DE2364448A1

DE2364448A1 - Vorrichtung zum dichten durchfuehren eines zylindrischen koerpers durch die wandung einer vakuumkammer

Info

Publication number: DE2364448A1
Application number: DE2364448A
Authority: DE
Inventors: David Sciaky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-16
Filing date: 1973-12-24
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2218796A1; JPS5337820B2; US3835291A; CA991279A; GB1392683A; DE2364448C2; JPS51139539A

Description

DlpL-Ing. E. E. Rnkener

Dipl-Ing. W, Ernesti David Seiaky

Patentanwälte

i Chicago, Illinois

Femspredier 415 50, 4 23 27 USA

Telegrammadresse: Radtpatent Bodium

73 150
EEB¹ZUS

Vorrichtung zum dichten Durchführen eines zylindrischen Körpers durch die Wandung einer Vakuumkammer

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Dichtung zum Durchführen eines sich um seine Längsachse drehenden zylindrischen Körpers durch die Wandung einer Vakuumkammer, insbesondere der Vakuumkammer einer Elektronenstrahlschweißmaschine. Dabei werden die Enden, insbesondere von Rohren, durch geteilte Ringdichtungen, die in der Wandung angeordnet sind, in die Schweißkammer eingeführt. Die Dichtungen sind so ausgebildet, daß, wenn die beiden Hälften der geteilten Dichtung genau um das Rohr gelegt sind, dieses um seine Längsachse gedreht werden kann, um eine Relativbewegung zwischen der Elektronenkanone, die innerhalb der Kammer angeordnet ist, und dem Rohr auszuführen.

Bisher war es zum Anschweißen von Flanschen oder Fittings an Rohre mit einem Elektronenstrahl notwendig, das gesamte Rohr innerhalb der Vakuumkammer anzuordnen. Dabei wurde das Rohr zwischen einer vorderen und einer hinteren Auflage innerhalb der Kammer gehalten und in der Kammer mittels eines geeigneten, von einem Elektromotor angetriebenen Getriebes gedreht. Wenn das zu schweißende Rohr eine Länge von z.B. 9 *& hatte, war es notwendig, eine ebenfalls 9 m lange Kammer zu bauen, so daß sich ein erheblicher Aufwand bei der Ausgestaltung und der Herstellung der Vakuumkammern ergab. Wegen des verhältnismäßig großen Volumens der Kammer waren Vakuumpumpen mit großer Leistung

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erforderlich, um die Kammer innerhalb einer tragbaren Zeit zu evakuieren.

Man hat versucht, die Kammer einfacher zu bauen und das Vakuumsystem dadurch zu verkleinern, daß ein abgedichteter Stopfen in ein Ende des Rohres eingesetzt und eine Wandung der Vakuumkammer mit einer Öffnung versehen wurde, in die eine ringförmige, aufblasbare Dichtung eingesetzt wurde, durch die das Rohr in die Vakuumkammer eingeschoben wurde, während die Luft aus der Dichtung abgelassen war. Beim Aufblasen der Dichtung wurde eine wirksame Abdichtung gegenüber der Oberfläche des Rohres, die in Be-.rührung mit der Dichtung ist, erzielt. Auf diese Weise konnte die Vakuumkammer mit einer viel kleineren Pumpe als in dem vorher erwähnten Fall evakuiert werden. Da das Rohr nicht gedreht werden konnte, während es durch die aufblasbare Dichtung gehalten wurde, war es notwendig, Einrichtungen zum Drehen der Elektronenstrahlkanone um mehr als 360° vorzusehen, um eine Schweißung längs des umfanges des Rohres mit einer geringen Überlappung der Schweißnaht vornehmen zu können. Dies erforderte einen erheblichen Mechanismus zum Halten und Antreiben der Elektronenstrahlkanone und einen Platzbedarf in der Kammer, nicht nur zum Drehen der Kanone, sondern auch der Hochspannungskabel, die notwendig sind, um den elektrischen Strom mit Spannungen von beispielsweise 150 000 Volt den einzelnen Elektroden der Kanone zuführen zu können.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, die vorstehend erwähnten Unzulänglichkeiten und Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden und zu ermöglichen, daß die Enden von Rohren, an deren Umfang verschiedenartige Fittings angeschweißt werden sollen, in die Vakuumkammer einer Elektronenstrahlschweißmaschine so eingeführt werden können, daß die Rohre um ihre Längsachse

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von einem außerhalb der Kammerwandungen angeordneten Antrieb gedreht werden können.

Die Erfindung betrifft ferner Abdichtungseinrichtungen zwischen der äußeren Oberfläche des Rohres und der Wandung der Kammer, durch die die Enden der Bohre in die Vakuumkammer eingeführt werden können. Zu diesem Zweck werden nachgiebige Abdichtungen benutzt, die aus zwei halbkreisförmigen !Teilen bestehen, die voneinander trennbar sind. Gegenstand der Erfindung sind ferner Einrichtungen zum schnellen Einführen der Rohrenden in eine Vakuumkammer und zum Abdichten des Rohres längs seines Umfanges gegenüber der Wandung der Vakuumkammer, um das Eintreten von Luft in die Kammer zu verhindern. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Elektronenstrahlschweißmaschine zum Anschweißen von Armaturen an die Enden von Rohren so auszubilden, daß die Vakuumkammer und die Einrichtungen zum Ziehen des Vakuums, das zum Elektronenstrahlschweißen erforderlich ist, möglichst klein sind.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht,

Figur 2 eine Vorderansicht einer Schweißmaschine mit einer Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung,

Figuren eine Ausführungsform einer in der Wandung einer 3, 4- und Ya^ErcumTraifflner angeordneten Abdichtungs einrichtung,

Figur 6 Einrichtungen zum Abdichten der Innenseite des zu schweißenden Rohres und

Figur 7 eine perspektivische Darstellung des geteilten Dichtungsringes.

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Eines der wichtigsten Anwendungsgebiete des Elektronenstrahlschweißens ist das Anschweißen der Endkappen an rohrförmige Brennstoffelemente, die für Kernreaktoren benutzt werden. Die bisher für diesen Zweck verwendeten Maschinen sind mit Einrichtungen versehen, bei denen mehrere Rohre auf einer drehbaren Halterung angeordnet sind, die im Inneren der Vakuumkammer oder in einer davon getrennten Kammer installiert ist, die vorgeladen und an der Schweißkammer angebracht werden kann. Infolge der großen Länge einiger Brennstoffelemente mußte die Kammer, um diese Elemente und die Halterungen aufnehmen zu können, ziemlich groß gebaut werden. Es erforderte ferner viel Zeit, um das Vakuum zu ziehen, sowie die Verwendung von ziemlich großen mechanischen und Diffusions-Pump en, die den Druck -innerhalb der

-4 —5 Kammer auf ein Vakuum von 10 bis 10 ^y Torr brachten, wie es zum Schweißen erforderlich ist.

Figur 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, Figur 2 eine Vorderansicht einer Elektronenstrahlschweißmaschine mit einer Abdichtungseinrichtung gemäß vorliegender Erfindung, die es möglich macht, die Größe der Vakuumkammer der Schweißmaschine auf eine minimale Größe zu reduzieren, da die Vakuumkammer nur die Elektronenkanone oder mehrere .Elektronenkanone!! und die Einrichtungen zum Halten eines Endes der Rohre innerhalb der Vakuumkammer enthält. Der größere Abschnitt der Rohre, die 9 m oder langer sein können, liegt außerhalb der Kammer und ist der Atmosphäre ausgesetzt} die Rohre brauchen nur in Abständen durch übliche Halterungen unterstützt zu werden, die aus Rollenauflagern bestehen.

Wie sich aus Figur 1 ergibt, besteht die Elektronenstrahlschweißmaschine 1 aus einer Vakuumkammer 2, in der ein Vakuum von 10 bis 10 ^ Torr durch geeignete mechanische und Diffusions-Pumpen gezogen werden kann, deren Größe von

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der zum Evakuieren ge wünscht en Zeit abhängt. Innerhalb der Kammer sind Elektronenkanonen 3 angeordnet, die mittels eines Antriebsmechanismus 17 bewegt werden können, der außerhalb der Kammer befestigt und mit einem Arbeitsarm versehen ist, an dem die Kanonen angebracht sind und über den diese jede gewünschte Bewegung ausführen können, um sie in die richtige Stellung zum Werkstück zu bringen. Die rechte Wandung der Vakuumkammer ist mit einem nachgiebigen Abdichtungsring 12 versehen, der längs seines Durchmessers in einer waagerecht liegenden Ebene geteilt ist. Die Wandung ist in senkrechter Richtung verschiebbar, so daß sie in angehobenem Zustand den Zugang zum Inneren der Kammer freigibt. Das zu schweißende Rohr 5 wird an seinem Ende innerhalb der Kammer mittels einer Halterung 18 gehalten. Vor dem Einführen in die Kammer wird das Rohr 5 mit einem Dichtungsstopfen 32, der auf Figur 6 dargestellt ist, versehen. Dieser wird in das Rohr eingeschoben und verhindert, daß Luft durch die Öffnung des Rohres in die Vakuumkammer 2. eintritt. Das Rohr 5 wird dann mittels der biegsamen Dichtung 12 abgedichtet, wenn der obere Teil der Wandung 13 nach unten über das zu schweißende Rohr oder die zu schweißenden Rohre abgesenkt wird. Auf diese Weise entsteht eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Abschnitt der Wandung 13 und dem Rohr. Der Ringflansch, der an das Rohr 5 angeschweißt werden soll, ist mit 6 bezeichnet. Das Rohr 5 wird mit Hilfe von Reibscheibenrollen 10 gedreht, die über ein Getriebe 9 von einem Motor 8 angetrieben werden. Druckrollen 11 halten das Rohr während des Schweißens in der richtigen Stellung. Die Elektronenstrahlen 4, die aus den beiden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Kanonen austreten, können zwei Umfangsschweißungen an den Stellen durchführen, an denen sie auf das Werkstück auftreffen. Nach Beendigung des Schweißens werden die Vakuumpumpen von der Kammer abgeschaltet und Luft in die Kammer eingelassen, um sie auf atmosphärische". Druck zu bringen« An-

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schließend wird die "bewegliche Wandung, die die obere Hälfte der nachgiebigen Dichtung trägt, mittels eines pneumatischen Kolben-Zylinder-Aggregates 15 in die Stellung 14· angehoben, die durch gestrichelte Linien in Figur 2 angedeutet ist und die obere Stellung der verschiebbaren Wandung der Kammer zeigt. Ausgleichsgewichte 16 sind vorgesehen, um die verschiebbare Wandung in jeder beliebigen Höhe zu halten. Die Rohre 5 können dann aus der Kammer entfernt und der nächste Satz von Rohren in die Vakuumkammer eingelegt werden. Bei der dargestellten Maschine können vier ßohre gleichzeitig eingesetzt werden. Die Flansche können an die Rohre nacheinander angeschweißt werden, indem die Kanonen in horizontaler Richtung von einem Rohr zum nächsten bewegt werden, wenn die entsprechende Schweissung beendet ist.

Auf Figur 3 ist eine geschnittene Seitenansicht, auf Figur 4- eine Vorderansicht und auf Figur 5 ein Querschnitt durch einen Abschnitt der Wandung der Kammer mit den geteilten Dichtungen dargestellt, 'durch die die Rohre in die Kammer eintreten. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Maschine, bei der vier Rohre gleichzeitig geschweißt werden können. Dabei werden für jedes Rohr zwei in Längsrichtung des Rohres hintereinander liegende Abdichtungen benutzt. Die Abdichtungen für vier Rohre werden aus einem Stück geformt, so daß gleichzeitig vier geteilte Dichtungen hergestellt werden.

Die Dichtungen sitzen in einer Halterung 19» die die obere Hälfte der Dichtungen 12 trägt und einer Halterung 2? für die untere, dazu passende Hälfte der Dichtungen 12. Die Halterung 27 ist an dem feststehenden Abschnitt der Wandung 32 mit Bolzen 28 befestigt, während die Halterung 19 an dem beweglichen Abschnitt 13 der Wandung mittels Bolzen 20 angebracht ist. Die Oberflächen der Dielitnogen 12 liegen an der auf.der Zeichnung linken Seite am der

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Außenfläche der Wandung der Kammer an. Um die Dichtungen an der anderen Oberfläche in der richtigen Stellung zu halten, sind Befestigungsplatten 21 und 29 vorgesehen, die. mit Bolzen 22 bzw. 37 befestigt werden.

Wenn die Halterung 19 in der Stellung oberhalb der Rohre 5, die geschweißt werden sollen, ist, sind zwei Flächen 24 der Dichtungshälften 12 in innigem Kontakt mit dem Rohr 5 und umgeben dieses. Die ebenen, zueinander passenden Schnittflächen der beiden Hälften der Dichtungen 12 werden zusammengepreßt, wenn die obere Halterung 19 nach unten über die untere Halterung 27 gelegt wird. Eine O-Ringdichtung 26, die in der horizontalen Ebene entsprechend der Linie 2 geteilt ist, wird zu einer durchlaufenden Dichtung, wenn der bewegliche Abschnitt der Wandung 13 in der unteren Stellung ist, in der die verschiedenen Dichtungen wirksam, den Durchgang von Luft von der Außenseite der Kammer in das Innere längs der Oberfläche des Rohres oder zwischen dem beweglichen und dem feststehenden Abschnitt der Wandung der Kammer verhindern. Wenn die Dichtungshälften genau zueinander passend gemacht sind, wird ein ringförmiger Raum 30 zwischen der Dichtung 12 und der äußeren Oberfläche des Rohres 5 gebildet. Vor dem Einlegen der Rohre wird dieser ringförmige Raum in der Dichtung 12 mit einem geeigneten Schmiermittel gefüllt und auch die Oberfläche des Rohres in der Hähe der abdichtenden Oberfläche wird mit dem Schmiermittel eingefettet, so daß die Reibung zwischen der nachgiebigen Dichtung und dem Rohr verringert wird, das innerhalb der Dichtung gedreht werden muß.

Figur 6 zeigt den Stopfen, der in das Ende des zu schweis-.senden Rohres eingeführt wird, um zu verhindern, daß Luft durch das Rohr in die Kammer eintritt, in vergrößerter Darstellung. Der Abdichtungsstopfen besteht aus einem zylindrischen Körper 36, der mit einer biegsamen O-Ring-

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dichtung 33 versehen ist, die in einen gegenüber der äußeren Oberfläche des Zylinders 36 zurückspringenden Abschnitt paßt. Ein zweites zylindrisches Werkstück 34· mit einem ringförmigen Abschnitt kann über den zurückspringenden Abschnitt des Hauptkörpers 36 geschoben werden. Eine Schraube 35 verschiebt, wenn sie im Uhrzeigersinn gedreht wird, das Werkstück 34 gegen den Zylinder 36. Die Kante des ringförmigen Abschnittes 34 verquetscht dabei den O-Eing 33» so daß er sich in radialer Richtung ausdehnt und so eine feste Dichtung gegen den Austritt von Luft in die Kammer längs der irmeren Wandung des Rohres bildet. Der Flansch 6 ist in der Stellung dargestellt, in der er das Rohr umgibt.

Figur 7 ist eine perspektivische Darstellung der Dichtung. Wenn ein Rohr, das von einer geteilten Dichtung umgeben ist, gedreht wird, stellt sich bald heraus, daß sich die Dichtungsflächen 31 an den Stellen, an denen die Dichtung geteilt ist, voneinander abheben, so daß ein Durchgang von einer Seite der Dichtung zur anderen gebildet wird, durch den Luft in die Vakuumkammer eintreten kann. Um diesen Nachteil, der die Dichtung unwirksam machen würde, zu vermeiden, wird ein kleiner zylindrischer Körper 38 aus dem Material, aus- dem die Dichtung besteht, mit einem Klebemittel an der vorlaufenden Kante jeder Dichtungshälfte so befestigt, daß er über die abdichtende Schnittfläche der Dichtungshälften vorsteht. Während der Drehung des Rohres 5 kann sich der kleine Zylinder, der sich gegen das Rohr legt, nicht von der unteren Hälfte der Dichtung abheben, da er daran befestigt ist. Obschon die Lippe 31 der oberen Hälfte der Dichtung sich von der Trennfläche an der unteren Hälfte der Dichtung abhebt, dehnt sich der kleine Zylinder, der nachgiebig ist, zur Seite aus und hält die Dichtung aufrecht, so daß keine Undichtigkeit von der einen Seite zur Dichtung zur anderen in die Kammer auftreten kann. Der Körper 38 kann auch aus einem Stück

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mit der Dichtung gefertigt werden und die Form eines im Querschnitt halbkreisförmigen rechteckigen oder in anderer Veise geformten Yorsprunges an einem Teil der Dichtung haben, der in eine entsprechend geformte Ausnehmung im anderen Teil der Dichtung paßt.

Wie sich aus Figur 3 ergibt, werden zwei Abdichtungen 12 an jedem Rohr benutzt, so daß sich im ganzen vier Abdichtungsbereiche längs der Oberfläche des Rohres ergeben. Der Raum zwischen jedem Paar von Dichtungsabschnitten wird mit Einrichtungen versehen, mit denen der Raum zwischen den Dichtungen über eine Leitung 23 evakuiert werden kann, die mit einer mechanischen Vakuumpumpe verbunden ist. Obschon bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 die geteilten Dichtungen an einer Wandung der Vakuumkammer angeordnet sind, kann ein zweiter Satz von Dichtungen auf der entgegengesetzten Wandung angeordnet werden, wenn die Schweissung an einem anderen Abschnitt als am Ende des Rohres durchgeführt werden soll oder wenn das Rohr durchgeführt und an beiden Wandungen der Kammer abgedichtet werden soll.

Patentansprüche

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Claims

Pat entanspriiche

Torrichtung zum dichten Durchführen eines zylindrischen Körpers, der sich, um seine Längsachse dreht, durch die Wandung einer Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer ringförmigen nachgiebigen Dichtung (12) besteht, die längs ihres Durchmessers geteilt und in zwei Hälften in einer Ebene trennbar ist, die durch die Längsachse des zylindrischen Körpers (5) verläuft, und daß die Dichtung an ihrem inneren Umfang zwei Dichtflächen (24·) aufweist, die durch einen sich über den Umfang erstreckenden ringförmigen Raum (30) voneinander getrennt sind und am Umfang des zylindrischen Körpers anliegen, wobei die trennbaren Abschnitte jeder Dichtung einen über die Trennebene hinausragenden Abschnitt aufweisen, der im wesentlichen den gleichen Querschnitt hat, wie der ringförmige Raum (30) und der sich in radialer Richtung an der-Trennfläche von der inneren Fläche der Dichtung zur äußeren Fläche erstreckt, während die Trennfläche der dazu gehörigen Hälfte der Dichtung (12) mit einer radialen Ausnehmung mit entsprechenden Abmessungen versehen ist, die sich ebenfalls von der inneren Fläche der Dichtung zur äußeren Fläche erstreckt und der erhabene Abschnitt einer trennbaren Hälfte in die radiale Ausnehmung der anderen Hälfte eingreift.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Hälfte der Dichtung (12) statt des über die Trennfläche hinausragenden Abschnittes mit einer radialen Ausnehmung versehen ist, in die ein zylindrischer Körper (38) eingesetzt ist, der so dimensioniert ist, daß, wenn die beiden voneinander trennbaren Hälften der Dichtung aneinanderliegen, der zylindrische Körper zur Hälfte in die radiale Ausnehmung an der einen Trennfläche und zur Hälfte in die radiale Ausnehmung in der anderen Trennfläche der Dichtung eingreift_o ~~

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3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "beiden Hälften der Dichtung in der Öffnung einer Wandung einer Vakuumkammer befestigt sind, die in zwei Abschnitte (13, 32) längs einer Linie geteilt ist, die in der Trennebene der Dichtungshälften verläuft, wobei die Abschnitte (13, 32) der Wandung in einer Richtung zueinander beweglich sind, die senkrecht zu der Trennebene liegt, und wenigstens ein Abschnitt der Dichtung (12) von dem Rohr (5) abgehoben werden kann und den Zugang zum Inneren der Vakuumkammer freigibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12) in der Wandung der Vakuumkammer einer Elektronenstrahlschweißmaschine angeordnet ist.
5· Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12) in der Wandung (13) <ler Vakuumkammer (2) einer Elektronenstrahlschweißmaschine (3) angeordnet ist, die mit Einrichtungen zum Drehen der zylindrischen Gegenstände um ihre Längsachse versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (12) in der Wandung (13) der Vakuumkammer (2) einer Elektronenstrahlschweißmaschine (3) angeordnet ist, die mit Einrichtungen (10) zum Drehen der zylindrischen Gegenstände versehen ist, die außerhalb der Kammer (2) angeordnet sind.

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