DE3915179A1 - Schneidekantenring-dichtung mit sphaerischen und konischen gegenflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneidkantenring-Dichtung mit sphärischen oder konischen Gegenflächen, vorzugsweise in Metall-Metall-Ausführung, die für Ultrahochvakuum (UHV) bis Hochdruck vielseitig einsetzbar ist, die mit möglichst geringer axialer Preßkraft zum Erzielen der Dichtigkeit auskommt und die bei geeigneter Wahl der Materialien von Schneidkante und Gegenfläche eine häufige Wiederverwendung erlaubt, als auch bei großen Temperaturänderungen beständig dicht bleibt.

Vakuum- und Druckdichtungen werden bisher durch Verschweißen, Verlöten oder durch axiales oder kombiniertes axial-radiales Pressen mit oder ohne Beilage eines Dichtringes erreicht.

Bei den bekannten Conflat®(CF)-Flanschen (eingetragenes Warenzeichen der Fa. Varian) aus Edelstahl für UHV werden z. B. axiale Schneidkanten, von denen je eine in den zwei sich gegenüberliegenden Flanschen angeformt sind, in einen zwischengelegten Kupferdichtring axial 0,2 bis 0,5 mm tief eingepreßt. Die Flansche sind sehr massiv ausgeführt und werden, z. B. bei Nennweite NW 100, von 16 M8 hochfesten Spezialschrauben auf einem Lochkreis von ⌀ = 152 mm meist bis zum Anschlag zusammengepreßt. Die hohe Preßkraft von <1000 N pro mm Umfang der Schneidkante ist u. a. nötig, um die stark unterschiedliche thermische Ausdehnung des Kupferdichtrings und der Flansche aus Edelstahl beim Ausheizen auf Temperaturen von 400-450°C zur Erzeugung von UHV zu beherrschen und Dichtigkeit zu gewährleisten. Der Dichtring muß auf Grund der tiefen Einkerbungen nach jedem Lösen der Dichtung ersetzt werden. CF- Flansche sind nur bis Nennweite NW150 standardisiert und für NW250 nur in Sonderanfertigung lieferbar.

Durch Beilage von dünnen (⌀ = 1 . . . 1,5 mm) Edelmetall O-Ringen in die passende Nut, welche einseitig in einen gepaarten Flachflansch eingestochen ist, kann durch hohe axiale Preßkraft eine UHV-Dichtung auch für Nennweiten NW<250 erzielt werden.

Andere bekannte Metall-Metall-Dichtungen für Druck- und Hochdruck verwenden axiales An- oder Einpressen von Kegelmantelflächen verschieden spitzer Anstiegswinkel von Zylinder- oder Kegelstumpf-Ringkanten oder mit einer Abrundung versehene Zylinderenden jeweils gegen Kegelmantelflächen mit spitzen Anstiegswinkeln, die im Bereich <0 bis maximal 15° liegen.

Bekannt ist auch eine axiale Schneidring-Dichtung, die durch axiales Einpressen des separaten, konischen Schneidrings in den Führungskonus einer Rohrmuffe zum dichten Verbinden oder Anschließen von Rohren verwendet wird, wobei zwei getrennte Dichtflächen entstehen, eine zwischen Rohr und Schneidring und die zweite zwischen Schneidring und Führungskonus. In diesen Fällen kommt es durch den axialen Preßvorgang zu einem Verschieben der Dichtflächen und meistens zu einem Ab- oder Aufschälen von Material, wodurch oft erst die Dichtwirkung erzielt wird. Dadurch ist eine Wiederverwendbarkeit oder Austauschbarkeit eingeschränkt.

Druckdichtigkeit kann auch durch festgezogene konische Gewinde, wobei die Gewindelänge größer ist als der Gewindedurchmesser, meist unter Beilage stopfender oder fließender Zusatzdichtmittel erreicht werden. Vakuumdichte Verbindungen sind damit in der Regel aber nicht zu erzielen.

Durch axiales Zusammenpressen zweier polierter Kalottenflächen mit unterschiedlichen Radien läßt sich auch Hochvakuum- und Druckdichtigkeit erreichen. In diesem Falle ist die Bearbeitung der Oberflächen der massiven Kalottenkörper sehr aufwendig, und dadurch die Art der Verbindung kostspielig. Die polierten Oberflächen sind sehr empfindlich, auch gegenüber Verdrehen gegeneinander, und der zum Dichten benötigte Anpreßdruck ist hoch.

Bei den beschriebenen Dichtesystemen treten insbesondere bei größeren Nennweiten NW≳35 im allgemeinen die folgenden gravierenden Probleme auf:

• A. Es müssen Spaltöffnungen ausgeglichen und geschlossen werden, die durch Verkantungen der Rotationssymmetrieachsen der zu dichtenden Teile um kleine Winkel β etwa im Bereich 0,001≲β≲2° unweigerlich beim Zusammensetzen und -pressen entstehen. Diese Verkantungswinkel könnten nur mit sehr genauen, längeren flächigen Führungspassungen vermieden werden, welche die Handlichkeit und Handhabbarkeit (Pressen an den Passungsflächen) einschränken und einen großen Herstellungs- und Materialaufwand erfordern.
• B. Es müssen Spaltöffnungen auf Grund von Unebenheiten und Verformungen ausgeglichen werden, die schon bei der Herstellung oder/und insbesondere beim regulären Gebrauch der Dichtteile entstehen, z. B. bei der Erzeugung des nötigen An- bzw. Einpreßdruckes oder bei Verwindungs- und Temperaturbelastungen.

Diese Spaltöffnungen müssen durch erhöhten Anpreßdruck ausgeglichen werden, der wieder zu einer Verformung bzw. zu einem gegenseitigen Eindringen oder Abschälen der Dichtteile führt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstige, sichere Dichtung zu erreichen, die für Ultrahochvakuum als auch Hochdruck geeignet ist und die mit möglichst geringem Anpreßdruck zur Herstellung der Dichtigkeit auskommt, eine vielfache Wiederverwendbarkeit bzw. eine hohe Zahl von Wechselzyklen gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei der dichten Verbindung zweier Flansche, Rohre, Hohlzylinderstücke, Behälter od. dgl. dadurch, daß ein Teil einen Schneidkantenring aufweist, der aus mindestens zwei unter einem Winkel α aufeinanderstoßende Kegelmäntel- bzw. Ring- oder Zylinderflächen besteht, und daß der andere Teil eine sphärische oder konische Gegenfläche aufweist, gegen welche der Schneidkantenring axial unter einem Anstiegswinkel ϕ an der Berührungslinie Schneidkante-Gegenfläche dichtend gepreßt ist.

Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß

• a) im Falle der sphärischen Gegenflächen Spaltöffnungen durch Verkantung und die damit verbundenen Probleme grundsätzlich nicht auftreten, und daß
• b) bei den konischen Gegenflächen der Anstiegswinkel ϕ′ als ein optimaler Wert so gewählt wird, daß die zur Herstellung der Dichtigkeit nötige axiale Anpreßkraft F _o (ϕ′) ein Minimum annimmt, wobei F _o (ϕ′) von der senkrecht auf die Gegenfläche wirkenden Kraftkomponente F _⟂ und den Spaltöffnungen auf Grund von Verkantung und/oder Unebenheiten sowie von Elliptizitäten der Flansche abhängt.
• c) Bei den sphärischen Gegenflächen wird der Anstiegswinkel ϕ der Tangentenfläche an die Berührungskreislinie von Schneidkante und Gegenfläche vorteilhafterweise ebenfalls mit ϕ = ϕ _opt ±5° so gewählt, daß die Anpreßkraft F _o (ϕ) für ϕ = ϕ _opt ein Minimum annimmt.

Weitere vorzugsweise Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die besonderen erfindungsgemäßen Vorteile der radial-axialen Schneidkantenring- Dichtung mit sphärischen und konischen Gegenflächen werden im Vergleich zu bekannten axialen Flachflansch-Dichtungen und an Hand von 2 Abbildungen sowie der Berechnung der optimalen Winkel ϕ _opt und ϕ′ _opt quantitativ diskutiert.

Abb. 1 axiale und radiale Spaltöffnungen Δ r _A und Δ r _R auf Grund von Unebenheit der Fläche bzw. radialer Elliptizität des Schneidkantenringes.

Abb. 2 (a) Schneidkantenring-Dichtung mit Kugelzonenmantel-Gegenfläche in dichtendem Zustand für drei Verkantungswinkel β zwischen den Achsen der beiden Dichtungsbauteile.

Abb. 2 (b) Schneidkantenring-Dichtung mit Kegelmantel-Gegenfläche für einen Verkantungswinkel β zwischen den Achsen der beiden Dichtungsbauteile.

Abb. 2 (c) Flachflansch-Dichtung mit axialer Spaltöffnung Δ h für einen Verkantungswinkel β.

Die Abb. 2 (b) zeigt schematisch einen Schneidkantenring (6) mit Radius r _o und Kante (1), der auf einer Kegelmantelgegenfläche (4′) unter dem (kleinen) Verkantungswinkel β der Rotationssymmetrieachsen (20) und (20′) der beiden Dichtungsbauteile (7′) und (8′) aufsitzt. Der Anstiegswinkel der Mantelfläche (4′) des Kegelstumpfes (8′) ist ϕ′.

Durch die Verkantung entsteht senkrecht über dem Punkt P außerhalb der Zeichenebene zwischen Schneidringkante (1) und Kegelmantelfläche (4′) eine maximale radiale Spaltöffnung

die sich für kleine Verkantungswinkel β « π/2 in guter Näherung schreiben läßt als

In Abb. 2 (c) ist schematisch eine zylindersymmetrische axiale Flachflansch- Dichtung mit Radius r _o dargestellt, deren beide Bauteile (7′′) und (7′′′) um den Winkel β verkantet sind. Dadurch entsteht die axiale Spaltöffnung Δ h mit der Näherung für β « π/2

Δ h = 2 r _o tan β ≈ 2 r _o β (II)

In der nachstehenden Tabelle 1 sind für die Nennweite NW 100, d. h. r _o = 50 mm, und für Verkantungswinkel 0,001° β 2° die radialen und axialen Spaltöffnungen Δ r _V bzw. Δ h sowie das Verhältnis

für einen Kegelmantel-Anstiegswinkel von ϕ′ = 35° eingetragen.

Tabelle 1

Spaltöffnungen Δ h und Δ r _V sowie das Verhältnis Δ r/Δ h in Abhängigkeit vom Verkantungswinkel β der Achsen der Dichtungsbauteile für eine Flachflansch- bzw. die Schneidkantenring-Dichtung mit Anstiegswinkel ϕ′ = 35 der konischen Gegenfläche für die Nennweite NW 100

Die Werte für das Verhältnis Δ r _V /Δ h belegen die um Zehnerpotenzen (2 bis 5) geringere Abhängigkeit von Verkantungen beim Zusammenbau für die radial- axiale Schneidkantenring-Dichtung mit Kegelmantelgegenfläche (4′) im Vergleich zu axialen Flachflansch-Dichtungen.

Im Falle der sphärischen Gegenfläche (4) ist für die Schneidkantenring-Dichtung das Verkantungsproblem sogar vollständig ausgeschaltet, d. h. es treten keine Spaltöffnungen (Δ r _V = 0) für Verkantungswinkel β < β _max auf, siehe Abb. 2 (a), wobei 2β _max der Öffnungswinkel der angeformten Kugelzone mit Radius R ist.

Durch dieses drastische Verringern bzw. Ausschalten des Verkantungseinflusses kann bei der Schneidkantenring-Dichtung die An- bzw. Einpreßkraft, die zur Herstellung der Dichtigkeit benötigt wird, stark reduziert werden.

Der Einfluß der Spaltöffnung Δ r _A auf Grund von axialer Unebenheit der Flansche (Abb. 1) ist bei den beiden diskutierten Dichtungssystemen gleich oder zumindestens vergleichbar groß. Radiale Elliptizität führt bei der Flachflansch- Dichtung zu einem Versatz der Dichtflächen, z. B. der axialen Schneidkanten, was ein geringerer Nachteil als die entsprechenden radialen Spaltöffnungen Δ r _R bzw. Δ r′ _R bei der Schneidkantenring-Dichtung sein kann. Dieses Dichtungssystem hat dagegen immer den Vorteil, daß die Anstiegswinkel ϕ und ϕ′ der sphärischen bzw. konischen Gegenflächen optimal gewählt werden können.

Die aufgezeigten Vorteile der Schneidkantenring-Dichtung ermöglichen auch in der Metall-Metall-Ausführung ihre Verwendung bei Nennweiten NW < 250 mm sowie eine hohe Zahl von Wechselzyklen.

Die Optimierung der geometrischen Verhältnisse und der Anstiegswinkel ϕ und ϕ′ bei gegebenen Materialien der Dichtungsteile (7, 8) bzw. (7′, 8′) läßt sich mit den folgenden Ansätzen ermitteln.

Die Dichtigkeit an der geschlossenen, ringförmigen Dichtfläche zwischen Schneidkante (1) und sphärischer (4) bzw. konischer (4′) Gegenfläche mit Anstiegswinkeln ϕ (bzw. ϕ′) wird bewirkt durch die senkrecht auf der Gegenfläche stehende Kraftkomponente

F _⟂ = F _o · sinϕ (IV)

der auf die Dichtteile (7, 8) bzw. (7′, 8′) ausgeübten axialen Preßkraft F _o , siehe Fig. 1 und Abb. 2 (b).

F _⟂ hängt über ein Potenzgesetz von den Spaltöffnungen Δ r ab, d. h. effektiv von Eindringtiefen Δ r _E der Schneidkante (1) in die Gegenfläche (4, 4′) und/oder radialen, elastischen Verformungen Δ r′ _E der Dichtteile, die zum Schließen der Spaltöffnungen und zur Herstellung der Dichtigkeit nötig sind:

F _⟂ = k · Δ r ^a (V)

wobei k eine Proportionalitätskonstante ist.

Die efektive Spaltöffnung Δ r wird als geometrische Summe der auftretenden Einzelspaltöffnungen berechnet, siehe oben und Ansprüche 3 bis 5, da diese nicht unabhängig voneinander sind und sich zum Teil kompensieren können. Für die axiale Preßkraft F _o ergibt sich somit

F _o (ϕ) = k · [Δ r(ϕ)] ^a /sinϕ (VI)

Um unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten der Gegenfläche (4, 4′) oder der Schneidkante (1) berücksichtigen zu können, wird auch für die sinϕ- Abhkängigkeit ein Potenzgesetz mit Hochzahl b gewählt. Das führt zu der allgemeinen Verhältnisfunktion

V (ϕ,a,b) = k [Δ r(ϕ)] ^a /(sinϕ) ^b (VI′)

Die Bestimmung des Minimums, V (ϕ=ϕ _opt ) = Min., erfolgt mit Hilfe der Extremwertrechnung aus der

Für die sphärische Gegenfläche (4) ergibt sich der optimale Wert des Winkels ϕ unter der Annahme ε = ε′ und ε′′ = 0 oder ε = ε′′ und ε′ = 0, d. h. die Spaltöffnung wird

Δ r = r _o tan ε (1+tan²ϕ)^1/2,

siehe Ansprüche 3 und 4 und Abb. 1, zu

Für die konische Gegenfläche (4′) ergibt sich entsprechend d′ _opt unter der Annahme ε = ε′ = ε′′ = 0, d. h. die Spaltöffnung

Δ r = 2Δ r _V = r _o tan² β (1+tan² ϕ′)

wird durch die Verkantung um den Winkel β bestimmt, zu

Unter Berücksichtigung der Spaltöffnungen Δ r _A , Δ r _R und Δ r′ _R , siehe Anspruch 3 und 4, lassen sich V( ϕ′ = d′ _opt , a,b) = Min. und ϕ′ _opt (a,b) für bestimmte Werte von a, b als geschlossene analytische Gleichung angeben bzw. numerisch lösen. Die Zahlenwerte für ϕ′ _opt (a,b) liegen dann zwischen den in Tabelle 1 angegebenen Werten für ϕ′ _opt und ϕ _opt .

Im folgenden werden vier in der Praxis vornehmlich auftretende Fälle diskutiert, die zu den in Tabelle 2 angegebenen Werten von a, b, d _opt und ϕ′ _opt führen.

1. Mindestens eine der mittleren Wandstärken d und/oder f für den Dichtbauteil (7, 7′) mit Schneidkante (1) bzw. für den Bauteil (8, 8′) mit angeformter sphärischer (4) oder konischer (4′) Gegenfläche (Abb. 2) ist so dünn, daß bei elastischer Verformung das Hookesche Kraftgesetz F _⟂∼Δ r und somit a=1 in den Gleichungen VI′, VII und VII′ gilt.

Die Oberfläche (56) der Gegenfläche (54, 54′) (Fig. 8) ist mit weichem, duktilem Material belegt. Dann muß die Kraftkomponente F _⟂ = F _o sinϕ groß und die Komponente F _|| = F _o ·cosϕ parallel zu Gegenfläche (Fig. 1) klein gewählt werden, um ein Abschälen der Oberfläche in axialer Richtung zu vermeiden; dies führt zu Werten 2b3 für den Exponenten b in Gleichung VI′.

2. a = 1 wie in Fall 1, und für eine Gegenfläche (4, 4′), die aus etwas duktilem Material besteht, ergibt sich 1b2.

3. Bereich für b wie in Fall 2, und beide Wandstärken d und f sind so groß, daß eine elastische Verformung der Bauteile (7, 7′) und (8, 8′) erst nach tieferem Eindringen <Δ r _E der Schneidkante (51, 1) in die Gegenoberfläche (56, 4, 4′) einsetzt.

Das Schließen der Spaltöffnung Δ r erfolgt durch Einpressen der Schneidkante (51) in die duktile Gegenoberfläche (56) bis zu einer Tiefe Δ r _E = Δ r. Der dazu benötigte Druck p _⟂ senkrecht auf die Gegenfläche (54) ist in erster Näherung (plastische Verformung der duktilen Oberfläche (56)) p _⟂ ∼ Δ r _E . Da die Fläche der Einkerbung (60) A ∼ π r _o ·Δ r _E ebenfalls proportional Δ r = Δ r _E zunimmt, gilt

F _⟂ = p _⟂ · A ∼ π r _o · Δ r² (VIII)

und damit a=2.

4. Die Bedingungen für die Wandstärken d und f sind wie in Fall 3. Die Gegenfläche (4, 4′) bestehe aus wenig duktilem Material bzw. es trete eine Verhärtung (z. B. bei Kupfer) des Oberflächenmaterials in der Einkerbung (60) auf beim (tieferen) Eindringen der Schneidkante (51, 1); dies führt zu materialabhängigen Potenzen a der Kraftkomponente F _⟂ ∼ Δ r ^a mit 2,5 a 3,5. Der Exponent b wird b = 1 gesetzt.

Für die Fälle 1 bis 4 sind die nach den Gleichungen VII und VII′ berechneten Werte von ϕ _opt und ϕ′ _opt für die sphärische bzw. konische Gegenfläche in die Tabelle 2 eingetragen, sie liegen im Bereich von 20° bis 60°.

Spezielle Fälle der Geometrie (z. B. bei den Nut-Dichtungen, Fig. 5 bis 7 mit Doppelschneidkanten 41, 42 und 41′, 42′ oder Schneidkanten 51, 51′ und abgerundeten Kanten 52, 52′), der Oberfläche und des Materials der Dichtungbauteile können auch zu Zwischenwerten oder höheren bzw. niedrigeren Werten von a und b führen. Diese Optimierung kann empirisch oder durch aufwendigere (Computersimulations-)Rechnungen erfolgen.

Tabelle 2

Optimierte Anstiegswinkel ϕ _opt und d′ _opt der sphärischen bzw. der konischen Gegenfläche der Schneidkantenring-Dichtung nach Gleichung VII bzw. VII′ für vier praxisnahe Fälle der Mechanik und Oberflächenbeschaffenheit der Dichtungsbauteile

Im Falle eines zusätzlich isotrop-wirkenden Innenüberdruckes p (siehe Fig. 2 bis 4) kann die Berechnung der optimierten Anstiegswinkel in analoger Weise zu oben durchgeführt bzw. entsprechend dem Verhältnis Innendruck p zu dem von außen ausgeübten Dichtdruck p _A ∼ f _o modifiziert werden und führt zu entsprechend etwas kleineren Werten von ϕ _opt und ϕ′ _opt für die Fälle 1 bis 4 in Tabelle 2.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 14 Ausführungsbeispielen, die in 10 Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert, aus denen sich weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile entnehmen lassen:

Fig. 1 Schneidkantenring-Dichtung mit sphärischer Gegenfläche als Ausschnitt und Kräftedreieck,

Fig. 2 zwei Schneidkantenring-Dichtungen mit Zwischenringen mit je zwei angeformten sphärischen Gegenflächen (a) sowie (b) mit zwei konischen Gegenflächen,

Fig. 3 Schneidkantenring-Dichtung mit einem auswechselbaren Dichttorus auf einem Stützring,

Fig. 4 Doppel-Schneidkanten-Zwischenring-Dichtung mit sphärischen Gegenflächen,

Fig. 5 Nut-Doppel-Schneidkanten-Dichtung mit geklammertem, rautenförmigem Zwischendichtring,

Fig. 6 (a) Nut-Schneidkanten-Dichtung mit abgerundeter Zentrier/Preßkante und rautenförmigem Zwischendichtring mit duktiler Oberflächenauflage,

Fig. 6 (b) Ausschnitt der Schneidkanten-Einkerbung in die duktile Oberfläche,

Fig. 7 Nut-Doppelschneidkanten-Klammerdichtung mit V-förmigem Spannzwischendichtring,

Fig. 8 (a) Beilegen eines austauschbaren Dichtringes auf einen Stützzwischenring für

Fig. 8 (b) eine Schneidkantenring-Dichtung mit sphärischen Gegenflächen,

Fig. 9 (a) Schneidkantenring-Dichtung kombiniert mit einem abgerundeten Kantenring und einem Dichttorus sowie

Fig. 9 (b) Doppel-Schneidkanten-Zwischenring-Dichtung mit sphärischen Gegenflächen,

Fig. 10 Kleinflansch nach DIN 28 403 mit angeformten sphärischen Gegenflächen und Schneidkanten-Zwischendichtring mit integriertem O-Ring-Zentriersteg sowie

Fig. 10 (b) Kleinflansch mit angeformten Schneidkanten und Zwischendichtring mit sphärischen Gegenflächen.

Fig. 1 zeigt schematisch und als Ausschnitt eine Schneidkante 1, die von zwei unter dem Winkel α aufeinanderstoßenden Kegelmänteln 2 und 3 ausgebildet wird und die mit der axialen Kraft F _o mit senkrechter Komponente F _⟂ = F _o sin ϕ an eine sphärische Gegenfläche 4 mit Radius R zur dichtenden Verbindung gepreßt ist. Dabei ist ϕ der Anstiegswinkel der Tangentialfläche 9 an die Berührungskreislinie 1 mit Radius r _o des Kugelzonenmantels 4 und des Schneidkantenringes 6. Die mittleren Wandstärken der Dichtungsbauteile 7 und 8 sind d bzw. f.

In Fig. 2 (a) und (b) ist je eine Schneidkantenring-(6,6′ und 16, 16′)Dichtung mit Zwischendichtring 18, 18′ und je zwei angeformten sphärischen 14, 14′ bzw. konischen 15, 15′ Gegenflächen mit den Anstiegswinkeln ϕ bzw. ϕ′ dargestellt. Die Bauteile 17, 17′ und 27, 27′ mit den angeformten Schneidkanten 11, 11′ und 21, 21′ sind axial auf diese Gegenflächen der mit den Zwischenringen 18, 18′ integrierten, dreieckförmigen Dichttori 19, 19′ gepreßt.

Fig. 3 zeigt eine Schneidkantenring-(6, 6′)Dichtung mit einem separaten Dichttorus 29, der auswechselbar und mit einem Anschlag 30 zentriert auf einen Zwischenstützring 28 aufgesteckt ist. Der Stützring 28 hat radiale Bohrungen 27 und/oder eine Einkerbung 26 zur Vermeidung virtueller Lecks beim Hoch- oder Ultrahochvakuum-Einsatz.

Der Zwischendichtring 38 in Fig. 4 hat zwei Schneidkanten 31, 31′, die an zwei symmetrisch gegenüberliegende Hohlzylinder 37, 37′ mit angeformten Kugelzonenmantelflächen 24 bzw. 24′ jeweils mit Radius R axial gepreßt sind.

In Fig. 2 bis 4 sind an den Zwischenringen 18, 18′, 28 bzw. 38 zusätzliche ringförmige oder sphärische Dichtflächen 12, 22 bzw. 25, 25′ angeordnet, die bei Beaufschlagung mit Innenhochdruck p als flächige Hochdruckdichtung an die gegenüberliegenden Flächen 12′, 12′′, 22′, 22′, 13, 13′ bzw. 24, 24′ gepreßt werden.

Fig. 5 zeigt zwei Flansche 47, 47′, in die symmetrisch gegenüberliegend je eine Nut 43, 43′ eingestochen ist, die je eine Doppel-Schneidkante 41, 42 bzw. 41′, 42′ ausbilden. Der rautenförmige Zwischendichtring 49 hat vier angeformte Kugelzonenmantelflächen 44, 44′ und 45, 45′ mit Radien R bzw. R′. Die Schneidkanten 41, 42 und 41′, 42′ werden durch das axiale Kräftepaar -F _o und +F _o auf bzw. in den Zwischenring 49 dichtend gepreßt und halten diese geklammert.

Auf diese Weise kann auch bei verschiedenen Materialien der Flansche 47, 47′, z. B. aus Edelstahl, und des Zwischendichtringes 59, z. B. aus Kupfer, mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sichere Dichtigkeit auch bei Temperaturänderungen von eingen Hundert °C, z. B. von 20°C bis 450°C bei Ausheizen zur Erzeugung von UHV, gewährleistet werden.

In Fig. 6 (a) besitzen die Nute 53, 53′ je eine Schneidkante 51, 51′ und eine abgerundete Kante 52, 52′. Der rautenförmige Zwischendichtring 59 ist auf den sphärischen Gegenflächen 54, 54′ mit einer dünnen, festverbundenen duktilen Oberflächenschicht 56 belegt, in welche die symmetrisch gegenüberliegenden Schneidkanten im dichtenden Zustand bis zu einer Tiefe Δ r _E der Einkerbung 60 durch die senkrechte Preßdruck-Komponente p _⟂ eindringen, siehe Abschnitt Fig. 6 (b).

Die abgerundeten Nutkanten 52, 52′ bewirken eine Zentrierung des Zwischendichtringes 59 und verstärken über die senkrechten Kraftkomponenten F _⟂ und F′ _⟂ den effektiven Einpreßdruck p _⟂ der Schneidkanten 51′, 51. Die radial gerichtete Vektorsumme F _R = F _⟂+F′ _⟂ mit dem Betrag |F _⟂ ^(′)| = · sinϕ der Kraftkomponenten des axialen Kräftepaares -F _o /2 und +F _o /2 nimmt für den Anstigswinkel ϕ = 45° ein Maximum an. Für den Abstand s der Flansche 57, 57′ gleich der Nutbreite n und ϕ = 45° sind die Kraftkomponenten F _⟂ und F′ _⟂ der abgerundeten Nutkanten 52, 52′, senkrecht auf die sphärischen Gegenflächen 55, 55′, vorteilhafterweise diagonal auf die gegenüberliegende Schneidkante 51′ bzw. 51 gerichtet.

Die ausgeübte axiale Gesamtpreßkraft 2F _o wird so in optimaler Weise in dichtungswirksame Kraft- und Druckkomponenten F _⟂ und p _⟂ bzw. F′ _⟂ und p′ _⟂ senkrecht zur Gegendichtfläche umgesetzt, und es kommt zur Ausbildung quasistationärer Dichtflächen 58, 58′. An diesen Dichtflächen kommt es zu einem praktisch stationärem Fließpreßvorgang des Materials der Gegenfläche 56, u. U. auch des Schneidkanten-Materials, wodurch sich die Mikrostrukturen der beiden Oberflächen auf den schmalen Ringdichtflächen 58, 58′ optimal anpassen. Dieser Vorteil einer stationären Radial-Schneidkanten-Dichtung mit rein radialer Anpressung kann durch die angeführten Maßnahmen auch bei der Schneidkantenring- Dichtung mit sphärischer oder konischer Gegenfläche in sehr guter Näherung verwirklicht werden, und dies mit einer universell anwendbaren, primär rein axialen Preßkraft.

Alle in den Fig. 2 bis 7 gezeigten Zwischendichtringe 18, 18′, 38, Dichttori 19, 19′, 29 oder rautenförmigen Dichtringe 49, 59 können gegebenenfalls innen hohl sein und so eine teilelastische Anpassung an die Schneidkanten bzw. Gegenflächen ermöglichen.

In Fig. 7 ist ein V-förmiger Zwischendichtring 69 dargestellt mit je zwei konvexen und zwei konkaven Kugelzonenmantelflächen 64, 64′ bzw. 65 mit Außenradien R, der in zwei Nute 63, 63′ durch die Schneidkanten 61, 61′ und die gegenüberliegenden Nutseitenflächen 62, 62′ eingespannt und geklammert ist. Für die Optimierung der Anstiegswinkel ϕ der Gegenflächen 64, 64′ mit ϕ = 45° und die Wahl der Nutbreite n = s, dem Abstand der Flansche 67, 67′ im dichtenden Zustand gelten entsprechende Überlegungen wie in der Dichtung nach Fig. 6.

Durch entsprechende Wahl der Geometrie bzw. der Wandstärken d′ (Abstand Schneidkante 51, 51′ zu Innenkante des Flansches 57, 57′) der Nute/Schneidkanten oder der Zwischendichtringe 49, 59, 69 und deren Oberflächenbeschaffenheit kann immer ϕ = ϕ _opt = ϕ′ _opt = 45° erreicht werden, siehe Tabelle 2 und die diskutierten Fälle 1 bis 4.

Die Seitenflächen 62, 62′ und 68, 68′ der Nute 63, 63′ können auch in vorteilhafter Weise ein- oder beidseitig nach innen oder außen geneigt sein, z. B. um

• 1) einen spitzen Schneidkanten-Einschlußwinkel α (siehe Fig. 1) auszubilden, der durch das Lot (parallel zu F _⟂) auf die Gegenfläche halbiert wird und so zu einer Einpressung bzw. Einkerbung 60 symmetrisch um F _⟂ bzw. p _⟂ führt, oder um
• 2) die Einspannung bzw. Klammerung der Zwischendichtringe 49, 59 oder 69 zu optimieren.

Fig. 8 (a) zeigt einen austauschbaren, dünnwandigen Dichtmantelring 69 aus duktilem Material mit stumpfwinkeligem, V-förmigem Querschnitt vor der Montage und Fig. 8 (b) nach der Montage auf die sphärischen Gegenflächen 64, 64′ eines Zwischenstützringes 98. Der vorgefertigte Mantelring 69 wird durch ein radial wirkendes Preßwerkzeug bündig auf die Gegenflächen 64, 64′ beigelegt.

Die Dichtung wird hergestellt durch axiales Aufpressen zweiter symmetrisch gegenüberliegender Schneidkanten 61, 61′ auf den Dichtmantelring 69 unter Einkerbung und Aufpressen des Ringes 69 entlang der Schneidkanten 61, 61′ auf die darunterliegenden Flächen 64, 64′ des Stützringes 98 aus härterem Material. Der Dichtmantelring 69 kann auch bei den anderen beschriebenen Zwischenringen, z. B. 18, 18′, 49, 59, 69 eingesetzt und kostengünstig ersetzt werden durch Erwärmung und/oder Aufbördeln oder durch Abdrehen oder Abschleifen der Ringkante 65 und Abnehmen der getrennten Hablslchalenringe.

In Fig. 9 (a) sind an zwei gepaarten Rohrflanschen 17, 17′ jeweils an einem dünnwandigen Endstück 77, 77′ eine Schneidkante 71, 71′ und eine abgerundete Kante 73, 73′ angebracht. Beim Aufpressen auf den Zwischendichttorus 29 kommt es durch die abgerundeten Kanten 73, 73′ zu einer Zentrierung und Vorspannung der Flanschendstücke 77, 77′ bzw. des Dichttorus 29 mit nachfolgender Dichtung entlang der Schneidkantenringe 71, 71′ auf den sphärischen Gegenflächen 74, 74′. Durch die Vorspannung wird, bei entsprechender Geometrie der Dichtungsbauteile, ein erhöhter dichtwirksamer Anpreßdruck der Schneidkanten 71, 71′ erreicht.

Fig. 9 (b) zeigt einen Zwischendichtring 38 mit zwei Schneidkantenpaaren 71, 71′ und 72, 72′, die symmetrisch gegenüberliegend an zwei sphärische Gegenflächen 75, 75′ gepreßt sind, die an zwei Hohlzylinderflanschen 37, 37′ endseits angeformt sind. Durch das Zusammenwirken des Schneidkantenpaares 71, 71′ kann in ähnlicher Weise, wie oben bei Fig. 9 (a) beschrieben, ein verbesserter Ausgleich von axialen Unebenheiten, radialen Elliptizitäten und/oder Spaltöffnungen durch Verkantung der Achsen der Schneidkantenringe bzw. deren Gegenflächen und der mit diesen integrierten Bauteile erfolgen, und damit eine höhere Dichtsicherheit erzielt werden.

In Fig. 10 (a) ist an zwei Kleinflanschen 88 und 88′ nach DIN 28 403 zusätzlich zu den herkömmlichen Dichtflächen 85, 85′ je eine Kugelzonenmantelfläche 24, 24′ mit Radius R′ angebracht. Zur Erzielung einer UHV-Dichtung werden mit Flächen gegen die bei den Schneidkanten 31, 31′ des Zwischenringes 38 mit Hilfe bekannter Verbindungselemente gepreßt, die vorzugsweise aus gleichem Material wie die Flansche, z. B. aus Edelstahl, bestehen.

Der Doppel-Schneidkantenring 38 ist mit einem Mittelsteg 89 mit Einkerbung 86 versehen und so auch als Zentrierring für einen O-Ring verwendbar. Zur Erzeugung von Hochvakuum, etwa zu Testzwecken einer mit diesen Flanschen bestückten Apparatur, können diese mit einem Viton-O-Ring auf herkömmliche Weise gedichtet werden, ohne daß es zur Ausbildung der Metall-Metall-Ringdichtflächen an den Schneidkanten 31, 31′ kommt.

Die beiden Kleinflansche in Fig. 10 (b) haben an den Innenkanten der ebenen Dichtflächen 85, 85′ je eine Schneidkante 11, 11′ angeformt, die UHV-dichtend gegen die beiden Kugelzonenmantelflächen 14, 14′ des Zwischenringes 18 gepreßt sind.

Beide Zwischenringe 18 und 38 besitzen endseits Zentrierstege 82, 82′, die sich in die passenden Einstiche 83, 83′ an den Flanschen einfügen.

Klammerflansche nach DIN 28 404 mit Nennweiten NW<50 können in analoger Weise wie die Kleinflansche mit Schneidkanten-Ringen und sphärischen bzw. konischen Gegenflächen versehen werden und so wie die Kleinflansche vom Niederdruck- bis zum UHV-Bereich eingesetzt werden.

Beide Flanschsysteme können dann auch gepaart eingesetzt werden, indem ein Flanschteil eine Schneidkante und der andere die entsprechend passende sphärische oder konische Gegenfläche aufweist, siehe z. B. Fig. 1 bzw. Abb. 2 (b). Bei Blind-, End- oder Durchführungsflanschen, z. B. an Rohren, Behältern od. dgl. kann die ungepaarte Version, siehe z. B. Fig. 10 (b), mit einer gepaarten kombiniert werden, an der die sphärische oder konische Gegenfläche des einen Flansches axial über die ebene Dichtfläche hinaus zu der gegenüberliegenden Schneidkante des anderen Flansches reichen. So kann bei Bedarf der Vorteil eines gepaarten Flanschsystems, nur eine ringförmige Dichtfläche auszubilden, ausgenutzt werden.

Die Klein- und Klammerflansch-Systeme können auch in Kombination mit anderen Ausführungsformen der Schneidkantenring-Dichtung eingesetzt werden, die in den Ansprüchen 3 bis 27 beschrieben sind.

Bei Nennwerten NW<35 kann vorteilhafterweise eine der Ausführungsformen, die in den Fig. 5 bis 7 dargestellt sind, eingesetzt werden. Dazu werden in die ebenen Dichtflächen 85, 85′ der Flansche 47, 47′, 57, 57′ oder 67, 67′, nahe der Innenkante, Nute mit Doppelschneidkanten 41, 42 und 41′, 42′ bzw. einer Schneidkante 51, 51′ und einer abgerundeten Kante 52, 52′ eingestochen. Die Zwischendichtringe führen dann im allgemeinen zu Abständen s der Flansche, die kleiner als die Normalabstände von s ≈ 5 mm bei NW<250 bzw. s ≈ 7 mm bei NW 320 . . . NW 100 sind. Die kleineren Flanschabstände sind bei Klammerflanschen ohne Änderung der Normaußenmaße möglich, bei Kleinflanschen, z. B. durch eine Verstärkung der abgeschrägten Außenstege der Flansche (88, 88′) unter Verwendung genormter Verbindungselemente. Eine Ersatz- bzw. Testdichtung mit O-Ringen in herkömmlicher Weise auf den verbleibenden, ebenen Dichtflächen 85, 85′ der Flansche ist bei u. U. angepaßten Maßen der O-Ringe und der kombinierten oder separaten Zentrierringe weiterhin möglich.

Anstelle der Zwischendichtringe, z. B. 49, 59, 69 oder Dichttori 19, 19′, 29, können gegebenenfalls auch Ausführungsformen mit kreis-, halbkreis- oder kreisförmigen Querschnitten verwendet werden.

UHV-Ventile (ohne Abbildung) können in vorteilhafter Weise mit einer gepaarten Schneidkantenring-Dichtung mit sphärischer Gegenfläche, z. B. nach Fig. 1, ausgerüstet werden. Am Ventilsitz ist eine konvexe (konkave) außen(innen-) liegende Kugelzonenmantelfläche 4 angeformt. Der Ventilteller besteht aus einem geschlossenen Hohlzylinderstück mit endseitig angeformter Schneidkante 1 und wird durch eine axiale Anpreßkraft F _o auf die sphärische Gegenfläche 4 aufgepreßt, unter Ausbildung einer sehr schmalen ringförmigen Dichtfläche. Bei gleichem Material von Ventilsitz und -teller, mit oder ohne dünner Auflage eines duktilen Materials auf die sphärische Fläche des Ventilsitzes, kann das Ventil in geschlossenem Zustand auf 450° ausgeheizt werden, um UHV zu erzielen.

Um besonders hohe Schließzyklen zu erreichen, kann der Ventilteller unter kleinen Verkantungswinkeln β der Achsen von Teller und Sitz gegebenenfalls automatisch nach jedem Öffnungsvorgang rotiert werden, um tiefere, stationäre Einkerbungen zu vermeiden.

Die Anformungen am Ventilteller und -sitz sind prinzipiell vertauschbar.

Die Schneidkantenring-Dichtung mit sphärischer oder konischer Gegenfläche kann vielseitig und mit sehr vielen Materialien der Teile eingesetzt werden, die gegen Über- oder Unterdruck von Gasen oder flüssigen Medien gedichtet werden sollen. Durch Verwendung von gleichem, resistentem Material, für die Dichtungsbauteile mit integrierter Schneidkante und für die mit angeformter Gegenfläche kann Korrosion wirksam verhindert und die Temperaturbeständigkeit der Dichtung gewährleistet werden.

Durch folgende Zusatzmaßnahmen kann die Wirkung der Schneidkantenring- Dichtung mit sphärischen oder konischen Gegenflächen ergänzt und gegebenenfalls verbessert werden:

• (a) Aushärten oder Oberflächenhärten der Schneidkantenringe mit nach dem Stande der Technik benannten Verfahren,
• (b) teilweises oder gänzliches Anformen der Schneidkante durch einen Einrollvorgang unter Oberflächenhärtung,
• (c) Aufbringung duktiler Werkstoffe auf die sphärischen bzw. konischen Gegenoberflächen,
• (d) Verwendung von Verbundwerkstoffen für die Gegenflächen, wie z. B. Teflon oder Gummi mit Aluminium oder Stahl oder andere Kunststoff-Metall- bzw. Metall-Metall-Verbindungspaarungen,
• (e) Politur der Oberflächen von Schneidkante und Gegenfläche,
• (f) Erwärmung der zu dichtenden Teile zur Erleichterung des Fließpreßvorgangs an der schmalen ringförmigen Dichtfläche zwischen Schneidkante und Gegenfläche.

Durch diese Zusatzmaßnahmen können Dichtigkeit bei noch geringerem Anpreßdruck von Schneidkante und Gegenfläche, häufigere Möglichkeit des Lösens, Auswechselns und Wiederherstellung der Dichtung erreicht werden.

Claims (34)

1. Schneidkantenring-Dichtung zur Herstellung insbesondere ultrahochvakuum- oder hochdruckdichter Verbindungen oder Verschlüsse von Behältern und Rohren od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die zu dichtenden Teile einerseits konzentrische Kegelmäntel (2, 3) bzw. Ring- oder Zylinderflächen aufweisen, die unter einem Winkel α aufeinanderstoßen und dadurch eine Schneid- oder Preßkante (1) ausbilden und andererseits eine sphärische Gegenfläche (4) mit Radius R aufweisen, gegen welche die Schneidkante (1) durch axiales An- und gegebenenfalls Einpressen unter einem Winkel ϕ gegen die Tangentialfläche an der Berührungslinie von Schneidkante (1) und Gegenfläche (4) dichtet und die Teile miteinander verbindet.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (1) bzw. die sphärische Gegenfläche (4) innen oder außen am oder nahe am Ende eines Flansches, Rohres, Ringes, Hohlzylinderstückes (7) bzw. (8) oder eines Behälters mit mittleren Wandstärken d bzw. f angeformt und baulich integriert ist, und die Schneidkante (1) durch eine axial wirkende Anpreßkraft F _o auf die Gegenfläche (4) dichtend gepreßt ist.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale

• a) der Radius R = r _o /cosϕ [r _o = Radius der Schneidkantenringfläche (10)] und somit der Anstiegswinkel d der Tangentialfläche (9) an der Berührungslinie von Schneidkante (1) und sphärischer Gegenfläche (4) sind so gewählt, daß der Wert von ϕ ≈ d _opt ±5° beträgt, und
• b) der optimierte Winkel ϕ _opt dadurch gegeben ist, daß der Wert des Verhältnisses V _S ( ϕ,a,b) = Δ r _S ^a /(sind) ^b als Funktion des Winkels ϕ für ϕ = ϕ _opt ein Minimum annimmt;
  dabei bedeuten: die Exponenten a und b Zahlen zwischen etwa 0,5 und 4 sowie Δ r _S = (Δ r _A ²+Δ r _R ²)^1/2 die geometrische Summe der Spaltöffnung Δ r _A = r _o tanε · tanϕ auf Grund axialer Unebenheit der Schneidkantenringfläche (10) und der Spaltöffnung Δ r _R = r _o tanε′ durch die radiale Elliptizität des Schneidkantenringes (7), welche beide vereinfacht modellhaft durch kleine Abweichungswinkel ε und ε′ über die Länge r _o beschrieben werden;
• c) die Dichtung erfolgt durch axiales An- bzw. Einpressen der Schneidkante (1) auf bzw. in die gegebenenfalls mit duktiler Oberfläche versehene Gegenfläche (4) und/oder durch gleichzeitige elastische Verformung des Schneidkantenringes (6) und des mit diesem integriertem Bauteils (7) und/oder gegebenenfalls des mit der Gegenfläche (4) integrierten Bauteils (8), bis die Spaltöffnungen Δ r _A und Δ r _R geschlossen sind und Dichtigkeit hergestellt ist.

4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Δ r _S = (Δ r _A ²+Δ r _R ²+Δ r′ _R ²)^1/2 gleich der erweiterten geometrischen Summe mit der zusätzlichen Spaltöffnung Δ r′ _R = r _o tanε′′ durch radiale Elliptizität der Kugelzonenmantelfläche (4) ist, wobei Δ r′ _R wie Δ r _R definiert ist.

5. Dichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Radius der Gegenfläche R = ∞, d. h. für Kegelmantelflächen (4′), der Anstiegswinkel ϕ′ so gewählt ist, daß

• a) ϕ′ ≈ d′ _opt ±5°, wobei ϕ′ _opt im Bereich 15° ≲ ϕ′ _opt ≲ 85° liegt, und
• b) V _K ( ϕ′,a,b) = Δ r _K ^a /(sind′) ^b als Funktion von ϕ′ für ϕ′ = ϕ′ _opt ein Minimum annimmt;
  dabei bedeuten: die Exponenten a und b Zahlen zwischen etwa 0,5 und 4 sowie Δ r _K = (Δ r _A ²+Δ r _R ²+Δ r _R′ ²+Δ r _V ²)^1/2, worin die ersten drei Spaltöffnungen als Funktion von ϕ′ so definiert sind wie im Anspruch 3 und 4, und die Spaltöffnung Δ r _V = r _o tan²β · (1+tan²ϕ′)hervorgerufen ist durch eine Verkantung der Achse (20) des Schneidkantenringes (7) gegen die Achse (20′) des Kegelstumpfringes (8′) um den Winkel β.

6. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vorteilhafterweise im Mittelabschnitt eines kurzen Hohlzylinderstückes (18′) oder (18) zwei gegeneinandergestellte Kegelmantelflächen (14′, 15′) bzw. Kugelzonenmantelflächen (14, 15) mit Radius R innen oder außen so angeformt sind, daß sie in ihrem Torus-Querschnitt ein normales Dreieck (19′) bzw. ein Dreieck (19) ausbilden, von dem mindestens zwei Seiten Kreisabschnitte mit Radius R sind, und daß auf diese Kegel- (14′, 15′) bzw. Kugelzonenmantelflächen (14, 15) zwei, vorteilhafterweise symmetrisch gegenüberliegend, Schneidkantenringe (16, 16′) bzw. (6, 6′) axial aufgepreßt sind und dichtend unter Ausbildung zweier ringförmiger Dichtflächen entlang der Schneidkanten (21, 21′) bzw. (11, 11′) mit dem Zwischenring (18′) bzw. (18) verbunden sind.

7. Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Torus (29) mit außen oder innen angeformten Kugelzonenmantelflächen (14, 15) oder Kegelmantelflächen separat und auswechselbar auf einen bzw. in einen Zwischenstützring (28) gesteckt oder auf- bzw. eingezogen ist.

8. Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (28) mit einem Anschlag (30) zur Zentrierung des Dichttorus (29) versehen ist.

9. Dichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (28) mit radialen Bohrungen (27) und/oder einer Einkerbung (26) zur Vermeidung virtueller Lecks versehen ist.

10. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichttorus (19, 19′, 29) innen hohl bzw. im Falle des auswechselbaren Dichttorus (29) an der den Kugelzonen-(Kegel-)mantelflächen gegenüberliegenden Seite eingekerbt ist.

11. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden oder nahe an beiden Enden eines kurzen Hohlzylinderstückes (38) außen oder innen Schneidkanten (31, 31′) angeformt sind, gegen die zwei Kugelzonen- (24, 24′) oder Kegelmantelflächen, die an zwei Hohlzylindern (37, 37′), Rohren od. dgl. endseits angeordnet sind, axial unter Ausbildung ringförmiger Dichtflächen entlang den Schneidkanten (31, 31′) aufgepreßt sind.

12. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das innen oder außen liegende Hohlzylinderstück (7, 8, 8′, 18, 18′, 28 bzw. 38) mit einer weiteren Ring- (12 bzw. 22) oder Kugelzonen-(Kegel-) manteldichtfläche (25, 25′) versehen ist, die bei Beaufschlagung mit Innen(hoch-)druck p als zusätzliche flächige (Hoch-)Druckdichtung an die gegenüberliegende Fläche (12′, 12′′, 22′, 22′′ bzw. 24 und 24′) gepreßt wird.

13. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) In zwei symmetrisch gegenüberliegenden Flanschen (47, 47′), Hohlzylinderendstücken od. dgl. ist je eine Nut (43, 43′) eingestochen, die je eine Doppel- Schneidkante (41, 42) und (41′, 42′) ausbilden;
• b) an einem separaten Zwischendichtring (49) sind vier Kugelzonenmantelflächen (44, 44′, 45, 45′) (oder Kegelmantelflächen) so angeformt, daß dessen Querschnitt die Form einer Raute mit gebogenen (bzw. geraden) Seiten hat, wobei
• c) der Zwischendichtring (49) im dichtenden Zustand durch die Doppel-Schneidkanten (41, 42 bzw. 41′, 42′) geklammert ist.

14. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei symmetrisch gegenüberliegenden Flanschen (57, 57′), Hohlzylinderstücken od. dgl. je eine Nut (53, 53′) eingestochen ist, deren eine Kante als Schneidkante (51, 51′) und deren andere abgerundet (52, 52′) ausgebildet sind.

15. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendichtring (18, 18′, 38, 49, 59) oder der Dichttorus (19, 19′, 29) innen hohl sind.

16. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nute (63, 63′) der symmetrisch gegenüberliegenden Flansche (67, 67′) ein Zwischendichtring (69) eingelegt ist, dessen eine Seite (65) konkav und dessen andere Seite durch eine oder zwei konvexe (64, 64′) oder zwei konkave Kugelzonenmantelflächen oder zwei Kegelmantelflächen ausgebildet ist, und der im dichtenden Zustand durch die Schneidkanten (61, 61′) und die gegenüberliegenden Seitenflächen (62, 62′) der Nute (63, 63′) eingespannt und geklammert ist.

17. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schneidkanten (51, 51′) gegenüberliegenden Kugelzonen- (Kegel-)mantelflächen (54, 54′) eine vorteilhafterweise dünne Oberflächenauflage (56) aus duktilem Material besitzen, die fest mit diesen Flächen und den dazugehörigen Bauteilen (59) verbunden ist, welche aus gleichem oder vergleichbar hartem Material wie die Flansche (57, 57′) bestehen, an denen die Schneidkanten angeformt sind.

18. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstiegswinkel ϕ′ der Kegelmantelfläche oder der Winkel ϕ der Tangentialfläche (9, 9′) an die Kugelzonenmantelfläche (55, 55′, 64, 64′) an der Auflagekreislinie der abgerundeten Nutkanten (52, 52′) bzw. der Schneidkanten (61, 61′) ϕ = ϕ′ = 45° betragen.

19. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im dichtenden Zustand die Nutbreite n gleich dem Abstand s der beiden Flansche (57, 57′, 67, 67′) ist.

20. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelzonenmantel- (64, 64′) bzw. die Kegelmantelflächen (15, 15′) mit einem austauschbaren Ring (69) mit etwa V-förmigem Querschnitt aus weicherem (duktilem) Material als die Mantelflächen belegt sind.

21. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandflächen (62, 62′, 68, 68′) der Nute (63, 63′) ein- oder beidseitig nach innen oder außen geneigt sind.

22. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α, unter dem die konzentrischen Kegelmäntel (2, 3) bzw. Ring- oder Zylinderflächen aufeinanderstoßen und dadurch eine Schneidkante (1) ausbilden, durch das Lot (parallel zu F _⟂) auf die Gegenfläche (4) in jedem Berührungspunkt der Schneidkante (1) halbiert wird.

23. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelschneidkanten durch Mehrfach-Schneidkanten (71, 71′) und (72, 72′) ersetzt bzw. mit abgerundeten Kanten (73, 73′) kombiniert sind.

24. Dichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenwirken der Mehrfach-Schneidkanten (71, 71′) und (72, 72′) oder der Kombination von Schneidkanten (71, 71′) plus abgerundete Kanten (73, 73′) beim Zusammenpressen ein Zentrieren sowie eine Vorspannung der Dichtbauteile (77, 77′) und/oder einen erhöhten Anpreßdruck des endgültig dichtenden Schneidkantenrings (71, 71′) auf der Gegenfläche (74, 74′) erzeugt.

25. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten durchgehärtet oder oberflächengehärtet sind.

26. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten ganz oder teilweise durch Einrollen unter Oberflächenhärtung mit Hilfe eines schräg in die entsprechenden Zylinderflächen eingreifenden rotationssymmetrischen Werkzeugs angeformt sind.

27. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß auf die den Schneidkantenringen gegenüberliegenden Flächen duktile Werkstoffe aufgebracht sind.

28. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkantenring-Dichtung mit Kugelzonen-(Kegel-)mantelgegenflächen (14, 14′) in Kombination mit Kleinflanschen (87, 87′) nach DIN 28 403 oder mit Klammerflanschen nach DIN 28 404 zwischen Flanschen, Rohren, Hohlzylindern, Behältern od. dgl. eingesetzt ist.

29. Dichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) an den Flanschen (87, 87′) und (88, 88′) zusätzlich zu den herkömmlichen ebenen Dichtflächen (85, 85′) endseitig Schneidkanten (11, 11′) bzw. Kugelzonen- (Kegel-)mantelflächen (24, 24′) angeformt sind und
• b) zwei solche gleichartige Flansche (87, 87′) bzw. (88, 88′) unter Beilage des entsprechenden Zwischendichtrings (18) bzw. (38) mit zwei angeformten Kuggelzonen- (Kegel-)mantelflächen (14, 14′) bzw. mit zwei endseitig angeformten Schneidkanten (31, 31′) durch axiales Zusammenpressen mit bekannten Verbindungselementen gedichtet sind.

30. Dichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zwischendichtring (18, 38) endseitig Zentrierstege (82, 82′) und an den Flanschen (87, 87′) bzw. (88, 88′) die passenden, gegebenenfalls die genormten Einstiche (83, 83′) angeformt sind.

31. Dichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zwischendichtring (38) zusätzlich ein Mittelsteg (89) mit Einkerbung (86) zur Zentrierung und Beilage eines O-Rings (90) angeformt ist.

32. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß in die ebenen Flächen (85, 85′) zweier gegenüberliegender Klein- oder Klammerflansche Nute (43, 43′) oder (53, 53′) mit je einer Doppelschneidkante (41, 42) und (41′, 42′) bzw. mit einer Schneidkante (51, 51′) und einer abgerundeten Kante (52, 52′) eingestochen sind, und zwischen denen unter Beilage eines Zwischendichtringes (49 oder 59 bzw. 69) mit Kugelzonen- (Kegel-)mantelflächen (44, 44′, 45, 45′) bzw. (54, 54′, 55, 55′) durch axiales Zusammenpressen Dichtigkeit hergestellt ist.

33. Dichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch zwei gepaarte Flansche (7, 8), an denen bei einem (7) eine Schneidkante (1) und bei dem anderen (8) eine Kugelzonen-(Kegel-)mantelgegenfläche (4) angeformt sind.

34. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendichtring (49, 59, 69) einen kreis-, halbkreis- oder kreisringförmigen Querschnitt hat.