DE3923946C2

DE3923946C2 - Metalldichtflanschanordnung

Info

Publication number: DE3923946C2
Application number: DE3923946A
Authority: DE
Inventors: Kenjiro Obara; Kazuyuki Nakamura; Yoshio Murakami; Masamitsu Naganuma; Kazunori Kitamura; Takao Uchida
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPH0781657B2; DE3923946A1; GB2221002A; JPH0231097A; US4988130A; GB8916335D0; GB2221002B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Metalldichtflanschan ordnungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft insbesondere eine Metalldicht flanschanordnung zum Verbinden von z. B. Öffnungen oder Rohrstutzen eines Plasmavakuumbehälters oder -gefäßes bei einem Kernfusionsgerät mit Rohrleitungen, die von verschiedenen anderen Geräten (wie Vakuumpumpe, Meß instrumente usw.) abgehen.

In einem (einer) Kernfusionsgerät oder -anlage wird eine Kernfusion in einem Zustand herbeigeführt, in welchem das Innere eines Plasmavakuumgefäßes unter einem ultrahohen Vakuum und auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Das Vakuumgefäß ist dabei mit einer An zahl verschiedenartiger Öffnungen oder (Rohr-)Stutzen versehen, die mit von verschiedenen Geräten (wie Vakuumpumpe, Meßinstrumente usw.) abgehenden Rohrlei tungen verbunden sind. In einigen Fällen können ein Blinddeckel und eine durchsichtige Platte oder Scheibe für die Beobachtung des Inneren des Gefäßes an be stimmten der Öffnungen angebracht sein.

Beim Verbinden der Öffnungen mit den Rohrleitungen von den verschiedenen Geräten muß die Innenseite der Öffnungen gegenüber der Außenseite abgedichtet und isoliert oder getrennt sein, damit die Innenseite ver unreinigungsfrei auf einem ultrahohen Vakuum gehalten werden kann. Eine zufriedenstellende Dichtleistung bzw. -wirkung muß dabei auch dann aufrechterhalten werden, wenn an der Innenseite der Öffnungen eine hohe Temperatur herrscht. Dementsprechend werden zum Verbinden der Öffnungen mit den verschiedenen Geräten Metalldichtflanschanordnungen mit jeweils einer Metall dichtung verwendet.

Jede Flanschanordnung umfaßt zwei Flansche, die an einer Öffnung (einem Stutzen) und an einem Ende einer Rohrleitung befestigt sind. An den betreffenden gegen überstehenden Flächen der beiden Flansche ist jeweils eine ringförmige Schneide(nkante) angeformt, und zwi schen den beiden Schneiden ist eine ringförmige Kupfer dichtung angeordnet. Wenn mehrere die Flansche durch setzende, auf einem Kreis angeordnete Schraubbolzen angezogen werden, werden die Flansche gegeneinander verspannt. Dabei stechen die Schneiden in die Kupfer dichtung ein, wobei eine lineare Dichtbelastung bzw. -kraft von den Außenkanten bzw. Spitzen der ringför migen Schneiden auf die ringförmige Dichtung einwirkt. Die um den Gesamtumfang der Dichtung herum einwirkende lineare Dichtbelastung oder -kraft (sealing load) ist durch eine Größe definiert, die durch Dividieren der von den Schneiden auf die Kupferdichtung ausgeübten Belastung oder Kraft durch den Umfang oder Umkreis des äußersten Endes oder der Spitze jeder Schneide bestimmt wird. Die Innenseiten der Öffnungen sind da mit gegenüber der Außenseite abgedichtet und isoliert, so daß sie verunreinigungsfrei auf einem ultrahohen Vakuum gehalten werden.

Die Dichtleistung hängt von der Größe und der Vertei lung der im folgenden als Dichtkraft bezeichneten linearen Abdichtbelastung oder -kraft ab. Zur Erzielung einer zufriedenstellenden Dichtleistung (sealing performance) muß daher die Dichtkraft eine vorbestimmte Größe besitzen, und ihre Verteilung muß in Umfangs richtung gleichmäßig sein. Größe und Verteilung der linearen Dichtkraft hängen von der Steifigkeit der Flansche (d. h. Dicke und Werkstoff derselben), der Zahl der (Maschinen-)Schrauben, dem Schraubenanzieh moment und dem Werkstoff der Dichtung ab.

Es gibt bereits empfohlene Standards oder Normen für Flanschdicke, Schraubenzahl usw. (vgl. Japanische Norm vorschrift JVIS-003, "Shape & Dimensions of Bakable Flanges for Vacuum Apparatuses", vom 1.12.1982, Japan Vacuum Association), die zur Aufrechterhaltung zu friedenstellender Dichtleistung eingehalten werden sollen und die in der nachfolgenden Tabelle I aufge führt sind.

In Tabelle I bestimmt sich die lineare Dichtkraft W_S1 zu:

W_S1 = σ·n·S/π·B (N/mm) (1)

Ebenso bestimmt sich die nicht durch JVIS-003 vorge schriebene lineare Dichtkraft W_S2 zu:

W_S2 = σ·n·S/π·De (N/mm) (2)

In obigen Gleichungen bedeuten: σ = Schraubenzugspan nung oder -dehnungsspannung (MPa); n = Schraubenzahl; S = effektive Querschnittsfläche (mm²) der (Maschinen-)- Schrauben; B = Schrauben-Teilkreisdurchmesser (mm); De = Schneidenkreisdurchmesser (mm).

Die in Tabelle I angegebenen Werte oder Größen der linearen Dichtkraft sind mit σ = 200 MPa ermittelt.

Wenn jedoch Flanschdicke, Schraubenzahl usw. entspre chend den empfohlenen Standards mit den jeweiligen vorbestimmten Größen gewählt werden, ergeben sich in manchen Fällen, obgleich eine zufriedenstellende Dicht leistung selbstverständlich aufrechterhalten werden kann, die im folgenden angegebenen ungünstigen Zu stände.

Eine große Zahl von Öffnungen des Plasmavakuumgefäßes sind jeweils (einzeln) mit den verschiedenen Geräten verbunden, weshalb die Abstände zwischen den Öffnungen sehr klein sind. Die für Montage- und Demontagearbeiten an den Flanschanordnungen zur Verfügung stehenden Räume sind daher sehr eng, so daß sich die Arbeit höchst mühsam gestaltet.

Gemäß den genannten empfohlenen Standards sind zudem Schraubenzahl und Flanschdicke mit vergleichsweise großen Größen vorausgesetzt. Die Montage- und Demon tage arbeiten an den Flanschanordnungen werden hier durch erheblich erschwert, und die Flansche selbst sind nicht einfach zu tragen bzw. zu handhaben.

Gemäß den bisherigen Standards bzw. Normvorschriften ist zudem das Schraubenanzieh(dreh)moment so groß, daß die höchstzulässige Zugspannung oder Dehnungsspan nung der Schrauben überschritten wird. Infolgedessen unterliegen die Schrauben einer plastischen Verformung, und sie können im ungünstigsten Fall beschädigt wer den.

Nach dem Anbringen der Flansche an den Öffnungen bzw. Stutzen werden Vakuumgefäß und Flanschanordnungen "gebrannt" bzw. ausgeheizt (baked) (genauer gesagt erwärmt und entgast), um Verunreinigungen aus dem Ge fäß auszutreiben und ein ultrahohes Vakuum darin her zustellen. Dabei können die Flansche und die Dich tungen in manchen Fällen eine Ausdehnung erfahren und (damit) einer plastischen Verformung unterliegen. Wenn das Vakuumgefäß anschließend abgekühlt wird, ziehen sich die Flansche und Dichtungen im verformten Zustand (wieder) zusammen. Demzufolge entstehen Spalte zwi schen den Enden oder Kanten der Schneiden und den Dichtungen, wobei über diese Spalte Luft in das Vakuum gefäß eindringen kann, d. h. es tritt Undichtigkeit auf.

Wie erwähnt, kann gemäß den genannten Standards die höchstzulässige Zugspannung oder Dehnungsspannung der Schrauben in gewissen Fällen überschritten werden, so daß die Schrauben einer plastischen Verformung unter liegen. Wenn in diesem Fall das Vakuumgefäß nach dem "Brennen" oder Ausheizen abgekühlt wird, können sehr leicht Spalte (Zwischenräume) zwischen den Schneiden und den Dichtungen entstehen, so daß damit eine ziemlich große Wahrscheinlichkeit für Undichtigkeit gegeben ist.

Obgleich die bisherigen Standards eine zufriedenstellende Dichtleistung sicherstellen, sind sie somit mit verschiedenen Mängeln behaftet.

In Knorr, G.: Flanschverbindungen in der Vakuumtechnik. In: 3R international, Band 15 (1976) Heft 2/3, Februar/März, Seiten 80 bis 84 , ist eine Metalldichtflanschanordnung für unter Vakuum stehende Rohre oder Behälter beschrieben, wobei zwei Flansche jeweils mit einer ringförmigen Schneide versehen sind, und die Schneiden einander zugewandt sind und einen Kantenwinkel von 70 bis 100° aufweisen. Weiterhin wird eine ringförmige Kupferdichtung beschrieben, die zwischen die beiden Schneiden der Flansche eingefügt wird, und mehrere Schrauben, mit denen die beiden Flansche so gegeneinander verspannt werden, daß die beiden Schneiden in die Kupferdichtung einstechen und eine lineare Dichtkraft auf die Dichtung ausüben.

Ebenso zeigen die GB-PS 10 09 221 und Espe, W.: Werkstoffe für trennbare metallische Verbindungen der Ultrahochvakuumtechnik. In: Feinwerktechnik Band 68 (1964) Nr. 4, Seiten 131 bis 140, jeweils gebräuchliche metallische Verbindungen der Ultrahochvakuumtechnik. Als gängige Dichtverbindungen werden hierin u. a. Dichtungen aus Kupfer bzw. Silber genannt, die durch scharfe Grate an den Dichtungszonen der Druckflansche bei der Herstellung der Druckverbindung eingedrückt werden.

Es werden jedoch in keiner der obigen Entgegenhaltungen Aussagen über den Zusammenhang zwischen Dichtleistung, Flanschdicke und Anzahl der Schrauben gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Metalldichtflanschanordnung, bei welcher die Zahl der Schrauben verkleinert und die Flanschdicke ohne Ände rung der Abdichtungs- bzw. Dichtleistung verringert sind, so daß damit die Schwierigkeiten bezüglich Mon tage und Demontage sowie Transport bzw. Handhabung gemildert werden können.

Bei dieser Metalldichtflanschanordnung soll das Schraubenanzieh(dreh)moment ohne Änderung bzw. Beein trächtigung der Dichtleistung verringert sein, so daß damit die Möglichkeit für eine Beschädigung der Schrauben vermindert und eine Herabsetzung der Dicht leistung nach dem "Brennen" oder Ausheizen des Vakuum gefäßes vermieden wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine Metalldichtflansch anordnung für unter Vakuum stehende Rohre oder Behälter mit zwei Stahl-Scheiben oder -Platten mit einander zugewandten Flächen, wobei mindestens eine der Platten eine einen abzudichtenden Raum festlegende Bohrung aufweist, die Platten an den einander zugewandten Flächen radial auswärts von der Bohrung jeweils eine ringförmige Schneide aufweisen und die Schneiden einander zugewandt sind und einen Kantenwinkel von 70-100° aufweisen, mit einer zwischen die beiden Schneiden einge fügten ringförmigen Kupfer-Dichtung und mehreren die bei den einander zugewandten Flächen durchsetzenden und auf einer Ring- oder Kreislinie angeordneten Schrauben, die im angezogenen Zustand die beiden Platten gegeneinander verspannen, so daß die beiden Schneiden in die Kupfer-Dichtung einstechen und eine lineare Dichtkraft auf die Dichtung ausüben, um damit den Raum innerhalb der Bohrung gegenüber der Außenseite abzudichten und zu isolieren, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Zahl n der Schrauben nach der Beziehung:

3(B + 28)/65 - 0 ≦ n ≦ 3(B + 28)/65 + 0,02B

und die Dicke t jeder Platte nach der Be ziehung:

mit: B = Durchmesser in mm eines durch die jeweiligen Zen tralachsen der Zahl n von Schrauben verlaufenden Kreises, bestimmen, wobei die lineare Dichtkraft im Bereich zwischen 120 N/mm und 155 N/mm liegt.

Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche bzw. Unter suchungen und deren Auswertungen (später in Ver bindung mit Ausführungsformen noch zu beschreiben) zeigten, daß die Dichtleistung erhalten bleibt, wenn die Schraubenzahl n und die Platten(flansch)dicke t innerhalb der oben angegebenen Bereiche liegen. Schraubenzahl und Flanschdicke sind somit im Vergleich zu den herkömmlichen Standards bzw. Normvorschriften verkleinert, so daß demzufolge die Schwierigkeiten bei Montage und Demontage sowie Transport gemildert wer den.

Als Ergebnis der genannten Untersuchungen und Auswer tungen hat es sich außerdem gezeigt, daß die normale Dichtleistung auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn das Schraubenanziehmoment kleiner ist als bei den bisherigen Anordnungen. Damit kann die Möglichkeit für eine Beschädigung der Schrauben verringert werden.

Da das Schraubenanziehmoment herabgesetzt ist, wird darüber hinaus eine Herabsetzung der Dichtleistung nach dem "Brennen" bzw. Ausheizen des Vakuumgefäßes vermieden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Plasmavakuumgefäßes und einer an einem (Rohr-)Stutzen desselben angebrachten Metalldichtflanschanordnung,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Plasmavakuumgefäßes und der Metalldichtflanschanordnung, wobei am Stutzen ein Blinddeckel angebracht ist,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Schraubenzahl und linearer Dicht kraft sowie

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen Flanschdicke und linearer Dicht kraft sowie zwischen Flanschdicke und Flansch(dehnungs)spannung (flange stress).

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Plasmavakuumgefäß 1 mit einer Öffnung 2 versehen, die einen Rohr-Stutzen 3 aufweist, der mit einer von z. B. einer Vakuumpumpe oder einem Meßinstrument (nicht dargestellt) abgehenden Rohrleitung 4 verbunden ist.

An den einander zugewandten Endabschnitten von Stutzen 3 und Rohrleitung 4 sind zwei ringförmige Flansche oder Platten bzw. Scheiben 5 bzw. 6 angebracht. Genauer gesagt: Stutzen 3 und Rohrleitung 4 sind an Wandflächen 7 bzw. 8 von Bohrungen in den Flanschen 5 bzw. 6 an geschweißt. Die Flansche 5 und 6 weisen einander gegen überstehende oder zugewandte Flächen 9 bzw. 10 auf, an denen jeweils eine ringförmige Schneide(nkante) 11 bzw. 12 angeformt ist. Weiterhin sind in den Flanschen 5 und 6 jeweils eine vorbestimmte Zahl von auf vorbe stimmte Umfangsabstände verteilten Schrauben-Bohrungen 13 bzw. 14 ausgebildet.

Zwischen die Schneiden 11 und 12 ist eine ringförmige Kupfer-Dichtung 15 eingefügt. Eine vorbestimmte Zahl von Schraubbolzen bzw. Maschinen-Schrauben 16 sind in die betreffenden Bohrungen 13, 14 eingesetzt und mit aufgeschraubten Muttern 17 versehen.

Die Flansche 5 und 6 sind aus austenitischem, nicht rostendem Stahl hergestellt, und der Kantenwinkel der Schneiden 11 und 12 liegt im Bereich von 70-100°.

Wenn die Schrauben 16 (bzw. die Muttern 17) festgezogen werden, werden die Flansche 5 und 6 gegeneinander ver spannt. Dabei stechen die ringförmigen Schneiden 11 und 12 in die Kupferdichtung 15 ein, um auf diese eine lineare Dichtbelastung oder -kraft (Liniendichtbe rührung) auszuüben. Die Innenseite der Öffnung 2 wird somit gegenüber der Außenseite abgedichtet und iso liert, so daß sie verunreinigungsfrei unter einem ultrahohen Vakuum gehalten werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist anstelle des Flansches 6 ein Blinddeckel 20 am öffnungs- bzw. stutzenseitigen Flansch 5 angebracht. Der Blinddeckel 20 ist dabei ebenfalls mit einer zugewandten Fläche 10 versehen, die mit einer Schneide 12 und Schrauben- Bohrungen 14 versehen ist. Wenn dabei die Schrauben 16 angezogen sind, sind Blinddeckel 20 und Flansch 6 gegeneinander verspannt, so daß das Innere der Öff nung 2 gegenüber der Außenseite abgedichtet und iso liert ist. Der Blinddeckel 20 ist dabei ebenfalls aus austenitischem, nichtrostendem Stahl geformt.

Erfindungsgemäß sind Schraubenzahl n und Flansch dicke t auf die folgenden Bereiche festgelegt:

In obigen Formeln bedeutet: B = Durchmesser (mm) eines durch die jeweiligen Zentralachsen der Zahl n von Schrauben 16 verlaufenden Kreises. Dieser Durchmesser ist im folgenden als Schrauben-Teilkreisdurchmesser B bezeichnet.

Die obigen Bereiche für Schraubenzahl n und Flansch dicke t wurden erfindungsgemäß anhand der im folgenden beschriebenen Versuche bzw. Untersuchungen und Aus wertungen bestimmt. Erfindungsgemäß wurden Unter suchungen bzw. Versuche und zahlenmäßige Auswertungen bezüglich der Dichtleistung einer Anzahl von Metall dichtflanschen mit Schneidenkanten des Kaliberbereichs von 40-200 mm gemäß (Normvorschrift) JVIS-003 durch geführt, wobei die Zulässigkeit der Dichtleistung un ter Zugrundelegung von Schraubenzahl, Anzieh(dreh)mo ment und Flanschdicke als Parameter untersucht wurde. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden einer zahlenmäßigen Auswertung zur Bestimmung der durch Formeln (3) und (4) gegebenen Bereiche unterzogen.

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Unter suchungsergebnisse und Auswertungen bei einem bei spielhaften Flansch eines Außendurchmessers von 152 mm (Kaliber 100 mm).

Die ermittelten Untersuchungsergebnisse beinhalten die Beziehung zwischen Schraubenzahl und linearer Dichtkraft gemäß Fig. 3 sowie die Beziehungen zwischen Flanschdicke und Flansch(dehnungs)spannung (flange stress) einerseits sowie zwischen Flanschdicke und linearer Dichtkraft andererseits gemäß Fig. 4. Spezifi sche zahlenmäßige Werte sind in Tabelle II angegeben. Fig. 4 zeigt die mit einer Schraubenzahl von 8 er zielten Ergebnisse.

Aus den Untersuchungsergebnissen nach Fig. 3 ergibt sich folgendes: Wenn die Schraubenzahl 7 oder weniger und die lineare Dichtkraft 120 N/mm oder weniger be tragen, ist die Dichtleistung nicht groß genug, um eine Undichtigkeit zu verhindern. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die Größe der Dichtkraft nicht aus reicht, um eine zufriedenstellende Dichtleistung sicherzustellen. Wenn die Schraubenzahl 7 oder weniger und die lineare Dichtkraft 120 N/mm oder mehr betragen, tritt ebenfalls Undichtigkeit auf, was vermutlich darauf beruht, daß die Verteilung der Dichtkraft in Umfangsrichtung ungleichmäßig ist, obgleich die Be lastungs- oder Kraftgröße an sich für die Gewährlei stung einer zufriedenstellenden Dichtleistung aus reicht. Bei einer Schraubenzahl von 8 und einer linearen Dichtkraft von 120 N/mm oder weniger tritt ebenfalls Undichtigkeit auf, was vermutlich deshalb der Fall ist,weil die Größe der Dichtkraft nicht aus reichend hoch ist.

Wenn dagegen die Schraubenzahl 8 oder mehr und die Dichtkraft 120 N/mm oder mehr betragen, ist die Ab dichtungs- oder Dichtleistung hoch genug, um eine Un dichtigkeit zu verhindern. Dies beruht vermutlich darauf, daß die Größe der Dichtkraft für die Gewähr leistung einer zufriedenstellenden Dichtleistung hoch genug und die Verteilung der Dichtkraft über den Um fang hinweg gleichmäßig ist.

Demzufolge kann durch Verwendung von mindestens 8 Schrauben eine zufriedenstellende Dichtleistung ge währleistet werden, d. h. die Verwendung einer erheb lich größeren Zahl von Schrauben (wie im bisherigen Fall) ist unnötig. Die Schraubenzahl liegt mithin zweckmäßig im Bereich von 8-10. Unter Berücksichti gung der Beziehung zwischen Schraubenzahl n und Schrauben-Teilkreisdurchmesser B ist der zweckmäßige Schraubenzahlbereich durch Formel (3) festgelegt.

Weiterhin muß die lineare Dichtkraft (linear sealing load) auf 155 N/mm oder weniger eingestellt sein, weil bei einem höheren Wert als 155 N/mm möglicherweise die höchstzulässige Grenze für die Zugspannung oder Dehnungsspannung der Schrauben überschritten wird. Der zweckmäßige Bereich für die lineare Dichtkraft liegt mithin bei 120-155 N/mm. Die schraffierte Fläche in Fig. 3 gibt somit den Bereich an, in welchem eine zweckmäßige Zahl von Schrauben unter Vermeidung einer Undichtigkeit verwendet wird.

Bei einem Flanschaußendurchmesser von 152 mm (Kaliber 100 mm) betragen Schraubenzahl und lineare Dichtkraft nach den genannten herkömmlichen Standards 16 bzw. 359 N/mm. Wie aus den vorstehenden Ausführungen her vorgeht, sind diese herkömmlichen Werte zu groß. Er findungsgemäß ist dagegen die Schraubenzahl ohne Be einträchtigung der zufriedenstellenden Dichtleistung verkleinert. Infolgedessen können die Schwierigkeiten bei An- und Abbau des Flansches gemildert werden.

Bei einer linearen Dichtkraft von 359 N/mm liegt die Zug- oder Dehnungsspannung der Schrauben üblicherweise über dem höchstzulässigen Grenzwert, so daß die Schrauben einer plastischen Verformung unterliegen. Beim Abkühlen des Vakuumgefäßes nach dem "Brennen" bzw. Ausheizen ist daher die Spannkraft der Schrauben an den Flanschen unzureichend, so daß mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Spalt zwischen den Schneiden(kanten) und der Dichtung entstehen kann.

Erfindungsgemäß ist oder wird andererseits die lineare Dichtkraft oder -belastung auf eine vergleichsweise kleine Größe eingestellt, so daß die Zug- bzw. Dehnungsspannung der Schrauben innerhalb (unter) der höchstzulässigen Grenze bleibt. Wenn das Vakuumgefäß (bei einer Temperatur von 300-350°C) "gebrannt" bzw. ausgeheizt (baked) und (dann) abgekühlt wird, können die Schrauben einer elastischen Verformung unterliegen. Infolgedessen bildet sich höchstwahrscheinlich kein Spalt zwischen den Schneiden und der Dichtung, so daß nur eine sehr geringe (slender) Möglichkeit für Un dichtigkeit besteht.

Da zudem die Zug- oder Dehnungsspannung der Schrauben innerhalb (bzw. unterhalb) der höchstzulässigen Grenze liegt, ist die Möglichkeit für eine Beschädigung der Schrauben geringer als bei der bisherigen Konstruktion.

Aus den Untersuchungsergebnissen nach Fig. 4 geht fol gendes hervor: Wenn die Flanschdicke weniger als 13,5 mm beträgt, ist die Verteilung der linearen Dicht kraft um den Umfang herum äußerst ungleichmäßig. Bei einer Flanschdicke von 13,5 mm oder mehr ist anderer seits die Verteilung der Dichtkraft praktisch gleich mäßig, und sie erfährt ungeachtet der vergrößerten Flanschdicke keine Änderung. Bei einer Flanschdicke von weniger als 13,5 mm nimmt zudem die Beanspruchung oder Dehnungsspannung (stress) der Flansche mit ab nehmender Flanschdicke drastisch zu. Wenn die Flansch dicke andererseits etwa 17,5 mm übersteigt, nimmt diese Beanspruchung (stress) an den Flanschen mit einer (weiteren) Vergrößerung der Flanschdicke nicht sehr stark ab. Hieraus ergibt sich, daß der zweckmäßige Bereich der Flanschdicke t etwa 13,5 mm ≦ t ≦ etwa 17,5 mm beträgt. Unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen dem Schrauben-Teilkreisdurchmesser B und der Schraubenzahl n ist somit der zweckmäßige Flansch dickebereich durch Formel (4) gegeben bzw. festgelegt.

Die Versuchs- und Untersuchungsergebnisse nach Fig. 3 zeigen ferner, daß der zweckmäßige Bereich der linearen Dichtkraft bei 120-155 N/mm liegt. Die schraffierte Fläche in Fig. 4 stellt somit den Bereich dar, in wel chem Flansche einer zweckmäßigen Dicke unter Vermei dung einer Undichtigkeit eingesetzt werden können.

Bei einem Außendurchmesser des Flansches von 152 mm (Kaliber 100 mm) beträgt die Flanschdicke herkömmlicher weise 20 mm. Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, ist dieser herkömmliche oder bisher übliche Wert zu groß. Erfindungsgemäß ist oder wird somit die Flanschdicke ohne Beeinträchtigung einer zufrieden stellenden Dichtleistung verringert. Die Flansche sind mithin einfacher zu handhaben.

Bei der beschriebenen Erfindung sind somit Schrauben zahl und Flanschdicke im Vergleich zu den üblichen Standards oder Normvorschriften verkleinert, ohne daß die Dichtleistung beeinträchtigt wird, so daß die ge nannten Schwierigkeiten verringert sein können. Außer dem ist das Schraubenanzieh(dreh)moment ohne Beein trächtigung der Dichtleistung niedriger als bei der bisherigen Anordnung eingestellt, so daß die Möglich keit für eine Beschädigung der Schrauben herabgesetzt ist. Aufgrund dieses niedrigen Anziehmoments können die Schrauben beim "Brennen" bzw. Ausheizen des Vakuum gefäßes eine elastische Verformung erfahren, wodurch eine Beeinträchtigung der Dichtleistung vermieden wird.

Claims

1. Metalldichtflanschanordnung für unter Vakuum stehende Rohre oder Behälter, mit zwei Stahl-Scheiben oder -Platten (5, 6) mit ein ander zugewandten Flächen (9, 10), wobei mindestens eine der Platten (5, 6) eine einen abzudichtenden Raum festlegende Bohrung aufweist, die Platten (5, 6) an den einander zuge wandten Flächen (9, 10) radial auswärts von der Bohrung jeweils eine ringförmige Schneide (11, 12) aufweisen und die Schneiden (11, 12) ein ander zugewandt sind und einen Kantenwinkel von 70-100° aufweisen,
mit einer zwischen die beiden Schneiden (11, 12) einge fügten ringförmigen Kupfer-Dichtung (15) und mehreren die beiden einander zugewandten Flächen (9, 10) durchsetzenden und auf einer Ring- oder Kreislinie angeordneten Schrauben (16), die im angezogenen Zustand die beiden Platten (5, 6) gegeneinander verspannen, so daß die beiden Schneiden (11, 12) in die Kupfer-Dichtung (15) ein stechen und eine lineare Dichtkraft auf die Dichtung ausüben, um damit den Raum inner halb der Bohrung gegenüber der Außenseite abzu dichten und zu isolieren,
dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Zahl n der Schrauben (16) nach der Beziehung: 3(B + 28)/65 - 0 ≦ n ≦ 3(B + 28)/65 + 0,02Bund die Dicke t jeder Platte (5, 6) nach der Beziehung: mit: B = Durchmesser in mm eines durch die jeweiligen Zentralachsen der Zahl n von Schrauben (16) verlau fenden Kreises, bestimmen,
wobei die lineare Dichtkraft im Bereich zwischen 120 N/mm und 155 N/mm liegt.

2. Metalldichtflanschanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Platten (5, 6) je weils aus austenitischem, nichtrostendem Stahl her gestellt sind.

3. Metalldichtflanschanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Kupfer- Dichtung (15) Silber enthält.

4. Metalldichtflanschanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Raum innerhalb der Bohrung der Platte (5, 6) mit einem Vakuumgefäß kommuniziert.

5. Metalldichtflanschanordnung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die eine Platte ein Blinddeckel (20) ist.