DE1848457U

DE1848457U - DETACHABLE VACUUM-TIGHT FLANGE CONNECTION.

Info

Publication number: DE1848457U
Application number: DEB42766U
Authority: DE
Original assignee: Balzers Hochvakuum GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum GmbH
Priority date: 1960-09-10
Filing date: 1960-09-10
Publication date: 1962-03-15

Description

Lösbare vakuumdichte Flanschverbindung In Vakuumanlagen ergeben sich wegen der Gasabgabe der für die Dichtungen verwendeten organischen Werkstoffe besondere Probleme.Detachable vacuum-tight flange connection In vacuum systems there are special because of the gas release of the organic materials used for the seals Problems.

Durch eigene Untersuchungen wurde gefunden, dass eine Flanschverbindung konventioneller Bauart von z. B. 3 cm Durchmesser der Ringdichtung mit einer üblichen Dichtung aus organischem Werkstoff zwischen den Flanschen eine Gasabgabe aufweisen kann, die der Gasabgabe einer fein bearbeiteten Metalloberfläche von etwa g 1000 cm2 entspricht. Das bedeutet, dj. ss bei Vorhandensein nur einiger weniger Dichtungen (z. B. fr Anflanschungen von Pumpen, Ventilen, Messinstrumenten, Durchblickfenstern u. dgl.) diese den weitaus grössten Anteil der insgesamt anfallenden und abzupumpenden Gasmenge liefern. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei einer fachmännisch aufgebauten Vakuumanlage der Gasanfäll infolge unvermeidbarer Undichtigkeiten (Lecks) der Anlage verhältnismässig klein ist im Vergleich zur Gasmenge, die durch Desorption der verschiedenen Bauteile ins Vakuum abgegeben wird. Man kann zwar anstelle von Dichtungen aus organischen Werkte *\ auch solche aus Metall verwenden, doch ist dies umständlich, weil Metalldichtungen mit den Dichtungsflächen kalt verschweissen müssein, daher hohen Anpressdruck und starke Flansche und Schrauberbindungen erfordern, wobei die Dichtungsflächen beim Wiedertrennen beschädigt werden und vor jedem Gebrauch neu nachpoliert werden müssen. Für Flanschverbindungen, die häufig gelöst werden müssen, bevorzugt man daher Dichtungselemente aus organischen Werkstoffen.Our own studies have found that a conventional flange connection of z. B. 3 cm diameter of the ring seal with a conventional seal made of organic material between the flanges can have a gas release that corresponds to the gas release of a finely machined metal surface of about G 1000 cm2. That means dj. ss if present only a few seals (e.g. for flange connections on pumps, valves, measuring instruments, viewing windows, etc.) these provide by far the largest share of the total amount of gas that has to be pumped off. It has been shown that in a professionally constructed vacuum system, the gas exposure due to unavoidable leaks in the system is relatively small compared to the amount of gas that is released into the vacuum by desorption of the various components. Instead of seals made of organic works * \ also use metal ones, but this is cumbersome because Metal seals must be cold-welded to the sealing surfaces, which means that they require high contact pressure and strong flanges and screwdriver connections, with the sealing surfaces being damaged when they are separated again and having to be repolished before each use. For flange connections that have to be loosened frequently, sealing elements made of organic materials are therefore preferred.

Bei den bekannten Dichtungselementen durfte man, um Unebenheiten der Flansche, ungleiche Wärmeausdehnung, etwaige Verspannungen infolge ungleichmässigen Anziehens der Verbindungsschrauben und Schwankungen der Masshaltigkeit der Dichtungselemente selbst ausgleichen zu können, eine gewisse Mindestdicke der letzteren nicht unterschreiten. Damit war aber auch die Gasabgabe vorgegeben, die man in Kauf nehmen musste und die wegen des grossen Volumens des Dichtungswerkstoffes praktisch nicht erschöpft werden konnte. Ein weiterer Nachteil bekannter Flanschverbindungen liegt darin, dass durch plastisches Fliessen des Dichtungswerkstoffes eine lokale Aenderung des Anpressdruckes eintreten kann.With the known sealing elements one was allowed to avoid unevenness of the Flanges, uneven thermal expansion, possible tension as a result of uneven Tightening of the connecting screws and fluctuations in the dimensional accuracy of the sealing elements To be able to compensate yourself, the latter should not fall below a certain minimum thickness. But this also dictated the gas tax that had to be accepted and which is practically not exhausted because of the large volume of the sealing material could be. Another disadvantage of known flange connections is that that through plastic flow of the sealing material a local change in the Contact pressure can occur.

Sucht man dem abzuhelfen, indem man die Schraubverbindungen in bekannter Weise mit Federelementen versieht, hat man den Nachteil, dass dadurch die mechanische Stabilität der Verbindung beeinträchtigt wird und die Gefahr der Bildung von Leckstellen gegeben ist, sobald eine solche Verbindung einem Biegemoment unterworfen wird.If one tries to remedy this by turning the screw connections into known Way with spring elements, one has the disadvantage that this reduces the mechanical Stability of the connection is impaired and there is a risk of leakage is given as soon as such a connection is subjected to a bending moment.

In der Stammanmeldung ist eine diese Nachteile nicht aufweisende, lösbare, vakuumdichte Flanschverbindung vorgeschlagen worden, bei welcher zwischen den Flanschen eine Tellerfeder und zu beiden Seiten der Tellerfeder ein Dichtungsfilm aus plastischem Material angeordnet ist.In the parent application, one that does not have these disadvantages is detachable, vacuum-tight flange connection has been proposed in which between a disc spring on the flanges and a sealing film on both sides of the disc spring is arranged from plastic material.

Vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung einer solchen Flanschverbindung dar und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement als ringförmiger Hohlkörper aus Federmetall ausgebildet und auf der Aussenseite mit einem Dichtungsfilm aus plastischem Material versehen ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der anliegenden Zeichnungen beschrieben.The present invention represents a further development of such Flange connection and is characterized in that the sealing element designed as an annular hollow body made of spring metal and on the outside is provided with a sealing film made of plastic material. Working examples of the invention are described below with reference to the accompanying drawings.

Die Figuren 1-3 zeigen (radiale) Schnitte durch drei verschiedene Formen der als Dichtungselemente verwendbaren ringförmigen metallischen Hohlkörper.Figures 1-3 show (radial) sections through three different ones Shapes of the ring-shaped metallic hollow bodies that can be used as sealing elements.

Die Fig. 4 zeigt eine (gegenüber der Darstellung der Figuren 1-3 stark verkleinerte) Ansicht des ringförmigen Dichtungselementes in axialer Richtung.Fig. 4 shows a (compared to the representation of Figures 1-3 strong reduced) view of the annular sealing element in the axial direction.

Die Figur 5 zeigt einen weiter unten beschriebenen Spannring, der in das hohle Dichtungselement eingelegt werden kann. . Die Figuren 6-8 zeigen drei verschiedene Arten von Flanschverbindungen, bei denen das Dichtungselement gemäss Erfindung beispielsweise ange- wendet werden kann.FIG. 5 shows a clamping ring which is described below and which is shown in FIG the hollow sealing element can be inserted. . Figures 6-8 show three different types of flange connections, in which the sealing element according to the invention is, for example, can be turned.

In den Figuren 6-8 bedeutet 1 die Flanschfläche des einen Bauteiles, z. B. des Rohres 2, das mit einem anderen Bauteil, z. B. des Rohres 3 mit der Flanschfläche 4 vakuumdicht verbunden werden soll.In Figures 6-8, 1 means the flange surface of one component, z. B. the tube 2, which is connected to another component, for. B. the tube 3 with the flange surface 4 is to be connected in a vacuum-tight manner.

Zwischen den beiden Flanschflächen befindet sich das Dichtungselement 5, ein ringförmiger Hohlkörper aus Federmetall mit einem vorzugsweise ovalen Querschnitt. Unter Federmetall sind hier alle metallischen Werkstoffe zu verstehen, welche solche elastische Eigenschaften aufweisenf das aus ihnen ringförmige Federkörper, wie sie in den Figuren 1-3 gezeigt sind, gefertigt werden können. Vor allem sind die au. L Markte befindlichen speziellen Legierungen (Federstähle, Federbronze) geeignet. Der Hohlkörper 6 aus Federmetall ist auf der Aussenseite mit einem Film 7 aus plastischem Material belegt, welcher dazu dient, die sonst vorhandenen winzigen Poren an den Dichtungsstellen zwischen den Flanschflachen und dem als Dichtungselement dienenden metallischen Hohlkörper unter der Einwirkung des Anpressdruckes auszufüllen. Nennenswerte elastische Eigenschaften braucht dieses plastische Material nicht aufzuweisen, da bei der erfindungsgemässen Flanschverbindung die Aufgabe, Gröbere Flanschunebenheiten infolge Herstellungsungenauigkeit und etwa Verspannungen der Flanschflächen infolge ungleichen Anpressdruckes auszugleichen, vom metallischen Hohlkörper selbst iibernommen wird.The sealing element is located between the two flange surfaces 5, an annular hollow body made of spring metal with a preferably oval cross-section. Spring metal is to be understood here as meaning all metallic materials, including those have elastic propertiesf the ring-shaped spring body from them, like them shown in Figures 1-3, can be manufactured. Above all, the au L special alloys (spring steels, spring bronze) are suitable. The hollow body 6 made of spring metal is on the outside with a film 7 made of plastic Material that serves to remove the tiny pores that are otherwise present on the Sealing points between the flange surfaces and the one serving as a sealing element fill the metallic hollow body under the action of the contact pressure. Noteworthy This plastic material does not need to have elastic properties because in the flange connection according to the invention the task of coarser Flange unevenness as a result of manufacturing inaccuracy and, for example, tension in the flange surfaces to compensate for unequal contact pressure, taken over by the metallic hollow body itself will.

Da der Dichtungsfilm 7 nicht elastisch zu sein braucht, wie dies für die Dichtungsringe aus organischem Material bei den bisher üblichen Ringdichtungen notwendig war, darf er sehr dünn sein, und der Vorteil ist, dass sich dadurch sein Volumen und damit die Gasabgabe extrem reduzieren lässt. Es wurde gefunden, dass überraschenderweise die Gasabgabe einer Flanschverbindung nach der Erfindung so gering ist, dass sie gegenüber der Gasabgabe von Metallbauteilen überhaupt nicht mehr nachweisbar ist. . Als Material für den Dichtungsfilm 7 kommen zunächst alle üblichen Dichtungskunststoffe, z. B. Polyaethylen, in Betracht ; da die ver- wendeten Werkstoffe für die Zwecke der Erfindung im wesentlichen nur plastisch, aber nicht sehr elastisch zu sein brauchen, stehen darüber hinaus noch eine ganze Reihe weiterer Materialien z. B. Lacke, die bisher wegen ihrer geringen Elastizität für den Gebrauch bei konventionellen Dichtungen ungeeignet waren, zur Verfügung. Die elastischen Eigenschaften des für den Dichtungsfilm verwendeten Werkstoffes sind in Zusammenhang mit der Erfindung nur insofern von Belang, als von ihnen die Gebrauchsdauer abhängig ist. Ein Dichtungsfilm, der neben der nötigen Plastizität auch eine gewisse Elastizität aufweist, beh. lt die Gebrauchsform länger bei. Der genannte Film kann aus einer dünnen Folie bestehen, mit welcher der Hohlkörper 6 auf der Aussenseite überzogen ist.Since the sealing film 7 does not need to be elastic, as was necessary for the sealing rings made of organic material in the previously common ring seals, it can be very thin, and the advantage is that its volume and thus the gas emission can be extremely reduced. It has been found that, surprisingly, the gas release of a flange connection according to the invention is so low that it is compared to the gas release of metal components is no longer detectable at all. . The material used for the sealing film 7 is initially all of the usual ones Sealing plastics, e.g. B. polyethylene, into consideration; because the Applied materials for the purposes of the invention need to be essentially only plastic, but not very elastic, there are also a number of other materials such. B. paints that were previously unsuitable for use in conventional seals because of their low elasticity are available. The elastic properties of the material used for the sealing film are only relevant in connection with the invention insofar as the service life is dependent on them. A sealing film, which in addition to the necessary plasticity also has a certain elasticity, beh. According to the usage form longer. Said film can consist of a thin foil with which the hollow body 6 is covered on the outside.

Wird für die Durchführung der Erfindung ein hohler Federkörper mit einem Querschnitt verwendete wie er in Fig. 1 gezeigt ist, muss beim Zusammenpressen der Flanschedarauf geachtet werden, dass keine Ueber- beanspruchung eintritt. Man kann, wie in Fig. 8 gezeigt, z. B. Distanz- stücke 8, die von den Verbindungsschrauben 9 getragen werden können, zwischen den Flanschflächen vorsehen. Diese Distanzstücke begrenzen die Pressung des metallischen Dichtungselementes durch Anschlag. Man kann, wie ebenfalls in Fig. 8 zeigte (zusätzlich oder anstelle der Distanzstücke) eine Ringnut 10 vorsehen, in welche das Dichtungelement eingelegt wird. Bei entsprechender Tiefe der Nut wird auch auf diese Weise eine Ueberbeanspruchung des Dichtungselementes beim Zusammenpressen der Flansche sicher vermieden.If a hollow spring body with a cross section as shown in FIG. 1 is used for the implementation of the invention, care must be taken when compressing the flange that no over- stress occurs. One can, as shown in FIG. B. Distance pieces 8 that can be carried by the connecting screws 9, Provide between the flange surfaces. Limit these spacers the pressing of the metallic sealing element by means of a stop. Man can, as also shown in Fig. 8 (in addition to or instead of the spacers) provide an annular groove 10 into which the sealing element is inserted. With a corresponding depth of the groove, this also reliably prevents overstressing of the sealing element when the flanges are pressed together.

In den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2, 3, 6 und 7 ist in den Hohlkörper 6 ein massiver Metallring 11 eingelegt, der eine Ueberbeanspruchung des Federkörpers beim Aneinanderpressen der Flansche verhindert. Zweckmässigerweise ist dieser Metallring als nicht vollständig geschlossener Spannring, wie er in Fig. 5 nicht masstäblich dargestellt ist, ausgebildet. 4. In den Beispielen der Figuren 2 und 7 presst sich dieser Spannring gegen den Schlitz 12 des Hohlkörpers, der sich auf der radial aus- wärts gelegenen Seite seines Umfanges befindet. In den Beispielen der Figuren 3 und 6 umfasst der Spannring die mittelpunktswärts gelegene Innenseite des Hohlkörpers.In the exemplary embodiments according to FIGS. 2, 3, 6 and 7, a solid metal ring 11 is inserted into the hollow body 6, which prevents overstressing of the spring body when the flanges are pressed against one another. This metal ring is expediently a not completely closed clamping ring, as it is not true to scale in FIG is shown, formed. 4th In the examples of FIGS. 2 and 7, this clamping ring is pressed against the slot 12 of the hollow body, which is located on the radially extending downward side of its circumference. In the examples of FIGS. 3 and 6, the clamping ring encompasses the inner side of the hollow body located towards the center.

Das vorstehend beschriebene Dichtungselement lässt sich bei Flanschverbindungen beliebiger Art verwenden. Bei der Anordnung der Figuren 6 und 8 können die Flansche durch irgendwelche bekannte Mittel, z. B. durch Schrauben oder Klemmen zusammengepresst werden. Fig. 7 zeigt die Verbindung zweier Rohre mit glatten, als Flanschflächen dienenden Stirnflächen. Das Dichtungselement liegt in diesem Falle unmittelbar an diese Stirnflächen an. Der nötige Anpressdruck wird durch die Schraube 13 und die Ueberwurfmutter 14 erzeugt, welche beiden Teile mittels der Sprengringe 15 bezw. 16 auf den zu verbindenden Rohren festgehalten sind.The sealing element described above can be used with flange connections use of any kind. In the arrangement of Figures 6 and 8, the flanges by any known means, e.g. B. pressed together by screws or clamps will. Fig. 7 shows the connection of two tubes with smooth, as flange surfaces serving end faces. In this case, the sealing element is in direct contact these end faces. The necessary contact pressure is through the screw 13 and the Union nut 14 generated, which two parts BEZW by means of the snap rings 15. 16 are held on the pipes to be connected.

Claims

PROTECTION CLAIMS PROTECTION CLAIMS

1. Detachable vacuum-tight flange connection, as you indicate that the sealing element is designed as an annular hollow body made of spring metal and is provided on the outside with a sealing film made of plastic material. 2. Device according to claim 1, d marked Not that a solid metal ring is inserted into the hollow body.

3. Apparatus according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c Not that the metal ring is designed as a clamping ring that is not completely closed is.

4. Device according to claims 1-3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the hollow body along its circumference at its radial outward side is slotted.

5. Device according to claims 1-4, d a d u r c h g e k e n n - shows that the hollow body has an oval cross-section.

6. Device according to claims 1-5, characterized thereby e i c h n e t that the sealing element designed as a hollow body on the free smooth Face of a pipe to be flanged is placed.