DE1925424U

DE1925424U - Dichtung fuer verbindungen die unterdruecken im bereich des ultravakuums ausgesetzt sind.

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Priority date: 1964-08-12
Filing date: 1965-08-09
Publication date: 1965-10-14
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Compagnie pour 1'Etude et la Realisation de Combustibles At omiques (CE. R. G .A.),. 41, Avenue Montaigne ,.-Paris.

"Dichtung für Verbindungen die Unterdrücken im Bereich des Ultravakuums ausgesetzt-.sind.¹!- - ..._....

Die Neuerung bezieht sich auf Dichtungen zur Abdichtung von Verbindungsstücken, abnehmbaren Deckeln oder Schiebern, die Unterdrücken im Bereich des Ultravakuums, d.h. Unterdrücken in einem Bereich eines fausendstel eines Millimeters Qu.S. oder Io ^J Torr ausgesetzt sind.

Die üblicherweise für die Abdichtung in diesem Druckbereich

aus verwendeten Vorrichtungen bestehen/plastisch verformbaren

Metalldichtungen, die zwischen zwei Metallflächen eingepreßt werden, deren eine Messerform besitzt, um hierdurch einen hinreichend hohen spezifischen Druck zu erzielen. Diese Dichtungen erfordern jedoch die Aufwendung von sehr hohen Kräften, die bei fegewissen Vorrichtungen insgesamt mehrere

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Tonnen je Längeneinheit erreichen können. Demzufolge stellen die Montage und Demontage solcher Dichtungen langwierige und komplizierte Arbeitsvorgänge dar. Die Metalle, die für diese plastisch verformbaren Dichtungen verwendet werden, wie Kupfer, Aluminium, Silber, Indium Oder Gold, sind sprMöde und können unter der Einwirkung der angewendeten Drücke an der einen der Verbindungsflächen angeschweißt und dann bei der Demontage an dieser haften bleiben.

aus
Die Verwendung von/Elastomeren bestehenden plastischen Dichtungen ergibt ebenfalls gewisse Nachteile, insbesondere den der Notwendigkeit, die Temperatur, welcher die Dichtung ausgesetzt ist, auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert in der G-rößenordnung von zum Beispiel weniger als 2o° C zu halten und zu stabilisieren, um dadurch zu sichern, daß die Dampfspannung vernachlässigt werden kann, ohne daß aber die Dichtung brüchig wird.

Für den gleichen Zweck sind ferner auch Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die aus zwei Dichtungskörpern bestehen, zwischen denen eine Zwischendruckkammer gebildet ist. Hierbei erfolgt die Abdichtung zwischen der Zone normalen Druckes und der Zwischenkammer durch eine Dichtung der für diesen Druekbereich üblicherweise verwendeten Art und die Abdichtung zwischen der Zwisehenkammer und der Zone sehr hohen Vakuums

dureh einen "Diffusionsspalt" (dessen beide Wandungen so namhe aneinander liegen, daß in den infragekommenden Druckbereichen del Durehtritts des Sases unter"molekularer Strömung" erfolgt). Diese Vorrichtungen besitzen jedoch ebenfalls Nachteile. Insbesondere machen sie es erforderlich, daß jeder der beiden Räume, - sowohl die Zone, in welcher das sehr hohe Vakuum herrscht, wie die Zwischenkammer, - an besondere Pumpvorrichtungen angeschlossen sind, die der Größe des Vakuums, welches erzeugt werden soll, entsprechend ausgebildet sind.

Durch die Heuerung wird eine Abdichtungsvorrichtung für sehr niedrigen Unterdrücken, bis zum Bereich des Ultravakuums, ausgesetzte»: Verbindungen geschaffen, welche die Vorteile der bekannten, aus zwei aufeinanderfolgenden, durch eine Zwischenkammer voneinander getrennten Dichtungen bestehenden Abdiehtungsvorrichtungen aufweist, jedoch deren Nachteile, insbesondere die Notwendigkeit zwei verschiedene Pumpengruppen vorzusehen, vermeidet.

Die Vorrichtung gemäß der Neuerung, die für die Abdichtung von Deckeln, Verbindungsstücken, Schiebern usw. im Bereich des Ultra-Vakuums geeignet ist, läßt sieh wie folgt kennzeichnen:

Die Abdichtung zwischen dem Raum, in welchem das hohe Vakuum

erzeugt werden soll und der Zone, in welcher ein normaler Druck herrscht, erfolgt durch zwei Diehtungsvorrichtungen, die durch eine Hilfskammer voneinander getrennt sind, in welcher ein zwischen dem normalen Druck und dem Ultra-Vakuum liegender Druck herrscht. Dieser Zwisebendruek wird dadurch erhalten, daß die Hilfskammer und die" Zone, in welcher das Ultra-Vakuum herrscht, während des Abpumpens miteinander verbunden sind und diese Verbindung unterbrochen wird, sobald der Druck einen so geringen Wert erreicht hat, daß das Gas durch die Abdichtung zwischen der Zone, in welcher das Ultra-Vakuum herrscht und der Hilfskammer nicht mehr nach den Gesetzen deS viskosen, sondern denen des molekularen Strömens fließt, und daß deshalb die Menge an Gas, welche auf diesem Wege den Spalt durchdringt, so klein ist, daß sie die Erzeugung des Ultra-Vakuums nicht stört.

Die Verbindung zwischen den beiden Kammern kann durch einen von Hand oder automatisch betätigten Hahn, welcher so eingestellt ist, daß er sich schließt/sobald der Druck auf den gewünschten Wert abgesunken ist, unterbrochen werden.

Die zwischen den beiden Verbindungselementen liegende Hilfskammer kann mit einem Außenraum von größerem Rauminhalt in Verbindung stehen, dessen Vorhandensein es ermöglicht, den Zwisehendruck für eine erforderliche Zeitdauer auf dem

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gewünschten Wert zu erhalten.

Die Dichtungsvorriehtung zwischen der Außenzone, in der normaler Druck herrscht^ und der Hilfstammer» ist eine solche der "bei Dichtungen für Vorrichtungen, die Unterdrücken in üblicher Größenordnung ausgesetzt sind, typischen Art. Sie kann "beispielsweise aus einem zwischen zwei auf den die Verbindung "bildenden Körpern vorgesehenen "bearbeiteten metallischen Flächen eingespannten Ringkörper aus plastischem Werkstoff bestehen. Die Abdichtung zwischen der Hilfskammer und der Kammer, in weleher das Ultra-Vakuum herrscht, besteht aus den aufeinander auf einer hinreichend breiten Fläche abfliegenden, sorgfältig bearbeiteten Flächen aus Metall, insbesondere aus rostfreiem Stahl, deren Oberflächenzustand zum Beispiel der durch drei Dreiecke der französischen lorm NFE o4-oll gekennzeichneten Güte(bearbeitete oberflächen von gutem geometrischem Zustand und guten Reibungseigensehaften), d.h. vollkommen planen Flächen mit Bearbeitungsrillen von

entspricht weniger als acht Tausendstel Millimeter Tiefe⁷. Das Verspannen dieser Flächen miteinander erfordert nicht die Aufwendung erheblicher Kräfte, weil das Strömen des Gases bei den sehr niedrigen Drücken in molekularer Weise erfolgt.

Die Verbindung zwischen der Zwischenkammer und der Kammer,

in welcher das Ultra-Vakuum herrscht, kann über den derart gebildeten Spalt selbst erfolgen, weil der Durchfluß des Gases, so lange sein Druck höher ist als der, bei welchem die Strömung molekular wird, leicht erfolgt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der feuerung wird der Verlauf des Evakuierlingsvorganges der Zwischenkammer dadurch stark beschleunigt, daß zwischen den beiden Kammern

vorgesehen eine Verbindungsieitung =gsiäiae± wird, welche mit einer Abschlußvorrichtung versehen ist. Diese Absehlußvorrichtung kann entweder von Hand betätigt werden oder mit einer Vorrichtung zu ihrer automatischen Betätigung ausgerüstet sein, welche wirksam wird, sobald der Druck in der Zwischenkammer auf den gewünschten Wert abgefallen ist. Dieser Druckguß so gering sein, daß das Durchfließen des Gases zwischen der Zwischenkammer und der Zone des Ultra-Vakuums in molekularer Weise erfolgt.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Abdichtungsvorrichtung gemäß der Neuerung, die aber nur ein Beispiel dargestellt, auf welches die Neuerung keineswegs beschränkt ist, im einzelnen anhand der Abbildungen beschrieben.

lig. 1 ist ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform der neuen Abdichtungsvorrichtung und

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ig. 2 ein Teilsehnitt, der eine gegenüber der in Fig. I dargestellten abgeänderte Ausführungsform der Dichtung zeigt,

Fig. 3 stellt sehematisch ebenfalls im Teilsehnitt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Mg. 1 und

Fig. 4 ebenfalls sehematisch eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Pig. I dar.

In S¹Ig. 1 ist ein kleiner Teil der Seitenwandung 11 eines zylindrischen Behälters dargestellt, in dessen Innerem ein Vakuum von weniger als lo- mm Qu.S., das heißt, ein Ultra-Vakuum, erzeugt werden soll. Die Seitenwandung 11 endet oben in einem Ringflansch 13. Der Behälter ist durch einen abnehmbaren Deckel 12 geschlossen, welcher durch eine gewisse Anzahl von über seinen Umfang verteilten Bolzen 14 auf den Flansch 13 aufgespannt werden kann. Hierbei wird durch den Deckel eine in einer in dem Plansch 13 ausgesparten Ringrille angeordnete plastische Dichtung 15 zusammengedrückt und hierdurch eine erste Abdichtung geschaffen. Eine zweite Abdichtung ergibt sich durch den Kontakt der planen Metallfläehen 17 und 18, die so bearbeitet wurden, daß inre Qualität "drei Dreiecken" gemäß der oben erwähnten französischen Horm E o4.oll entspricht.

ea -. In dem Flansch 13 ist zwischen den "beiden Abdiht

6 und 17 ein Hohlraum 19 ausgespart. Die durch diesen gebildete Ringkammer ist durch die Leitung 2o, welche mit einem Hahn 22 ausgerüstet ist, an den Innenraum Io des Behälters ansehließbar.

Eine zweckentsprechend ausgebildete, nicht dargestellte Pumpenanordnung ermöglicht es, den Innenraum Io bis auf Unterdruckwerte im Bereich des Ultra-Yakuums zu evakuieren.

Nachdem die verschiedenen, in dem Behälter unterzubringenden Stoffe oder Apparaturen in den Innenraum Io eingesetzt worden sind, wird der Deckel 12 aufgesetzt und die Bolzen 14 werden angezogen, so daß die Dichtung 15 zusammengedrückt wird. Darauf wird bei geöffnet bleibendem Hahn 22 die Pumpe in Betrieb gesetzt. Sobald der Druck in dem Raum Io und in der Ringkammer 19 einen Wert, der als "Zwisehenvakuum" bezeichnet werden soll und z.B. in der Größenordnung von lo~" mm Qu.S. liegt, erreicht hat, wird der Hahn 22 geschlossen, worauf der Druck in dem Raum Io durch die weitere Pumpenwirkung bis auf den gewünschten, 'dem zu erzeugenden Ultra-Vakuum entsprechenden Druck abgesenkt wird. Die Abdichtung zwischen der Hilfskammer 19 und der Außenatmosphäre erfolgt durch Zusammendrücken der plastischen Dichtung 15 durch den Deckel 12. Diese Abdichtung ist in dem infragekommenden Druckbereich ausgezeichnet.

Die Abdichtung zwischen der Hilfskammer 19 und dem Ringraum Io wird durch den Kontakt zwischen den beiden planen Metallflächen 17 und 18 gesichert. Auch diese Abdichtung ist in dem Bereich der sehr geringen infragekommenden Brücke ausgezeichnet, da die Gasströmung durch den von den Flächen 17 und 18 begrenzten Spalt nach den Gesetzen desr molekularen Strömung erfolgt und deshalb sehr schwach bleibt.

Bei diesen Drücken ist der mittlere Wert des freien Durchgangs der Moleküle sehr viel geringer und der Spalt bietet einem hohen Widerstand gegen das Durchströmen des Gases. Das soll nachstehend anhand eines Beispieles erläutert werden:

Mir eine ringförmige Fläche von loo em mittlerem Durchmesser und einer Breite von Io cm ist der Leckverlust zwischen einer Zwischenkammer 19? in welcher ein Druck von lo*~ mm Qu.S. erhalten wird und einem Innenraum Io, in welchem ein Druck von lo*~ mm Qu.S. herrscht, sehr gering. Er beträgt größenordnungsmäßig nur einen Liter / Sekunde mit dem Druck von lo~ ° Qu.S. Diese Menge kann gegenüber den dureh die Saugwirkung der Vakuumpumpe gegebenen Möglichkeiten vernachlässigt werden.

Die Abdichtung des Kükens des Hahnes 22 erfolgt in ähnlicher Weise. Wenn der Hahn 22 geschlossen ist, so ist der Innenraum

Io - E. -

des Rohrelementes 24, in welchem das Ultra-Vakuum herrscht, von der Außenatmosphäre durch zwei Abäiehtungsschranken, nämlich dem Kontakt des planen Bundes 26 am Hahnküken mit der planen Fläche 28 einerseits und die Verformung der plastischen Ringdichtung 5o in der in dem Gehäuse 32 des Hahnes 22 ausgesparten Rille getrennt. Diese beiden Abdichtungsvorrichtungen liegen auf den "beiden Seiten der Hilfskammer 33, in welcher der "Zwisehendruck" herrscht. Die Abdichtung des Durchtritts des Betätigungsschaftes 34 des drehbaren Hahnkükens erfolgt in der üblichen Weise durch zwei Ringdichtungen 36 und 38.

Die Abdichtung des Gehäuses 32 des Hahnes erfolgt in analoger Weise. Die Verbindung zwischen dem Hahngehäuse 32 und dem Rohrelement 24 weist eine plane Sitzfläche 4o, eine mit der Hilfskammer 19 über den Innenraum 33 in Verbindung stehende Ringkammer 42 und eine ringförmige plastische Dichtung 44 auf.

Diese Anordnung ist von Vorteil, falls in dem Raum Io Arbeiten von beschränkter Zeitdauer im Ultra-Vakuum »durchgeführt werden sollen, weil sie ein einfaches öffnen und Sehließen des Deckels 12 ermöglicht. Die Dichtungsringe 15 können zahlreiche Male verwendet werden, bevor sie ausgewechselt werden müssen. Der Verspannungsdruck, der auf äie ausgeübt

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werden muß, ist verhältnismäßig gering. Das gleiche trifft auf den Kontakt zwischen den flächen der Ausladungen 17 und zu, so daß hierfür sehr sehneil wirkende Verspannvorrichtungen verwendet werden können. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind hierfür Bolzen 14 vorgesehen. Es können aber stattdessen selbstverständlich auch automatisch wirkende Sehnellverspannvorrichtungen verwendet werden. Solche Vorrichtungen sind an sich "bekannt und bilden keinen Teil der Neuerung, lediglich als Beispiel hierfür sei ein drehbarer Ring mit geneigten Flächen, Zapfen oder gewisse hydraulische Vorrichtungen erwähnt. Me Kunststoffelastomeren, die für die Herstellung der Ringdichtungen 15» 3o, 36, 38 und 44 verwendet werden, müssen befähigt sein, zu sichern, daß der Zwischendruck während der Zeitspanne, in welcher das Ultra-Vakuum benötigt wird, auf dem gewünschten Wert bleibt.

Die nachstehend beschriebene^ abgeänderten Ausführungsformen ermöglichen es, die Dauer eines Arbeitszyklus zu verlängern.

Im Falle der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besteht keine unmittelbare Verbindung zwischen der Zwisehenkammer 19 und dem Raum Io, in welchem das Ultra-Vakuum erzeugt und aufrechterhalten wird. Die einzige Verbindung zwischen diesen Räumen ist der Spalt zwischen den Flächen 17 und 18. Wenn

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der Druck bei 19 höher ist, als es dem molekularen Strömen entsprechen würde, setzt der Spalt dem Durchtritt des Gases nur einen geringen Widerstand entgegen und die Zwischenkammer 19 wird sehr schnell evakuiert. Sobald der Druck bei 19 einen solchen Wert erreicht, daß statt der viskosen Strömung eine molekulare Strömung erfolgt, wird der Leckverlust sehr gering, so daß dann der Spalt wie eine nahezu vollkommene Dichtung wirkt.

Im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 3 kann die Hilfskammer 19 mit einem Raum 48 verbunden sein, dessen Volumen sich zu dem der Kammer 19 addiert, wodurch die Zeitdauer, während welcher der Druck nach dem Sehließen des Hahnes 24 unterhalt des kritischen Wertes, der durch den Übergang von der molekularen zu der viskosen Strömung gegeben ist, verbleibt, vergrößert wird.

Im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der von Hand betätigte Hahn 22 durch ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 15 ersetzt, dem ein auf den im Inneren des Raumes Io herrschenden Druck ansprechendes Relais 52 zugeordnet ist. Dieses Relais 52, dem ein Verstärker 54 zugeordnet ist, bewirkt das Schließen des Ventils 50, sobald der Druck in dem Raum Io unter den für die Hilfskammer vorgesehenen Wert abgefallen ist.

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Das Abdiehtungssystem gemäß der Neuerung ist für zahlreiche industrielle Zwecke, bei denen im Bereich von besonders niedrigen Drücken oder des Ultra-Vakuums gearbeitet wird, wie für Vorrichtungen zur Erzeugung eines Ultra-Vakuums> Vorrichtungen zur Simulierung der Bedingungen im Raum, zur Beschleunigimg von Teilehen, Vakuum-Schmelzöfen, mit Elektronenströmung arbeitende Sehweißapparate usw., anwendbar. Besonders geeignet ist das neue Diehtungssystem für Apparaturen, bei welchen mit sehr kurzem XX Perioden gearbeitet wird und bei welchen ein Element von großen Abmessungen, wie ein Deckel, eine Zugangstür ο.dgl. häufig demontiert werden muß.

Schtitzansprüch e:

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Claims

RA.4H897*-9.8.65 Schutzansprüche

1. Abdichtungsvorrichtung für Verbindungsstücke, Deckel, Ventile usw. zwischen einer Zone von im wesentlichen noramalem Druck und einer Zone, in welcher ein sehr niedriger Druck Ms zum Ultra-Vakuum herrseht, gekennzeichnet durch zwei verschiedene, durch eine Hilfskammer, in welcher ein Zwischendruck, der zwischen dem normalen Druck und dem Ultra-Vakuum liegt, herrseht, getrennte Abdiehtungsvorrichtunge, deren erste beispielsweise aus einer palstisehen Dichtung und deren zweite aus einer Spaltdichtung, - durch Atfeinanderaufspannen von zwei je an einem äer beiden miteinander zu verbundenden 'Heile vorgesehenen bearbeiteten Flächen besteht, wobei die Hilfskammer und die Zone des Ultra-Vakuums miteinander über eine während eines Teiles der Pumpdauer aufrechterhaltene Verbindung aneinander angeschlossen sind, die unterbrochen wird, sobald der Wert des Druckes in der Hilfskammer bis auf einen Wert abgesunken ist, der niedriger ist als ein kritischer Wert, der dem molekularen Strömen des Gases durch die Spaltdichtung hindurch entspricht.

2. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Verbindungselemente eine an. der Seite, an welcher

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ή - 15 -

der normale Druck herrseht, liegende, zum Beispiel in einer Eille eingelegte plastische Dichtung, welche in dieser Rille durch das andere der abgedichtet miteinander zu ver "bindenden Elementes zusammengedrückt wird, ferner eine;)? eine Hilfskammer "bildende Aussparung und eine sorgfältig "bearbeitete Metallfläche, die in Kontakt mit einer entsprechend bearbeiteten Metallfläche des anderen der miteinander zu verbindenden Elemente steht, aufweist,

3. Abdichtungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hilfskammer bildende Raum mit dem Gehäuse, in welchem das TJltra-Yakuum erzeugt werden soll, durch eine mit einem Abschlußhahn ausgerüstete Leitung verbunden ist.

4. Abdichtungsvorrichtung nach äek AnsprSueh 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hahn von Hand betätigbar ist.

5. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Hahn automatisch durch einen von einem in der Zone des Ultra-Vakuums untergebrachtem Druckmesser betätigten Servo-Mechanismus steuerbar ist, welcher so ausgebildet und eingestellt ist, daß der Hahn geschlossen^, kM, sobald der Druck auf unterhalb eines vorbestimmten Wertes absinkt.

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6. Abdichtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskammer mit einem Raum von demgegenüber vergleichsweise grioßem Tolumen
verbunden ist und hierdurch die Zeitdauer,in welcher der
in beiden Räumen herrsehende Brück niedriger bleibt als der kritische Druck, auf die für einen im Ultra-Vakuum durchzuführenden Arbeitsvorgang erforderliehe Zeitdauer verlängert wird.