DE2909223A1 - Dichtvorrichtung fuer vakuumverbindungen - Google Patents
Dichtvorrichtung fuer vakuumverbindungenInfo
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Description
Dichtvorrichtung für Vakuumverbindungen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung für Vakuumverbindungen, insbesondere für Hochvakuumflansche und
-ventile, mit zwei Dichtflächen und mit dazwischen angeordnetem
metallischen Dichtring, wobei die Dichtflächen als Zonen von Kegelmänteln mit einem Oeffnungswinkel von weniger
als 90° und mit gemeinsamer Achse ausgebildet sind.
Lösbare Ganzmetal1-Dichtungen werden verwendet, wenn Elastomerdichtungen
wegen zu hoher Gasabgabe odeV Gasdurchlässigkeit, wegen zu geringer Temperaturbeständigkeit oder wegen zu geringer
chemischer Beständigkeit nicht in Frage kommen. Die bekanntesten Dichtvorrichtungen bestehen aus im wesentlichen
ebenen Flanschen, zwischen denen ein duktiler Dichtring (z.B. aus Gold oder Kupfer) plastisch verformt wird. Oft besitzen
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die Flansche schneidenartige Profile, die sich in den Dichtring eindrücken. Dies erfordert sehr hohe Kräfte und sehr
massive Flansche. Eine solche Dichtvorrichtung wirft vielfältige Probleme auf. So dürfen sich die Dichtkräfte beim
Ausheizen z.B. von Ultrahochvakuum (UHV)-Fl ansehen nicht
wesentlich verändern, da die Verbindung sonst im heissen Zustand oder später beim Abkühlen undicht wird. Auch müssen
die Dichtkräfte bei Wiederverwendung des Dichtrings nach
jedem Oeffnen und Schliessen gesteigert werden. Die Wiederverwendbarkeit solcher Dichtringe ist deshalb sehr begrenzt.
Aber schon die Höhe der Dichtkräfte allein stellt ein technisches Problem dar, das zwar lösbar ist, aber zu der bekannten
Schwerfälligkeit der Handhabung von UHV-Anlagen
führt.
Dichtvorrichtungen mit elastischen Metal 1-Dichtringen zwischen
Flanschen mit ebenen Dichtflächen lösen zwar die Probleme, die durch ungleichmässige Wärmedehnung oder durch das Verziehen der
Flansche beim Ausheizen unter Vakuum entstehen können. Das Problem der hohen axialen Dichtkräfte und der damit verbundenen
Schwerfälligkeit der Flanschkonstruktion und ihrer Handhabung
(viele Schrauben!) bleibt jedoch erhalten.
Die vorliegende Erfindung will eine Dichtvorrichtung schaffen, welche es gestattet, UHV-Systeme mit vergleichsweise dünnen
Flanschen zu bauen. Diese Flansche sollen mit nur wenigen Schrauben oder Klammern miteinander verbunden werden können, um eine
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- t
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einfache Handhabung zu gewährleisten. Dabei sollen vielfach wiederverwendbare Dichtringe Verwendung finden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Ausbildung einer
Dichtvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche dadurch
gekennzeichnet ist, dass der an die ihn im Oeffnungszustand tragende Dichtfläche lose anliegende Dichtring einen
beim Oeffnen bzw. Schliessen der Verbindung an den. Dichtflächen
abwälzbaren Querschnitt aufweist.
Bei der Abwälzbewegung beim Schliessen der Dichtvorrichtung
wird der elastische Dichtring verspannt und dank der Konusform der Dichtflächen können durch relativ kleine axiale Kräfte
hohe rad-iale Dichtkräfte erzeugt werden. Wegen der völlig
gleichmässigen radialen Belastung der Flansche können diese
materialsparend gebaut werden. Dies ist nicht nur ein Kostenvorteil,
sondern vermindert auch die beim Ausheizen unter Vakuum entstehenden Temperaturdifferenzen und die damit verbundenen
mechanischen und vakuumtechnischen Probleme.
Die erfindungsgemässe Dichtvorrichtung erlaubt die Verwendung
sowohl der Innenflächen als auch der Aussenflachen von konisch
gedrehten Flanschen als Dichtflächen,und daraus ergeben sich, ·
wie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zeigen, drei verschiedene Paarungsmöglichkeiten. Es gibt bekannte Dichtvorrichtungen,
bei denen nur ungleiche Flansche gepaart werden
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können; demgegenüber muss es als ein wesentlicher Vorteil der neuen Dichtvorrichtung angesehen werden, dass auch eine
Paarung gleicher Flansche möglich ist.
Die Dichtigkeit einer Dichtvorrichtung ist nur dann gewährleistet,
wenn der Dichtring beide Dichtflächen jeweils auf einer geschlossenen Linie berührt. Leichte Abweichungen der
Dichtflächen von der genauen Rotationssymmetrie werden durch die Elastizität des Dichtrings ausgeglichen. Mikroskopische
Unebenheiten können durch eine duktile Schicht von wenigen jjm Dicke ausgeglichen werden. Diese Schicht kann in der Anfangsphase
des Schiiessvorgangs durch eine kurze Gleitbewegung beschädigt werden. Bei der Erfindung ist dies jedoch
ohne Bedeutung für die Dichtigkeit, da in der Endphase des Schiiessvorgangs die Rollbewegung andere Teile des Dichtrings
mit den Dichtflächen in Berührung bringt. Es hat sich gezeigt, dass ein Dichtring aus Federstahl mit einer 2 jj.ni- dicken Goldbeschichtung
über 500 Schliess- und Oeffnungs-Vorgänge der
Dichtvorrichtung erlaubt, ohne seine für UHV-Zwecke benötigte Dichtigkeit (Leckrate-«-r 10~1 ° Torr C/s, gemessen mit Helium)
zu verlieren. Bei besonders sorgfältig geschliffenen Dichtflächen an Flanschen aus Edelstahl konnte eine noch höhere
Zahl von Schliess- und Oeffnungsvorgängen sogar ohne jede Beschichtung des Federstahl-Dichtrings erreicht werden.
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Die anliegenden Figuren 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
Die Figur 1 betrifft eine Verbindung zweier unterschiedlicher
Flansche mit konischen Dichtungsflächen;
Die Figur 2 zeigt ein Vakuumventil, dessen Dichtvorrichtung
ähnlich wie bei der Flanschverbindung nach der Figur 1 ausgebildet
ist;
Die Figuren 3a und 3b zeigen zwei Varianten einer Flanschverbindung
gemäss Erfindung, wobei die beiden zu verbindenden Flansche die gleiche Form besitzen.
In Figur 1 bedeutet 1 einen zylindrischen Teil mit angeschweisstem
Flansch 2 mit konischer Dichtungsfläche 3, der mit einem zweiten zylindrischen teil 4 vakuumdicht verbunden werden soll. Letzterer
weist den Flansch 5 mit konischer Dichtungsfläche 6 auf, und
zwischen den beiden genannten Dichtungsflächen ist der elastische
metallische Dichtring 7 von C-förmigem Querschnitt eingelegt. Wenn die beiden Flansche beim Schliessen axial aufeinander zu
bewegt werden, verringert sich auch der radiale Abstand zwischen den beiden Dichtungsflächen. Dabei kommt der Dichtring, der int
Oeffnungszustand von einer der beiden Dichtflächen getragen werden kann, mit der anderen Dichtfläche zunächst in Berührung,
worauf er auf dieser abrollend mit zunehmendem Druck auf die Dichtflächen eine vakuumdichte Verbindung herstellt, bis die
beiden Flansche mit Anschlag einander berühren.
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Wie aus der Figur 1 ersichtlich, kann ein solcher AnscKjSP9223
durch entsprechende Gestaltung der Flansche leicht erreicht werden, z.B. kann die axiale Flanschbewegung durch die Flächenpaare
8 und 9 bzw. 10 und 11 begrenzt werden. Durch den Anschlag wird ein zu starkes Pressen des Dichtringes vermieden.
Figur 2 zeigt ein Beispiel für die Anwendung einer Dichtvorrichtung
nach der Erfindung auf ein- Vakuumventil. Die Zeichnung
zeigt den oberen Teil 12 des Ventilgehäuses, sowie den unteren Teil 14 mit der den Ventilsitz bildenden konischen
Dichtfläche 15. Dieser steht die ebenfalls konische-.Gegen-_
dichtfläche 16 der Ventilplatte M gegenüber. Die Ventilplatte 17 ist ihrerseits an der Ventilhubstange 18 befestigt;
der Mechanismus zur Bewegung der Ventilhubstange in axialer
Richtung, um das Ventil zu öffnen oder zu sch! lessen, ist von
üblicher Art und in Figur 2 nicht dargestellt.
Im Sinne der Erfindung ist zwischen den beiden Dichtungsflächen
15 und 16 wiederum ein metallischer elastischer Dichtring 19,
der sich auf den genannten Flächen abwälzen bzw. abrollen kann, eingelegt. Zur Begrenzung der Pressung des Dichtringes ist an
der Unterseite der Ventilplatte 17 die Platte 10 befestigt, die zusammen mit der Schulter 21 des Ventilgehäuses eine Begrenzung
der achsialen Hubbewegung darstellt; selbstverständlich könnte eine solche Begrenzung auch durch an der Ventilhubstange 18 angebrachte
Anschläge erreicht werden. Die Platte 20 .dient auch
der Führung des Ventilteller in der Endphase der Schliessbewegung
und zur Sicherung des Dichtringes gegen Herausfallen beim Oeffnen des Ventils.
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ORSGiNAL INSPECTED
Bei den Vorrichtungen nach den Figuren 1 und 2 besitzen die miteinander vakuumdicht zu verbindenden, die konischen Dichtflächen
aufweisenden Teile eine ungleiche Form. Für Flanschverbindungen ist jedoch oft erwünscht, dass die beiden Flansche
gleichartig sind. Zwei Beispiele dafür, wie auch in diesem Falle die Erfindung verwirklicht werden kann, sind in den Figuren 3a
und 3b dargestellt. Hier sind die beiden Flansche 22 und 23 bzw. 22' und 23' zur Mittelebene 26/26' der Flanschverbindung
symmetrisch. Die Figuren 3a und 3b zeigen je einen Halbs'chnitt parallel zur Achse einer solchen Flanschverbindung. Die Flansche
selbst weisen die Dichtflächen 24 / 25 bzw. 24' / 25' auf, wobei
sich die beiden Ausführungsformen vor allem dadurch unterscheiden,
dass sich die Konusse der Dichtflächen im einen Falle (3a) nach der Mittelebene zu schliessen, im anderen Falle (3b)
dagegen öffnen. Der metallische elastische Dichtring 27 besitzt die dargestellte Querschnittsform, die einen breiten
Rücken aufweist, mit dem er sich gegen einen Stützring 28, der im Falle der Figur 3b gleichzeitig als Zentrierring ausgebildet
ist, abstützt. In Figur 3a ist für die Zentrierung ein weiterer separater Ring 31 vorgesehen.
Bemerkenswert ist, dass die Flansche 22 und 23 in Figur 3a
dieselbe Form wie der Flansch 5 der Figur 1 besitzen; ebenso gleichen die Flansche 22' und 23' der Figur 3b dem Flansch 2
der Figur 1. Unter Verwendung eines Stutzringes 28 bzw. 28' und eines entsprechend geformten Dichtringes 27 bzw. 27' - und im
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- Jg -
Falle der Figur 3a eines zusätzlichen Zentrierringes 29 lassen sich also die gezeichneten Flanschformen in jedem
Falle miteinander verbinden, auch dann, wenn bei einer gegebenen Anordnung gleichartige Flansche 2 bzw. 5 aufeinander
treffen. Die beschriebenen Flanschformen erweisen sich deshalb als besonders praktisch.
Wenn die erfindungsgemässe Dichtanordnung für Flanschverbindungen
verwendet werden soll, müssen natürlich noch entsprechende Vorrichtungen zum Zusammenpressen der Flansche
vorgesehen werden. Am einfachsten kann man hiefür Klammern benutzen, deren Backen in Vertiefungen 29 / 29' eingreifen.
In Figur 1 ist eine solche Klammer üblicher Bauart mit 30 angedeutet; es können z.B. drei derartige Klammern gleichmassig
am Umfang der Flansche verteilt vorgesehen werden.
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Leerseite
Claims (3)
1. Dichtvorrichtung für Vakuumverbindungen, insbesondere für
Hochvakuumflansche und -ventile, mit zwei Dichtflächen und
mit dazwischen angeordnetem metallischen Dichtring, wobei
die Dichtflächen als Zonen von Kegelmänteln mit einem Oeffnungswinkel von weniger als 90° und mit gemeinsamer
Achse ausgebildet sind, d a d u rc h ge k e η η zeichnet,
dass der an die ihn im Oeffnungszustand tragende Dichtfläche lose anliegende metallische Dichtring
einen beim Oeffnen bzw. Schliessen der Verbindung
an den Dichtflächen abwälzbaren Querschnitt aufweist.
2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Dichtring einen C-förmigen Querschnitt aufweist.
3. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, d a du r c h gekennzeichnet, dass der Dichtring mit einer
Schicht eines duktilen Metalls überzogen ist.
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PR 7887
PR 7887
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