EP2379927A1 - Verbindungseinrichtung für eine vakuumanlage - Google Patents

Verbindungseinrichtung für eine vakuumanlage

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EP2379927A1
EP2379927A1 EP10700693A EP10700693A EP2379927A1 EP 2379927 A1 EP2379927 A1 EP 2379927A1 EP 10700693 A EP10700693 A EP 10700693A EP 10700693 A EP10700693 A EP 10700693A EP 2379927 A1 EP2379927 A1 EP 2379927A1
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EP
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pipe socket
pipe
connecting device
flange
end portion
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Withdrawn
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EP10700693A
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English (en)
French (fr)
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Philipp Wagner
Gian-Reto Peter Monauni
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TEL Solar AG
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Oerlikon Solar IP AG
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Publication date
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    • F16L51/00Expansion-compensation arrangements for pipe-lines

Definitions

  • the invention relates to a connection device for a vacuum system.
  • Such connecting devices are used in the connection of assemblies such as vacuum chambers, pumps, etc. through lines. They must be vacuum-tight, even if the connected parts have manufacturing tolerances, vibrations are exposed and subjected to different thermal expansions. In addition, they must withstand corrosive gases, such as those used above all for the cleaning of system parts.
  • a known generic connection device which is described in more detail below, comprises a bellows made of metal, e.g. corrosion-resistant spring steel, INCONEL or aluminum, which ensures the required flexibility.
  • metal e.g. corrosion-resistant spring steel, INCONEL or aluminum
  • Such connecting devices have proven themselves, but are very expensive, especially when a bellows from INCONEL is used.
  • the invention is based on the object to provide a generic connection device, which is also releasable and reliable gas-tight and offers sufficient flexibility, but can be made much cheaper.
  • This object is solved by the features in the characterizing part of claim 1.
  • the connecting device according to the invention can be easily produced and adjusted when the system is stationary, but nevertheless provides a reliable gastight seal both under operating conditions and outside the operating times. Under operating conditions, it is stable against corrosive gases. The cost savings over known generic
  • Connecting devices is considerable. It can be 50% or more.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a known generic connection device
  • Fig. 2 shows a corresponding longitudinal section through an inventive connecting device, which represents only one embodiment.
  • the known generic connection device has a bellows 1 made of metal, eg corrosion-resistant spring steel, INCONEL or aluminum, one end, the opening surrounding the opening, with the flange 2 and the other end is welded to a ring 3, which also by a screw 4 is connected to the flange 2.
  • the ring 3 is also releasably connected by a screw 5 with a piece of pipe 6, but gas-tight.
  • the bellows 1 allows movement of the ring 3 relative to the flange 1 both in the longitudinal direction as well as limited across.
  • the additional mechanical connection through the screw 4 with at least one bolt, which is surrounded by a compression spring and is biased by it, is designed so that it does not affect these possibilities.
  • the connecting device 15 comprises two flanges 10, 11 each having a pipe section or pipe socket 16 arranged thereon; 18, which are arranged one inside the other, that the pipe section 16 and the pipe socket 18 are aligned on at least a partial section substantially coaxially and enclose a circumferential annular gap.
  • a main sealing ring 12 made of plastic, preferably Teflon is arranged in this annular gap (on the said section) between the outer surface of the pipe section 16 and the inner surface of the tube piece 16 surrounding raw pipe 18, a main sealing ring 12 made of plastic, preferably Teflon is arranged. It is dimensioned so that in said portion of an inner sealing surface of the same abuts against the outside of the pipe section 16 and an outer lateral surface on the inside of the pipe socket 18.
  • an auxiliary seal between the pipe section 16 and the pipe socket 18 used, for example a radial shaft seal 13.
  • the pipe piece 16 heats up to an operating temperature which, for example, is reached. 50 ° or more, above the ambient temperature.
  • Plastic, in particular Teflon, the preferred material for the main seal ring 12 is a very good thermal insulator, so that the pipe socket 18 remains substantially at ambient temperature, resulting in a temperature difference between the same and the pipe section 16.
  • the pipe section 16 expands and presses against the inner sealing surface of the main sealing ring 12, the outer surface thereof is thereby pressed against the inside of the pipe socket 18. This causes the connection pipe socket 18 -
  • Main seal ring 12 - pipe section 16 is gas-tight or vacuum-tight and the underlying radial shaft seal 13 against aggressive gases such. Fluorine is protected. The possibility of expansion in the longitudinal direction of the pipe section 16 and the pipe socket 18 is still guaranteed. Experiments even showed a higher tightness of the connecting device according to the present invention as the welded solution according to the prior art.
  • Inconel bellows can achieve cost savings of> 50%.
  • the production of turned and milled parts is less expensive than the known design of the connecting device.
  • a spring-clamped with a spring screw 17 fulfills the same function as the screw 4 in Fig. 1st

Landscapes

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Abstract

Ein von einem Flansch (11) umgebener Rohrstutzen (18) nimmt einen Endabschnitt eines Rohrstücks (16) auf. In einem zwischen denselben liegenden Ringspalt ist ein Hauptdichtungsring (12) aus Kunststoff, vorzugsweise Teflon angeordnet und gegen das Ende des Rohrstutzens (18) eine Hilfsdichtung mit z.B. einem Radialwellendichtring (13). Ausserhalb von Betriebszeiten, wenn der Rohrstutzen (18) und das Rohrstück (16) etwa die gleiche Umgebungstemperatur haben, ist das Rohrstück (16) gegenüber dem Rohrstutzen (18) beschränkt beweglich, d.h. verschiebbar und neigbar, während die Dichtfunktion vor allem von der Hilfsdichtung wahrgenommen wird. Im Betrieb nimmt das Rohrstück (16) eine höhere Betriebstemperatur an und dehnt sich aus, sodass der Hauptdichtungsring (12) gegen die Innenseite des Rohrstutzens (18) gepresst wird und die Dichtfunktion übernimmt, sodass der Radialwellendichtring (13) vor korrosiven Gasen geschützt ist. Das Rohrstück (16) ist auch dann gegenüber dem Rohrstutzen (18) verschieblich.

Description

B E S C H R E I B U N G
VERBINDUNGSEINRICHTUNG FÜR EINE VAKUUMANLAGE
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung für eine Vakuumanlage. Derartige Verbindungseinrichtungen werden bei der Verbindung von Baugruppen wie Vakuumkammern, Pumpen usw. durch Leitungen eingesetzt. Sie müssen vakuumdicht sein, auch wenn die verbundenen Teile Fertigungstoleranzen aufweisen, Schwingungen ausgesetzt und unterschiedlichen Wärmedehnungen unterworfen sind. Ausserdem müssen sie korrosiven Gasen standhalten, wie sie vor allem zur Reinigung von Anlagenteilen eingesetzt werden.
Stand der Technik
Eine bekannte gattungsgemässe Verbindungseinrichtung, welche weiter unten näher beschrieben ist, weist einen Faltenbalg aus Metall, z.B. korrosionsbeständigem Federstahl, INCONEL oder Aluminium auf, welcher die erforderliche Beweglichkeit gewährleistet . Derartige Verbindungseinrichtungen haben sich bewährt, sind jedoch sehr teuer, besonders wenn ein Faltenbalg aus INCONEL eingesetzt wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemässe Verbindungseinrichtung anzugeben, welche ebenfalls lösbar und dabei zuverlässig gasdicht ist und ausreichende Beweglichkeit bietet, aber wesentlich billiger hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst . Die erfindungsgemässe Verbindungseinrichtung ist bei stillstehender Anlage leicht herstellbar und einstellbar, bietet aber dennoch sowohl unter Betriebsbedingungen als auch ausserhalb der Betriebszeiten einen zuverlässig gasdichten Abschluss . Unter Betriebsbedingungen ist sie standfest gegenüber korrosiven Gasen. Die Kostenersparnis gegenüber bekannten gattungsgemässen
Verbindungseinrichtungen ist beträchtlich. Sie kann 50% und mehr betragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert . Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bekannte gattungsgemässe Verbindungseinrichtung und
Fig. 2 einen entsprechenden Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Verbindungseinrichtung, welche lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die bekannte gattungsgemässe Verbindungseinrichtung gemäss Fig. 1 weist einen Faltenbalg 1 aus Metall, z.B. korrosionsbeständigem Federstahl, INCONEL oder Aluminium auf, dessen eines Ende, die Oeffnung umgebend, mit dem Flansch 2 und dessen anderes Ende mit einem Ring 3 verschweisst ist, der ausserdem durch eine Schraubverbindung 4 mit dem Flansch 2 verbunden ist. Der Ring 3 ist ausserdem durch eine Verschraubung 5 mit einem Rohrstück 6 lösbar, aber gasdicht verbunden. Der Faltenbalg 1 erlaubt Bewegung des Rings 3 gegenüber dem Flansch 1 sowohl in Längsrichtung als auch beschränkt quer dazu. Die zusätzliche mechanische Verbindung durch die Schraubverbindung 4 mit mindestens einem Bolzen, welcher von einer Druckfeder umgeben und durch sie gegengespannt ist, ist so ausgebildet, dass sie diese Möglichkeiten nicht beeinträchtigt.
Die erfindungsgemässe Verbindungseinrichtung 15 gemäss Fig. 2 umfasst zwei Flansche 10, 11 mit je einem daran angeordneten Rohrstück bzw. Rohrstutzen 16; 18, die ineinander so angeordnet sind, dass das Rohrstück 16 und der Rohrstutzen 18 auf wenigstens einem Teilabschnitt im wesentlichen koaxial ausgerichtet sind und einen umlaufenden Ringspalt einschliessen. In diesem Ringspalt (auf dem besagten Teilabschnitt) zwischen der Aussenfläche des Rohrstücks 16 und der Innenfläche des das Rohrstück 16 umgebenden Rohstutzens 18 ist ein Hauptdichtungsring 12 aus Kunststoff, vorzugsweise Teflon angeordnet. Er ist so dimensioniert, dass in besagtem Teilabschnitt eine innere Dichtfläche desselben an der Aussenseite des Rohrstücks 16 anliegt und eine äussere Mantelfläche an der Innenseite des Rohrstutzens 18. Als weitere Abdichtung, die vor allem im kalten Zustand wirksam ist, wird eine Hilfsdichtung zwischen dem Rohrstück 16 und dem Rohrstutzen 18 eingesetzt, z.B. ein Radialwellendichtring 13.
Die Wahl der Materialien und der Fertigungstoleranzen des Hauptdichtungsrings 12 sowie des Rohrstücks 16 und des Rohrstutzens 18 wird nun so vorgenommen, dass im Nicht - Betriebszustand, wenn sowohl das Rohrstück 16 als auch der Rohrstutzen 18 ungefähr die gleiche Umgebungstemperatur angenommen haben, dieselben mit ihren Flanschen 10; 11 gegeneinander gut beweglich sind, was die Ausrichtbarkeit des Verbindungsstücks 15 gewährleistet seinen Einbau ermöglicht. Die Abdichtung zwischen dem Rohrstutzen 18 und dem Rohrstück 16 durch den Hauptdichtungsring 12 würde in diesem Zustand die Anforderung „vakuumdicht" jedoch nicht erfüllen. Die Hilfsdichtung mit dem Radialwellendichtring 13, evtl. zusammen mit einem als Druckstufe wirkenden metallischen Kragen 14 des Rohrstutzens 18 sorgt in diesem Zustand im wesentlichen für die Dichtheit.
Strömt nun während des Betriebs heisses Arbeitsgas durch das Verbindungsstück 15, erwärmt sich das Rohrstück 16 auf eine Betriebstemperatur, welche, z.B. um 50° oder mehr, über der Umgebungstemperatur liegt. Kunststoff, inbesondere Teflon, das bevorzugte Material für den Hauptdichtungsring 12, ist ein sehr guter Wärmeisolator, sodass der Rohrstutzen 18 im wesentlichen auf Umgebungstemperatur bleibt, woraus sich eine Temperaturdifferenz zwischen demselben und dem Rohrstück 16 ergibt. Während sich also der Durchmesser des Rohrstutzens 18 nicht wesentlich ändert, dehnt sich das Rohrstück 16 aus und drückt gegen die innere Dichtfläche des Hauptdichtungsrings 12, dessen äussere Mantelfläche dadurch gegen die Innenseite des Rohrstutzens 18 gepresst wird. Das bewirkt, dass die Verbindung Rohrstutzen 18 -
Hauptdichtungsring 12 - Rohrstück 16 gasdicht oder vakuumdicht wird und der dahinter liegende Radialwellendichtring 13 vor aggressiven Gasen wie z.B. Fluor geschützt ist. Die Möglichkeit der Ausdehnung in Längsrichtung des Rohrstücks 16 und des Rohrstutzens 18 ist nach wie vor gewährleistet . Versuche ergaben sogar eine höhere Dichtheit der Verbindungseinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung als die geschweisste Lösung gemäss Stand der Technik.
Durch den Verzicht auf einen angeschweissten biegsamen
Faltenbalg aus Inconel lassen sich Kostenersparnisse von >50% erzielen. Die Fertigung aus Dreh- und Frästeilen ist weniger aufwändig als die bekannte Ausführung der Verbindungseinrichtung .
Um die Dichtheit zu erhöhen, zu steuern oder zu prüfen, insbesondere bevor Rohrstück 16 die Betriebstemperatur erreicht hat, kann dasselbe mit einer Heizung versehen werden, z.B. mit einer elektrischen Widerstandsheizung. Diese kann aussen auf den Flansch 10 aufgewickelt oder in Nuten eingelassen werden. Dadurch lässt sich die oben beschriebene Dichtwirkung auch in Betriebspausen aufrechterhalten. Eine mit einer Feder gegengespannte Schraubverbindung 17 erfüllt dieselbe Funktion wie die Schraubverbindung 4 in Fig. 1.
Bezugszeichenliste
1 Faltenbalg 2 Flansch
3 Ring
4 Schraubverbindung
5 Verschraubung
6 Rohrstück 10 Flansch
11 Flansch
12 Hauptdichtungsring
13 Radialwellendichtring
14 Kragen 15 Verbindungseinrichtung
16 Rohrstück
17 Schraubverbindung
18 Rohrstutzen

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verbindungseinrichtung (15) für eine Vakuumanlage, mit einem Flansch (11) , welcher eine Oeffnung umgibt sowie einem mit der besagten Oeffnung gasdicht verbundenen Rohrstück (16) , dadurch gekennzeichnet, dass der
Flansch (11) Teil eines einstückigen Verbindungsteils ist, welches ausserdem einen die Oeffnung umgebenden, an den Flansch (11) anschliessenden Rohrstutzen (18) umfasst, der einen Endabschnitt des Rohrstücks (16) mit Abstand umgibt, sodass zwischen denselben ein Ringspalt liegt und eine Hauptdichtung mit einem Hauptdichtungsring (12) aus elastischem Material vorgesehen ist, welcher zwischen dem Rohrstutzen (18) und dem besagten Endabschnitt angeordnet ist, derart, dass der
Endabschnitt gegenüber dem Hauptdichtungsring (12) Spiel hat, wenn seine Temperatur wie die des Rohrstutzens einer Umgebungstemperatur entspricht, während der Hauptdichtungsring (12) zwischen dem Endabschnitt und dem Rohrstutzen (18) geklemmt ist, derart, dass er den Ringspalt zwischen dem Rohrstutzen (18) und dem Endabschnitt gasdicht verschliesst , wenn der Endabschnitt eine über der Umgebungstemperatur liegende Betriebstemperatur aufweist, und - eine gegen das dem Flansch (11) abgewendete äussere Ende des Rohrstutzens (18) versetzte Hilfsdichtung vorgesehen ist, welche den Ringspalt zwischen dem Rohrstutzen (18) und dem Endabschnitt gasdicht verschliesst, wenn die Temperatur beider der Umgebungstemperatur entspricht.
2. Verbindungseinrichtung (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt auch dann in Längsrichtung gegenüber dem Hauptdichtungsring (12) verschiebbar ist, wenn seine Temperatur der Betriebstemperatur entspricht .
3. Verbindungseinrichtung (15) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptdichtungsring
(12) eine umlaufende Mantelfläche aufweist, mit welcher er an der Innenseite des Rohrstutzens (18) anliegt und eine umlaufende Dichtfläche mit einem zylindrischen Abschnitt zur gasdichten Anlage an der Aussenseite des Endabschnitts.
4. Verbindungseinrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Hauptdichtungsring (12) aus Kunststoff, insbesondere aus Teflon besteht .
5. Verbindungseinrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsdichtung einen Radialwellendichtring (13) umfasst .
6. Verbindungseinrichtung (15) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsdichtung von der Hauptdichtung durch einen einspringenden umlaufenden Kragen (14) am Rohrstutzen (18) getrennt ist.
7. Verbindungseinrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt mit einer Heizung versehen ist.
8. Verbindungseinrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (16) derart ausserhalb des Rohrstutzens (18) mit dem Flansch (11) mechanisch verbunden ist, dass eine beschränkte Aenderung seiner Lage möglich ist.
9. Verbindungseinrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindung zwischen dem Flansch (11) und dem Rohrstück (16) durch eine Schraubverbindung (17) hergestellt ist.
10. Verbindungseinrichtung (15) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (17) durch mindestens einen Bolzen hergestellt ist, der sowohl mit dem Flansch (11) des Verbindungsteils als auch mit einem Flansch (10) am Rohrstück (16) eingreift, derart, dass er gegenüber mindestens einem davon verschiebbar ist .
EP10700693A 2009-01-19 2010-01-14 Verbindungseinrichtung für eine vakuumanlage Withdrawn EP2379927A1 (de)

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