DE2526985A1 - Schnellverbindungsvorrichtung zum zeitweiligen verbinden einer vakuum-, hochvakuum- oder druckanlage mit einem rohrstutzen - Google Patents

Description

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-L HZJ .^CHlM HUBER 18.6.1975

RhIMhR PRIETSCH 8330-IV/He.

MÖNCHEN 21

GOTTHARDSTR. 81

SAPHYMO-STEL, Massy, Avenue Carnot 29 (Prankreich)

"Schnellverbindungsvorrichtung zum zeitweiligen Verbinden einer Vakuum-, Hochvakuum- oder Druckanlage mit einem Rohrstutzen"

Priorität vom 18. Juni ISTk aus der französischen Patentanmeldung 7 4 21 125

Die Erfindung betrifft eine Schnellverbindungsvorrichtung zum zeitweiligen, dichten Verbinden einer Vakuum-, Hochvakuum- oder Druckanlage mit einem einen Rohrstutzen aufweisenenden Element, bestehend aus einem Teil mit zylindrischer Fläche, dessen Außen- oder Innendurchmesser etwas kleiner bzw. größer als der Innen- bzw. Außendurchmesser des Rohrstutzens ist, der mit der zylindrischen Fläche ineinandergreift, welch letztere mindestens eine Ringnut besitzt, deren öffnung dem Rohrstutzen gegenüberliegt und die eine elastische Ringdichtung aus Vollmaterial aufnimmt und mit einem in den Boden der Nut einmündenden Kanal zur Zufuhr eines komprimierten Fluids, das die Ringdichtung von dem Nutengrund abhebt und gleichzeitig gegen die Fläche des RohrStutzens und die Seitenwände der Nut preßt. Insbesondere kann es sich dabei auch um Schnellverbindungsvorrichtungen mit mehreren parallelen Ringdichtungen aus einem elastischen Material wie synthetischem Kautschuk (Neopren) oder natürlichem Kautschuk handeln.

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Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Verbindung im allgemeinen durch Zusammendrücken einer oder mehrerer paralleler Ringdichtungen durch Verschmälern der Nuten, in denen erstere untergebracht sind, mittels eines beweglichen Teiles hergestellt, das mit Hilfe von Bolzen oder einer Spannvorrichtung verschoben oder aufgeschraubt wird (vgl. Pig. I der Zeichnung).Derartige Vorrichtungen besitzen folgende Nachteile:

a) Eine relativ aufwendige Mechanik, die ein feststehendes Teil und ein oder mehrere bewegliche Teile umfaßt, von denen wenigstens eines mit dem feststehenden Teil über ein Schraubengewinde, eine:? Wendel, eine Anzahl Spannvorrichtungen oder Bolzen in Verbindung steht;

b) ein häufig zu starkes und mitunter nur stellenweises (ovaler Querschnitt) Zusammendrücken des oder der Ringdichtungen, die hinreichend zusammengepreßt werden müssen, um die Toleranzen der Seiten der verschiedenen Rohrstutzen auszugleichen, woraus sich eine begrenzte Lebensdauer der Dichtungen und relativ enge Passungstoleranzen ergeben;¹

c) die Gefahr einer Beschädigung des oder der Dichtungen durch scharfe Kanten des Rohrstutzens, wenn dieser beispielsweise aus Glas oder aus Quarz besteht und

d) eine relativ zeltraubende und viel Sorgfalt erfordernde Handhabung, da das Zusammenpressen so gleichmäßig als möglich erfolgen soll.

Eine bekannte Vorrichtung, die frei von diesem Nachteil 1st, umfaßt eine oder mehrere hohle und aufblasbare Ringdichtungen, die jedoch nur für Durchmesser von mehr als etwa 200 mn hergestellt werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schnellverbindungsvorrichtung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die die vorstehend aufgezählten Nachteile zumindest zum überwiegenden Teil vermeidet und vergleichbare Eigenschaften und Vorteile aufweist, wie die erwähnte Vorrichtung mit aufblasbaren Dichtungen, jedoch für Durchmesser von weniger als 200 mm.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist eine Schnellverbindungsvorrichtung bekannter Art sowie eine Vorrichtung nach der Erfindung anhand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht wiedergegeben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Schnellverbindungsvorrichtung bekannter Art mit Quetschdichtung und

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform einer Schnellverbindungsvorrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Schnellverbindungsvorrichtung mit Quetschdichtung dargestellt, die dasu dient, einen beispielsweise aus Glas oder Quarz bestehenden Rohrstutzen 1 zeitweilig, dicht beispielsweise mit einem anderen Rohr 2 aus (angenommen) Metall zu verbinden. Die Vorrichtung umfaßt einen feststehenden und mit dem Rohr 2 fest verbundenen Flansch 3, der einen der Teile des Quetschmechanismus (Gewinde od. dergl., nicht dargestellt) trägt und einen Bereich 4 vergrößerten Innendurchmessers zur Aufnahme der Ringdichtungen 10 und 11 besitzt. Die Tiefe dieses Bereiches 4 in bezug auf den Rohrinnendurchmesser ist etwas geringer als die Dicke oder der Durchmesser des Materials der Ringdichtungen 10, 11. Die beiden Ringdichtungen 10, 11 sind voneinander durch ein Ringteil 5 getrennt, das axial im

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Inneren des Bereiches 4 vergrößerten Durchmessers des Rohres beweglich ist und die zweite Dichtung 11 wird mittels eines anderen beweglichen Teiles gehalten, das einen rohrförmigen Abschnitt 6 umfaßt, der in den Bereich 4 vergrößerten Durchmessers des Rohres 2 hineinreicht und einen zweiten Flansch 7, der mit dem rohrförmigen Abschnitt 6 fest verbunden ist und mit dem ersten Plansch 3 über den Quetschmechanismus (nicht dargestellt) in Verbindung steht.

Der feststehende Teil der Vorrichtung bildet in Höhe des Bereiches 4 vergrößerten Durchmessers des Rohres 2 mit dem beweglichen Ring 5 und dem rohrförmigen Abschnitt 6 des beweglichen Teiles 6, 7 zwei Ringnuten trapezförmigen Querschnittes, die sich gegen die Außenfläche des Rohrstutzens hin öffnen, der mit dem Rohr 2 verbunden werden soll. Die Breite dieser Nuten ist veränderlich und hängt davon ab, inwieweit das bewegliche Teil 6, 7 gegen den feststehenden Plansch 3 mit Hilfe der genannten Quetschmeehanik gedrückt wird. Ein Zusammenspannen der Plansche 1» 7 läßt die Dichtungen 10 und 11 aus den sich verschmälernden Nuten heraustreten und preßt sie gegen die Oberfläche des Stutzens 1.

Aus Pig. 1 geht ohne weiteres hervor, daß die zur Erzielung einer korrekten Abdichtung notwendige Länge des Rohrstzens 1 verhältnismäßig groß ist. Dies ist in bestimmten Fällen unerwünscht, beispielsweise wenn die Schnellverbindungsvorrichtung zur Verbindung eines rohrförmigen, auf einer Seite geschlossenen Behälters mit einer Vakuumpumpe verwendet werden soll und der Behälter nach dem Evakuieren auf der anderen Seite durch ein Quarzstück 8 verschlossen werden soll. Das Quarzstück 8 wird hierzu dicht mit der Wandung des Rohrstutzens 1 beispielsweise mit Hilfe eines Kreisbrenners verbunden. Diese Wandung wird gegen das Stück 8 durch einen Gasstrahl gedrückt. Ein derartiger Behälter kann beispielsweise für die

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Wärmebehandlung von Halbleiterplättchen unter Vakuum verwendet werden.

Zur Vermeidung einer zu starken Quetschung und folglich eines vorzeitigen Verschleisses der Dichtungen sollen die Toleranzen des Außendurchmessers und der Abweichung des Rohrstutzens 1 von der Kreisform recht eng sein (vorzugsweise kleiner als ein Zehntel des Durchmessers des Materials der Dichtungen 10 und 11 oder kleiner als ± 1 mm).

In Pig. 2 ist eine Schnellverbindungsvorrichtung 13 nach der Erfindung dargestellt, die die rasche zeitweilige Verbindung eines Rohrstutzens 1 mit einem Rohr 2 oder einem Verschlußflansch (nicht dargestellt) ermöglicht. Die Verbindungsvorrichtung 13 umfaßt einen Plansch 14, der dem freien Ende des Rohrstutzens 1 als Anschlag für die genaue Positionierung dienen kann sowie ein zylindrisches Teil 15, dessen Durchmesser etwas kleiner (oder größer) als derjenige des Rohrstutzens 1 ist und über (oder in) welches das Ende des Rohrstutzens geschoben wird. Die Abdichtung kann somit an der Innenfläche oder der Außenfläche mit analogen Mitteln erfolgen.

Eine aus einem Elastomer bestehende Ringdichtung 16,ähnlich derjenigen in Pig. I,findet in einer Ringnut 17 Platz, deren Herstellungstoleranzen derart bemessen sind, daß die Ringdichtung bei Ausdehnung in ständigem Kontakt mit den Seitenwänden 18, 19 der Nut bleibt. Diese Seitenwände 18,19 sind vorzugsweise derart geneigt, daß die Öffnung der Nut schmaler als der Nutengrund ist, was den Zweck hat, die Verringerung des Materialdurchmessers der Dichtung 16 bei Zunahme ihres Durchmessers (Ausdehnung) auszugleichen.

In Ruhe liegt die Dichtung 16 zufolge ihrer Eigenelastizität (ihr Nenndurchmesser ist etwas kleiner als der Durchmesser des Nutengrundes) auf dem Boden der Nut 17 auf, die ihrer-

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seits hinreichend tief ist, daß die Dichtung nicht über die Außenfläche des Zylinderteiles 15 der Verbindung 13 vorsteht.

Bei dem das zylindrische Teil 15 übergreifendem Rohrstutzen 1 wird nun Druckluft oder Druckgas aus einer Flasche 20 oder von einem Kompressor (nicht dargestellt) über ein erstes Ventil 21, ein Druckminderventil 22, ein Drei-Wege-Ventil 23, ein Rohr 24 und einen Kanal 25, der in dem zylindrischen Teil 13 vorgesehen ist und in öffnungen 26 endet, in den Boden der Nut 17 eingeblasen. Diese Druckluft hebt die Ringdichtung 16 an, die dabei ihren Durchmesser vergrößert und sich gegen die Innenwand des Rohrstutzens legt und dort mit einer Kraft angepreßt wird, die von dem Luftdruck abhängt. Die durch diesen Luftdruck angepreßte Dichtung 16 verformt sich dabei gleichzeitig in Richtung auf einen ovalen oder elliptischen Materailquerschnitt, so daß sie sich auch gegen die Seitenwände 18, 19 der Nut 17 legt und so auch das Innere des RohrStutzens 1 einerseits gegen den umgebenden Außendruck und andererseits gegen die Druckluft im Inneren der Nut abdichtet.

Der Rohrstutzenj;und der (nicht dargestellte) Behälter, mit dem er verbunden ist, sind somit praktisch unmittelbar nach Einleitung der Druckluft abgedichtet, ohne daß es zu einem zu starken Quetschen der Dichtung 17 kommt und dank der Verwendung der Druckluft sind die Kräfte der Dichtung auf den Rohrstutzen 1 und die Seitenwände 18, 19 gleichmäßig verteilt, wodurch sich der Verschleiß erheblich mindert. Sobald mit Hilfe des Drei-Wege-Ventils 23 der Druck unter der Dichtung 17 auf den Umgebungsdruck (oder einen schwachen Unterdruck) vermindert wird, nimmt die Dichtung wieder ihren Platz am Nutengrund ein und der Rohrstutzen 1 kann leicht abgezogen werden.

Hervorzuheben ist, daß diese Schnellverbindungsvorriehtung es ermöglicht, für den Rohrstutzen 1 weite Bearbeitungs- bzw.

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Herstellungstoleranzen zuzulassen, da der Spielausgleich nur von den elastischen Eigenschaften der Dichtung 17 und dem Durchmesser ihres Werkstoffes abhängt, der zumindest etwas größer als das Doppelte de» maximalen Spieles bzw. Spaltes sein soll, der sich aus den jeweiligen Toleranzen des Rohrstutzens 1 und des zylindrischen Teiles 15 ergibt.

Selbstverständlich kann die Schnellverbindungsvorrichtung mehrere parallele Nuten aufweisen, die jeweils mit Ringdichtungen versehen und deren Böden gemeinsam mit dem Zufuhrkanal für die Druckluft verbunden sind.

Die Schnellverbindungsvorrichtung eignet sich für Rohre aus Keramik, Glas oder Quarz, in denen ein Vakuum hergestellt werden soll oder die mit einer kontrollierten Atmosphäre gefüllt werden sollen.

Rohre aus Keramik, Quarz oder Glas haben recht große Herstellungstoleranzen, die häufig ± 1 mm überschreiten; darüber hinaus weloht der Querschnitt häufig vom Kreisquerschnitt ab, ist also oval oder elliptisch. Bei der bekannten Vorrichtung nach Fig. 1 muß entweder der Gegenflansch an den Durchmesser des Rohres angepaßt oder der Rohrdurchmesser geschliffen werden, was beides kostenaufwendig ist.

Die Schnellverbindungsvorrichtung nach der Erfindung kann vorteilhaft zum Vakuumverschließen von Quarzampullen verwendet werden, die zur Eindiffusion von Verunreinigungen in monokristalline Siliziumplatten unter Vakuum dienen.

Ein anderes Anwendungsbeispiel sind Vakuumventile des Pendel- oder Schiebertyps. In beiden Fällen muß der Verschlußdeckel von seinem Sitz abgezogen werden, um die Ringdichtung vor ihrer

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Entfernung freizumachen, was kostspielige mechanische Vorrichtungen wie Schrauben, Federn oder Kugeln erfordert. Dies führt zu einer viel Platz beanspruchenden Konstruktion. Durch Verwendung einer Vorrichtung analog der vorstehend beschriebenen wird erreicht, daß es die Dichtung ist, die sich unter dem Einfluß des Vakuums oder des Druckes verschiebt, was das Entfernen des Verschlußdeckels ohne Beschädigung der Dichtung ermöglicht.

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Claims (2)

1. :!:< PRIFTSCH «4. 18.6.1975

   Λ ONCHEN 21 8330-IV/He.

   GOi Γ i i A R D 3 T R . G 1

   "SAPHYMO-STEL"

   Patentansprüche:

   Schnellverbindungsvorrichtung zum zeitwelligen, dichten Verbinden einer Vakuum-, Hochvakuum- oder Druckanlage mit einem einen Rohrstutzen aufweisenden Element, bestehend aus einem Teil mit zylindrischer Fläche, dessen Außen- oder Innendurchmesser etwas kleiner bzw. größer als der Innen- bzw. Außendurchmesser des RohrStutzens ist, der mit der zylindrischen Fläche ineinandergreift, welch letztere mindestens eine Ringnut besitzt, deren Öffnung dem Rohrstutzen gegenüberliegt und die eine elastische Ringdichtung aus Vollmaterial aufnimmt, und mit einem in den Boden der Nut einmündenden Kanal zur Zufuhr eines komprimierten Fluids, das die Ringdichtung von dem Nutengrund abhebt und gleichzeitig gegen die Fläche des Rohrstutzens und die Seitenwände der Nut preßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung eine einfache, einstückige Ringdichtung (16) mit Kreisquerschnitt und einem Materialdurchmesser, der kleiner als die Tiefe der Nut (17) ist und im Ruhezustand mit einem Ringinnendurchmesser, der kleiner als derjenige des Nutgrundes ist, wenn der Rohrstutzen (1) die zylindrische Fläche (15) übergreift bzw. mit einem Ringaußendurchmesser, der größer als derjenige des Nutgrundes ist, wenn die zylindrische Fläche (15) den Rohrstutzen (1) übergreift, ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialdurchmesser der Ringdichtung (16), der von ihrer Lage in der Nut (17), d.h. ihrem mittleren Durchmesser,

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   abhängt, zumindest etwas größer als die Breite der Nut (17) im Bereich der Berührungsfläche der Ringdichtung mit den Seitenwänden (18, 19) der Nut (17) unabhängig von der Lage der Ringdichtung (l6)/der Nut (17) ist.

   Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (17) einen durch Neigung deren Seitenwände (18,19) in Richtung der Änderung des Materialdurchmessers der Ringdichtung (16) erhaltenen, trapezförmigen Querschnitt besitzt und die Neigungswinkel der Seitenwände (18, 19) in Abhängigkeit von den elastischen Eigenschaften des für die Ringdichtung (16) verwendeten Materials bestimmt sind und daß der Materialdurchmesser der Ringdichtung (16) größer als die kleinste Breite der Nut ist.

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