DE102009043632A1

DE102009043632A1 - Verfahren zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen

Info

Publication number: DE102009043632A1
Application number: DE102009043632A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Kummeth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-03-31
Also published as: CA2775609A1; EP2483580A1; CN102549316A; US20120186728A1; WO2011039187A1; JP2013506103A; KR20120079466A; RU2012117780A

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen (5, 6) umfasst die Schritte Bereitstellen einer ersten Einrichtung (2, 3) mit einer Oberfläche zum Abdichten (5, 6) einer Verbindungsstelle zwischen der ersten und einer zweiten Einrichtung (2, 3) gegenüber dem Durchtritt von Fluiden durch die Verbindungsstelle. Ein weiterer Schritt umfasst das Auftragen eines weichen Feststoffes auf die Oberfläche zum Abdichten (5, 6) und das Einpressen des weichen Feststoffes in Vertiefungen (8) in der Oberfläche zum Abdichten (5, 6).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen mit den Schritten Auftragen eines weichen Feststoffes auf die Oberfläche zum Abdichten und Einpressen des weichen Feststoffes in Vertiefungen in der Oberfläche zum Abdichten.
Bei Vakuumbehältern mit wieder verschließbaren Öffnungen werden häufig O-Ringe als Dichtungen eingesetzt. Dazu müssen die Dichtflächen, auf welche die O-Ringe gepresst werden, eine möglichst glatte Oberfläche besitzen. Insbesondere dürfen keine Riefen vorhanden sein, die quer zum Dichtmaterial des O-Rings verlaufen und ein Vakuumleck verursachen können.
Riefen und andere Beschädigungen der Dichtflächen werden zur Erzeugung der glatten Oberfläche in der Regel vor einem Abdichten durch zeitaufwändiges händisches Schleifen oder Polieren entfernt. Dies kann aber nur erfolgen, wenn die Riefen und Beschädigungen nicht zu tief sind, typisch weniger als ein hundertstel Millimeter. Bei großen Beschädigungen der Dichtflächen muss eine erneute maschinelle Nachbearbeitung der Dichtfläche auf einer Drehmaschine erfolgen.
Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen ist es, eine einfache, zeitsparende Methode anzugeben, mit deren Hilfe glatte Dichtflächen ohne Vertiefungen wie Riefen oder Beschädigungen wiederhergestellt werden können.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Unteransprüche und/oder Merkmale von Unteransprüchen untereinander kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen umfasst die Schritte Bereitstellen einer ersten Einrichtung mit einer Oberfläche zum Abdichten einer Verbindungsstelle zwischen der ersten und einer zweiten Einrichtung gegenüber dem Durchtritt von Fluiden durch die Verbindungsstelle, Auftragen eines weichen Feststoffes auf die Oberfläche zum Abdichten, und Einpressen des weichen Feststoffes in Vertiefungen in der Oberfläche zum Abdichten.
Durch den aufgetragenen weichen Feststoff werden schnell und einfach die Vertiefungen in der Oberfläche zum Abdichten aufgefüllt. Ein Abschleifen zum Entfernen der Vertiefungen oder ein Nachbearbeiten der Dichtfläche in einer Drehmaschine kann entfallen. Die Dichtflächen können glatt ausgebildet werden, wobei gerade Lecks durch Querriefen beim Abdichten vermieden werden. Bei Aufsetzen eines Dichtrings auf die Dichtfläche kann eine fluiddichte Verbindung zwischen Dichtring und Dichtfläche ausgebildet werden.
Die Oberfläche zum Abdichten kann vor den zuvor beschriebenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigt werden. Dadurch werden ein Auffüllen der Vertiefungen mit dem weichen Material und ein Ausbilden einer glatten Oberfläche erleichtert.
Eine Wärmebehandlung an dem weichen Feststoff kann nach den zuvor beschriebenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Dies kann ein vollständiges Befüllen von Vertiefungen mit dem weichen Material erleichtern oder ermöglichen, wobei eventuelle Luftblasen oder Freiräume weiter aufgefüllt werden.
Als weicher Feststoff kann ein Material verwendet werden, welches eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als das Material der Oberfläche der ersten Einrichtung. Die Wärmebehandlung kann in einem Temperaturbereich zwischen dem Schmelzpunkt des weichen Feststoffs und dem Schmelzpunkt des Materials der Oberfläche der ersten Einrichtung durchgeführt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass glatte Bereiche der Oberfläche der ersten Einrichtung ohne weichen Feststoff, d. h. ohne Vertiefungen, nicht beschädigt bzw. verformt werden.
Der weiche Feststoff kann von der Oberfläche zum Abdichten vollständig oder teilweise wieder abgetragen werden, mit Ausnahme des weichen Feststoffes in den Vertiefungen. Dadurch werden nur die Vertiefungen aufgefüllt und die Stabilität der Gesamtdichtfläche nicht unnötig verringert. Weicher Feststoff in Bereichen ohne Vertiefungen kann beim Abdichten mit Hilfe der zweiten Einrichtung stören und durch ein Fluid im abgedichteten Zustand zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung herausgedrückt werden. Dies kann zu einer Verschlechterung der Dichtungseigenschaften führen, an der Verbindungsstelle der Einrichtungen.
Das Abtragen kann in Form von Abschaben und/oder Abschleifen durchgeführt werden.
Als weicher Feststoff kann ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet werden. Insbesondere Metalle mit niedrigem Dampfdruck sind besonders gut geeignet. So kann z. B. als weicher Feststoff Blei und/oder Indium verwendet werden. Diese Materialien lassen sich leicht auftragen und verarbeiten und ergeben trotzdem eine stabile Befüllung der Vertiefungen, welche einem Fluid einen gewissen Widerstand entgegensetzt.
Alternativ kann als weicher Feststoff Epoxydharz verwendet werden. Der Epoxydharz kann flüssig aufgetragen werden und bildet in den Vertiefungen den Feststoff aus oder der Epoxydharz wird fest in die Vertiefungen gepresst. Anschließend kann überschüssiger Epoxydharz wieder abgetragen werden, so dass ausschließlich die Vertiefungen befüllt sind.
Das Material der Oberfläche der ersten Einrichtung kann aus einem Metall sein, insbesondere ein Edelstahl.
Alle Vertiefungen in der Oberfläche zum Abdichten sollten mit dem weichen Feststoff vollständig befüllt werden. Dann ergibt sich eine Oberfläche, welche in Verbindung mit der zweiten Einrichtung absolut fluiddicht abdichtet. Die Abdichtung ist besonders einfach herzustellen, wenn die Oberfläche zum Abdichten vollständig glatt ausgebildet ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch einen Vakuumbehälter mit Deckel und einer O-Ring Dichtung, und
2 eine Aufsicht auf eine Dichtfläche des Vakuumbehälters, welche mit einem O-Ring belegt ist, und
3 eine Aufsicht auf die Dichtfläche der 2 ohne O-Ring nach Benutzung mit Riefen vor Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 eine Schnittdarstellung durch den Hohlzylinder des Vakuumbehälters mit Riefen durch Abnutzung.
In 1 ist ein Schnitt durch einen hohlzylinderförmigen Vakuumbehälter 1 dargestellt. Der Schnitt erfolgt entlang einer Längsachse des Vakuumbehälters 1. Ein nach oben hin offener Hohlzylinder 2 sowie ein Deckel 3, zwischen denen ein O-Ring 4 angeordnet ist, bilden den Vakuumbehälter 1. Bei geschlossenem Zustand kann der Behälter 1 evakuiert werden und ein Vakuum ist über eine fluiddichte Verbindung des Deckels 3, des O-Rings 4 und des Hohlzylinders 2 im Inneren des Vakuumbehälters 1 über lange Zeiträume hin stabil. Luft als Fluid kann über die fluiddichte Verbindung nicht in den Innenraum des Vakuumbehälters 1 gelangen.
Für eine fluiddichte Verbindungen zwischen Hohlzylinder 2 und O-Ring 4 sowie zwischen Deckel 3 und O-Ring 4 ist Vorraussetzung, dass die Dichtflächen 5, 6 möglichst glatt ausgebildet sind. Je glatter die Dichtflächen 5 und 6 ausgebildet sind, desto weniger Druck muss auf den Dichtring 4 zum Abdichten ausgeübt werden bzw. desto besser verschließt der Vakuumbehälter 1 fluiddicht.
In 2 ist eine Aufsicht auf den in 1 dargestellten Hohlzylinder 2 ohne Deckel 3 gezeigt. In Aufsicht auf die Öffnung des Hohlzylinders von Oben ist der Hohlzylinder bzw. dessen Wandung kreisrund, ringförmig ausgebildet. Auf der Oberseite der Wandung des Hohlzylinders 2 setzt der O-Ring 4 zum Dichten auf. Die Dichtfläche 5 ist die Fläche unterhalb des O-Ringes auf der Oberseite der Wandung des Hohlzylinders 2, welche in Aufsicht den Innenraum 7 des Hohlzylinders 2 vollständig umschließt. Der O-Ring 4 ist in der Regel in einer Nut im Deckel 3 befestigt, kann alternativ aber auch auf der Dichtfläche 5 aufliegen bei geöffnetem Vakuumbehälter 1.
Der Hohlzylinder 2 und der Deckel 3 sind z. B. aus Edelstahl. Der O-Ring 4 ist zum Erreichen einer guten Dichtung bis in den Bereich des Ultrahochvakuums z. B. aus Kupfer ausgebildet. Es können bei geringeren Druckunterschieden zwischen dem Innenraum 7 und der Umgebung des Vakuumbehälters 1 im geschlossenem Zustand, z. B. bei Ausbildung von einem einfachen Vakuum im Innenraum 7, auch Materialien für den O-Ring verwendet werden wie z. B. Kautschuk, Gummi, oder Teflon.
In 3 ist die Dichtfläche 5 nach Benutzung oder mit Fertigungsfehlern, d. h. nach Öffnen eines geschlossenen, dichten Vakuumbehälters 1 und entfernen des O-Rings 4 dargestellt. Es sind der Einfachheit halber nur in einem Ausschnitt Riefen und Rillen bzw. Vertiefungen 8 dargestellt. Die Vertiefungen 8 sind auf der Dichtfläche 5 ausgebildet und entstehen beim Entfernen des O-Rings 4. Beim Abdichten des Vakuumbehälters 1 wird das Material des Hohlzylinders 2 mit dem Material des O-Rings 4 so stark zusammengepresst, dass die Materialien miteinander mechanisch stabile Verbindungen ausbilden, welche nach dem Ende der Druckbeaufschlagung zum Abdichten des Vakuumbehälters 1 weiter bestehen. Analoges gilt für den Deckel 3 im Bereich der Dichtfläche 6. Beim Entfernen des O-Rings 4 von der Dichtfläche 5 und/oder 6 wird gleichzeitig Material von der Dichtfläche 5 und/oder 6 entfernt, welches zum Hohlzylinder 2 bzw. Deckel 3 gehört. Es bilden sich in den Dichtflächen 5 und/oder 6 Vertiefungen aus. Umgekehrt kann auch Material des O-Ringes 4 an den Dichtflächen 5 und/oder 6 „kleben” bleiben und zu einem Aufrauen der zuvor glatten Dichtflächen 5 und/oder 6 führen. Vor einer erneuten Benutzung und einem erneuten Abdichten des Vakuumbehälters 1 müssen die Unebenheiten in den Dichtflächen 5, 6 beseitigt werden, damit eine Vakuumdichtung erreicht werden kann.
In 4 sind exemplarisch in einer Schnittdarstellung durch den Hohlzylinder 2 Vertiefungen 8 dargestellt. Zur besseren Veranschaulichung sind die Vertiefungen 8 überdimensional groß dargestellt. In der Regel sind die Vertiefungen 8 in der Größenordnung von bis zu wenigen Mikrometern in der Breite und der Tiefe und können als Löcher oder Gräben ausgebildet sein. Um die Vertiefungen 8 zu beseitigen, kann Material wie z. B. Indium oder Blei auf die Dichtflächen 5 und/oder 6 gegeben werden, welches in die Vertiefungen 8 verpresst wird. Ein luftblasenfreies Befüllen der Vertiefungen 8 wird dadurch erreicht. Auf Grund der mechanischen Eigenschaften des Füllmaterials und des Materials des Hohlzylinders 2 bzw. Deckels 3, wobei letzteres eine viel höhere mechanische Stabilität aufweist, kann überschüssiges Füllmaterial von der Dichtfläche 5 und/oder 6 entfernt werden ohne Material des Hohlzylinders 2 bzw. des Deckels 3 zu entfernen. Dies kann z. B. durch Abkratzen oder Abschaben von Füllmaterial von der Dichtfläche 5 und/oder 6 erfolgen, wobei auf der Dichtfläche 5 und/oder 6 nur Füllmaterial in Vertiefungen verbleibt. Es wird eine glatte Dichtfläche 5 und/oder 6 geschaffen, welche ein erneutes vakuumdichtes Abdichten des Vakuumbehälters 1 erlaubt.
Alternativ zu Indium oder Blei können auch Materialien wie z. B. Kunstharze zum Befüllen der Vertiefungen 8 verwendet werden. So kann Epoxydharz in die Vertiefungen 8 gefüllt und verpresst werden und nach Austrocknen überschüssiges Harz von der Dichtfläche entfernt werden. Durch eine Wärmebehandlung kann das Aushärten des Harzes beschleunigt und verbessert werden. Es kann auch ausgehärtetes Material direkt zum Verpressen dienen. Bei Verwendung von Metall wie z. B. Indium kann eine Wärmebehandlung zu einer besseren Befüllung der Vertiefungen 8 führen. Ein geringer Dampfdruck des Füllmaterials erlaubt die Ausbildung von Vakuum im Vakuumbehälter 1 ohne oder im Wesentlichen ohne ein Abdampfen des Füllmaterials. Durch die erneut glatten Oberflächen der Dichtflächen 5 und 6 wird in Verbindung mit dem O-Ring 4 ein erneuter, fluiddichter Verschluss des Vakuumbehälters 1 möglich. Ein aufwendiges Schleifen und Polieren der Dichtflächen 5 und/oder 6, oder bei kleineren Vakuumbehältern 1 eine Bearbeitung in einer Drehmaschine, kann entfallen. Dies spart Zeit und Kosten.

Claims

Verfahren zur Beseitigung von Unebenheiten in Dichtflächen (5, 6) mit den Schritten: a) Bereitstellen einer ersten Einrichtung (2, 3) mit einer Oberfläche zum Abdichten (5, 6) einer Verbindungsstelle zwischen der ersten und einer zweiten Einrichtung (2, 3) gegenüber dem Durchtritt von Fluiden durch die Verbindungsstelle, und b) Auftragen eines weichen Feststoffes auf die Oberfläche zum Abdichten (5, 6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zum Abdichten (5, 6) vor dem Schritt b) gereinigt wird und/oder ein Schritt c) Einpressen des weichen Feststoffes in Vertiefungen (8) in der Oberfläche zum Abdichten (5, 6) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmebehandlung an dem weichen Feststoff nach dem Schritt b) und/oder c) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weicher Feststoff ein Material verwendet wird, welches eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als das Material der Oberfläche der ersten Einrichtung (5, 6).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich zwischen dem Schmelzpunkt des weichen Feststoffs und dem Schmelzpunkt des Materials der Oberfläche der ersten Einrichtung (5, 6) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weiche Feststoff nach Schritt b) oder c) von der Oberfläche zum Abdichten (5, 6) vollständig oder teilweise abgetragen wird, mit Ausnahme des weichen Feststoffes in den Vertiefungen (8).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen in Form von Abschaben und/oder Abschleifen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weicher Feststoff ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als weicher Feststoff ein Metall mit niedrigem Dampfdruck verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als weicher Feststoff Blei und/oder Indium verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weicher Feststoff Epoxydharz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Material der Oberfläche der ersten Einrichtung (5, 6) ein Metall, insbesondere ein Edelstahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Vertiefungen (8) in der Oberfläche zum Abdichten (5, 6) mit dem weichen Feststoff vollständig befüllt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche zum Abdichten (5, 6) vollständig glatt ausgebildet wird.