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lektrisch isolierender Rohranschluß oder Rohrverschluß
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch isolierenden Rohranschluß
oder Rohrverschluß mit lösbaren Flanschen und ruhend ancianderliegende Dichtungsflächen.
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Derartige Anschlüsse oder Verschlüsse mit Abdichtungen werden zum
Beispiel bei Überdruck- oder Vakuum-, insbesondere bei Beschleunigeranlagen, in
kältetechnischen (kryotechnischen) Anlagen und dergleichen benötigt, bei denen einzelne
Rohrleitungsabschnitte oder Gefäßbereiche gegenüber den benachbarten Teilen für
Meßzwecke elektrisch isoliert und druckdicht ausgeführt sein müssen. Sowohl bei-
Vakuumanlagen als auch bei gasförmigen oder flüssigen Medien innerhalb der Rohrleitungen
und Gefäße können zumindest kurzzeitig höhere Temperaturen auftreten, denen diese
Verschlüsse oder Anschlüsse standhalten müssen. Die elektrischen Spannungen, die
zu beherrschen sind, können in der Größenordnung von einigen Volt bis zu mehreren
hundert Volt liegen.
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Handelsüblich sind Isolierstücke aus rohrförmigen Keramikkörpern mit
an beiden Enden befestigten metallischen Flanschen. Abgesehen von der für manche
Anwendungsfälle nicht erforderlichen, ggf. sogar nachteiligen beträchtlichen Baulänge,
sind solche Isolierstücke stoß- und korrosionsempfindlich, weisen erhebliches Gewicht
auf und sind auch für Normgrößen, selbst in größeren Stückzahlen, recht teuer. Zur
Abdichtung an den Verbindungsflanschen sind jeweils zwei Dichtungskörper erforderlich,
die bei diesen handelsüblichen Isolierstücken meistens aus Kupfer bestehen. Sie
sind also für nicht ausgesprochen bestimmungsgemäßen Gebrauch, zum Beispiel für
den Anschluß elektrisch betriebener Meßgeräte, nicht besonders günstig.
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Die Erfindung zielt darauf ab, elektrisch isolierende Rohr-Anschlüsse
oder -Verschlüsse zu schaffen, mit denen die Nachteile der in bezug auf spezielle
Anwendungsgebiete überdimensionierten keramischen Isolierstücke vermieden werden.
Gemäß der Erfindung wird für die konstruktive Ausbildung vorgeschlagen, eine zugleich
als
Dichtungskörper und als elektrischer Isolator wirksame Ringscheibe zwischen den
Dichtungsflächen und Bundbuchsen aus elektrisch isolierendem Werkstoff für die Führung
der die Flanschteile verbindenden Elemente in ihren Bohrungen vorzusehen. Die konstruktive
Ausbildung ist damit äußerst einfach. Die Flanschteile bzw. die Anschlußstücke an
den Gefäßen behalten ihre bisherige Form und Ausbildung, ebenso die dort anzuflanschenden
Teile. An die Stelle eines keramischen Isolierstückes treten bei Alsführungsformen
der Erfindung also lediglich Ringscheiben aus dem geeigneten Werkstoff sowie die
Buchsen zur Führung der Verbindungselemente. Vorteilhaft bestehen diese Ringscheiben
und Buchsen aus demselben Werkstoff.
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Da die konstruktive Ausbildung der elektrisch leitenden, metallischen
Flanschteile unverändert bleiben soll, ist die Wahl des Werkstoffes für die Dichtungskörper
und die Buchsen für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung. In besonderer Weise
geeignet sind hierfür polymere Kunststoffe, insbesondere Polyimidharze und Aramidharze,
die hinsichtlich ihrer mechanischen, insbesondere der Verschleiß- und Kriech-Festigkeit
metallische und keramische Werkstoffe weit übertreffen. Sie sind nicht entflammbar
und arbeiten zuverlässig bei dauernden Betriebstemperaturen von minus 240 Grad Celsius
bis plus 260 Grad Celsius. Kurzzeitige Hitzebelastun--n bis 480 Grad Celsius sind
ohne Erweichen oder Schmelzen des Werkstoi:--##s möglich. Darüber hinaus besitzen
sie einen spezifischen Widerstand in einer Größenordnung von mehr als 1015 Ohm ~
cm, so daß die elektrische Durchschlagsfestigkeit in erster Linie von der konstruktiven
Ausbildung der Flanschverbindung in den Bereichen abhängt, wo sich weder der Dichtungskörper
noch die Buchsen befinden, also zum Beispiel Luftstrecken zwischen den metallisch
leitenden Flanschteilen bzw. den Verbindungselementen auftreten.
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Unter Berücksichtigung dieser Voraussetzungen ergeben sich besonders
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, bei denen Bundbuchsen für die Verbindungselemente
zum Beispiel nur in einem Flansch vorgesehen sind. Aufgrund der elektrisch leitenden
Auflage
des Verbindungselements auf dem anderen Flansch herrschen definierte elektrische
Verhältnisse in diesem Bereich. Die elektrische Isolierung durch die Bundbuchsen
im anderen Flansch führt auch in diesem Bereich zu definierten Verhältnissen. Besitzen
die Bunde der Buchsen ausreichend große Durchmesser und ausreichende Länge, lassen
sich die Wege für eventuelle Kriechströme zwischen dem entsprechenden Flanschteil
und den überstehenden Teilen der Verbindungselemente so dimensionieren, daß Spannungsüberschläge
nicht auftreten können.
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Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weisen Bundbuchsen
für die Verbindungselemente in einem Flansch und je eine weitere Bundbuchse je Verbindungselement
mit zwischen den Flanschen befindlichem Bund auf. Während zum Beispiel bei der oben
genannten Ausführungsform durch die Länge der Buchse sichergestellt werden muß,
daß ein Verbindungselement bei einer eventuellen Verschiebung der Flanschteile in
Umfangsrichtung den elektrisch isolierten Flanschteil nicht berührt, können bei
der hier erwähnten Ausführungsform entsprechende Maßnahmen durch konstruktive Ausbildung
der Bundbuchsen, die sich zwischen den Flanschen befinden, herbeigeführt werden.
Dazu eignen sich zum Beispiel Bundbuchsen, bei denen der Bund im mittleren Bereich
der Buchse angeordnet ist, also Teile der Buchse sowohl in die Bohrung des einen
Elanschteils als auch in die des anderen Flanschteils ragen.
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Bei ebenfalls bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die
Ringscheiben mit buchsenartigen Fortsätzen in einer den Bohrungen für die Verbindungselemente
im Flansch entsprechenden Verteilung versehen. Solche Scheiben werden bevorzugt
so zwischen den beiden Flanschen eingelegt, daß die Fortsätze in die Bohrung desjenigen
Flanschteils ragen, in den auch auf der anderen Seite der Bohrung die Bundbuchse
für das Verbindungselement eingesetzt ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß eine Ringscheibe mit einem äußeren Lochkranz mit den Löchern
in einer den Bohrungen für die Verbindungselemente im Flansch entsprechenden Verteilung
vorgesehen ist. Bei entsprechend
dimensionierten Lochdurchmesserii
wird dadurch gewährleistet, daß für die Führung der die Flanschteile verbindenden
Elemente Bundbuchsen großer axialer Länge verwendet werden können, die nicht nur
die Bohrungen eines Flanschteiles durchdringen, sondern auch durch die Löcher in
der Ringscheibe ragen und bis in die Löcher des anderen Flanschteiles reichen.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich durch Kombination
der oben näher-erläuterten Ausführungsformen sowie mit beliebigen anderen Konstruktionen.
In dieser Hinsicht wirkt sich besonders günstig aus, daß die oben erwähnten polymeren
Kunststoffe sich wie Metalle spanabhebend bearbeiten lassen oder auch aus dem Rohstoff
direkt geformt werden können.
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Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt. Dabei zeigen: Figur 1: einen Rohrverschluß mit allen dazu erforderlichen
Teilen, Figuren 2, 3 und 4: Ausführungsformen von Ringscheiben und Figuren 5, 6,
7 und 8: Ausführungsformen von Bundbuchsen.
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Bei dem Rohrverschluß gemäß Figur 1 ist das Rohr 1 mit einem Vorschweißflansch
2 verbunden. Zum Verschluß dieses Rohres dient das Verschlußstück 3, das im Fall
einer Rohrverbindung, also eines Rohranschlusses, nicht als Deckel sondern ebenfalls
als Flansch ausgeführt sein würde. Zwischen den sich zugewandten Dichtungsflächen
4 und 5 befindet sich als Dichtungskörper und als elektrischer Isolator eine Ringscheibe
6. Schneiden 7 und 8 auf den Dichtungsflächen 4 und 5 drücken sich beim Zusammenbau
des Verschlusses bzw. des Anschlusses in die Ringscheibe 6 ein. Zur Verbindung der
lösbaren Teile sind Schrauben 9 vorgesehen, die bei Ausführungsformen der Erfindung
gegenüber herkömmlichen Flanschverbindungen die nächstkleinere Nenngröße aufweisen.
Außer den üblichen Unterlegscheiben 10 sind bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform
Bundbuchsen 11 und 12 vorgesehen, durch die die vollständige elektrische Isolierung
herbeigeführt wird. Die Bundbuchse 11 kann als Isolierbuchse, die Bundbuchse 12
als Distanzbuchse bezeichnet werden Die mechanischen Fiießeigenschaftefl
des
Materials für die Dichtungskörper und die Bundbuchsen sind so, daß der Anpreßdruck
geringer sein kann als bei herkömmlichen Konstruktionen. Dadurch ist die Möglichkeit
gegebentwieoben erwähnt, Schrauben der nächstkleineren Nenngröße zu verwenden, so
daß die vorhandenen Bohrungen in den Flanschen unverändert bleiben können.
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Bei den in Figur 2 dargestellten Ringscheiben 6handelt es sich um
die denkbar einfachste Aus führungs form eines gleichzeitig als elektrischer Isolator
wirksamen Dichtungskörpers. Solche Ringscheiben 6 lassen sich in der gewünschten
Dicke von rohrförmigem Halbzeug abstechen. Der Innen- bzw. Außendurchmesser der
Ringscheibe 6 ergibt sich ebenfalls ohne handwerkliche Schwierigkeiten durch Aus-
bzw. Abdrehen des Halbzeuges.
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Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform eines Dichtungskörpers
ist als Ringscheibe 13 mit einem äußeren Lochkranz ausgebildet.
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Die Abmessungen der Ringscheibe im Bereich der Dichtungsflächen sind
etwas größer, um eine einwandfreie Dichtung herbeizuführen.
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Die Größe der Bohrungen im äußeren Lochkranz kann so gewählt werden,
daß nur die Verbindungselemente oder aber auch Bundbuchsen durch sie geführt werden
können.
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Demgegenüber weist ein Dichtungskörper gemäß Figur 4 neben seinem
ringscheibenförmigen Teil 14 einen äußeren Buchsenkranz 15 auf.
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Die buchsenartigen Fortsätze am Buchsenkranz 15 dienen praktisch als
Isolierbuchsen 12 gemäß Figur 1. Sie können sowohl in den einen als auch in den
anderen Flanschteil eingesetzt werden.
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Die Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Bundbuchse 11 bzw.
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12. Die Abmessungen des Buchsenbundes 16 werden so gewählt, daß sich
lange Wege zwischen elektrisch leitenden Flanschteilen und Verbindungselementen
ergeben, also Kriechströme ausgeschlossen werden können.
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Bundbuchsen gemäß Figur 6 mit großer axialer Länge können eingesetzt
werden, wenn eine Distanzbuchse 12 gemäß Figur 1 nicht erforderlich ist, trotzdem
aber die Verbindungselemente im anderen
Flanschteil#einwandfrei
zu führen sind. Beim Einsatz solcher Bundbuchsen gemäß Figur 6 finden Ringscheiben
6 gemäß Figur 2 bzw. Ringscheiben 13 mit einem äußeren Lochkranz gemäß Figur 3 und
entsprechend großen Bohrungen im äußeren Lochkranz Verwendung.
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In Figur 7 ist eine Ausführun#gsform einer Distanzbuchse 12 dargestellt,
bei der der Buchsenbund 16 sich im mittleren Bereich der Buchse befindet. Bei Verwendung
einer solchen Distanzbuchse 12, die in die Bohrungen der beiden Flanschteile ragt,
wird eine einwandfreie Zentrierung der beiden Flanschteile und eine einwandfreie
Führung der- Verbindungselemente herbeigeführt.
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In die Bohrungen des- elektrisc#h isoliert #anzuordnenden Flansches
sind# Isolierbuchsen 11 gemäß Figur 1 bzw. gemäß Figur 5 einzusetzen. In diesem
Falle werden Ringscheiben 6 gemäß Figur 1 bzw.
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Figur 2 verwendet.
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Gemäß Figur 8 können bei Búndbuchsen 11 bzw. 12, insbesondere bei
Pistanzbuchsen 12 die Buchsenbunde 16 mit einer Abflachung 17 versehen sein. Bei
solchen Aüsführungsformen können Ringscheiben 6 gemäß Figur 1 -bzw. gemäß Figur
2 mit einem größeren Durchmesser verwendet werden.
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Rohranschlüsse bzw. RohrVerschlüsse in erfindungsgemäßer Ausführung
sind aufgrund-derkonstruktiven Ausbildung als einfache Elanschverbindungen wesentlich
unempfindlicher als keramische Isolierstücke gegen Stoß- und Torsionsbeanspruchungen.
Sie sind, wie jede herkömmliche Flanschverbindung, in de-r Lage, solche mechanischen
Beanspruchungen aufgrund ihrer fe#dernden #Eigenschaften aufzunehmen. Dabei sind
außer kreisförmigen Dichtungsflächen auch beliebige andere Formen möglich. Das polymere
Kunststoffmaterial für die Dichtungskörper und Bundbuchsen bei den bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung ermöglicht eine mehrfache Wiederverwendung, insbesondere der Dichtungskdrper,
ohne Nachbearbeitung. Insbesondere für Anwendungen bei Ultrahochvakuum ist von besonderer
Bedeutung, daß nach einem Ausheizen mit einer Ausgasrate# von 10 - g/cm . sec bei
ca. 260 Grad Celsius und 10 Torr kein weiteres Ausgasen erfolgt, dieses Runststoffmaterial
also auch in dieser Hinsicht handelsüblichen Dichtungen überlegen, zumindest ebenbürtig
ist.
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