdichten Silber-Kupfer-Lötung 114 festgelegt. Der Bolzen 113 ist durch Stiftöffnung 112 eingesetzt und ist in dieser mit Mutter 116 befestigt. Der Kopf II7 des Bolzens 113 ist mit einem Flansch 118 versehen, der auf dem Polyimid-Dichtungsteil um den Umfang der Stiftöffnung 112 herum aufliegt. Um einen gasdichten Anschluss um die Durchführung 111 herum zu erreichen, ist der Flansch 118 mit einer Dichtfläche 119 versehen, die zur Polyimid-Dichtung I06 weist und relativ zur Polyimid-Dichtung IO6 unter einem spitzen Winkel, vorzugsweise

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-20 , geneigt ist. Wenn die Mutter 116 auf dem Bolzen 113 dichtgezogen wird, wird der Flansch 118 in die Polyimid-Dichtung um den umfang der Stiftöffnung 112 herum eingebettet, so dass längs der Dichtfläche 119 ein gasdichter Abschluss gebildet wird.

Eine andere Durchführungskonstruktion ist in Fig. 10 dargestellt» Bei dieser Ausführungsform ist ein Flansch 121 aus rostfreiem Stahl mit einer Öffnung 122 versehen, durch die eine Durchführung, beispielsweise ein elektrischer Stift 125, eingesetzt ist. Der elektrische Stift 125 ist mit Polyimid-Zwischenlegscheiben 124 ^a 126 im Abstand und isoliert vom Flanschkörper 121 aus rostfreiem Stahl eingesetzt, diese Zwischenlagen sind auf jeder Seite des Flanschkörpers angeordnet und in der Öffnung 122 mit einem Kragen 125 bzw. 150 positioniert, der jeweils ein Stück der Polyimid-Soheibe bildet. Die Zwischenlegscheiben sind mit Öffnungen versehen, in die eine Schraube 127 eingeschoben wird. Die Schraube 127 weist eine zentrale Öffnung auf, in der der elektrische Stift 123 liegt. Der Stift 123 ist mit einer gasdichten Lötung 128 in der geöffneten Schraube 127 befestigt. Bin gasdichter Abschluss wird zwischen den Polyirnid-Zwischenlegscheiben 124 und 126 und dem Flanschkörper 121 durch Festziehen einer Mutter 129 auf Schraube 127 erzielt« Bei einigen Anwendungsfällen wird die Durchführungs-Baueinheit unter hohen femperaturen verwendet. Um unterschiedliche thermische Dehnungen der Polyimid-Zwischenlegscheibe und der Metallstruktur aus rostfreiem Ütahl zu ermöglichen, auch wenn die Durchführung hohen Temperaturen ausgesetzt ist, ist eine Federscheibe 131 zwischen die Zwischenlegscheibe 126 und die Mutter 129 gelegt. Bei.der Montage der Durchführung, beispielsweise an eine Vakuumkammer, wird der Flanschkörper 12t am nicht dargestellten zugehörigen Flansch so befestigt, dass die

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Polyimid-Zwischenlegscheibe 126 sich in der Vakuumkammer "befindet. Zwischem dem Flansehiojrper 121 und dem zugehörigen Pla.nsch wird eine Vakuumabdichtung gebildet, indem ein Keil T32 auf dein .Flanschkörper 121 in eine nicht dargestellte .Polyimid-Dichtung; eindringt, wie es oben in Verbindung mit Fign. 6 und 7 beschrieben ist.

■fienn die Geräte gemäss Fign. 6 - 10 in Verbindung mit Höchstvakuum verwendet werden sollen, sollen die"Dichtflächen der Teile aus rostfreiem Stahl so endbearbeitet werden, dass die Oberflächeurauhigkeit 32 rms in kreisförmiger Lage beträgt. ·

Bezüglich der Dichtung bei allen Ausführungsformen ist zu erwähnen, dass die Dichtflächen der Dichtung bei Verwendung in Verbindung mit Höchstvakuum höchstens eine Oberflächenrauhigkeit von J>2 rms mit kreisförmiger Lage haben sollen. Es ist ferner zu erwähnen,. dass, wenn die Dichtflächen des Dichtungs- oder Metallteiles bei irgendeiner Ausführung'sform zerkratzt oder in anderer Weise beschädigt werden, diese repariert werden kannj indem die Hohlräume mit aromatischem Folyimid gefüllt werden, wie es in Verbindung mit Fig» 2 als Beschichtung beschrieben worden ist_e ⁼

Ersiehtlich können dichte Anschlüsse nach der Erfindung in verschiedener »veise konstruiert werden« Vor- allem kann auch die i'olyimid-Dichtung verschiedene einzigartige Formen annehmen^ die sich speziell für bestimmta Anwendungen eignen» ■

/Patentansprüche.

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Claims

DIPL.-ING. H. KLAUS BERNHARDT 1650240

Y1 P142 D

Patentansprüche

1. Dichter Anschluss, bestehend aus zwei aufeinander zu "bewegbaren Dichtflächen und einer dazwischenliegenden Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus aromatischem Polyiniid "besteht.

2. Dichter Anschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus aromatischem Polyimid eine Beschichtung auf wenigstens einer der Dichtflächen ist.

J. Dichter Anschluss nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus aromatischem Polyimid etwa 0,0?o mm (0,005") dick ist. .

4» Dichter Anschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus aromatischem Polyimid ein Film zwischen den Dichtflächen ist.

5» Dichter Anschluss nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen flach sind.

6. Dichter Anschluss nach einem der Ansprüche 2 - 5, bei dem die beiden Dichtflächen auf zwei getrennten Flanschen gebildet sind, dadurch

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gekennzeichnet, dass jeder Flansch einen C-förmigen Querschnitt mit inneren und äusseren, voneinander entfernten Armen hat, die Plateaus definieren, die Arme eines der Flansche den Armen des anderen Flansches gegenüber angeordnet sind, die inneren Arme langer sind als die äusseren Arme, die Flansche relativ zueinander aufeinander zu bewegbar sind und die Dichtung aus aromatischem Polyimid auf dem i-lateau des inneren Armes eines der Flansche angeordnet ist. .

7· Dichter Anschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus aroma ti schein Polyimid einen mehrseitigen Querschnitt hat, wobei einander gegenüberliegende Seiten den Dichtflächen gegenüberstehen.

8. Dichter Anschluss nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrseitige Dichtung aus aromatischem Polyimid allgemein die Form eines Rhombus hat, dessen den Dichtflächen gegenüberstehende Spitzen abgeflacht sind, und dass die abgeflachten Spitzen eine Breite von wenigstens 0,63 mm (θ,025") haben.

9· Dichter Anschluss nach Anspruch 7 oder ü, bei dem die Dichtflächen auf zwei getrennten Körpern mit Ringflanschen gebildet sind, die relativ zueinander zu bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Flanschen eine Dichtungshalteeinrichtung aufweist, mit . der die Dichtung festgelegt wird, um an den Dichtfl'ächen, die von den Flanschen definiert werden, anzuliegen.

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10. Dichter Anschluss nach Anspruch 1 mit zwei aufeinander zu bewegbaren Flanschen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Flanschen eine Schulter mit Innenwänden aufweist, die in-Richtung der Relativbewegung liegen, eine gegenüberstehende Fläche, die direkt, der entsprechenden Fläche des anderen Flansches gegenüber angeordnet ist und von der Innenwand hervorsteht, und eine Rippe, die von ien beiden gegenüberstehenden Flächen jeweils in Richtung auf die Rippe am anderen Flansch hervorsteht, dass die Rippen eine Primär-Dichtflache aufweisen, die zur Innenwand unter einem spitzen Winkel geneigt ist, um mit dieser zusammen eine Mut zu definieren, und eine Hilfsdichtflache, die zum Flansch unter einem stumpfen Winkel geneigt ist, und dass die Dichtung aus aromatischem Polyimid zwischen den Flanschen mit einer Ecke dicht an den Innenwänden angeordnet ist, und wenigstens eine öffnung aufweist, in die ein Körper eingesetzt werden kann.

11. Dichter Anschluss nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichtungsöffnung ein Beobachtungsfenster angeordnet ist.

YJ-. Dichter Anschluss nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchführungseinrichtung in der Dichtungsöffnung angeordnet ist.

13. Dichter Anschluss nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Öffnung definierende Dichtung weiter eine ümfangsschulter um die öffnung herum aufweist, um den in der Öffnung aufgenommenen Körper zu stützen.

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14· Dichter Anschluss nach einem der Ansprüche 10 - 13» dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Winkel 20 und der stumpfe winkel 110 betragen.

15· Dichter Anschluss nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung einen Flansch und ein Gewinde aufweist,'der Flansch eine an einer Seite der Dichtung anliegende Fläche aufweist, die unter einem \«;inkel zur Dichtung geneigt ist, um im zusammengebauten Zustand an dieser anzuliegen, das Gewinde durch die Dichtung hindurchreicht bis zur gegenüberliegenden Seite der Dichtung, und eine Mutter auf das Gewinde der Durchführung aufgeschraubt ist.

1b. Dichter Anschluss nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die geneigte Fläche des Durchführungsflansches unter einem Winkel von 20 geneigt ist.

17· Dichter Anschluss nach Anspruch 1, bei dem eine Durchführungs-Montageeinheit in einen Flansch montiert ist, der- wenigstens eine Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenlegscheibe aus aromatischem Polyimid mit. einer Öffnung auf einer Seite des Flansches derart angeordnet ist, dass ihre öffnung mit_der öffnung im Flansch übereinstimmt, damit die Durchführung eingesetzt werden kann, dass die Durchführung einen Flansch und ein Gewinde a.ufweist, der Durchführungsflansch eine an der vom Flansoh wegweisenden Seite der Dichtung an dieser anliegende Fläche aufweist, die unter einem Winkel zur Dichtung geneigt ist, das Gewinde durch die öffnung zur gegenüberliegenden Seite des Flansches hindürchreicht, und eine Mutter auf das Gewinde aufgeschraubt ist.

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18. Dichter Anschluss nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zwischenlegscheibe aus aromatischem Polyimide mit Öffnung, zwischen dem Flansch und die Mutter eingelegt ist.

19· Dichter Anschluss nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine federnde Zwischenlegscheibe zwischen die Mutter

und den Flansch oder die zweite Polyimid-Zwischenlegscheibe gelegt ist.

20. Dichter Anschluss nach Anspruch 17» 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass jede Polyimid-Zwischenlegscheibe einen Kragen aufweist, der in die Flanschöffnung eingreift.

21..Dichter Anschluss nach einem der Ansprüche 17 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigte Fläche des Durchführungsflansches unter einem Winkel von 20 geneigt ist.

22. Dichter Anschluss nach einem der Ansprüche 1 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass die- Dichtflächen eine Oberflächenrauhigkeit von 32 rms oder besser haben.

2J. Dichter Anschluss nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ringförmige Dichtflächen eine Endbearbeitung mit kreisförmiger Lage (der ilauhigkeit) haben.

24. Dichtung aus aromatischem Polyimid für einen dichten Anschluss nach Anspruch 7» 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen rhombischen Querschnitt, bei dem wenigstens ein Satz einander gegenüberliegender "Spitzen auf eine Breite von wenigstens 0,65 mm (O₉025") abgeflacht i_ü

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