EP3433524A1 - Verbindungselement zur gasdichten verbindung mit weiteren bauteilen für rohrleitungssysteme - Google Patents

Verbindungselement zur gasdichten verbindung mit weiteren bauteilen für rohrleitungssysteme

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EP3433524A1
EP3433524A1 EP17722653.7A EP17722653A EP3433524A1 EP 3433524 A1 EP3433524 A1 EP 3433524A1 EP 17722653 A EP17722653 A EP 17722653A EP 3433524 A1 EP3433524 A1 EP 3433524A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connecting element
gas
tight connection
pipeline system
further component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17722653.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Luckscheiter
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Allectra GmbH
Original Assignee
Allectra GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Allectra GmbH filed Critical Allectra GmbH
Publication of EP3433524A1 publication Critical patent/EP3433524A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/02—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially
    • F16L23/032—Flanged joints the flanges being connected by members tensioned axially characterised by the shape or composition of the flanges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/16—Flanged joints characterised by the sealing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00—Flanged joints
    • F16L23/16—Flanged joints characterised by the sealing means
    • F16L23/18—Flanged joints characterised by the sealing means the sealing means being rings
    • F16L23/20—Flanged joints characterised by the sealing means the sealing means being rings made exclusively of metal

Definitions

  • the invention is directed to a connecting element for gas-tight connection with a further component of a pipeline system and a method for its production.
  • Typical flange systems are Conflat flanges (CF flanges) according to ISO / TS 3669-2: 2007. These flanges are designed for vacuum applications at temperatures up to 450 ° C. For pipelines for low temperatures (4 K), high temperatures (300 ° C) and / or high pressures (up to 500 bar) to typically 1 "(25.4 mm) diameter, eg VCR® connections with metallic sealing washers are used made of elastomer or plastic can not be used in these applications (low temperatures: no reliable sealing, high temperatures: destruction of the seal, high pressure: not stable enough, generally: gas permeability too high)
  • Gas supplies are used metallic gaskets.
  • Sealing materials made of copper, nickel and stainless steel are used as sealing material. In order to obtain the necessary strength in the area of the seal, flanges and
  • flanges and tubes made of aluminum and aluminum alloys are advantageous.
  • Aluminum is easily machinable, non-magnetic, can be extruded, has high thermal conductivity and is made by radioactive radiation only little activated.
  • aluminum exits less than steel and less "pollutes" the vacuum.
  • flanges are used which typically have a hard side made of stainless steel and for the most part consist of aluminum (US5836623). This system is difficult to manufacture (e.g.
  • flanges made of aluminum which have a sealing surface which is hardened by means of ion implantation (DE29918170).
  • the sealing surface can be coated with diamond-like carbon. Disadvantages of this method are high production costs, low wear resistance due to the small layer thickness, the low temperature stability of 150 ° C and the commonly used
  • connection element described in claim 1 The object is achieved by the connection element described in claim 1 and by the method described in claim 13 for its preparation.
  • Connecting element made of light metal or a light alloy is made of light metal or a light alloy.
  • the light metal is aluminum or an aluminum alloy.
  • connection is cheaper to produce.
  • connection is a detachable connection.
  • the connecting element is a flange.
  • Gas-tight pipe flange connections are used in vacuum technology for many
  • the flange according to the invention consists of an aluminum alloy with an aluminum content of at least 50%, preferably at least 60% and particularly preferably at least 80%. Flanges made of this material are simpler and thus less expensive to produce than their production, for example made of steel.
  • Aluminum has a lower specific gravity than steel and is therefore easier to handle. In addition, it has a high thermal conductivity (important if the system is heated up to 200 ° C or a high heat transfer is beneficial).
  • the outgassing rate under ultra-high vacuum conditions is also lower than that of steel, so the vacuum is less "contaminated".
  • this coating is according to the invention a nickel-based coating. Coatings are nickel-based
  • the coatings can be applied in different ways.
  • the nickel-based coating has no ferromagnetic properties.
  • This nickel coating can be one
  • the nickel-based coating can be composed of several individual layers.
  • the layers can be applied both galvanically and chemically and by the precise control of the
  • Layer construction may have properties such as hardness, surface accuracy and
  • Wear resistance can be varied specifically.
  • the magnetic properties of the coating can be controlled in addition to the hardness. With increasing Phosphorus content decreases the hardness of the coating.
  • a nickel-based coating with a phosphorus content of 5 wt.% Has a hardness of 600 HV 0, 1, with 13 wt.% Phosphor only a hardness of 500 HV 0, 1.
  • the function of the coating is to increase the hardness in the region of the seal and thus the distribution of the sealing force over a larger area of the softer base material of the connecting element. Therefore, in a development of the invention, only the area of the sealing surface is coated. For reasons of production, however, a larger area can also be coated.
  • the metallically hard coating has a layer thickness of at least 25 ⁇ m.
  • the coating has a thickness of 30 ⁇ , particularly preferably a layer thickness of at least 50 ⁇ .
  • the connecting element according to the invention has a high thermal stability. Ultra high vacuum aluminum systems are heated up to 200 ° C. The nickel-based coating is long-term stable under these temperatures. An interdiffusion or
  • the connecting element according to the invention has a high mechanical
  • Strength tensile strength Rm greater than 150 MPa, so that it does not deform under high heat.
  • the strength of pure aluminum is typically about 70 MPa.
  • the metallically hard layer can be applied to the connecting element according to the invention
  • the metallic hard layer may also be applied by a pulse deposition method.
  • the voltage is thereby pulsed, thereby the structure of the layer can be controlled within wide ranges and the hard layer can be adjusted to the desired values.
  • the Happy-Plating-Rampart method ⁇ can also be used. In this
  • Pulsabscheidevon complex layer systems can be applied.
  • the layer thickness is applied evenly at the edges.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a compound according to the invention of two flanges with pipe socket
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of a flange according to the invention of a flange with pipe socket and a blind flange
  • Figure 1 shows a pipe connection according to the invention from the side, which are interconnected by means of a union nut and screw.
  • This compound is typically used for gas supplies and high purity gases (brand name VCR ⁇ Swagelock).
  • the pipe diameter is up to 1 "(25.4 mm), and larger pipe diameters can be achieved with other union connectors or other flanges.
  • the main body of the flange with pipe socket 1, 1 ' consists of an aluminum alloy, e.g. AW-6060th This alloy is widely used in these applications, it is very weldable with a tensile strength of 240 N / mm2.
  • the sealing disc 3 is made of aluminum or copper. Their thickness depends on the diameter 1 to 2 mm.
  • the nickel-based coating 2, 2 ' is applied to the areas that are in contact with the seal.
  • the coating has a thickness of 50 to 60 ⁇ and is applied with the Happy-Plating-Rampart method ⁇ . This results in a multicrystalline layer with a hardness of 500 HV 0.1.
  • the tubes may be coated completely or over a wider area, which may provide additional protection against corrosion.
  • FIG. 2 shows the connection surface of a connecting element 1 according to the invention for connection to further components 1 ', 5 of a pipeline system.
  • the coating 2 extends only over the contact area, which comes into contact with a seal 3.
  • the Ni-base alloy coating 2 is made by the Happy-Plating-Rampart method
  • Figure 3 shows a flange connection according to the invention in cross section, as used in ultra high vacuum applications (pressures less than 10-9 mbar) is used.
  • the flange 1 with a pipe socket consists of the aluminum alloy 6082-T6 with a tensile strength of more than 300 N / mm2. Flange and pipe socket can be made in one piece or welded together.
  • the pipe socket has a sealing edge for metal seals (according to ISO 3669-2).
  • the flange 5 is designed in this embodiment as a blind flange.
  • the metal seal 3 typically consists of oxygen-free copper with a hardness of about 65 HB or soft annealed copper (about 45 HB). Aluminum seals are rarely used.
  • the flanges 1 and 5 are provided with a nickel-based coating at least in the region of the cutting edge.
  • the coating in this embodiment has a phosphorus content of greater than 9% and is therefore not ferromagnetic.
  • the coating can be applied only in the region of the cutting edge to further reduce the magnetic influences.
  • the coating is then annular with a width of about 4 mm.
  • the nickel-based coating has a thickness of 50 to 100 ⁇ and was applied by the Happy-Plating-Rampart method ⁇ .
  • the hardness is 500 HV 0, 1.
  • the coating is free of stress and pores and seals reliably even at high temperatures of up to 200 ° C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1',5) eines Rohrleitungssystems, wobei das Verbindungselement aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht und eine Dichtfläche umfasst. Die Dichtfläche ist eine Kontaktfläche zu dem zu verbindenden Bauteil und weist an der Oberfläche eine metallisch harte Beschichtung (2) auf.

Description

Verbindungselement zur gasdichten Verbindung mit weiteren Bauteilen für
Rohrleitungssysteme
Die Erfindung richtet sich auf ein Verbindungselement zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil eines Rohrleitungssystems sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Für gasdichte Verbindungen (Leckraten < 10-6 mbar*l/s He) sind an lösbaren
Verbindungsstellen Dichtungen aus Metall notwendig. Da zum Erreichen von Drücken kleiner 10-9 mbar ein Erwärmen der Bauteile nötig ist, müssen die Verbindungen ausheizbar sein. Typische Flanschsysteme sind Conflat-Flansche (CF-Flansche) nach ISO/TS 3669-2:2007. Diese Flansche sind für Vakuumanwendungen bei Temperaturen bis 450 °C ausgelegt. Bei Rohrleitungen für tiefe Temperaturen (4 K), hohe Temperaturen (300 °C) und/oder hohe Drücke (bis 500 bar) bis typischerweise 1 " (25,4 mm) Durchmesser kommen z.B VCR® Verbindungen mit metallischen Dichtscheiben zum Einsatz. Dichtungen aus Elastomer oder Kunststoff können bei diesen Anwendungen nicht verwendet werden (tiefe Temperaturen: Keine zuverlässige Abdichtung, hohe Temperaturen: Zerstörung der Dichtung, hoher Druck: Nicht stabil genug, generell: Gaspermeabilität zu hoch). Auch bei hochreinen
Gasversorgungen werden metallische Dichtungen eingesetzt.
Als Dichtmaterial werden Dichtungen aus Kupfer, Nickel und Edelstahl eingesetzt. Um die notwendige Festigkeit im Bereich der Dichtung zu erhalten, müssen Flansche und
Verbindungsstelle eine höhere Festigkeit als das Dichtmaterial besitzen. So werden dauerhafte Verformungen auf Seite der Flansche vermieden. Diese Flansche sind
typischerweise aus Stahl, Edelstahl und Titan gefertigt.
Für viele Anwendungen ist der Gebrauch von Flanschen und Rohren aus Aluminium und Aluminium-Legierungen vorteilhaft. Aluminium ist leicht bearbeitbar, unmagnetisch, lässt sich extrudieren, hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und wird durch radioaktive Strahlung nur wenig aktiviert. Außerdem gast Aluminium bei niedrigen Drücken weniger aus als Stahl und „verunreinigt" weniger das Vakuum.
In der Kälte- und Klimatechnik werden vorwiegend Rohrleitungen aus Aluminium und Kupfer verwendet. Da geeignete lösbare Verbindungselemente für die gewünschten kleinen Leckraten fehlen, werden die Komponenten in der Regel miteinander verlötet, was Wartung und Service verteuert.
Um lösbare Verbindungen zwischen Aluminium Bauteilen zu erreichen, kommen im
Wesentlichen zwei Verfahren zum Einsatz. Zum einen werden Flansche eingesetzt, die eine harte Seite typischerweise aus Edelstahl aufweisen und zum größten Teil aus Aluminium bestehen (US5836623). Dieses System ist schwierig herzustellen (z.B. mittels
Sprengplattierung) und daher kostenintensiv.
Zum anderen werden Flansche aus Aluminium verwendet, die eine Dichtfläche aufweisen, die mittels Ionenimplantation gehärtet wird (DE29918170). Zusätzlich kann die Dichtfläche mit diamantartigem Kohlenstoff beschichtet werden. Nachteile dieser Methode sind hohe Herstellungskosten, geringe Verschleißfestigkeit aufgrund der geringen Schichtdicke, die geringe Temperaturstabilität von 150 °C und die für üblicherweise eingesetzte
Kupferdichtungen zu geringe Härte.
Die aus dem Stand der Technik bisher bekannten lösbaren Verbindungen und deren Herstellungsverfahren haben gemeinsam, dass sie aufwändig und daher kostenintensiv herzustellen sind. Außerdem genügen Temperaturstabilität und Verschleißfestigkeit der bisher bekannten Verbindungen teilweise nicht den Anforderungen an ein Ultra-Hoch- Vakuum. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verbindungselement bereitzustellen, das zu geringeren Kosten zudem bessere thermische und mechanische Eigenschaften aufweist als bisher eingesetzte Verfahren.
Die Aufgabe wird das durch in Anspruch 1 beschriebene Verbindungselement und durch das in Anspruch 13 beschriebene Verfahren zu seiner Herstellung gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine gasdichte Verbindung zwischen einem Verbindungselement und einem weiteren Bauteil eines Rohrleitungssystems hergestellt. Dabei besteht das
Verbindungselement aus Leichtmetall oder aus einer Leichmetalllegierung. Im Rahmen dieser Erfindung ist das Leichtmetall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Die
Kontaktfläche mit dem zu verbindenden Bauteil des Rohrleitungssystems ist zugleich Dichtfläche und verbindet gasdicht (Leckraten < 10"6 mbar*l/s He) beide Bauteile mittels einer metallischen Dichtung miteinander. Die Dichtfläche des Verbindungselements weist eine metallisch harte Beschichtung auf. Die Härte der Beschichtung ist größer als 120 HV. Dies hat gegenüber dem bisherigen Stand der Technik den Vorteil, dass die Verbindung zwischen Verbindungselement und Bauteil des Rohrleitungssystems einfacher und damit
kostengünstiger herzustellen ist. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Verbindung eine lösbare Verbindung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement ein Flansch.
Gasdichte Rohr-Flansch-Verbindungen werden in der Vakuum-Technik für viele
Anwendungen eingesetzt. In der Ultra-Hoch-Vakuum-Technik werden diese Verbindungen lösbar mittels einer metallischen Dichtung verbunden, damit die Rohr-Flansch-Verbindung bis 200 °C ausgeheizt werden kann. Die Dichtfläche des Verbindungselements muss daher härter als die metallische Dichtung sein und über die maximale Einsatztemperatur beständig sein. Der Flansch besteht erfindungsgemäß aus einer Aluminiumlegierung mit einem Aluminium- Gehalt von mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% und besonders bevorzugt mindestens 80%. Flansche aus diesem Material sind einfacher und damit kostengünstiger herzustellen als ihre Herstellung z.B. aus Stahl. Aluminium weist eine geringere spezifische Dichte auf als Stahl und ist somit leichter zu handhaben. Außerdem besitzt es eine hohe Wärmeleitfähigkeit (wichtig, wenn das System auf bis zu 200 °C erhitzt wird oder eine hohe Wärmeübertragung von Vorteil ist). Die Ausgasungsrate unter Ultra-Hoch-Vakuum- Bedingungen ist zudem geringer als die von Stahl, das Vakuum wird also weniger „verunreinigt".
Um eine hohe Verschleißfestigkeit der Dichtfläche Verbindungselement-Rohrleitungsbauteil zu erreichen, wird diese auf Seite des Verbindungselements mit einer harten Schicht versehen. In einer weiteren Ausführungsform ist diese Beschichtung erfindungsgemäß eine auf Nickel basierende Beschichtung. Beschichtungen auf Nickel-Basis sind
korrosionsbeständig und weisen eine Härte von bis zu 1100 HV 0,1 auf. Die Beschichtungen können auf unterschiedliche Art und Weise aufgetragen werden.
In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung weist die Nickel-Basis-Beschichtung keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Diese Nickel-Beschichtung kann einen
Phosphor-Anteil aufweisen. Ab einem Phosphor-Gehalt von 9 -10 Gew.-% verliert die Nickel- Basis-Beschichtung ihre ferromagnetischen Eigenschaften.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform kann die Nickel-Basis- Beschichtung aus mehreren Einzelschichten aufgebaut sein. Die Schichten können sowohl galvanisch wie chemisch aufgebracht werden und durch die genaue Kontrolle des
Schichtaufbaus können Eigenschaften wie Härte, Oberflächengenauigkeit und
Verschleißfestigkeit gezielt variiert werden. Durch die Einlagerung weiterer Elemente in die Schicht, insbesondere durch den Phosphorgehalt können zusätzlich zur Härte auch die magnetischen Eigenschaften der Beschichtung gesteuert werden. Mit zunehmendem Phosphor-Anteil sinkt die Härte der Beschichtung. So weist eine Nickel-Basis-Beschichtung mit einen Phosphor-Gehalt von 5 Gew.% eine Härte von 600 HV 0, 1 auf, eine mit 13 Gew.% Phosphor nur noch eine Härte von 500 HV 0, 1.
Die Funktion der Beschichtung ist die Erhöhung der Härte im Bereich der Dichtung und damit die Verteilung der Dichtkraft auf eine größere Fläche des weicheren Basismaterials des Verbindungselementes. Daher ist in einer Weiterbildung der Erfindung lediglich der Bereich der Dichtfläche beschichtet. Aus Fabrikationsgründen kann jedoch auch ein größerer Bereich beschichtet werden.
Die metallisch harte Beschichtung weist erfindungsgemäß eine Schichtdicke von mindestens 25 μηι auf. Bevorzugt weit die Beschichtung eine Dicke von 30 μηι, besonders bevorzugt wird eine Schichtdicke von mindestens 50 μηι. So ist eine hohe Verschleißfestigkeit und Härte der Beschichtung gewährleistet, damit diese durch Dichtungen aus z.B. Edelstahl nicht beschädigt werden.
Das Verbindungselement weist erfindungsgemäß eine hohe thermische Stabilität auf. Ultra- Hoch- Vakuum-Systeme aus Aluminium werden bis zu 200 °C ausgeheizt. Die Nickel-Basis- Beschichtung ist unter diesen Temperaturen langzeitstabil. Eine Interdiffusion oder
Umkristallisation findet nicht statt.
Ebenfalls besitzt das Verbindungselement erfindungsgemäß eine hohe mechanische
Festigkeit (Zugfestigkeit Rm größer 150 MPa), damit es sich unter hoher Erwärmung nicht verformt. Die Festigkeit von Reinaluminium beträgt typischerweise ca. 70 MPa.
Mittels der Erfindung wird eine gasdichte Verbindung (Leckraten < 10"6 mbar * I /s He) zwischen zwei Bauteilen hergestellt, von denen mindestens ein Bauteil aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung bestehen. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die erzielten Leckraten kleiner 10"7 mbar l/s bevorzugt kleiner als 10"8 mbar l/s und besonders bevorzugt kleiner als 10"9 mbar l/s.
Die metallisch harte Schicht kann auf das Verbindungselement erfindungsgemäß
elektrochemisch aufgetragen werden. Weiterhin ist es möglich die Schicht auch galvanisch oder chemisch aufzutragen.
Die metallisch harte Schicht kann ebenfalls durch ein Pulsabscheideverfahren aufgetragen werden. Die Spannung wird dabei gepulst, dadurch lässt sich der Aufbau der Schicht in weiten Bereichen steuern und die Hartschicht den gewünschten Werten hin anpassen.
Auch das Happy-Plating-Rampart- Verfahren© kann eingesetzt werden. Bei diesem
Pulsabscheideverfahren können komplexe Schichtsysteme aufgetragen werden. Außerdem ist die Schichtdicke auch an den Kanten gleichmäßig aufgetragen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der - beispielhaft - ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung zweier Flansche mit Rohransatz
Fig. 2 Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung von einem Flansch mit Rohransatz und einem Blindflansch
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rohrverbindung von der Seite, die mittels einer Überwurfmutter und -schraube miteinander verbunden werden. Diese Verbindung wird typischerweise für Gasversorgungen und hochreine Gase eingesetzt (Markenbezeichnung VCR© der Firma Swagelock). Der Rohrdurchmesser beträgt bis zu 1 " (25,4 mm). Mit anderen Überwurf-Verbindern oder anders gestalteten Flanschen lassen sich größere Rohrdurchmesser realisieren.
Der Grundkörper des Flansches mit Rohransatz 1 , 1 ' besteht aus einer Aluminium- Legierung, z.B. AW-6060. Diese Legierung wird häufig für diese Anwendungen eingesetzt, sie ist sehr gut schweißbar mit einer Zugfestigkeit von 240 N/mm2. Die Dichtscheibe 3 besteht aus Aluminium oder Kupfer. Ihre Dicke beträgt abhängig vom Durchmesser 1 bis 2 mm.
Die Nickel-Basis-Beschichtung 2, 2' ist auf den Bereichen aufgetragen, die mit der Dichtung in Berührung stehen. Die Beschichtung weist eine Dicke von 50 bis 60 μηι auf und ist mit dem Happy-Plating-Rampart-Verfahren© aufgetragen. Dabei entsteht eine multikristalline Schicht mit einer Härte von 500 HV 0,1. Zur Vereinfachung des Beschichtungsprozesses können die Rohre vollständig oder über einen weiteren Bereich beschichtet werden, was einen zusätzlichen Schutz gegen Korrosion geben kann.
In Figur 2 ist die Verbindungsfläche ein erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 zur Verbindung mit weiteren Bauteilen 1 ', 5 eine Rohrleitungssystems dargestellt. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die Beschichtung 2 lediglich über den Kontaktbereich, der mit einer Dichtung 3 in Berührung kommt. Die Beschichtung 2 aus einer Ni-Basis-Legierung ist mit dem Happy-Plating-Rampart-Verfahren hergestellt
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Flansch-Verbindung im Querschnitt, wie sie in Ultra- Hoch- Vakuum-Anwendungen (Drücke kleiner 10-9 mbar) zum Einsatz kommt. Der Flansch 1 mit einem Rohransatz besteht aus der Aluminium-Legierung 6082-T6 mit einer Zugfestigkeit von mehr als 300 N/mm2. Flansch und Rohransatz können aus einem Stück gefertigt oder miteinander verschweißt sein. Der Rohransatz weist eine Dichtschneide für Metalldichtungen auf (nach ISO 3669-2).
Der Flansch 5 ist in dieser Ausführungsform als Blindflansch ausgeführt. Die Metalldichtung 3 besteht typischerweise aus sauerstofffreiem Kupfer mit einer Härte von ca. 65 HB oder weichgeglühtem Kupfer (ca. 45 HB). Dichtungen aus Aluminium werden nur selten eingesetzt.
Weiterhin sind in Fig. 3 die Querschnittsflächen des Flansches mit Rohransatz 11 , des Blindflansches 51 und der Dichtung 31 zu sehen.
Die Flansche 1 und 5 sind mindestens im Bereich der Schneidkante mit einer Nickel-Basis- Beschichtung versehen. Die Beschichtung in diesem Ausführungsbeispiel weist einen Phosphor-Gehalt von größer 9 % auf und ist somit nicht ferromagnetisch. In einer
weiterführenden Ausgestaltung kann zur weiteren Reduzierung der magnetischen Einflüsse die Beschichtung nur im Bereich der Schneidkante aufgetragen werden. Die Beschichtung ist dann ringförmig mit einer Breite von ca. 4 mm. Die Nickel-Basis-Beschichtung weist eine Dicke von 50 bis 100 μηι auf und wurde mit dem Happy-Plating-Rampart- Verfahren© aufgetragen. Die Härte beträgt 500 HV 0, 1. Die Beschichtung ist spannungs- und porenfrei und dichtet auch bei hohen Temperaturen von bis zu 200 °C zuverlässig.
Bezugszeichenliste , 1' Flansch mit Rohransatz
Beschichtung
Dichtung
, 4' Schneidkante
Blindflansch
1 Querschnittsfläche des Flansches mit Rohransatz2 Schneidkante
3 Bohrung
1 Querschittsfläche der Dichtung
1, 41' Seitenfläche der Beschichtung
1 Querschnittsfläche des Blindflansches

Claims

PAT E N TAN S P R Ü C H E
1. Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1', 5) eines Rohrleitungssystems (1 ', 5)
wobei das Verbindungselement (1) aus einem Leichtmetall oder einer
Leichtmetalllegierung besteht
wobei das Verbindungselement eine Dichtfläche umfasst,
wobei die Dichtfläche eine Kontaktfläche mit dem zu verbindenden Bauteil ist, wobei die Dichtfläche an der Oberfläche eine metallisch harte Beschichtung (2) aufweist.
2. Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (ί', 5) eines Rohrleitungssystems nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
wobei das Verbindungselement (1) ein Flansch ist.
3. Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (1 ) aus Aluminium oder einer AI-Legierungen mit einem Aluminiumgehalt von mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% und besonders bevorzugt mindestens 80% besteht.
4. Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3
dadurch gekennzeichnet, dass
die metallisch harte Beschichtung (2) eine Ni-Basis-Beschichtung ist.
5. Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 \ 5) eines Rohrleitungssystems nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass
die metallisch harte Beschichtung (2) eine nicht-ferromagnetische NiP-Beschichtung ist.
Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5
dadurch gekennzeichnet, dass
die metallisch harte Beschichtung (2) aus mehreren Einzelschichten aufgebaut ist.
Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (V, 5) eines Rohrleitungssystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6
dadurch gekennzeichnet, dass
die metallisch harte Beschichtung (2) nur auf der Dichtfläche aufgebracht ist.
Verbindungselement (1 ) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schichtdicke der metallisch harten Beschichtung (2) mindestens 25μΓη, bevorzugt mindestens 30pm und besonders bevorzugt mindestens 50pm beträgt.
Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (1) eine hohe thermische Stabilität aufweist.
Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 9
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (1) eine hohe mechanische Festigkeit aufweist.
1 1. Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (V, 5) eines Rohrleitungssystems nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 10
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindung des Verbindungselements (1) über Dichtfläche mit dem weiteren Bauteil (V, 5) gasdicht ist,
wobei das weitere Bauteil (1 ', 5) aus dem gleichen Leichtmetall oder
Leichtmetalllegierung besteht, wie das Verbindungselement (1).
12. Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leckrate einer Verbindung des Verbindungselements (1 ) mit dem weiteren Bauteil (1 ', 5) unter Helium-Standard-Bedingungen kleiner 10"7 mbar/l/s bevorzugt 10"8 mbar/l/s und besonders bevorzugt 0"9 mbar/l/s ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes (1 ) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12
dadurch gekennzeichnet, dass
die metallisch harte Beschichtung (2) elektrochemisch aufgebracht wird.
1 . Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil eines Rohrleitungssystems gemäß Anspruch 13
dadurch gekennzeichnet, dass
die metallisch harte Beschichtung (2) mit Hilfe eines Pulsabscheideverfahrens aufgebracht wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes ( ) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1 ', 5) eines Rohrleitungssystems gemäß Anspruch 14
dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch harte Beschichtung (2) nach Happy-Plating-Rampart-Verfahren auf das Verbindungselement aufgebracht wird.
EP17722653.7A 2016-03-21 2017-03-15 Verbindungselement zur gasdichten verbindung mit weiteren bauteilen für rohrleitungssysteme Withdrawn EP3433524A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016105168.3A DE102016105168A1 (de) 2016-03-21 2016-03-21 Verbindungselement zur gasdichten Verbindung mit weiteren Bauteilen für Rohrleitungssysteme
PCT/DE2017/100208 WO2017162235A1 (de) 2016-03-21 2017-03-15 Verbindungselement zur gasdichten verbindung mit weiteren bauteilen für rohrleitungssysteme

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