DE2239528A1

DE2239528A1 - Dichtungsvorrichtung an zwei abzudichtenden teilen einer hochvakuumapparatur

Info

Publication number: DE2239528A1
Application number: DE2239528A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Fend
Original assignee: VAT AG fuer Vakuum Apparate Technik
Current assignee: VAT Group AG
Priority date: 1971-10-08
Filing date: 1972-08-11
Publication date: 1973-04-12
Also published as: GB1397956A; FR2155287A5; JPS5537661B2; JPS4848854A; US3829062A; CH543694A

Description

DIPUNG. BUSCHHOFF /239628 DIPUNG. HENNICKE DIPL-ING. VOLLBAC H .

5 KÖLN 31.7.1972 Wo/ju

KAISEIi-WIlHElM-IIlNO 24

' . . u.Z.: Vt 201

VAT Aktiengesellschaft für Vakuurn-Apparate-Technik, Rheinstrasse 2330, 9499 Haag (Schweiz)

Dichtungsvorrichtung an zwei abzudichtenden Teilen einer Hoch-

Vakuumapparatur

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung an- zwei abzudichtenden Teilen einer Hochvakuumapparatur mit einem Dichtungsring, der in einer Ringnut eines ersten dieser Teile angeordnet ist und in einem mittleren Bereich seiner dem zweiten Teil zugekehrten Seite gegen diesen zweiten Teil gedrücktist. Bei einer bekannten Dichtungsvorrichtung dieser Art (siehe deutsche Offenlegungsschrift Nr. P 1 650 471.5-12) wird der mittlere Bereich der dem zweiten abzudichtenden Teil zugekehrten Seite eines aus Weichmetall bestehenden Dichtungsringes durch zwei ringförmige, elastische Lippen begrenzt, auf deren freie Enden dieser zweite Teil drückt»

Zweck dieser Vorrichtung, nämlic.h bei relativ niedrigen SchÜBsskräften eine hohe Dichtheit zu erzielen, wird aber praktisch nicht bzw. nicht mit genügender Sicherheit erreicht, denn die elastischen Lippen sind den auf sie einwirkenden Kräften auf die Dauer nicht gewachsen, namentlich bei häufigem Oeffneh oder Schliassen von derart abgedichteten Ventilen. Auch ist die Herstellung passender Lippen ausserordentlich·Schwierig; zu starre oder zu leicht biegsame Lippen machen die Vorrichtung unbrauchbar und ausserdern ist die erzielte Abdichtung sehr empfindlich auf

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Aenderungen des Anpressdruckes. Diese Nachteile werden gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, dass der Weichmetallring eine zentrale Rippe aufweist, die auf beiden Seiten durch je mindestens einen Einfassring eingefasst ist, welcher aus härterem Material als der Dichtungsring besteht und mindestens teilweise in einer ringförmigen Nut des Dichtungsringes angeordnet ist; dass die Einfassringe durch den zweiten abzudichtenden Teil auf den Grund der Nuten gedruckt werden und dadurch, im Dichtungsring einen allseitig wirkenden Druck erzeugen, der die Einfassringe gegen zwei die Ringnut des ersten abzudichtenden Teiles verengernde Seitenrippen drückt und dadurch ein Ausfliessen von Material des Dichtungsringes bei denselben verhindert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt: Es ist:

Fig. 1 ein Schnitt durch ein Tellerventil mit einer ersten Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Einzelheit zu Fig. 1 in grösserem Massstab, Fig. 3 -5 je ein Schnitt durch andere Ausführungsfarmen.

Gemäss Fig. 1 ist in einem z.B. aus Stahl bestehenden Ventilgehäuse 1 eine von einem Ventilsitz 2 umgebene Durchgangsöffnung 3 vorgesehen, die durch einen ebenfalls aus 5tahl bestehenden Ventilteller 4 verschlossen ist. Eine Dichtunrjsvürrichtuhg 5 umfasst eine ringförmige Dichtung 6 aus Blei, die einen Hauptteil 7 von rechteckigem Querschnitt umfasst, der in einer Nut Q des Ventilsitzes 2 untergebracht ist. Die Bleidichtung 6 weist ferner eine breite, zentrale Rippe 9 von ebenfalls rechteckigem Querschnitt auf, die zur Nut Q hinausragt und zwo£ durch einen verengten Abschnitt B der Nut 8, wobei die Verengung durch zwei Unmittelbar bei der Stirnfläche 10 des Ventilsitzes 2 einwärts ragende Seitenrippe 11 von symmetrischem Profil bewirkt ist.

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Zwischen den Seitenrippen 11 und der 'zentralen Rippe 9 der Bleidichtung 6 sind zwei Paare von zylindrischen Einfassringen 12 aus gehärtetem Stahl angeordnet, welche unten in - ringförmige. Nuten 13 des Hauptteiles 6 eingreifen und oben am Ventilteller 4 anliegen. In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines solchen Paares von Ringen 12 dargestellt, die je aus einem hochkant angeordneten, im Kreis gebogenen Stahlband bestehen, dessen komplementär abgeschrägte Enden 12' sich überlappen. Die Ueberlappungsstellen 12', 12^! der beiden aneinander anliegenden Ringe 12 sind gegeneinander versetzt.

Die beschriebene Dichtungsvorrichtung arbeitet wie folgt:

Der von einem Ventilstengel 4' auf den Teller 4 ausgeübte Schliessdruck wird zunächt durch die Einfassringe 12 auf den Hauptteil 7 der Bleidichtung 6 übertragen, die sich wegen ihrer Weichheit angenähert wie eine sehr zähe Flüssigkeit verhält, in dem Sinne, xJans in allen seinen Teilen ein gewisser "Hydrostatischer" Druck auftritt. Dieser Druck hat die Neigung, das Bleimaterial der Dichtung 6 zur Nut B hinauszupressen, so dass sich die Zentralrippe 9 an den Ventilteller 4 anlegt und eine ausgezeichnete Abdichtung bewirkt. Da die oberen Stirnflächen der Ringe 12, deren Profil auch etwas abgerundet sein kann, fest am Ventilteller 4 anliegen, der sie in die Nuten 13 einpresst, kann kein Blei zwisehen diesen Stirnflächen und dem Teller 4 entweichen. Da der Druck auch radial auf die Ringe 12 einwirkt, werden dieselben so stark gegen die Rippen 11 gepress.t., dass auch zwischen den Teilen 12 und 11 ein Entweichen des Bleies verhindert wird.. Schliesslich werden durch den Radialdruck die aufeinander liegenden Ueberlappungseriden 12', 12' der Ringe 12 so fest aufeinander gedruckt, dass auch an den zum Ventilsitz 2 hinausragenden Teilen der Ueberlappungsstellen kein Blei nach aussen dringen kann.

Prinzipiell würde schon ein einzige.r Einfassring 12 auf jeder Seite der Zentralrippe 9 genügen; zwei oder sogar drei Range 12 sind aber vorzuziehen, weil sie nich besser eventuellen lokalen Unebenheiten des Ventiltellsrs A anpassen können, unter gegen-

seitiger Verschiebung der Ringe 12. Die Breite b der Nuten 13, die gleich der Gesamtdicke der zwei oder mehr aufeinanderliegenden Ringe 12 ist und die Höhe h des aus diesen Nuten 13 herausragenden Teiles der Ringe 12 sind vorzugsweise so dimensioniert, dass b<Ch<C.4b ist, wobei eine optimale Dimensionierung von den Materialien abhängt, die für den -relativ weichen Dichtungsring 6, den relativ harten Sitz 2 und die noch härteren Einfassringe 12 benützt werden, und insbesondere auch von den gegenseitigen Reibungskoeffizienten dieser Materialien. Wenn die Höhe h zu gross ist, kann es vorkommen, dass der Radialdruck auf die Einfassringe 12 eine so grosse Reibung zwischen diesen Ringen 12 und den Seitenrippon 11 erzeugt, dass erstere nicht fest genug auf den Boden der Nuten 13 drücken, um genügend weiches Material zu verdrängen und dadurch einen hohen Druck zwischen der Zentralrippe 9 und dem Teller 4 zu erzielen. Als Material für den Dichtungsring 6 können z.B. auch die Weichmetalle Zinn oder Indium verwendet werden, oder auch ein Nichtmetall wie Tetrafluorpolyäthylen Für die Teile 2, 4 und 12 können auch z.B. Aluminium und härtbare Aluminiumlegierungen benützt werden.

'in*?*

Mit der beschriebenen Dichtung kann bei einem spezifischen Uinfangsdruck von z.B. etwa 30 kg pro cm des Umfanges der Dichtung eine ausserordentliche hohe Vakuumdichtheit von z.B. 10-9 Torr.l/ see. erzielt werden die bisher bei Metalldichtungen nur bei etwa zehnmal höheren spezifischen Umfangsdrücken erzielbar war. Dabei kann der Ventilteller beliebig oft geöffnet und geschlossen werden. Die Dichtungsvorrichtung ist ferner vor der Inbetriebnahme ausheizbar, z.B. bis ca. 300 C, wenn als Weichmetall Blei verwendet wird. Die Dichtungsvorrichtung ist unempfindlich auf Aenderungtän des spezifisclien Umfangsdruckes und leicht herstellbar.

In Eig. 3 ist nur ein Teilschnitt durch ein Tellerventil gezeigt. Bei dieser Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung ist wieder ein Weichmetallring 6 vorgesehen, der in einer Nut B des Sitzes 2 untergebracht ist. Die Nut 8 hat oben wieder einen durch zwei Seitenrippen 11 des Sitzes 2 verengten Abschnitt B,. Der Ring 6 weist oben wieder eine zentrale Rippe 9' auf, die aber hier nur

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so hoch ist, wie zwei beidseitig derselben vorgesehene flache Nuten 14, als flache Nut wird eine Nut bezeich'ne-t deren Tiefe geringer ist als ihre Breite. In den Nuten 14 liegen zwei ebene Fassungsringe 15, die an ihren Rändegen einerseits unter den Seitenrippen 11 des Sitzes 2 und anderseits unter einer zentralen Gegenrippe 16 liegen, die vom Ventilteller 4 abwärts ragt. Die Gegenrippe Iß liegt der zentralen Rippe 9' des Weichmetallringes 6 gegenüber, ist aber erheblich breiter als dieselbe, so dass sie den Schliessdruck des VentilteTlers über die Fassungsringe 15 auf das Weichmetall überträgt, welches infolgedessen in. der zentralen Rippe 9 nach oben gedruckt wird, und-eine ausgezeichnete Abdichtung an der Gegenrippe 16 erzeugt. Der "hydrostatische" Druck presst die betreffenden Ränder der Fassungsringe 15 in achsialer Richtung fest gegen die Rippen 11, so dass dazwischen kein Weichmittel entweichen Ifann. Die Nut 8 hat auch im Falle von Fig. 3 einen rechteckigen Querschnitt, doch hat dies, abgesehen etwa von grösserer Einfachheit in der Herstellung, keine weitere Bedeutung, im Gegensatz zu ihrer Verengung 8,, die in allen Fällen vorgesehen ist. -

Im Falle von Fig. 4 sind wieder zwei profilierte Einfassringe vorgesehen, die in zwei flachen Nuten 18 eines Weichmetallringes 6 untergebracht sind, die eine zentrale Rippe 9" dieses Ringes einfassen. Die Ringe 17 und Nuten 18 haben ein leicht geknicktes Profil, so dass die zentrale Rippe 9" an ihrer Basis konisch verbreitert ist. Im übrigen arbeitet diese Dichtungsvorrichtung ' praktisch gleich wie diejenige nach Fig. 3. · ■

Man könnte auch u-förmig profilierte Einfassringe mit sehr niedrigen, nach oben gerichteten u-5chenkeln in einer flachen Nut unterbringen. Die Dichtungsvorrichtung nach Fig. 5 unter-; scheidet sich von"derjenigen nach Fig. 1 -lediglich dadurch, dass der Ventilteller 4 mit einem Einsatzring 19 versehen ist, welcher der zentralen Rippe 9" des Weichmetallringes 6 und den zylindrischen Einfassringen 12 gegenübersteht und über der unteren Fläche des Ventiltellers 4 etwas vorsteht. Dadurch wird die Auswahl der für die Dichtungsvorrichtung erwünschten Materialien erleichtert..

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Man kann auch Einfass.ringe 12 vorsehen, die aus zwei oder mehr aufeinanderliegenden Windungen eines Flachbandes mit keilförmig auslaufenden Enden bestehen.

Obwohl die beschriebenen Dichtungsvorrichtungen im Zusammenhang mit Ventilen beschrieben worden sind, ist es klar, dass sie allgemein verwendbar sind, um eine Abdichtung zwischen zwei aufeinander gepressten Teilen 2 und 4 zu bewirken, wobei gegebenenfalls beide Teile ringförmig ,sein können, z.B. die Anschlussflansche zweier Hnchvakuumrohre darstellen; Obwohl in der Praxis fast ausschliesslich kreisförmige Dichtungsvorrichtungen verwendet werden, ist es prinzipiell möglich, Diehtungsvorrichtungen der beschriebener Art auch mit leicht elliptischen oder sogar polygonalen Ringen auszuführen.

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Claims

Patentansprüche

1. jDichtungsvorrichtung an zwei abzudichtenden Teilen einer ***■—■* Hochvakuumapparatur mit einem Dichtungsring, der in einer

. Ringnut eines ersten dieser Teile angeordnet ist und in einem mittleren Bereich seiner dem zweiten Teil zugekehrten Seite gegen diesen zweiten Teil gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsring (6) eine zentrale Rippe (9, 9* j 9") aufweist, die auf beiden Seiten durch je mindestens einen Einfassring (12; 1.5; 12) eingefasst ist, welcher aus härterem Material als der Dichtungsring besteht und mindestens teilweise in einer ringförmigen Nut .(13; 14; 10) des Dichtungsringes (6) angeordnet ist; dass die Einfassringe durch den zweiten abzudichtenden Teil [A) auf den Grund der Nuten gedruckt werden und dadurch im Dichtungsring einen allseitig wirkenden Druck erzeugen, der die Einfassringe gegen zwei die Ringnut (B) des ersten abzudichtenden Teiles (2) verengernde Seitenrippen (ll) drückt und dadurch ein Ausfliessen von Material des Dichtungsringes bei denselben verhindert,

2. Diehtungsvorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite der zentralen Rippe (9) mindestens ein zylindrischer Einfassring (12) vorgesehen ist, den der genannte Druck radial gegen, die betreffende Seitenrippe (.11) drückt (Fig. 1, 5).

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite ,der zentralen Rippe (9) mehrere nufeinanderliegende Einfassringe (12) vorgesehen sind.

4. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Breite b der ringförmigen Nut (13) und der Höhe h des aus dieser Nut hinaus ragenden Teiles des Einfassringes (12) die Beziehung b<Ch<C4b besteht.

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5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite abzudichtende Teil (4) mit einem Einsatzring (19) versehen ist, welcher der zentralen Rippe (9) und den Einfassringen (9) gegenübersteht.

6. Dichtungsvorrichtung noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite der zentralen Rippe (9¹, 9") ein ebener oder profilierter Einfassring (14; 17) angeordnet ist, der in einer flachen Nut (14; 18) des Dichtungsringes (6) liegt und dessen dem zweiten abzudichtenden Teil (4) zugekehrte Ränder durch den genannten Druck achsial gegen eine an diesem zweiten Teil (4) vorgesehene, der zentralen Rippe (9¹, 9") gegenüberliegende Rippe (l6) bzw. die Seitenrippen (11) gedruckt werden (Fig. 3, 4).

7. Dichtungsvorrdchtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder zylindrische Einfasering (12) aus einem in Hochkantlage zu einem Ring gebogenen Metallband mit komplementär abgeschrägten, einander überlappenden Enden (12¹) besteht.

0. Dichtungnvnrrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dnss jeder Cinfussring aus zwei oder mehr aufeinand.erliege.nden Windungen uirius Fluchbandes mit keilförmig auslaufenden Enden besteht.

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