Welche Arten von Flanschen und Vakuumdichtungen gibt es?

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Im Allgemeinen sind demontierbare Verbindungen in metallischen Vakuumkomponenten, Pumpen, Ventilen, Schläuchen und so weiter mit Flanschen versehen. Vakuumkomponenten für Grob-, Mittel- und Hochvakuum von Leybold sind mit den folgenden standardisierten Flanschsystemen ausgestattet:

Kleine Flansche (KF)(Schnellanschlüsse nach DIN 28 403) in den Nennweiten 10, 16, 20, 25, 32, 40 und 50 mm. Die Werte 10, 16, 25 und 40 sind bevorzugte Weiten gemäß den PNEUROP-Empfehlungen und den ISO-Empfehlungen des Fachausschusses ISO/TC 112. Für eine vollständige Verbindung von zwei identischen Flanschen werden ein Spannring und ein Zentrierring benötigt.
Klammerflansche (ISO-K) in den Nennweiten 65, 100, 160, 250, 320, 400, 500 und 630 mm. Außerdem entsprechen diese Flansche den Nennweiten und der Konstruktion der PNEUROP- und ISO/TC 112-Empfehlungen. Die Klammerflansche werden durch Schellen oder Bundringe miteinander verbunden. Zum Abdichten sind Zentrierringe oder Dichtungen erforderlich.
Feste Flansche (ISO-F) in den gleichen Nennweiten wie oben (gemäß PNEUROP und ISO/TC 112). In Sonderfällen werden feste Flansche mit geringerer Nennweite eingesetzt. Klammerflansche und verschraubte Flansche entsprechen DIN 28 404.

Die Nennweite entspricht in etwa dem freien Innendurchmesser des Flansches in Millimetern; größere Abweichungen sind Ausnahmen, sodass der Klammerflansch DN 63 einen Innendurchmesser von 70 mm hat (siehe auch Tabelle XI).

Tabelle XI Nenninnendurchmesser (DN) und Innendurchmesser der Schläuche, Rohre und Öffnungen mit kreisförmigem Querschnitt (nach PNEUROP).

Die Nenninnendurchmesser entsprechen in etwa den Innendurchmessern der Rohrleitungsteile (DIN 2402, Feb. 1976). Die linke Spalte der Nenninnendurchmesserreihe wird in der Praxis bevorzugt.

Vakuumanschlüsse und deren Materialien

Komponenten für Hochvakuum bestehen aus Aluminium oder Edelstahl. Edelstahl ist etwas teurer, bietet aber eine Vielzahl von Vorteilen: geringere Entgasungsrate, Korrosionsbeständigkeit, kann bei Temperaturen von bis zu 200 °C (392 °F) entgast werden, Metalldichtungen sind möglich, und Edelstahl ist im Vergleich zu Aluminium wesentlich kratzfester.

Komponenten für Ultrahochvakuum bestehen aus Edelstahl und verfügen über CF-Flansche, die bei hohen Temperaturen ausheizbar sind. Diese Komponenten, einschließlich der Flansche, werden in Serienfertigung hergestellt und haben Nennweiten von 16 bis 250 mm. CF-Flansche sind als feste Flansche oder auch mit drehbaren Winkelflanschen erhältlich. Sie können mit CONFLAT-Flanschen fast aller Hersteller verbunden werden. Zur Abdichtung werden Kupferdichtungen verwendet.

Grundsätzlich sollten die Flansche nicht kleiner sein als die Verbindungsleitungen und die miteinander verbundenen Komponenten. Wenn keine aggressiven Gase und Dämpfe abgepumpt werden und das Vakuumsystem keiner Temperatur über 80 °C (176 °F) ausgesetzt ist, ist die Abdichtung mit Flansch-O-Ringen aus NBR (Perbunan) oder CR (Neopren) für den Betrieb im Grob-, Mittel- und Hochvakuumbereich ausreichend. Dies ist häufig dann der Fall, wenn die Funktion von Vakuumsystemen getestet wird, bevor sie endgültig montiert werden.

Alle Edelstahlflansche können bei Temperaturen bis 200 °C (392 °F) ohne Beeinträchtigung entgast werden. Das Dichtungsmaterial Perbunan ist jedoch nicht als Flanschdichtstoff geeignet. Stattdessen sollten Dichtringe aus VITILAN® (ein spezielles FPM) und auch Aluminiumdichtungen verwendet werden, die Heizvorgänge bis zu 150 °C (302 °F) bzw. 200 °C (392 °F) ermöglichen. Nach einer solchen Entgasung können in Vakuumsystemen Drücke bis 10^-8 mbar, also bis in den UHV-Bereich, erreicht werden.

Die Erzeugung von Drücken unter 10^-8 mbar erfordert höhere Ausheiztemperaturen. Wie auf der Seite über Ultrahochvakuumtechniken erläutert, erfordert die Arbeit im UHV-Bereich einen grundsätzlich anderen Ansatz und die Verwendung von CF-Flanschen mit Dichtungsringen aus Metall.

Gassperren und Absperrarmaturen

In vielen Fällen ist es wünschenswert, nicht nur gasgefüllte oder evakuierte Behälter abdichten zu können, sondern auch in der Lage zu sein, den Druck oder das Vakuum in diesen Behältern zu einem späteren Zeitpunkt zu überprüfen und die Gasfüllung nachträglich zu evakuieren, zu ergänzen oder auszutauschen.

Dies kann ganz einfach mit einer Absperrarmatur von Leybold geschehen, die über eine entsprechende Gassperre betätigt wird. Der kleine Flanschanschluss des evakuierten oder gasgefüllten Behälters wird innerhalb der Leitung durch ein kleines Verschlussstück, das das eigentliche Ventil bildet, hermetisch verschlossen. Die zur Betätigung erforderliche Gassperre wird nach dem Evakuieren oder Befüllen mit Gas entfernt. Eine Gassperre reicht also aus, um eine beliebige Anzahl von Absperrarmaturen zu betätigen. In Abb. 2.81 ist ein Schnitt durch eine solche Anordnung dargestellt. Gassperren und Absperrarmaturen werden von Leybold mit einer Nennweite von DN 16 KF, DN 25 KF und DN 40 KF hergestellt. Sie sind aus Edelstahl gefertigt. Die Leckrate der Absperrarmaturen beträgt weniger als 1 · 10^-9 mbar l/s. Sie können einem Überdruck von bis zu 2,5 bar standhalten, sind temperaturbeständig bis 150 °C (302 °F) und können durch einen Standard-Blindflansch vor Verschmutzung geschützt werden.

Abb. 2.81 Gassperre mit Zentrierring und Absperrarmatur, Schnittansicht

Typische Anwendungsbeispiele sind doppelwandige Behälter mit einem isolierenden Vakuum, wie Dewar-Behälter, Flüssiggasbehälter (Tanks), Energiefernleitungen und vieles mehr. Sie werden auch zum Evakuieren oder Nachevakuieren von Referenz- und Stützvakua in wissenschaftlichen Instrumenten verwendet. Häufig werden Absperrarmaturen mit Gassperren eingesetzt. Früher war es notwendig, eine Pumpe permanent angeschlossen zu halten, um bei Bedarf nachevakuieren zu können. Durch den Einsatz von Gassperren mit Absperrarmaturen wird der Behälter vakuumdicht verschlossen, und die Pumpe wird nur noch von Zeit zu Zeit zur Überprüfung oder Nachevakuierung benötigt.

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