DE19643549A1 - Dichtungsanordnung für das druckdichte Absperren einer Vakuumapparatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für das druckdichte Absperren einer Vakuumkammer gegenüber dem diese umgebenden Raum mit einem an die Vakuumkammerwand bewegbaren Vakuumkammer­ deckel mit einem in die Endlosnut eingelegten Rundschnurring, wobei die beiden parallelen und einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Nut gegenüber der Außenfläche des die Nut aufweisenden Teils und der Bodenfläche der Nut geneigt vorgese­ hen sind und der auf der Bodenfläche aufliegenden Rundschnurring mit einer der Bodenfläche abgekehr­ ten Teilfläche an dem der Nut gegenüberliegenden Teil dichtend anliegt.

Die zum Zusammenbau von Vakuumapparaten benötigten Bauelemente sind mit Dichtflächen ausgerüstet, an denen die einzelnen Bauelemente gegeneinander ge­ preßt werden. Wegen der unvermeidbaren Abweichun­ gen von der Idealform sind an den Stoßflächen stets Spalte anzutreffen, deren Größe von der Oberflächengüte, der Planheit und der Nachgiebig­ keit der Dichtflächen abhängt. Der eindringende Leckstrom kann nur dann toleriert werden, wenn die Saugleistung der Pumpen ausreicht, um den ge­ wünschten Druck zu halten. Das ist im allgemeinen bei großen Druckdifferenzen mit vertretbarem Auf­ wand nicht zu verwirklichen. Die Spalte an den Dichtflächen müssen deshalb durch elastische oder plastische Dichtungsmittel ausgefüllt sein, so daß kein freier Durchlaß bleibt.

Die Abdichtkräfte der Festkörperdichtungen sind vor allem durch die Querschnittsform und den Werk­ stoff bestimmt. Bei den elastischen Dichtungen ha­ ben sich Ringe mit Kreisquerschnitt (sogenannte O-Ringe bzw. Rundschnurringe) durchgesetzt. Bei den üblichen Abmessungen genügt eine auf die Dicht­ länge bezogene Anpreßkraft von etwa 10 N/cm (1 kp/cm um zuverlässige Abdichtungen zu erreichen; dabei dürfen weder Dichtflächen noch Dichtungen Beschädigungen, Beläge oder größere Rauhheiten aufweisen.

Metalldichtungen erfordern weit höhere Kräfte.

Neben der Dichtungsform bestimmt vor allem die Formänderungsfestigkeit des Dichtungswerkstoffes die Dichtkräfte.

Die Dichtkräfte müssen durch Schrauben oder Klam­ mern aufgebracht werden. Der Aufwand wird durch die aufzubringenden Kräfte bestimmt.

Die Erfahrung zeigt, daß bei O-Ringen von weniger als 20 mm mittlerem Durchmesser die Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und evakuiertem Behälter ge­ nügt, um Dichtheit zu erreichen. Aus Sicherheits­ gründen wird meist mit höheren Kräften angepreßt, bis eine Deformation des Rings von etwa 20% er­ reicht ist.

Bekannt sind in die Vakuumkammerwand eingeschnit­ tene Nuten mit trapezförmiger Querschnittsform für die Aufnahme von Rundschnurringen bzw. O-Ringen, wobei die Nuten und die Ringe so bemessen sind, daß in entlastetem Zustand - also bei geöffneter Vakuumkammer - die O-Ringe den Nutgrund bzw. die Nutbasisfläche berühren und im übrigen mit etwa 1/3 ihres Durchmessers über die Dichtfläche des Bauteils nach außen zu hervorstehen. Bei geschlos­ sener Vakuumkammer wird dann der Dichtring nahezu vollständig in die Trapeznut gedrückt, wobei der Dichtring die Querschnittsform der Nut annimmt (Vacuum Sealing Techniques, A. Roth, Pergamon Press Ltd. 1966, Headington Hill Hall, Oxford - England, Seite 356, Fig. 3.67).

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß die be­ kannte Nut-Konfiguration mit trapezförmiger Quer­ schnittsfläche eine Reihe von Nachteilen aufweist: Zum einen ist das Einschneiden der Nut in die Kam­ merwand kostspielig, da die verwendeten Fräswerk­ zeuge (Grat-/Zinkenfräser) rasch verschleißen, zum anderen werden die O-Ringe oftmals beim Einpressen in die Nut beschädigt oder sogar teilweise zer­ stört, da die Nutkanten am Nutboden und am Über­ gang der Seitenflächen der Nut zur Stoßfläche scharfkantig sind bzw. an die Fließfähigkeit des Dichtwerkstoffes (des O-Ringes) höchste Anforderungen stellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, eine Dichtungsanordnung zu schaffen, die die Nachteile der vorbekannten Anordnungen nicht aufweist und darüber hinaus vergleichsweise ge­ ringe Anforderungen an die Maßhaltigkeit der O-Ringe stellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Querschnittsfläche der Endlosnut von einem gleichseitigen Dreieck umschrieben ist, wobei die Bodenfläche der Nut die Basisseite des Dreiecks bildet und die Nuttiefe etwa der halben Höhe des Dreiecks entspricht, wobei die Nut im Bereich der beiden Basiswinkel des die Nut umschreibenden Dreiecks abgerundet ist und die Abrundungen je­ weils von Kreisbögen bestimmt sind, deren zugehörige Kreise Durchmesser haben, die zur jeweiligen Nuttiefe jeweils einem Verhältnis von etwa 1 : 1.42 stehen, wobei der in die Nut eingelegte Rundschnurring einen Durchmesser aufweist, der sich zur Tiefe der Nut wie etwa 1 : 1.35 verhält.

Es ist klar daß die Abrundungen im Bereich der Basiswinkel des den Nutquerschnitt umschreibenden gleichseitigen Dreiecks in Abhängigkeit vom verwendeten Dichtringwerkstoff größer oder kleiner bemessen sein können, wobei hierfür bestimmend ist, wie fließfähig bzw. verformbar und wie maß­ haltig der jeweils verwendete Werkstoff bzw. Ring ist.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh­ rungsmöglichkeiten zu, eine davon ist in den an­ hängenden Zeichnungen näher dargestellt. Und zwar zeigen:

Fig. 1 die Querschnittform der Nut zur Aufnahme eines Rundschnurrings,

Fig. 2 die Nut nach Fig. 1 mit einem in diese eingelegten Rundschnurring, wobei der Querschnitt des Rings in seiner entspannten Form dargestellt ist und

Fig. 3 die beiden gegeneinander abzudichten Teile mit dem zwischen ihnen eingefügten Ring nach Fig. 2, wobei der Ring die Nut weitgehend ausfüllt und die gegeneinan­ der gedichteten Teile nur noch einen sehr engen Spalt zwischen ihren Stoß­ flächen aufweisen.

Wie Fig. 1 zeigt, hat die in die Vakuumkammerwand 3 eingeschnittene Nut 5 eine etwa trapezförmige Querschnittsfläche, wobei diese Querschnittsfläche teilweise von einem gleichseitigen Dreieck D um­ schlossen ist. Die Bodenfläche 10 der Nut 5 ist in den beiden Übergangsbereichen zu den beiden Sei­ tenflächen 7, 8 der Nut 5 abgerundet. Die Tiefe der Nut 5 entspricht etwa der halben Höhe H des umschreibenden Dreiecks D. Der in die Nut 5 einge­ legte Ring 6 weist im entlasteten Zustand eine kreisscheibenförmige Querschnittsfläche auf, wobei der Durchmesser B des Rings 6 etwa der Nuttiefe A multipliziert mit 1.35 beträgt.

Wie Fig. 3 zeigt, preßt das Teil 4, beispielsweise ein Vakuumkammerdeckel, den Rundschnurring 6 so­ weit in die Nut 5 ein, daß der Ring 6 etwa die Form eines flachen Trapezes mit abgerundeten Ecken einnimmt. Der Spalt S weist dabei zwischen den Stoßflächen 9, 21 ein sehr geringes Maß auf. Die beiden seitlich des Ringes 6 zwischen diesem und den Innenwänden bzw. Seitenflächen 7, 8 gebildeten Räume 15, 16 sind so bemessen, daß geringe Abweichungen von dem Solldurchmesser B des Rundschnurrings 6 ausgeglichen werden.

Von besonderer Bedeutung sind die auch Spalträume 17, 18 (Fig. 3), die verhindern, daß die relativ scharfen Kanten 19, 20 die Mantelfläche des Dicht­ rings verletzen bzw. in den Dichtring 6 einschneiden.

Als besonders vorteilhaft haben sich beispiels­ weise Nuten mit folgenden Abmaßungen erwiesen:

Bezugszeichenliste

3

Vakuumkammerwand

4

Vakuumkammerwanddeckel

5

Endlosnut, Nut

6

Rundschnurring

7

Seitenfläche der Nut

8

Seitenfläche der Nut

9

Außenfläche, Stoßfläche

10

Bodenfläche

11

Rundschnurring

12

Torus-Fläche

13

Abrundung

14

Abrundung

15

Spaltraum

16

Spaltraum

17

Spaltraum

18

Spaltraum

19

Kante

20

Kante

21

Stoßfläche
A Nuttiefe
H Dreieckshöhe
D Dreieck
α Basiswinkel
β Basiswinkel
K Kreisbogen
d Durchmesser von K
B Durchmesser von

6

S Dichtspalt
W Nutbreite

Claims (1)

1. Dichtungsanordnung für das druckdichte Absperren einer Vakuumkammer gegenüber dem diese umgebenden Raum, mit einem an die Vakuumkammerwand (3) bewegbaren Vakuumkammerdeckel (4), mit einer in einer der beiden gegeneinander abzudichtenden Teile (3 bzw. 4) eingeschnittenen Endlosnut (5) und einem in die Endlosnut (5) eingelegten Rund­ schnurring (6), wobei die beiden parallelen und einander gegenüberliegenden Seitenflächen (7, 8) der Nut (5) gegenüber der Außenfläche (9) des die Nut (5) aufweisenden Teils (3) und der Bodenfläche (10) der Nut (5) geneigt vorgesehen sind und der auf der Bodenfläche (10) aufliegende Rundschnur­ ring (11) mit einer der Bodenfläche (10) abgekehr­ ten Teilfläche (12) an dem der Nut (5) gegenüber­ liegenden Teil (4) zur Anlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Endlosnut (5) von einem gleichseitigen Dreieck (D) umschrieben ist, wobei die Bodenfläche (10) der Nut (5) die Basisseite des Dreiecks (D) bildet und die Nuttiefe (A) etwa der halben Höhe (H) des Dreiecks (D) entspricht, wobei die Nut (5) im Be­ reich der beiden Basiswinkel (α, β) des die Nut (5) umschreibenden Dreiecks (D) abgerundet ist und die Abrundungen (13, 14) jeweils von Kreisbögen (K) bestimmt sind, deren zugehörige Kreise (K) Durchmesser (d) haben, die zur jeweiligen Nuttiefe (A) in einem Verhältnis von etwa (d) : (A) = (1) : (1.42) stehen, wobei der in die Nut (5) eingelegte Rundschnurring (6) einen Durchmesser (B) aufweist, der sich zur Tiefe (A) der Nut (5) wie etwa (1) : (1.35) verhält (Fig. 2).