DE60219452T2

DE60219452T2 - Elastische metalldichtung

Info

Publication number: DE60219452T2
Application number: DE60219452T
Authority: DE
Inventors: Christian Rouaud; Philippe Caplain
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Garlock France SAS
Current assignee: Technetics Group France SAS; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: FR2823825B1; US20020153672A1; EP1381798B1; CA2454270C; FR2823825A1; WO2002086357A1; ATE359461T1; DE60219452D1; ZA200400375B; EP1381798A1; CA2454270A1; ES2284861T3

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der statischen Dichtheit und insbesondere das der elastischen Metalldichtungen, die eine Dichtheit mit Einspannkräften gewährleisten müssen, die kleiner als diejenigen sind, die für die Effizienz einer Dichtung notwendig sind, deren Kern eine Feder ist, s. FR-A-2 557 662 .
Stand der Technik und Problemstellung
Aufgrund der Wahl ihrer Werkstoffe hinsichtlich ihrer Unempfindlichkeit gegenüber korrosiven Fluiden, ihrer Festigkeit gegenüber hohen und tiefen Temperaturen und ihrer hoher Lebensdauer werden Metalldichtungen auf sehr unterschiedlichen Anwendungsgebieten eingesetzt, unter denen man keinesfalls einschränkend die chemische Industrie, die Erdölindustrie und die Nuklearindustrie sowie die Bereiche KFZ und Raumfahrt nennen kann. Die Qualität der durch eine Dichtung erzielten Dichtheit hängt vor allem von dem spezifischen Druck ab, der sich zwischen den Kontaktflächen der Dichtung und den Flanschen der zu montierenden Bauteile entwickelt, zwischen denen die Dichtung eingesetzt wird. Während des ersten Zusammenspannens dieser Bauteile muss der spezifische Druck dieser Bauteile so groß sein, dass sich die Dichtung an die Unebenheiten der Flansch anpassen kann. Es ist daher klar, dass der spezifische Einspanndruck relativ hoch sein muss und auf jeden Fall höher als der Druck, der im Innern des Volumens herrscht, das durch die Dichtung und die Oberflächen der Spannflansche abgegrenzt wird.
Außerdem muss bei zahlreichen Anwendungen die Einspannkraft klein sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Zusammenbau schlecht zugänglich ist und die Handhabung der Spannwerkzeuge schwierig macht, wie zum Beispiel in der Nuklearindustrie und der Halbleiterindustrie, und wenn die beteiligten Bauteile aus Werkstoffen mit hohen Kennwerten leichter gemacht werden müssen und keine hohen Kräfte aushalten, wie in den Luft- und Raumfahrtindustrien.
Man kennt zwei Strukturen von Metalldichtungen dieses Typs, der gekennzeichnet ist durch die Verwendung eines zentralen Metallkerns, offen oder geschlossen, auf dem ein duktiles Material elektrolytisch abgeschieden worden ist. Bei diesem Dichtungstyp wird die Dichtheit durch die plastische Verformung des Materials realisiert, das die duktile Außenschicht bildet. Man muss folglich mit Hilfe des Metallkerns einen Kontaktdruck entwickeln, der höher ist als die Elastizitätsgrenze des zu deformierenden Überzugs.
Nun gibt es aber einen Industriebereich, in dem dieser Metalldichtungstyp nicht verwendet werden kann. Es handelt sich um den Bereich Vakuum und Hochvakuum, wo die leichten Strukturen praktisch die Verwendung von Aluminium als Abdichtungsüberzug verlangen. Man ist aber nicht fähig, einen Aluminiumüberzug so auf einem metallischen Substrat abzuscheiden, dass keine Porosität entsteht, oder dass er kompatibel wäre mit den Oberflächenzuständen oder mit der Oberflächenhärte, welche die sehr hohen Dichtheitsniveaus erfordern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, diesen Nachteil zu beseitigen, indem eine Dichtung eines anderen Typs als die oben beschriebenen vorgeschlagen wird, wobei ein duktiles Material wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold verwendet wird, oder ein anderes Material, das mit den üblichen Verfahren nicht abgeschieden werden kann.
Resümee der Erfindung
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung eine offene oder geschlossene elastische Metalldichtung mit einem elastischen Metallkern und einer Außenhülle aus einem duktilen Material, in die der Metallkern eingefügt ist. Die Dichtung weist, wenn sie sich im Ruhezustand befindet, einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei die Außenhülle durch zwei Blätter gebildet wird.
Nach der Erfindung existiert zwischen der Außenhülle und dem Metallkern keine spezielle mechanische Verbindung, so dass sie sich unabhängig voneinander bewegen und verformen können, wobei der Metallkern aus zwei Metallblättern realisiert ist.
Bei einer Variante der erfindungsgemäßen Dichtung sind der Metallkern und die Außenhülle an derselben Stelle offen.
Bei einer anderen Variante sind sowohl der Metallkern als auch die Außenhülle geschlossen.
Schließlich, bei einer letzten Realisierung, kann der Metallkern geschlossen und die auf ihm sitzende Außenhülle offen sein.
Vorzugsweise ist das die Außenhülle bildende Material Aluminium.
Bei einer großen Anzahl von Realisierungen der erfindungsgemäßen Dichtung ist diese generell ringförmig. In diesem Fall kann die Öffnung in Richtung Symmetrieachse der Dichtung oder entgegengesetzt zu dieser positioniert sein.
Die Dichtung kann auch andere Formen aufweisen. Sie kann zum Beispiel elliptisch, dreieckig oder rechteckig sein.
Liste der Figuren
Die Erfindung und ihre verschiedenen Merkmale werden besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf folgende beigefügte Figuren bezieht:
die 1, die eine Schnittansicht einer Dichtung nach einer zweiten Realisierung der Erfindung darstellt; und
die 2 bis 5, die verschiedene Formen zeigt, welche die Dichtung haben kann.
Detaillierte Beschreibung von drei Realisierungen der Erfindung
Die 1 stellt eine erfindungsgemäße Dichtung dar, deren Querschnitt kreisförmig aber offen ist, wobei diese Öffnung sich auf der einen oder anderen Seite befinden kann, in Richtung Dichtungsmitte oder entgegengesetzt, wenn die Dichtung ringförmig ist. Die Dichtung ist mit Kontakt zwischen zwei abzudichtenden Flanschen 8 dargestellt.
Die Dichtung umfasst folglich einen Metallkern 1, der zentral ist und von einer Außenhülle 2 umschlossen ist. Der Metallkern 1 muss also verformbar aber dabei sehr widerstandsfähig sein, um der Belastung eine so große Reaktionskraft entgegenzusetzen, so dass die partiell zusammengedrückte Außenhülle 2 Dichtheit herstellt. Die zur Realisierung des Metallkerns 1 verwendeten Materialien können zum Beispiel federhartes Inox, Kupfer-Beryllium, Nickel- oder Titanlegierungen sein.
Um die Außenhülle 2 zu realisieren, die duktil sein muss, kann man Materialien wie Zinn, Silber, Gold, Kupfer oder duktil gemachte Materialien wie weichgeglühten nichtrostenden Stahl oder weichgeglühtes Nickel, aber insbesondere Aluminium verwenden.
Die beiden Hauptteile einer Dichtung sind jeweils beide aus zwei Bändern von gleicher Dicke realisiert. Anders ausgedrückt wird der Metallkern durch zwei ineinandergerollte Bändern 11 und 12 von gleicher Dicke gebildet. Ebenso wird die Außenhülle durch zwei duktile, um den Metallkern 12 herum geformte Hüllen 13 und 14 gebildet.
Eine solche "Multibandstruktur" ist zum Beispiel ermüdungsfester bei mechanischen Zyklus- oder Wechselbeanspruchungen.
Nach der Erfindung ist es besonders wichtig, dass der Metallkern schlicht und einfach in der Außenhülle 2 steckt, ohne jede mechanische Verbindung zwischen diesen beiden Teilen. Die Trennung dieser beiden Hauptteile ermöglicht nämlich, gleichzeitig von den mechanischen Eigenschaften der Materialien zu profitieren, die komplementäre Eigenschaften haben, und Wechselwirkungsmängel zwischen diesen beiden Teilen zu beseitigen.
Zu diesem Zweck ist in dieser 1 zwischen der Außenhülle 2 und dem Metallkern 1 ein Zwischenraum e dargestellt, um die eventuellen Bewegungen oder Dehnungen dieser beiden Elemente kompensieren zu können.
Zudem ermöglicht die Verwendung eines Metallkerns mit der Form eines offenen oder geschlossenen Rohrs, die Steifigkeit der Dichtung praktisch unbegrenzt zu modulieren. Dies ist nicht der Fall, wenn man eine Stahlfeder mit aneinanderstoßenden Windungen benutzt, die sich umlegen oder in die Außenhülle einpressen können. Eine konkrete Realisierung hat einen Außendurchmesser von ungefähr 5 mm. Sie wird gebildet durch eine Aluminiumaußenhülle mit einer Dicke von ungefähr 0,5 mm und einem Metallkern aus Nickellegierung mit einer Dicke von 0,61 mm und 4 mm Durchmesser. Diese geometrischen Verhältnisse führen zu einem Quetschhub von 0,8 mm bei einer linearen Belastung von ungefähr 150 N·mm^–1 und einem Dichtheitsniveau von 10^–10 mbar·I·s^–1 für Helium.
Anzumerken ist, dass bei einer großen Anzahl von Realisierungen der erfindungsgemäßen Dichtung diese generell ringförmig ist. Jedoch sind andere Realisierungen der erfindungsgemäßen Dichtung möglich. Zum Beispiel kann diese elliptisch (4), rechteckig, generell rechteckig mit runden Ecken (5), dreieckig oder länglich (6) sein, oder irgendwelche andere Formen aufweisen, die aus einer Kombination und/oder einer Modifikation der genannten Formen resultieren (7).

Claims

Elastische metallische Dichtung mit einem elastischen Metallkern (1, 11 und 12) und einer Außenhülle (2, 13 und 14) aus dehnbarem Material, in die der Metallkern eingefügt ist, wobei die Dichtung, wenn sie im Ruhezustand ist, einen Querschnitt von kreisrunder Form aufweist und die Außenhülle durch zwei Lagen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen der Außenhülle (2, 6, 13 und 14) und dem Metallkern (1, 5, 11 und 12) keine spezielle mechanische Verbindung gibt, so dass sie sich unabhängig voneinander verschieben und verformen können, und dadurch, dass der Metallkern durch zwei Lagen (11, 12) gebildet wird.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (1, 11 und 12) und die Außenhülle (2, 13 und 14) offen sind.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (5) geschlossen ist, und dadurch, dass die Außenhülle (6) offen ist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Außenhülle bildende Material Aluminium ist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie generell ringförmig ist.
Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie generell elliptisch ist.
Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie generell dreieckig ist.
Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie generell rechteckig ist.
Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (12) in Richtung Symmetrieachse der Dichtung oder entegegengesetzt zu dieser positioniert ist bzw. wird.