DE102016105168A1

DE102016105168A1 - Connecting element for gas-tight connection with other components for piping systems

Info

Publication number: DE102016105168A1
Application number: DE102016105168.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Luckscheiter
Original assignee: Allectra GmbH
Current assignee: Allectra GmbH
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2017-09-21
Also published as: WO2017162235A1; EP3433524A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil 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 auf.The invention relates to a connecting element for gas-tight connection with a further component of a pipeline system, wherein the connecting element consists of a light metal or a light metal alloy and comprises a sealing surface. The sealing surface is a contact surface to the component to be connected and has a metallically hard coating on the surface.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verbindungselement zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil eines Rohrleitungssystems sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.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.

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.For gas-tight connections (leak rates <10-6 mbar · l / s He) seals made of metal are necessary at detachable connection points. Since heating of the components is necessary to achieve pressures of less than 10-9 mbar, the connections must be bakeable. Typical flange systems are Conflat flanges (CF flanges) 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 z. B. VCR ^® compounds with metallic sealing discs used. Elastomer or plastic gaskets can not be used in these applications (low temperatures: no reliable sealing, high temperatures: seal destruction, high pressure: not stable enough, generally: gas permeability too high). Even with high-purity gas supplies metallic seals are used.

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.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 joint must have a higher strength than the sealing material. This avoids permanent deformations on the side of the flanges. These flanges are typically made of steel, stainless steel and titanium.

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.For many applications, the use of flanges and tubes made of aluminum and aluminum alloys is advantageous. Aluminum is easily machinable, non-magnetic, extrudes, has high thermal conductivity and is little activated by radioactive radiation. In addition, at low pressures, aluminum exits less than steel and less "pollutes" the vacuum.

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.In the refrigeration and air conditioning industry mainly pipes made of aluminum and copper are used. Since suitable releasable fasteners for the desired small leak rates are missing, the components are usually soldered together, which makes maintenance and service more expensive.

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 ( US 5836623 ). Dieses System ist schwierig herzustellen (z. B. mittels Sprengplattierung) und daher kostenintensiv.In order to achieve detachable connections between aluminum components, essentially two methods are used. On the one hand, flanges are used which typically have a hard side made of stainless steel and for the most part consist of aluminum ( US 5836623 ). This system is difficult to produce (eg by explosive plating) and therefore costly.

Zum anderen werden Flansche aus Aluminium verwendet, die eine Dichtfläche aufweisen, die mittels Ionenimplantation gehärtet wird ( DE 29918170 ). 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.On the other hand, aluminum flanges are used, which have a sealing surface which is hardened by means of ion implantation ( DE 29918170 ). In addition, 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 too low for conventional copper seals hardness.

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.The previously known from the prior art releasable compounds and their production methods have in common that they are complex and therefore expensive to produce. In addition, temperature stability and wear resistance of the previously known compounds sometimes do not meet the requirements of an ultra-high vacuum.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verbindungselement bereitzustellen, das zu geringeren Kosten zudem bessere thermische und mechanische Eigenschaften aufweist als bisher eingesetzte Verfahren.It is therefore an object of the invention to provide a connecting element, which also has better thermal and mechanical properties at lower costs than previously used methods.

Die Aufgabe wird das durch in Anspruch 1 beschriebene Verbindungselement und durch das in Anspruch 13 beschriebene Verfahren zu seiner Herstellung gelöst.The object is achieved by the connection element described in claim 1 and by the method described in claim 13 for its preparation.

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.According to the invention, a gas-tight connection between a connecting element and a further component of a pipeline system is produced. In this case, the connecting element made of light metal or a light-alloy. In the context of this invention, the light metal is aluminum or an aluminum alloy. The contact surface with the component of the piping system to be connected is at the same time a sealing surface and connects gas-tight (leak rates <10 ^-6 mbar · l / s He) both components by means of a metallic seal. The sealing surface of the connecting element has a metallically hard coating. The hardness of the coating is greater than 120 HV. This has the advantage over the prior art that the connection between the connecting element and the component of the pipeline system is simpler and therefore less expensive to produce. In a preferred embodiment of the invention, the connection is a detachable connection.

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.In a further embodiment of the invention, the connecting element is a flange. Gas-tight pipe flange connections are used in vacuum technology for many applications. In the ultra-high-vacuum technology, these are The connections are detachably connected by means of a metallic seal, so that the pipe-flange connection can be heated up to 200 ° C. The sealing surface of the connecting element must therefore be harder than the metallic seal and be resistant to the maximum operating temperature.

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”.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 easier and thus cheaper to produce than their production z. B. 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".

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 order to achieve a high wear resistance of the sealing surface connecting element pipeline component, this is provided on the side of the connecting element with a hard layer. In a further embodiment, this coating is according to the invention a nickel-based coating. Nickel-based coatings are corrosion-resistant and have a hardness of up to 1100 HV 0.1. The coatings can be applied in different ways.

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 a further embodiment of the invention, the nickel-based coating has no ferromagnetic properties. This nickel coating may have a phosphorus content. From a phosphorus content of 9-10 wt .-% loses the nickel-based coating their ferromagnetic properties.

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.In a further embodiment according to the invention, the nickel-based coating can be composed of a plurality of individual layers. The layers can be applied both galvanically and chemically, and the exact control of the layer structure allows properties such as hardness, surface accuracy and wear resistance to be specifically varied. By incorporating further elements into the layer, in particular by the phosphorus content, the magnetic properties of the coating can be controlled in addition to the hardness. As the proportion of phosphorus increases, the hardness of the coating decreases. Thus, a nickel-based coating with a phosphorus content of 5 wt .-% has a hardness of 600 HV 0.1, with 13 wt .-% phosphorus only a hardness of 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.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.

Die metallisch harte Beschichtung weist erfindungsgemäß eine Schichtdicke von mindestens 25 μm auf. Bevorzugt weit die Beschichtung eine Dicke von 30 μm, besonders bevorzugt wird eine Schichtdicke von mindestens 50 μm. So ist eine hohe Verschleißfestigkeit und Härte der Beschichtung gewährleistet, damit diese durch Dichtungen aus z. B. Edelstahl nicht beschädigt werden.According to the invention, the metallically hard coating has a layer thickness of at least 25 μm. The coating preferably has a thickness of 30 .mu.m, more preferably a layer thickness of at least 50 .mu.m. Thus, a high wear resistance and hardness of the coating is ensured so that it can be removed by seals from z. B. stainless steel will not be damaged.

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.The connecting element according to the invention has a high thermal stability. Ultra-high-vacuum systems made of aluminum are heated up to 200 ° C. The nickel-based coating is long-term stable under these temperatures. Interdiffusion or recrystallization does not occur.

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.Also, 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 heating. The strength of pure aluminum is typically about 70 MPa.

Mittels der Erfindung wird eine gasdichte Verbindung (Leckraten < 10^–6 mbar·l/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.By means of the invention, a gas-tight connection (leak rates <10 ^-6 mbar · l / s He) is produced between two components, of which at least one component consists of light metal or a light metal alloy. In a further development of the invention, the leakage rates achieved are less than 10 ^-7 mbar l / s, preferably less than 10 ^-8 mbar l / s and more preferably less than 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.The metallically hard layer can be applied to the connecting element according to the invention electrochemically. Furthermore, it is possible to apply the layer also galvanically or chemically.

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.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.

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.The Happy-Plating-Rampart-method ^© can also be used. Complex layer systems can be applied in this pulse deposition process. In addition, the layer thickness is applied evenly at the edges.

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: Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of the accompanying drawings, in which - by way of example - a preferred embodiment of the invention is shown. In the drawing shows:

1 Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung zweier Flansche mit Rohransatz 1 Cross-sectional view of a compound according to the invention of two flanges with pipe socket

2 Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Flanschverbindung von einem Flansch mit Rohransatz und einem Blindflansch 2 Cross-sectional view of a flange according to the invention of a flange with pipe socket and a blind flange

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Two embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description.

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. 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). With other union connectors or differently designed flanges larger pipe diameters can be realized.

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.The main body of the flange with pipe socket 1 . 1' consists of an aluminum alloy, eg. Eg AW-6060. This alloy is widely used in these applications, it is very weldable with a tensile strength of 240 N / mm2. The sealing washer 3 consists of aluminum or copper. Their thickness depends on the diameter 1 to 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 μm 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.The nickel-based coating 2 . 2 ' is applied on the areas in contact with the gasket. The coating has a thickness of 50 to 60 microns and is applied with the Happy-Plating-Rampart method ^© . This results in a multicrystalline layer with a hardness of 500 HV 0.1. To simplify the coating process, the tubes may be coated completely or over a wider area, which may provide additional protection against corrosion.

In 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 hergestelltIn 2 the connecting surface is a connecting element according to the invention 1 for connection with other components 1' . 5 a piping system shown. In this embodiment, the coating extends 2 just over the contact area, with a gasket 3 comes into contact. The coating 2 Ni base alloy is made by the Happy-Plating-Rampart process

3 zeigt eine erfindungsgemäße Flansch-Verbindung im Querschnitt, wie sie in Ultra-Hoch-Vakuum-Anwendungen (Drücke kleiner 10–9 mbar) zum Einsatz kommt. 3 shows a flange according to the invention in cross-section, as used in ultra-high-vacuum applications (pressures less than 10-9 mbar) is used.

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 ).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 on (after 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.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.

Weiterhin sind in 3 die Querschnittsflächen des Flansches mit Rohransatz 11, des Blindflansches 51 und der Dichtung 31 zu sehen.Furthermore, in 3 the cross-sectional areas of the flange with pipe socket 11 , the blind flange 51 and the seal 31 to see.

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 μm 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.The flanges 1 and 5 are at least in the area of the cutting edge provided with a nickel-based coating. The coating in this embodiment has a phosphorus content of greater than 9% and is therefore not ferromagnetic. In a further embodiment, 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 μm 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.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1'1, 1 ': Flansch mit RohransatzFlange with pipe socket
22: Beschichtungcoating
33: Dichtungpoetry
4, 4'4, 4 ': Schneidkantecutting edge
55: Blindflanschblind flange
1111: Querschnittsfläche des Flansches mit RohransatzCross-sectional area of the flange with pipe socket
1212: Schneidkantecutting edge
1313: Bohrungdrilling
3131: Querschittsfläche der DichtungCross sectional area of the gasket
41, 41'41, 41 ': Seitenfläche der BeschichtungSide surface of the coating
5151: Querschnittsfläche des BlindflanschesCross-sectional area of the blind flange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5836623 [0006] US 5836623 [0006]
DE 29918170 [0007] DE 29918170 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

ISO/TS 3669-2:2007 [0002] ISO / TS 3669-2: 2007 [0002]
ISO 3669-2 [0034] ISO 3669-2 [0034]

Claims

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.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system ( 1' . 5 ) wherein the connecting element ( 1 ) consists of a light metal or a light metal alloy wherein the connecting element comprises a sealing surface, wherein the sealing surface is a contact surface with the component to be connected, wherein the sealing surface on the surface of a metallically hard coating ( 2 ) having.

Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1', 5) eines Rohrleitungssystems nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass wobei das Verbindungselement (1) ein Flansch ist.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to claim 1, characterized in that the connecting element ( 1 ) is a flange.

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 Al-Legierungen mit einem Aluminiumgehalt von mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% und besonders bevorzugt mindestens 80% besteht.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting element ( 1 ) made of aluminum or an Al alloy having an aluminum content of at least 50%, preferably at least 60% and particularly preferably at least 80%.

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.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-3, characterized in that the metallically hard coating ( 2 ) is a Ni-based coating.

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.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to claim 4, characterized in that the metallically hard coating ( 2 ) is a non-ferromagnetic NiP coating.

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.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-5, characterized in that the metallically hard coating ( 2 ) is composed of several individual layers.

Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1', 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.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-6, characterized in that the metallically hard coating ( 2 ) is applied only on the sealing surface.

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 25 μm, bevorzugt mindestens 30 μm und besonders bevorzugt mindestens 50 μm beträgt.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-7, characterized in that the layer thickness of the metallically hard coating ( 2 ) is at least 25 microns, preferably at least 30 microns and more preferably at least 50 microns.

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.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-8, characterized in that the connecting element ( 1 ) has a high thermal stability.

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.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-9, characterized in that the connecting element ( 1 ) has a high mechanical strength.

Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1', 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 (1', 5) gasdicht ist, wobei das weitere Bauteil (1', 5) aus dem gleichen Leichtmetall oder Leichtmetalllegierung besteht, wie das Verbindungselement (1).Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-10, characterized in that the connection of the connecting element ( 1 ) via sealing surface with the further component ( 1' . 5 ) is gas-tight, whereby the further component ( 1' . 5 ) consists of the same light metal or light metal alloy as the connecting element ( 1 ).

Verbindungselement (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1', 5) eines Rohrleitungssystems nach Anspruch 11 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 10^–9 mbar/l/s ist.Connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to claim 11, characterized in that the leakage rate of a connection of the connecting element ( 1 ) with the further component ( 1' . 5 ) under helium standard conditions is less than 10 ^-7 mbar / l / s, preferably 10 ^-8 mbar / l / s and particularly preferably 10 ^-9 mbar / l / s.

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.Method for producing a connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 1-12, characterized in that the metallically hard coating ( 2 ) is applied electrochemically.

Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil eines Rohrleitungssystems gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 13 dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch harte Beschichtung (2) mit Hilfe eines Pulsabscheideverfahrens aufgebracht wird.Method for producing a connecting element for the gas-tight connection with a further component of a pipeline system according to one or more of Claims 13, characterized in that the metallically hard coating ( 2 ) is applied by means of a Pulsabscheideverfahrens.

Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselementes (1) zur gasdichten Verbindung mit einem weiteren Bauteil (1', 5) eines Rohrleitungssystems gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 14 dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch harte Beschichtung (2) nach Happy-Plating-Rampart-Verfahren auf das Verbindungselement aufgebracht wird.Method for producing a connecting element ( 1 ) for gas-tight connection with another component ( 1' . 5 ) of a pipeline system according to one or more of claims 14, characterized in that the metallically hard coating ( 2 ) after Happy-Plating-Rampart- Method is applied to the connecting element.