DE3042097A1

DE3042097A1 - Flanschdichtung

Info

Publication number: DE3042097A1
Application number: DE19803042097
Authority: DE
Inventors: Eduard Albert 8000 München Maier
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1982-07-22
Also published as: FR2494392A1; GB2087023B; US4406458A; DE3042097C2; GB2087023A

Description

30A2097

10880/Sch/Ro

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Bunsenstraße 10, 3400 Göttingen

Flanschdichtung

Die Erfindung betrifft eine Flanschdichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

In der deutschen Patentanmeldung P 28 17 666.1 ist ein elektrisch isolierender Rohranschluß für überdruck- oder Vakuumanl riqeii, insbesondere in der Beschleunigungstechnik, beschrieben, bei denen einzelne Rohrleitungsabschnitte unter gegenseitiger elektrischer Isolierung druckdicht miteinander verbunden werden müssen, wobei die Verbindungsstelle auch höhere Temperaturen aushalten muß. Zwischen den zu verbindenden Flanschen befindet sich eine zugleich als Dichtungskörper und elektrischer Isolator wirkende Ringscheibe aus einem polymeren Kunststoff, beispielsweise einem Polyimid- oder Aramidharz, das hinsichtlich seiner mechanischen, insbesondere der Verschleiß- und Kriech-Festigkeit metallische oder keramische Werkstoffe weit übertrifft. Der Außendurchmesser der Ringscheibe ist kleiner als der Flanschaußendurchmesser, und die überstehenden Flanschteile sind in üblicher Weise durch in isolierenden Bundbuchsen geführte Bolzen verschraubt.

Auch bei feinster Oberflächenbearbeitung der üblichen Isolationswerkstoffe verbleibt jedoch auch eine gewisse Oberflächenrauhigkeit, die eine völlige Vakuumabdichtung unmöglich macht. Um diese Rauhigkeit auszufüllen, verwendet man üblicherweise Vakuumfett, das

jedoch den Nachteil hat, bei sehr hohem Vakuum infolge seines Dampfdruckes in das Vakuum hinein zu diffundieren und dies zu verunreinigen. Als Alternative hat man daher auch die Oberflächen versiegelt, namentlich bei isolierenden Ringscheiben oder Dichtrahmen aus Hartglasgewebeplatten, die praktisch nicht vollständig poren- und kapillarenfrei hergestellt werden können. Die Oberflächenversiegelung ist jedoch recht aufwendig und außerdem anfällig gegen Beschädigungen, so daß häufig Reparaturen durch erneuten Harzauftrag und Nachschleifen bzw. Polieren von Hand erforderlich sind. Die bei den bekannten Dichtrahmen auftretenden Schwierigkeiten erhöhen sich zunehmend, wenn die Abmessungen des Dichtrahmens größer werden.

Die Aufgabe dor Erfindung besteht in der Schaffung eines Dichtrahinens, welcher auch bei großen Abmessungen ein hohes Vakuum ohne Fett oder Oberflächenversiegelung abzudichten gestattet und hohen mechanischen, thermischen und elektrischen Beanspruchungen standhält. Dieser Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Flanschdichtung eignet sich besonders gut für torusförmige Vakuumgefäße, wie sie beim magnetischen Plasmaeinschluß verwendet werden. Derartige Gefäße bestehen beispielsweise aus zwei elektrisch gegeneinander isolierten Hälften, die vakuumdicht zusammengeflanscht sind. Zwischen den Flanschen befindet sich ein Dichtrahmen aus Isoliermaterial, der mechanisch auf Druck und Rc-horunq und außerdem thormisch und elektrisch beansprucht ist. Als Druckfestigkeit sind 80 N/rani^J , als Scherfestigkeit 25 N/mm² zu fordern, während die Dauertemperaturfestigkeit bei Druckbelastung 150° und ohne mechanische Belastung 180° betragen muß. Die elektrische Spannungsfestigkeit

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muß in der Größenordnung von 200 V/mm liegen. Die Scherbeanspruchung ist auf magnetische Kräfte zurückzuführen, welche zu Relativbewegungen der beiden Torushälfton in den Flanschebenen in der Größenordnung einiger Zehntel Millimeter führen.

Diese Forderungen lassen sich durch die erfindungsgemäß ausgebildete Flanschdichtung gut erfüllen. Bei einem Dichtrahmen aus glasfaserverstärktem Kunststoff erreicht man ohne weiteres eine Temperaturbeständigkeit bis 230° C, eine Durchschlagsfestigkeit bis 40 kV/10 mm, eine Kriechstromfestigkeit KC = 180 sowie eine Druckfestigkeit von 500 N/cm².

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Dichtrahmens und

Fig. 2 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung einer Flanschverbindung unter Verwendung des Dichtrahmens gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Dichtrahmen 1 ist in seiner Form dem Querschnitt eines torusförmigen Vakuumgefäßes angepaßt. Wie Fig. 2 zeigt, ist er zwischen zwei Flanschen 2a und 2b angeordnet, die mittels schematisch angedeuteter Schraubbolzen zusammengedrückt werden. Der Dichtrahmen 1 besieht vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff der erforderlichen mechanischen thermischen und elektrischen Ii i cjensclui Π en und weist beiderseitig Ausnehmungen in Form einer umlaufenden Nut 4 auf,

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in welche Dichtschienen 5 eingeklebt sind, die vorzugsweise aus einem unmagnetischen Metall bestehen. Im dargestellten Beispiel sind die Dichtschienen 5 nicht zentrisch im Querschnitt des Dichtrahmens 1 angeordnet, sondern sie sind etwas nach außen versetzt, während die im einzelnen nicht dargestellten Bohrungen für den Schraubbolzen 3 nach innen versetzt sind.

In den aufeinander zu weisenden Flächen der Flansche 2a und 2b sind gegenüber den Dichtschienen 5 des Dichtrahmens 1 Nuten 6 zur Aufnahme von Dichtringen 7 in Form von O-Ringen ausgebildet. Diese doppelten O-Ringe 7 legen sich gegen die Dichtschienen 5 und bilden einen vakuumdichten Abschluß, ohne daß hierzu Vakuumfett verwendet werden müßte. Zwischen dem inneren und dem äußeren O-Ring ist in beiden Flanschen weiterhin ein Ringkanal 8 ausgebildet, der einen Zwischen-Vakuumraum in der durch die beiden O-Ringe bewirkten doppelten Abdichtung bildet.

Die für die erwähnten Beanspruchungen zur Verfügung stehenden Isoliermaterialien für den Dichtrahmen 1 lassen sich nicht mit so glatten Oberflächen ausbilden, daß die üblichen O-Ringe 7 eine genügend gute Vakuumabdichtung ergeben würden. Vielmehr lassen sich Poren, Blasen, Oberflächenrisse, Riefen etc. in den Dichtflächen 1a und 1b praktisch nicht so weit vermeiden, wie es für die sichere Abdichtung eines höheren Vakuums erforderlich ist, so daß man bisher mit Oberflächenversiegelung oder Vakuumfett arbeiten mußte. Durch die Verwendung metallischer Dichtschienen im Bereich der eigentlichen Vakuumdichtung, also der O-Ringe 7, wird dieser Nachteil überwunden, da sich Metalle im Gegensatz zu den hier brauchbaren Kunststoffen bis zu einer genügend kleinen Oberflächenrauhigkeit bearbeiten lassen, bei welcher eine Oberflächenversiegelung oder eine Fettdichtung nicht mehr erforderlich ist. Bei Anwendung in einem Magnetfeldern

ausgesetzten Vakuumgefäß wird ein uranagnetisch.es Metall verwendet, welches keine Störungen des Magnetfeldes hervorruft. Bei Temperaturbeanspruchungen ist fe?rner darauf zu achten, daß das Material des Dichtrahmens und das Material der Dichtschienen sowie der zum Einkleben der Dichtschienen in den Dichtrahmen verwendete Klebstoff miteinander kompatibel sind, also etwa gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, damit die Verklebung dicht bleibt. Die Abmessungsverhältnisse kann man gegebenenfalls so wählen, daß die Dichtschienen 5 etwas dicker als die Tiefe der Nuten 4 ist, so daß die Dichtschienen etwas über die Oberflächen 1a, 1b des Dichtrahmens hinausstehen, wenn dies für bestimmte Anwendungsfälle zweckmäßig ist.

Während die bisher üblichen Dichtrahmen aus Isoliermaterial ohne eingesetzte Dichtschienen 5 sich nicht mit dor für Hochvakuumdichtungen erforderlichen Oberflächengüte ausbilden ließen und daher Versiegelungsschichten oder Vakuumfette erforderten, lassen sich die Dichtschienen 5 aus beliebigen Materialien in geeigneter Weise auswählen, bei welchen die erforderliche Oberflächengüte ohne derartige Maßnahmen erreichbar ist. Dadurch kann die für Abdichtungen übliche und preiswerte O-Ring-Technik beibehalten werden, die bei sehr hohem Vakuum auch mehrstufig mit Zwischen-Vakuumräumen ausgebildet werden kann, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist. Wegen dieser konventionellen Technik, die keine aufwendigen Sondermaßnahmen erfordert, lassen sich auch die Kosten relaliv gering halten. Auch ist es mit den in den Dichtrahmen 1 eingesetzten Dichtschienen 5 möglich, Dichtrahmen mit sehr großen Abmessungen herzustellen, welche eine zuverlässige Hochvakuumabdichtung auch bei sehr großen Vakuumgefäßen erfordert, wie sie etwa für den magnetischen Plasmaeinschluß erwünscht werden.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch bei anderen Vakuumgefäßen angewandt werden, wo es darauf ankommt, sehr große Flansche zuverlässig hochvakuumdicht miteinander zu verbinden. Hierbei bereitet die gegenseitige elektrische Isolierung der beiden Flanschteile keine Probleme, da der Dichtring aus einem beliebigen, für die betreffenden (mechanischen, thermischen, elektrischen etc. ) Beanspruchungen geeigneten Isoliermaterial bestehen kann, ohne daß auf dessen erreichbarer Oberflächengüte Rücksicht genommen werden müßte. So kann man für den Dichtrahmen ein Material wählen, welches sich beispielsweise problemlos bis /.u den er forcier! iclion Temperaturen ausheizen läßt, um später im VakuumbeLrieb unLer Belastung keine Verunreinigungen in das Vakuum mehr abzugeben. Ferner kann das Material auf die benötigte Druck- und Scherfestigkeit hin ausgewählt werden und/oder auf die elektrische Isolationsfähigkeit, die im Einzelfall benötigt wird. Als geeignetes Material hat sich glasfaserverstärkter Kunststoff erwiesen, der mit den gewünschten Eigenschaften verfügbar ist, also die Anforderungen nach einer Temperaturbeständigkeit von 23O°C, einer elektrischen Durchschlagsfestigkeit bis 40 kV/10 mm, einer Kriechstromfestigkeit KC = 180 und einer Druckfestigkeit bis 500 N/cm² erfüllt, wie es bei einem praktisch gebauten Vakuumgefäß für magnetischen Plasmaeinschluß erforderlich war.

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-3 :

Leerseite

Claims

DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING.WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESIA STRASSF '11 N^.'UOS PoStfäCft POBIFACH (16 Oft 60 , , ., _

D-ΘΟΟΟ MUENCHEN 86^h<'^w ' O.ßoX

86 02 00.

TELlFON 08^/47 69 06 47 68 19

AB SEPT. 1980: 4 70 6006 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ

10880/Sch/Ro.

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Bunsenstraße 10, 3400 Göttingen

Flanschdichtung Patentansprüche

My Flanschdichtung mit einem zwischen zwei druckdicht zu verbindenden Flanschen angeordneten und an diesen mit seinen beiderseitigen Dichtflächen anliegenden, in sich geschlossenen Dichtrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiderseitigen Dichtflächen (1a,b) des Dichtrahmens (1) mindestens je eine entlang der betreffenden Dichtfläche umlaufende Nut (4) ausgebildet ist, in welche eine der Nut entsprechende , vorzugsweise metallische, ebenfalls in sich geschlossene Dichtschiene (5) eingefügt ist, welche gegebenenfalls etwas über die betreffende Dichtfläche übersteht.
2) Flanschdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dichtschienen (5) in die Nuten (4) eingeklebt sind.

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 6 9148-800 · BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 7OO 200 40) KTO. 60 60 25 73 78 SWIfT HYPO DE Ml

OFUGINAL INSPECTED
3) Flanschdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Materialien des Dichtrahmens (1), der Dichtschiene (5) und des Klebers hinsichtlich thermischer Belastung weitgehend kompatibel sind.
4) Flanschdichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Dichtrahmen (1) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
5) Flanschdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- ·/. ο \ c h η e t , daß der Dichtrahmen (1) aus glasfaserverstärktem Kunststoff besteht.
6) Flanschdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschienen (5) aus einem unmagnetischen Material besteht.