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Rohrverbindung
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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Rohrverbindungen, welche gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 (siehe
EP 0 758 067
A1 ) sind, spezieller auf Rohrverbindungen, die beispielsweise
bei der Herstellung von Halbleitern eingesetzt werden, wobei eine
besonders hohe Reinheit erforderlich ist.
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Der vorliegende Erfinder hat bereits
eine Rohrverbindung vorgeschlagen, welche beispielsweise zur Herstellung
von Halbleitern geeignet ist, wo eine extrem hohe Reinheit gefordert
wird. Mit Bezug auf die
6 enthält die vorgeschlagene
Rohrverbindung ein Paar rohrförmiger
Verbindungselemente
1,
2, eine ringförmige Dichtung,
welche zwischen aneinanderstoßenden
Endflächen
der Verbindungselemente
1,
2 angeordnet ist, und
Gewindemittel zur Verbindung der Verbindungselemente
1,
2,
wobei die aneinanderstoßenden
Endflächen der
Verbindungselemente
1,
2 je weils mit ringförmigen Dichtungsvorsprüngen
37,
38 ausgebildet
sind, so daß, wenn
die Gewindemittel vollständig
angezogen werden, Vertiefungen entsprechend den jeweiligen Dichtungsvorsprüngen
37,
38 in
den Endflächen
der Dichtung
3 erzeugt werden, wobei die jeweiligen inneren
Umfangsflächen
1a,
2a der
aneinanderstoßenden
Endflächen
der Verbindungselemente
1,
2 in etwa bündig mit
der inneren Umfangsfläche
3a der
Dichtung
3 werden. Die Rohrverbindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der
Dichtungsvorsprünge
37,
38 im
Schnitt eine Kontur aufweist, welche einen kreisbogenförmigen Bereich
37b (
38b),
der sich von der aneinanderstoßenden
Endfläche
radial nach außen
erstreckt und einen geraden Bereich
37a (
38a),
welcher sich von dem kreisbogenförmigen
Bereich
37b (
38b) aus erstreckt, aufweist (siehe
EP 0 758 067 A1 ).
Mit Bezugnahme auf dieselbe Zeichnung kann gesagt werden, daß die aneinanderstoßenden Endflächen jeweils
innere flache Bereiche
15,
16 haben, welche innerhalb
der Dichtungsvorsprünge
37,
38 vorliegen,
und jeweils äußere flache
Bereiche
17,
18 haben, welche außerhalb
der Vorsprünge
37,
38 positioniert
sind. Mit
9 und
10 sind ein zu starkes Anziehen
verhindernde ringförmige
Stege gekennzeichnet, welche in den äußeren Umgebungen der jeweiligen
aneinander stoßenden
Endflächen
ausgebildet sind.
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Die beschriebene Rohrverbindung hat
keine Flüssigkeitsauffangvertiefung,
wobei es unwahrscheinlich ist, daß die Rohrverbindung in der
inneren Umgebung der Dichtung Falten entwickelt, welche die Ansammlung von
Schmutz erlauben würden
und außerdem
ermöglicht
es die Rohrverbindung dem Handhaber, während des Anziehens des Gewindeelements
eine veränderte
Reaktion wahrzunehmen, welche die Vervollständigung der Anziehung anzeigt.
Somit hat die Rohrverbindung Eigenschaften, welche für die Herstellung
von Halbleitern geeignet sind. Jedoch hat die Verbindung das folgende
Problem. Da solche Rohrverbindungen, wenn sie schon einmal zusammengebaut
worden sind, ständig
auseinandergebaut und wieder zusammengebaut werden, hat die in 6 gezeigte Verbindung den
Nachteil, daß die
Dichtung 3 nur schwer beim Auseinanderbauen von den Verbindungselementen 1, 2 entfernbar
ist, da, falls die Dichtung 3 relativ zu den ersten und
zweiten Verbindungselementen 1, 2 axial bewegt
werden soll, die geraden Bereiche 37a, 38a der
Dichtungsvorsprünge 37, 38 in
die Dichtung 3 beißen,
wodurch eine erhöhte
Reibung erzeugt wird, wenn die Dichtung sich bewegt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Rohrverbindung bereitzustellen, welche leicht auseinander
baubar und wieder zusammenbaubar ist und welche unter keinen Umständen eine
Flüssigkeitsauffangvertiefung
aufweist, bei der es unwahrscheinlich ist, daß sich irgendwelche schmutzakkumulierende Falten
in der inneren Umgebung von deren Dichtung bilden, und es soll durch
die Rohrverbindung gewährleistet
sein, daß die
Vervollständigung
der Anziehung durch eine geänderte
Reaktion feststellbar ist, so daß die Rohrverbindung Eigenschaften
hat, welche sie geeignet für
den Einsatz bei der Herstellung von Halbleitern macht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wenn das Schraubenmittel angezogen
wird, geraten die Dichtungsvorsprünge der Verbindungselemente
in engen Kontakt mit den jeweiligen ihnen gegenüberliegenden Endflächen der
Dichtung, und dann kommt der innere Umfangsbereich der aneinanderstoßenden Endfläche von
jedem Verbindungselement in engen Kontakt mit dem inneren Umfangsbereich
der ihm gegenüberliegenden
Endfläche
der Dichtung, so daß ein
dichtender Effekt erzeugt wird und jegliche Flüssigkeit auffangende Vertiefung
eliminiert wird. Obwohl die Dichtung an derjenigen Position, an
der jeder Dichtungsvorsprung angeordnet ist, am stärksten deformiert wird,
entspricht diese Position nicht der inneren Umfangsfläche der
Dichtungsendfläche,
sondern liegt außerhalb
der inneren Umfangsfläche,
so daß der
Dichtungsbereich, welcher am stärksten
deformiert wird, außerhalb
des inneren Umfangsbereichs liegt. Folglich bildet sich keine Falte
in der inneren Umfangsfläche
der Dichtung, was die Wahrscheinlichkeit reduziert, daß sich Schmutz
in Falten ansammelt. Falls der in der Kontur des Vorsprungs enthaltene
gerade Bereich sich axial zur Verbindung erstreckt, entsteht das
Problem, daß die
Dichtung nur schwer entfernbar ist, wenn die Rohrverbindung auseinandergebaut
werden soll, wobei der gerade Bereich, welcher geneigt ist, dieses
Problem verhindert. Darüber
hinaus ermöglicht
es der Fortsatz dem Handhaber in leichterer Weise eine geänderte Reaktion
wahrzunehmen, als wenn ver gleichsweise der Vorsprung vollständig in
Form eines Kreisbogens vorliegt. Somit hat der Vorsprung sowohl
den Vorteil eines Fortsatzes, welcher vollständig in Form eines Kreisbogens
vorliegt und den Vorteil eines Fortsatzes, welcher einen axialen, geraden
Bereich aufweist.
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Falls die Neigung kleiner als 30° ist, hat
der Vorsprung den Nachteil, daß er
die Dichtung schwer entfernbar macht, d. h. das Problem ist der
Anwesenheit des axialen geraden Bereichs zuzuschreiben, während wenn
die Neigung größer als
60° ist,
ein Problem entsteht, welches dem Vorsprung zuzuschreiben ist, der
in seiner Gesamtheit bogenförmig
ist, d. h. daß der
Nachteil auftritt, daß eine
geänderte
Reaktion schwer wahrnehmbar ist. Entsprechend beträgt die Neigung
bevorzugt 30 bis 60° und
besonders bevorzugt ungefähr
45°.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Längsschnittansicht,
welche die die Erfindung verkörpernde
Rohrverbindung zeigt;
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2 ist
eine perspektivische Teilexplosionsansicht von 1;
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3 ist
eine vergrößerte Teilschnittansicht
von 1, welche die Verbindung
zeigt, wenn eine Schraubenmutter von Hand angezogen wird;
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4 ist
eine Ansicht, welche die Verbindung zeigt, wenn die Schraube vom
Zustand von 3 weiter angezogen
wird und vollständig
angezogen ist;
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5 ist
ein Graph, welcher das Verhältnis
zwischen dem Rotationswinkel der Schraube und dem Anzugsdrehmoment
zeigt, wenn die Verbindung angezogen ist, und
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6 ist
eine Ansicht, welche eine konventionelle Rohrverbindung zeigt, wenn
diese vollständig
angezogen ist.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Mit Bezug zu den Zeichnungen wird
nachstehend eine Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Basierend auf 1 werden in der folgenden Beschreibung
die Ausdrücke „links"
und „rechts"
verwendet.
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Mit Bezugnahme auf 1 und 2 enthält die gezeigte
Rohrverbindung ein erstes rohrförmiges
Verbindungselement 1, ein zweites rohrförmiges Verbindungselement 2,
eine ringförmige
Dichtung 3, welche zwischen der rechten Endfläche des
ersten Verbindungselements 1 und der linken Endfläche des
zweiten Verbindungselements 2 angeordnet ist, und einen
die Dichtung 3 haltenden Halter 5, welcher durch
das erste Verbindungselement 1 gehalten wird. Das zweite
Verbindungselement 2 ist an dem ersten Verbindung selement 1 durch
eine Schraubenmutter 4 befestigt, welche an dem Element
vorgesehen ist und auf das erste Verbindungselement 1 geschraubt
ist. Die aneinanderstoßenden
Endflächen
der jeweiligen Verbindungselemente 1, 2 haben
jeweils ungefähr
an ihrem radialen Mittelbereich ringförmige Dichtungsvorsprünge 7, 8,
sowie jeweils an ihrem äußeren Umfangsbereich
von jedem Element ringförmige,
ein zu starkes Anziehen verhindernde Stege 9, 10.
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Die Dichtung 3 hat gegenüberliegende
flache Endflächen,
welche in rechten Winkeln zur Achse der Verbindung stehen, und ist
an seiner äußeren Umfangsfläche mit
einem ein Wegrutschen verhindernden Bereich 3b bestückt, welcher
in Form eines äußeren Flansches
vorliegt. Dieser Bereich 3b erleichtert es dem Benutzer,
den Halter 5 dafür
einzusetzen, die Dichtung 3 daran zu halten und die Verbindungselemente 1, 2 den Halter
daran halten.
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Die Verbindungselemente 1, 2 und
die Dichtung 3 sind aus SUS 316L hergestellt. Die Verbindungselemente 1, 2 weisen
einen Innendurchmesser auf, welcher dem Innendurchmesser der Dichtung 3 entspricht. Ein
geeigneter rostfreier Stahl außer
SUS 316L oder ein anderes Metall ist ebenfalls geeignet, um die
Verbindungselemente 1, 2 und die Dichtung anzufertigen.
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Der Halter 5, welcher einstöckig aus
einer rostfreien Stahlplatte hergestellt worden ist, enthält einen Ringbereich 25,
einen die Dichtung haltenden Bereich 26, der drei Klauen 28 hat,
welche nach innen von dem rechten En de des Ringbereichs 25 vorstehen
und dafür
geeignet sind, die äußere Umfangsfläche der
Dichtung 3 zu halten, und einen Verbindungselementhaltebereich 29,
der mit dem rechten Ende von dem ersten Verbindungselement 1 in
Eingriff bringbar ist. Die drei Klauen 28 weisen eine geringe
Nachgiebigkeit auf. Jede der Klauen 28 hat ein nach rechts
gebogenes äußeres Ende,
um einen gebogenen Tragarm 28a mit leichter Rückfederung
bereitzustellen. Die Dichtung 3 ist an das Innere der Klauen 28 montiert,
so daß der
Tragarm 28a in engem Kontakt mit der Dichtung 3 steht,
wodurch die Dichtung 3 innerhalb des Halters 5 davon
abgehalten wird, radiale und axiale Bewegungen auszuführen. An
der Stelle, wo jede der drei Klauen 28 ausgebildet ist, hat
der Ringbereich 25 ein Paar von axialen Ausschnitten, um
eine haltende Sperrklinke 30 bereitzustellen. Drei auf
diese Weise ausgebildete Sperrklinken 30 bilden den Verbindungselementshaltebereich 29 aus.
Die drei haltenden Sperrklinken 30 greifen federnd das
rechte Ende der äußeren Oberfläche des
ersten Verbindungselements 1, wodurch der Halter 5 an
dem ersten Verbindungselement 1 gehalten wird. Die Klauen 28 sowie
die haltenden Sperrklinken 30 sind in der Zahl nicht auf
drei limitiert; es können
auch vier Klauen oder Sperrklinken bereitgestellt werden.
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Die Schraubenmutter 4 hat
einen inneren Flansch 11, welcher an ihrem rechten Ende
ausgebildet ist und das zweite Verbindungselement 2 umfaßt. Die
Schraubenmutter 4 hat an ihrem linken Ende einen Innengewindebereich 12,
welcher auf einen rechten Außengewindebereich 14 des
ersten Ver bindungselements 1 geschraubt ist. Das zweite
Verbindungselement 2 hat einen äußeren Flansch 13 an
der äußeren Umfangsfläche von
seinem linken Ende. Ein Kugelspurlager 6 ist zwischen dem äußeren Flansch 13 und
dem inneren Flansch 11 der Schraubenmutter 4 angeordnet,
um zu verhindern, daß das
Verbindungselement 2 mit der Schraubenmutter 4 rotiert.
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Die 3 und 4 zeigen den Gegenstand der
Rohrverbindung der Erfindung in detaillierterer Art und Weise. Jeder
der Dichtungsvorsprünge 7, 8 hat
im Schnitt eine Kontur, die einen kreisbogenförmigen Bereich 7b (8b),
welcher sich von der aneinanderstoßenden Endfläche des
Verbindungselements 1 (2) radial nach außen erstreckt,
und einen geraden Bereich 7a (8a), welcher sich
von dem kreisbogenförmigen
Bereich 7b (8b) aus erstreckt, aufweist. Der kreisbogenförmige Bereich 7b (8b)
liegt in Form eines Kreisbogens vor, welcher einen Mittelpunkt aufweist,
welcher bezogen auf den Schnittpunkt des kreisbogenförmigen Bereichs 7b (8b) mit
dem geraden Bereich 7a (8a) radial innen positioniert
ist. Der gerade Bereich 7a (8a) ist gegenüber der Achsrichtung
der Verbindung um 45° geneigt.
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Jede der aneinanderstoßenden Endflächen enthält an den
jeweiligen inneren und äußeren Seiten
des Dichtungsvorsprungs 7 (8) eine innere flache
Seite 15 (16) und eine äußere flache Seite 17 (18).
Die innere flache Seite 15 (16) ist axial näher zu der
Dichtung 3 positioniert als die äußere flache Seite 17 (18).
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Die ein zu starkes Anziehen verhindernden
Stege 9, 10 erstrecken sich jeweils rechts und
links jenseits der Vorsprünge 7, 8 und
sind dafür
vorgesehen, den Halter 5 an seinen gegenüberliegenden
Seiten zu drücken,
wenn die Schraubenmutter 4 stärker als in vorgesehener Weise
angezogen werden soll. Diese Stege 9, 10 schützen die
Dichtungsvorsprünge 7, 8 der
Verbindungselemente 1, 2 vor einem vor dem Zusammenbau auftretenden
Schaden und verhindern den schädlichen
Einfluß,
welcher anderenfalls auf die Dichtungseigenschaften ausgeübt wird.
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Die 3 zeigt
die Rohrverbindung während
des manuellen Anziehens durch die Schraubenmutter 4. Wenn
die Schraubenmutter 4 angezogen ist, gerät, wie in
der Zeichnung gezeigt ist, das Ende von jedem der Dichtungsvorsprünge 7, 8 in
Kontakt mit der ihm gegenüberliegenden
Endfläche
der Dichtung 3. Zu dieser Zeit liegt ein innerer Zwischenraum G1 zwischen
der inneren flachen Seite 15 (16) des Verbindungselements 1 (2) und
der linken (rechten) Endfläche
von Dichtung 3 vor, und ein äußerer Zwischenraum G2,
welcher größer als der
Zwischenraum G1 ist, existiert zwischen der äußeren flachen
Seite 17 (18) des Verbindungselements 1 (2) und
der linken (rechten) Endfläche
von der Dichtung 3.
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Es gibt einen noch größeren Zwischenraum G3 zwischen
dem ein zu starkes Anziehen verhindernden ringförmigen Steg 9 (10)
und dem Halter 5. Somit ist G1 < G2 < G3. Falls
die Schraubenmutter 4 weiter angezogen wird als der Zustand, welcher
beim manuellen Anziehen mit einem Schraubenschlüssel erreicht wird, deformiert
die Dichtung 3, wobei der innere Zwischenraum G1 zu
0 reduziert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der äußere Zwischenraum G2 nicht
gleich 0. Wenn die Verbindung vorschriftsmäßig angezogen wird, verkleinert sich,
wie in 4 gezeigt, der äußere Zwischenraum G2 ebenso
zu 0, wobei die innere flache Seite 15 (16) in engen
Kontakt mit dem inneren Umfangsbereich der linken (rechten) Endfläche der
Dichtung 3 gerät
und die innere Umfangsfläche 1a (2a)
des Verbindungselements 1 (2) im wesentlichen
bündig
mit der inneren Umfangsfläche 3a der
Dichtung 3 wird. Folglich verbleibt keine Flüssigkeit
sammelnde Vertiefung. Selbst zu diesem Zeitpunkt hat sich der Zwischenraum G3 zwischen
jedem der ringförmigen
Stege 9 (10) und dem Halter 5 sich nicht
zu 0 reduziert. Falls die Schraubenmutter 4 weiter angezogen
wird, vermindert sich der Zwischenraum G3 zwischen dem
Steg 9 (10) und dem Halter 5 zu 0, wobei
ein stark erhöhter
Widerstand gegenüber dem
Anziehen erzeugt wird und ein zu starkes Anziehen verhindert wird.
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Bei der beschriebenen Rohrverbindung
sind die Dichtung 3 und die Dichtungsvorsprünge 7, 8 so
dimensioniert, daß die
Zwischenräume G1, G2 zwischen
der Dichtung 3 und den Dichtungsvorsprüngen 7, 8 eliminiert
werden, wenn das an- ziehende Drehmoment den vorgesehenen Wert erreicht.
Zum Beispiel haben die Dichtungsvorsprünge 7, 8 von
den jeweiligen inneren flachen Seiten 15, 16 eine
Höhe von
0,1 mm und der Kreisbogen einen Radius von 0,5 mm. Die äußeren flachen
Seiten 17, 18 sind gegenüber den jeweiligen inneren
flachen Seiten 15, 16 um 0,02 mm vertieft. Falls
die Schraubenmutter 4 manuell gedreht worden ist, beträgt der Abstand
zwischen dem Halter 5 und den ein zu starkes Anziehen verhindernden
Stegen 9, 10 0,17 mm. Die inneren flachen Seiten 15, 16 kontaktieren
die Dichtung 3, wenn die Schraubenmutter 4 weiter
in einem Winkel von 56,7° manuell
gedreht wird, und die äußeren flachen
Seiten 17, 18 kontaktieren die Dichtung, wenn die
Schraubenmutter 4 um 68° von
der manuell gedrehten Position rotiert wird. Der Abstand zwischen
den durch manuelles Anziehen positionierten Verbindungselementen 1, 2 verringert
sich um 0,317 mm, wenn die Schraubmutter 4 um exakt 90° angezogen
wird, wodurch bewirkt wird, daß die
inneren flachen Seiten 15, 16 und die äußeren flachen
Seiten 17, 18 jeweils 0,06 mm und 0,04 mm in die
Dichtung 3 einbeißen.
Wenn die Schraubenmutter weiter zum Anziehen um 5,7° rotiert
wird, gelangen die Stege 9, 10 in Kontakt mit
dem Halter 5, wodurch ein zu starkes Anziehen vorgebeugt
wird. Der Abstand zwischen dem Halter 5 und den ein zu
starkes Anziehen verhindernden Stegen 9, 10, kann,
falls die Schraubenmutter 4 manuell angezogen wird, kleiner 0,17
mm, z. B. 0,15 mm, sein.
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Bei der Rohrverbindung der Erfindung
ist die Reibungskraft gegen die axiale Bewegung der Dichtung 3 relativ
zu dem ersten und zweiten Dichtungselement 1, 2 ungefähr äquivalent
zu der korrespondierenden Kraft, welche in dem Fall auftritt, wenn
jeder Dichtungsvorsprung im Schnitt eine kreisbogenförmige Kontur ohne
einen geraden Bereich aufweist, so daß bei der Verbindung nicht
das Problem auftritt, daß die
Dichtung 3 beim Auseinanderbauen schwer von den Verbindungselementen 1, 2 trennbar
ist.
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Die 5 zeigt
das Verhältnis
zwischen dem Rotationswinkel der Schraubenmutter 4, welche
als Ordinate aufgetragen ist, und dem Anzugsdrehmoment als Abszisse,
welches für
die Rohrverbindung der Erfindung ermittelt worden ist. Die Zeichnung
verrät,
daß sich
die Neigung ändert,
wenn der Rotationswinkel der Schraubenmutter 4 ungefähr 70° ist. Genauer
gesagt ist der Anstieg des Anzugdrehmoments relativ zum Rotationswinkel
der Schraubenmutter 4 gering und der Graph folglich steil,
bis die äußeren flachen
Seiten 17, 18 mit der Dichtung kontaktieren. Jedoch
ist nach dem Kontakt der äußeren flachen
Seiten 17, 18 mit der Dichtung 3 der
Kontaktbereich von jedem Verbindungselement 1 (2)
mit der Dichtung 3 groß,
was einen großen
Anstieg im Anzugsdrehmoment relativ zum Rotationswinkel der Schraubenmutter 4 verursacht
und entsprechend eine sich der Horizontale annähernde Steigerung ergibt, wodurch
eine gut erkennbare Änderung
der Steigung resultiert, wenn der Rotationswinkel der Schraubenmutter 4 ungefähr 70° beträgt. Falls
der Dichtungsvorsprung im Schnitt eine kreisbogenförmige Kontur
ohne geraden Bereich aufweist, verbleibt die Steigung bei einem
Rotationswinkel der Schraubenmutter von ungefähr 70° unverändert, obwohl dies nicht gezeigt
ist.
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Die Tabelle 1 zeigt in zusammengefaßter Art
und Weise die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung. Die Tabelle zeigt,
daß die
vorliegende Erfindung alle üblicherweise
auftretenden Probleme löst.
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