DE2817665A1 - Vacuum flange seal - bounded by metal wire and elastomer ring elements - Google Patents
Vacuum flange seal - bounded by metal wire and elastomer ring elementsInfo
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Abstract
Description
Abdichtung zwischen ruhend aneinander liegenden DichtungsflächenSealing between sealing surfaces resting against one another
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtung zwischen zusammengepreßten, lösbar verbundenen Teilen mit ruhend aneinander liegenden Dichtungsflächen aus sich beim Zusammenpressen der Teile verformendem Material für Verschlüsse von oder Anschlüsse an Leitungen und Gefäßen, insbesondere für Ultrahochvakuum.The invention relates to a seal between compressed, releasably connected parts with sealing surfaces resting against one another Material that deforms when the parts are pressed together for closures of or connections on lines and vessels, especially for ultra-high vacuum.
Solche Abdichtungen werden z. B. bei einem Schwerionenbeschleuniger (Zyklotron) benötigt, der mit Vakuum von 1-x lo 7 Torr betrieben wird. Dabei dürfen nach vielen Zyklen des Pumpens/Belüftens keine Undichtigkeiten auftreten. Auch ist zu berücksichtigen, daß die Vakuumkammern bei Temperaturen von etwa 100 °C, teilweise bis ca. 300 °C ausgeheizt werden müssen. Von erheblicher Bedeutung ist außerdem, daß die abzudichtenden Öffnungen in der Größe stark unterschiedlich, insbesondere aber auch in der Form unregelmäßig sein können. Das bedeutet, zwischen den Dichtungsflächen sind Abdichtungen sowohl für gerade Strecken als auch für Kreisbögen oder sonstwie geformte Abschnitte von wenigen cm bis zu einigen Metern Länge vorzusehen.Such seals are z. B. in a heavy ion accelerator (Cyclotron) is required, which is operated with a vacuum of 1-x lo 7 Torr. Here are allowed no leaks occur after many cycles of pumping / venting. Also is to take into account that the vacuum chambers at temperatures of about 100 ° C, partially must be baked out to approx. 300 ° C. It is also of considerable importance that that the openings to be sealed vary greatly in size, in particular but can also be irregular in shape. That means between the sealing surfaces are seals for straight stretches as well as for circular arcs or otherwise provide shaped sections from a few cm to a few meters in length.
Eine Abdichtung gemäß der Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabenstellung Dichtungskörper aus drahtförmigem Halbzeug mit auf Stoß verbundenen Drahtenden und eine Halterung der in sich geschlossenen Dichtungskörper an eine der beiden Dichtungsflächen auf, wobei für jede abzudichtende Stelle mindestens ein Dichtungskörper, in jedem Fall mindestens ein Dichtungskörper aus starrem Material vorgesehen ist. Nicht nur die Materialkosten einerolchen Abdichtung sind äußerst gering, auch die Anforderungen an die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit sind-nicht besonders hoch. Natürlich ist eine solche Abdichtung auch für verschiedene andere Anwendungen geeignet und besonders einfach und zuverlässig zu handhaben.A seal according to the invention is intended to solve this problem Sealing body made of wire-shaped semi-finished product with butt-connected wire ends and a holder of the self-contained sealing body on one of the two sealing surfaces on, with at least one sealing body for each point to be sealed, in each Case at least one sealing body made of rigid material is provided. Not only the material costs of such a seal are extremely low, as are the requirements in terms of the quality of the surface finish are -not particularly high. Naturally Such a seal is also suitable for various other applications and particularly easy and reliable to use.
Ein Dichtungskörper aus dem starren Material kaiin z. B. ein an den Enden zusammengeschweißter Runddraht (0 zwischen etwa O ,5 mm und 3 mm) aus Reinaluminium (99,9 %) sein. Er wird beim Zusammenpressen der Dichtungsflächen auf etwa die hälfte seines ursprünglichen Durchmessers zusammengedrückt und fließt dafür entsprechend in die Breite. Ein zweiter, mit wenigen mm Abstand parallel geführter Dichtungskörper gleichen Durchmessers aus Gummi oder ähnlichem Wer stoff schützt z. B. in feuchter Atmosphäre das Aluminium vor O-:.ydation. Der Dichtungskörper aus dem starren Material dient dabei außerdem als Stützkörper, d. h., der Gummi bzw. das gummiähnliche Material wird ebenfalls nur bis etwa zur Hälfte des ursprünglichen Durchmessers und nicht weiter zusammengedrückt.A sealing body made of the rigid material kaiin z. B. one to the Ends of welded round wire (0 between about 0.5 mm and 3 mm) made of pure aluminum (99.9%). When the sealing surfaces are pressed together, it is reduced to about half its original diameter and flows accordingly in width. A second sealing body, guided in parallel with a distance of a few mm the same diameter made of rubber or similar who protects z. B. in damp Atmosphere the aluminum in front of O- :. ydation. The sealing body made of the rigid material also serves as a support body, d. that is, the rubber or the rubber-like material is also only up to about half the original diameter and not further compressed.
Für verhältnismäßig kleine abzudichtende Öffnungen regelmäßiger oder komplizierter Formen ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders geeignet, bei der eine Nase, die von einem verlängerten Drahtende eines Dichtungskörpers aus starrem Material gebildet ist, auf der vakuumfernen Seite des Dichtungskörpers über die Dichtungsfläche hinausragt und mit deren Hilfe der Dichtungskörper gehaltert wird. Für die Halterung solcher Dichtungskörper sind also keinerlei andersartige Vorkehrungen zu treffen.For relatively small openings to be sealed, more regular or complicated shapes, an embodiment of the invention is particularly suitable, with one nose extending from an extended wire end of a sealing body rigid material is formed, on the vacuum-remote side of the sealing body the sealing surface protrudes and with the help of which the sealing body is held will. There are no other types of seal for holding such sealing bodies Take precautions.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der grfl ndung weisen Federstifte in Sacklöchern mit die Federstifte in voller Länge aufnehmenden Bohrungen in einem der beiden lösbar verbundenen Teile als Halterung für Dichtungskörper -auf.- Die Dichtungskörper wurden hierbei fur b-eliebig geformte abzudichtende Öffnungen vor dem Verschraube der Teile auf etwa 99 % der erforderlichen Länge zugeschnitten und an den Enden verbunden, bevor sie üter- die Federstifte gespannt und dabei um etwa 1 W gedehnt werden Dichtungskörper aus starrem Material brauchen deshalb zuvor nicht gerichtet zu werden und e-rhalten be-im Aufspannen die erforderliche Gestalt.Particularly advantageous embodiments of the invention have spring pins in blind holes with the spring pins in full length receiving holes in one of the two detachably connected parts as a holder for sealing body -auf.- The Sealing bodies were here for any shaped openings to be sealed after screwing the parts cut to about 99% of the required length and connected at the ends before they üter- the spring pins are stretched and thereby about This means that sealing bodies made of rigid material do not need to be stretched by 1 W beforehand to be straightened and retain the required shape when being stretched.
Sie werden in ihrer Position von den Federstiften festgehalten, die ihrerseits beim Zusammenpressen der Dichtungsflächen lediglich in ihrer Federkraft so weit in die Bohrungen hineingedruckt werden, wie es fül- die Verformung der Dichtungskörpers erforderlich ist. Dabe-i ls-t auch bei komplizierten Gebilden zum Einbau der Abdichtung nur ein verhältnismäßig geringer Abstand zwischen den Dichtungsflächen erforderlich. Die Dichtungskörper können - und das ist ein besonderer Vorzug - bei komplizierten konstruktiven Gegebenheiten, die das Einschieben von geschlossenen dichtungskörpern von der Seite her nicht gestaten, mit noch nicht verbundenen Enden eingefädelt und sodann an den Enden verschweißt in ihre Position gebracht werden.They are held in place by the spring pins that in turn, only in terms of their spring force when the sealing surfaces are pressed together as far into the bores as is necessary for the deformation of the sealing body necessary is. Dabe-i ls-t even with complicated structures Installation of the seal only a relatively small distance between the sealing surfaces necessary. The sealing bodies can - and this is a particular advantage - at complicated constructive conditions, the insertion of closed sealing bodies not allowed from the side, with not yet connected ends threaded and then welded at the ends into their position.
Die Verformung der Dichtungskörper, fiir die ,be-i Aluminiumdraht von 2 mm Durchmesser eine verhältnismäßg geringe Anpreßkraft von etwa 380 kp je cm Drahtlänge und bei 1 mm Durchmesser je cm Drahtlänge etwa 250 kp erforderlich ist, erlaubt eine im Vergleich zu Ir- -kömmlichen Konstruktionen geringere Qualität der Oberflächenbe-Achaffenheit, d. h., die Dichtungsflächen brauchen nicht poliert zu sein.The deformation of the sealing body, for the, be-i aluminum wire of 2 mm diameter a relatively low contact pressure of about 380 kp each cm wire length and with a 1 mm diameter per cm wire length about 250 kp are required allows a lower quality compared to conventional constructions the surface condition, d. i.e. the sealing surfaces do not need to be polished to be.
von wesentlicher- Bedeutung ist eine Ausführungsform der Erfindung mit mindestens zwei Dichtungskörpern für jede abzudichtende Stelle mit einer Prüfbohrung Ein einem der beiden lösbar verbundenen Teile im bereich der Dichtungsfläche auf der vakuumfern Seite des dem Vakuum -näheren Dich tungskörpers.- Zwischen den beiden Dichtungskörpern kann ein Vorvakuum von etwa 10-2 Torr aufrechterhalten werden, wodurch der dem Vakuum nahe Dichtungskörper vor Korrosionen geschützt wird. Insbesondere Läßt sich aber eine solche Abdichtung für sich allein prüfen, ohne daß im gesamten System Unterdruck herrschen müßte, indem z. B. Helium zwischen die beiden Dichtungskörper der fertig zusammengebauten Verbindung eingelassen wird. Außerdem lassen sich notfalls kleine Leckagen in dem metallischen Dichtungskörper um einen Faktor 104 reduzieren. Für eine Prüfbohrung kann vorteilhaft: auch eine einen Federstift auEnehmende Bohrung mit verwendet werden.One embodiment of the invention is of essential importance with at least two sealing bodies for each point to be sealed with a test hole One of the two releasably connected parts in the area of the sealing surface the vacuum-remote side of the sealing body closer to the vacuum - between the two A fore-vacuum of around 10-2 Torr can be maintained for sealing bodies. whereby the sealing body close to the vacuum is protected from corrosion. In particular However, such a seal can be tested on its own, without it being tested as a whole System negative pressure would have to prevail by z. B. helium between the two seal bodies the fully assembled connection is admitted. In addition, if necessary reduce small leaks in the metallic sealing body by a factor of 104. For one Test bore can be advantageous: also a spring pin external bore can also be used.
In der Zeichung sind Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei zeigen: Figur 1: einen Flanschteil im Querschnitt, Figur 2: einen anderen Flanschteil im Querschnitt und Figur 3: einen Flanschteil in perspektivischer Darstellung.In the drawing, embodiments of the invention are shown schematically. They show: FIG. 1: a flange part in cross section, FIG. 2: another Flange part in cross section and FIG. 3: a flange part in perspective illustration.
In der Zeichnung ist in allen Figuren jeweils nur einer der beiden zusammengehörigen Teile für einen Verschluß oder einen Anschluß dargestellt. Der jeweils zugehörige andere Teil mit der korrespondierenden, ebenfalls planen Dichtungsfläche weist keinerlei besondere konstruktive Einzelheiten auf.In the drawing, there is only one of the two in each of the figures associated parts for a closure or a connection shown. Of the each associated other part with the corresponding, likewise flat sealing surface does not have any special constructive details.
Der in Figur 1 dargestellte FLanschtell 1 besitzt in seinem äußeren Bereich mehrere Bohrungen 4 für Verbindungselemente. Die zentral gelegene Öffnung 5 soll Vakuum fütiren. Im Bereich zwischen den Bohrungen 4 und der öffnung 5 befindet sich die Dichtungsfläche 14. Darauf sind für die Halterung der in geringem Abstand voneinander verlaufend Dichtungskörper 9 und 10 mindestens an deren Knickstellen Sacklöcher 7 für Federstifte 8 vorgesehen. Die Sacklöcher 7 weisen so tiefe Bohrungen auf, daß die Federstifte 8 dort in voller Lange aufgenommen werden können. Der Dichtungskörper 9 ist bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der vakuumnahe, der Dichtungskörper 10 der vakuumferne. Der vakuumnahe Dichtungskörper 9 besteht aus einem Metalldraht, insbesondere aus Reinaluminium (99,9 %), und besitzt einen Durchmesser zwischen etwa 0,5 bis etwa 3 mm. Der vakuumferne Dichtungskörper 10 besteht bei dieser Ausführungsform aus gummi oder entsprechendem Material, z.The flange 1 shown in Figure 1 has in its outer Area several holes 4 for fasteners. The centrally located opening 5 is supposed to supply vacuum. Located in the area between the bores 4 and the opening 5 the sealing surface 14. Thereupon are for the holder the at a short distance extending from each other sealing body 9 and 10 at least at their kinks Blind holes 7 for spring pins 8 are provided. The blind holes 7 have bores that are so deep on that the spring pins 8 can be received there in full length. The seal body In the embodiment shown in FIG. 1, 9 is the near-vacuum, the sealing body 10 the vacuum remote. The near-vacuum sealing body 9 consists of a metal wire, in particular made of pure aluminum (99.9%), and has a diameter between about 0.5 to about 3 mm. The sealing body 10 remote from the vacuum exists in this embodiment made of rubber or equivalent material, e.g.
einem thermoplastisehen Kunststoff,und weist die gleichen ursprünglichen Abmessungen wie der vakuumahe Dichtungskörper 9 aus starrem Material auf. Beom Zusammenpressen der Teile werden die Dichtungskörper verformt, d. h. etwa aud die Hälfte ihres ursprünglichen Durchmessers zusammengedrückt itnd dabei entsprechend verbreiter. Die Federstifte 8 werden so weit in die Sacklöcher 7 hineingedrückt, daß auch an diesen Halterungsstellen der Dichtungskörper eine ungehinderte Verformung stattfinden kann. Der Dichtungskörper 9 aus dem starren Material dient dabei -gleichzeitig als Stützkörper für den Dichtungskörper 10, der sich dadurch trotz der Elastizität dieses Werkstoffes nicht weiter verformen kann als der Dichtungskörper aus dem starren Material. Ein einenFederstift 8 aufnehmendes Loch 7 auf der vakuumfernen Seite des vakuumnahen Dichtungskörpers 9 ist als Durchgangs- und damit als Prüfbohrung 12 ausgebildet. Diese Prüfbohrung 12 mündet also in der Dichtungsfläche zwischen den heiden Dichtungskörpern 9 und 10.a thermoplastic plastic, and has the same original Dimensions such as the near-vacuum sealing body 9 made of rigid material. Beom squeezing of the parts, the sealing bodies are deformed, d. H. about half of their original The diameter is compressed and thereby widened accordingly. The spring pins 8 are so far into the blind holes 7 pushed in that too These mounting points of the sealing body take place unhindered deformation can. The sealing body 9 made of the rigid material serves at the same time as Support body for the sealing body 10, which is thereby despite the elasticity of this The material cannot deform any further than the rigid seal body Material. A hole 7 receiving a spring pin 8 on the vacuum-remote side of the The near-vacuum sealing body 9 is a through hole and thus a test hole 12 educated. This test bore 12 therefore opens into the sealing surface between the heiden sealing bodies 9 and 10.
Bei der in Figur 2 -dargestellten Ausführungsform- der Erfindung ist der Flanschteil 2 in seinem Zentrum mit einer Normaldruck führenden Öffnung 6 versehen. Dementsprechend befinden sich die Bohrungen 4 für die Verbindungselemente in deren unmittelbarer Nähe. In the embodiment of the invention shown in FIG is the flange part 2 in its center with a normal pressure leading opening 6 provided. The holes 4 for the connecting elements are accordingly located in their immediate vicinity.
Der Dichtungskörper 10 besitzt eine Nase 11, die von einem verlängerten Drahtende des Dichtungskörpers gebildet ist, und auf der vakuumfernen Seite des Dichtungskörpers über die Dichtungsfläche hinausragt. Sie dient zur Halterung des Dichtungskörpers 10 auf der Dichtungsfläche 15. The sealing body 10 has a nose 11, which is extended by an Wire end of the sealing body is formed, and on the vacuum remote side of the Sealing body protrudes over the sealing surface. It is used to hold the Sealing body 10 on the sealing surface 15.
Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform eines Flanschteils 3 ähnelt der in Figur 1 dargestellten. Auch hoer befindet sich also im Zentrum eine vakuumführende Öffnung 5. Der vakuumnahe Dichtungskörper 9 aus starrem Material ist über die Federstifte 8 gespannt.The embodiment of a flange part 3 shown in FIG. 3 is similar that shown in FIG. Also hoer is therefore a vacuum-conducting one in the center Opening 5. The near-vacuum sealing body 9 made of rigid material is over the spring pins 8 excited.
Auf seiner vakuumfernen. Seite ist in geringem Abstand der vakuumferne Dichtungskörper 10 ebenfalls überFederstifte gespannt. Im Bereich der Dichtungsfläche 16 zwischen den beiden Dichtungskörpern mundet eine Prüfbehrung 13. An den Ecken sind Bohrungen 4 für Verbindungselemente vorgesehen.On its vacuum-remote. Side is at a slight distance the one remote from the vacuum Sealing body 10 also tensioned via spring pins. In the area of the sealing surface 16 between the two sealing bodies opens a test bore 13. At the corners 4 holes are provided for connecting elements.
Die dargestellten und Beschriebene Ausführungsformen lassen sich auch bei herkömmlichen Flanchen und Dichtungsflächen an Gefäßen, insbesondere ohne ein komplettes Auswechseln z . bei beschädigten Schneiden oder als Ersatz anderer Dichtungsmittel oder -körper herkömmlicher Konstruktionen für Verschlüsse von oder Anschlüsse an Leitungen und Gefäßen verwenden.The illustrated and described embodiments can also with conventional flanges and sealing surfaces on vessels, especially without a complete replacement z. in the case of damaged cutting edges or as a replacement for other sealants or bodies of conventional constructions for closures from or connections to Use lines and vessels.
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