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Gebiet der Erfindung
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Das Gebiet der Erfindung bezieht sich auf Dichtungen, Vakuumsysteme mit solchen Dichtungen und ein Verfahren zur Herstellung der Dichtungen.
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Hintergrund
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Systeme, die mit Druckdifferenzen arbeiten, wie beispielsweise Vakuumsysteme, benötigen effektive Dichtungen an Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten, um effektiv zu arbeiten.
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Eine effektive Dichtung ist eine, die nachgiebig ist und sich verformen kann, um einen Spalt auszufüllen. Dichtungen sind oft unter Verwendung von Elastomermaterialien hergestellt worden, die sowohl nachgiebig als auch verformbar sind.
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Manche Vakuumsysteme arbeiten bei hohen Temperaturen und/oder verarbeiten aggressive Materialien. Elastomerdichtungen können nicht ausreichend beständig entweder gegen hohe Temperaturen oder aggressive Materialien sein, um als effektive Dichtungen in solchen Systemen zu funktionieren.
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Materialien mit höherer Beständigkeit gegen solche Umgebungen umfassen Metalle. Metalldichtungen sind bekannt. Ein Nachteil von Metalldichtungen ist, dass sie, um effektiv abzudichten, sowohl eine hohe Klemmkraft als auch eine Feinbearbeitung auf den Oberflächen benötigen, zwischen denen sie abdichten sollen. Höhere Klemmkräfte können zu Verformung der geklemmten Komponenten führen und können spezielle Klemmkomponenten und Werkzeuge erfordern, um die Klemmkomponenten zu öffnen und zu spannen. Eine feinere Bearbeitung von Oberflächen ist teuer.
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Es wäre wünschenswert, eine Dichtung bereitzustellen, die gegen Betrieb in höherer Temperatur und/oder mindestens einige aggressive Materialien beständig wäre und bei relativ niedrigen Klemmkräften eine effektive Dichtung bilden würde.
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Zusammenfassung
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Ein erster Aspekt stellt eine längliche Dichtung mit einem Querschnitt bereit, der eine Wand um einen inneren Abschnitt umfasst, wobei diese Wand aus einem Material gebildet ist, die so konfiguriert ist, dass eine physikalische Eigenschaft des Materials um mindestens 10% entlang mindestens einem von einer Länge und dem Querschnitt der Dichtung variiert, wobei die Variation in dieser physikalischen Eigenschaft eine Veränderung in mindestens einem von Verformbarkeit und Resilienz des entsprechenden Teils dieser Dichtung bewirkt.
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Das Ausmaß der Verformbarkeit und das Ausmaß der Resilienz einer Dichtung beeinflusst ihre Dichtungseigenschaften. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannten, dass sowohl Resilienz als auch Verformbarkeit von den physikalischen Eigenschaften des die Dichtung bildenden Materials abhängt, und dass eine Veränderung dieser Eigenschaften an verschiedenen Teilen der Dichtung eine effektivere Funktion der Dichtung ermöglichen kann. Physikalische Eigenschaften umfassen Dichte und Dicke der Wand der Dichtung.
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Eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften entlang der Länge oder dem Querschnitt der Dichtung verändert ihre Dichteigenschaften, und diese können so gewählt werden, dass sie die Dichtwirksamkeit der Dichtung verbessern. Beispielsweise kann die Verformbarkeit eines Abschnitts, der dafür konfiguriert ist, mit einer abzudichtenden Fläche zusammenzupassen, erhöht werden, und die Resilienz dieses Abschnitts kann entsprechend reduziert werden. Jedoch kann die Gesamtresilienz der Dichtung durch Vergrößern der Resilienz eines anderen Teils der Dichtung aufrechterhalten werden, wo vielleicht die Verformbarkeit weniger wichtig ist. Auf diese Weise können die Eigenschaften einer Dichtung, die aus einem Material gebildet sind, das nicht so nachgiebig oder verformbar wie ein Elastomer ist, abgestimmt werden, um die Wirksamkeit der Dichtung zu erhöhen. Dies ermöglicht das Herstellen einer effektiven Dichtung aus einem Material mit geringerer Resilienz, wobei ein solches Material eine erhöhte Beständigkeit gegen höhere Temperaturen und aggressive Chemikalien haben kann.
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Eine Längsdichtung ist eine längliche Dichtung, die länger als breit ist. Die Länge ist die Distanz entlang der Wand der Dichtung, und die Breite ist die Distanz über den Querschnitt. Die Dichtung kann eine Schleife sein, wobei die Länge der Umfang der Schleife ist. Die Dichtfläche befindet sich auf dem äußeren Umfang der Wand.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die mindestens eine physikalische Eigenschaft eine Dicke der Wand.
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Eine Veränderung der Wanddicke, d.h. der Wanddimension im Querschnitt der Dichtung, verändert die Resilienz und die Verformbarkeit der Dichtung; eine dickere Wand ergibt eine höhere Resilienz, und eine dünnere Wand erzeugt mehr Verformbarkeit. Die Erkenntnis der Wirkung, welche Änderungen der Wanddicke auf die Eigenschaften hat, ermöglicht eine Konstruktion und Konfiguration der Dichtung mit erhöhter Verformbarkeit, wo diese geeignet ist, was durch eine erhöhte Elastizität an anderen Stellen kompensiert wird, wo die Verformbarkeit nicht so wichtig ist.
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Bei manchen Ausführungsformen variiert die Wanddicke entlang einer Länge der Dichtung.
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Die Wanddicke kann entlang der Länge der Dichtung variieren und kann in einigen Ausführungsformen und an manchen Stellen entlang der Dichtung bis herunter auf 0,01 mm abfallen und an anderen Stellen auf höhere Werte von vielleicht bis herauf zu 0,5 mm ansteigen. In jedem Fall beträgt die Veränderung entlang der Länge mindestens 10% und bei manchen Ausführungsformen mindestens 50% und bei anderen mindestens 100%.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die Dichtung zum Abdichten von Oberflächen in einem Vakuumsystem konfiguriert, und die genannte Wand ist so konfiguriert, dass sie an Stellen entlang der Länge der Dichtung dünner ist, die von Klemmelementen zum Einspannen der Dichtung zwischen den Oberflächen entfernt sind, so dass eine Resilienz der Dichtung entfernt von den Klemmelementen reduziert ist.
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Ein Verändern der Wanddicke entlang der Länge der Dichtung ermöglicht das Konfigurieren der Dichtung derart, dass sie eine größere Resilienz an den Stellen hat, wo die Dichtung im Betrieb geklemmt wird. An diesen Klemmstellen wirkt eine größere Kraft auf die Dichtung, und folglich ermöglicht eine größere Resilienz an diesen Stellen, dass die Dichtung einen gleichförmigeren Querschnitt und eine gleichförmigere Dichtwirkung entlang der Länge der Dichtung beibehält. Tatsächlich ermöglicht es die Verringerung der Resilienz der Dichtung entfernt von den Klemmelementen und erlaubt verringerte Klemmkräfte und eine effektivere Abdichtung.
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Bei manchen Ausführungsformen variiert die Dicke der genannten Wand um den Querschnitt der Dichtung.
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Alternativ und/oder zusätzlich kann die Wanddicke um den Querschnitt der Dichtung verändert werden. Beispielsweise kann sie an und angrenzend an einer Dichtfläche der Dichtung niedriger sein. In dieser Hinsicht sind Dichtungen mit äußeren peripheren Oberflächen konfiguriert, die darauf Dichtflächen aufweisen. Diese Teile der Außenoberfläche sind die Stellen, die zum Bewirken der Abdichtung dienen. Es ist vorteilhaft, wenn diese Dichtflächen eine hohe Verformbarkeit haben, und folglich kann es vorteilhaft sein, die Wanddicke an diesen Stellen zu begrenzen. Eine größere Dicke an anderen Stellen ergibt eine elastischere und robuste Dichtung, während sie an den Stellen, an denen sie abdichtet, verformbar ist.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die mindestens eine physikalische Eigenschaft eine Dichte des die Wand bildenden Materials.
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Eine weitere physikalische Eigenschaft, welche die Elastizität und Verformbarkeit einer Dichtung beeinflusst, ist die Dichte des die Wand der Dichtung bildenden Materials. Veränderungen dieser Dichte ermöglichen das Verändern der Eigenschaften der Dichtung und folglich das Abstimmen der Dichtung für ihren jeweiligen Gebrauch.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die Dichte des Materials an einer Dichtstelle einer äußeren Peripherie der Dichtung niedriger als eine Dichtung dieses Materials an einem inneren Rand dieser Dichtung.
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Ein Material mit niedrigerer Dichte an der dichtenden Außenfläche der Dichtung ermöglicht es, dass die Dichtung verformbarer ist und eine effektivere Abdichtung ergibt. Eine erhöhte Dichte entfernt von dieser Stelle ergibt eine elastischere Dichtung.
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Bei manchen Ausführungsformen weist ein Teil der genannten Wand an und angrenzend an den Dichtungsteil einen porösen oder zelligen Teil auf. Bei manchen Ausführungsformen kann dies ein zusätzlicher Vorsprung sein, der von der äußeren Wand weg ragt. Dieser Vorsprung kann auch dazu benutzt werden, das lokalisieren der Dichtung in einer gewünschten Position zu unterstützen.
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Eine Möglichkeit der Reduzierung der Dichte des Materials und des Bereitstellens einer verformbareren Oberfläche ist das Verändern der Struktur an der und angrenzend an die Dichtfläche, so dass sie zusammengedrückt und konform zur angepassten Oberfläche wird. Eine poröse oder zellige Struktur ergibt diese Eigenschaften.
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Bei einigen Ausführungsformen variiert die Dichte des die Wand bildenden Materials entlang einer Länge der Dichtung.
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Als eine Alternative und/oder zusätzlich zu dem Variieren der Dichtung des Materials um den Querschnitt kann die Dichte des die Wand bildenden Materials ebenfalls entlang einer Länge der Dichtung variieren. Wo die Wand aus einer porösen oder zelligen Substanz gebildet ist, kann diese Veränderung der Dichte durch Verändern der Porosität entlang der Länge der Wand erreicht werden.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die Dichte des die Wand bildenden Materials an einem Teil der Dichtung geringer, der von den Klemmelementen zum Klemmen der Dichtung zwischen den Oberflächen entfernt ist, so dass eine Resilienz der Dichtung entfernt von den Klemmelementen reduziert ist.
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Insbesondere kann es vorteilhaft sein, ein höher dichtes Material an Stellen der Dichtung zu haben, die dafür konfiguriert sind, im Betrieb angrenzend an das Klemmelement zu sein, und niedriger Dichte Teile des Materials entfernt von diesen Bereichen zu haben. Dies ergibt eine verringerte Resilienz der Dichtung entfernt von den Klemmelementen bei erhöhter Resilienz angrenzend an diese. Bei dem Klemmelement ist die Klemmkraft höher und daher steht die Dichtung unter größerer Kompression. Durch Verändern der Dichte in dieser Weise zusammen mit einer Reduzierung der geforderten Klemmkräfte kann ein gleichmäßiger gepresster Querschnitt der Dichtung erreicht werden.
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Bei manchen Ausführungsformen weist die Wand um den inneren Teil herum einen Teil auf, der einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt hat, und einen Teil mit federartiger Konfiguration.
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Ein Weg zum Bereitstellen von Unterschieden in den Eigenschaften der Dichtung um den Querschnitt herum ist es, einen Teil mit gleichförmigem Querschnitt und einen Teil mit federartiger Konfiguration zu haben. Die federartige Konfiguration ergibt Elastizität und Resilienz, während der gleichförmige Teil eine effektive Dichtfläche ergibt.
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Bei manchen Ausführungsformen weist der eine federartige Konfiguration aufweisende Teil Verbindungsteile auf, die zu den Teilen mit gleichförmigem Querschnitt abgewinkelt sind und diese verbinden, wobei die Verbindungsteile Lücken zwischen sich haben.
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Bei manchen Ausführungsformen kann die Konfiguration des federartigen Teils entlang der Länge der Dichtung sich verändern, so dass der Spalt zwischen den Verbindungsteilen oder die Dicke der Verbindungsteile sich verändert, um die Resilienz der Dichtung entlang ihrer Länge zu variieren.
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Obwohl die Dichtung eine Anzahl von Formen haben kann, haben in manchen Ausführungsformen die Wand und der innere Teil einen kreisförmigen Querschnitt.
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Obwohl die Wand sich nur um einen Teil des inneren Teils über mindestens einen Teil der Länge der Dichtung erstrecken kann, umschließt die Wand bei manchen Ausführungsformen den inneren Teil.
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Bei manchen Ausführungsformen erstreckt sich die Wand in einer Längsrichtung und hat eine Rohrform.
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Bei manchen Ausführungsformen erstreckt sich die Wand längenmäßig zur Bildung einer Schleife.
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Bei manchen Ausführungsformen ist das die Wand der Dichtung bildende Material ein nichtelastomerisches Material.
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Eine Dichtung, die für das Bereitstellen variierender Resilienz und Verformbarkeit konfiguriert ist, ermöglicht das Bilden einer effektiven Dichtung aus einem Material, das kein Elastomer ist. Elastomere haben eine hohe Elastizität und bilden im allgemeinen gute Dichtungen, aber können nicht beständig gegen hohe Temperaturen oder aggressive Chemikalien sein. Daher ermöglicht das Bilden einer Dichtung aus einem Material, das kein Elastomer ist, die Wahl eines Materials mit geeigneten Eigenschaften für höhere Temperatur und aggressive Chemikalien, wobei die Konfiguration gemäß einer Ausführungsform derart ist, dass eine Dichtung immer noch eine effektive Abdichtung ergibt.
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Bei manchen Ausführungsformen ist das Material ein metallisches Material.
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Bei manchen Ausführungsformen umfasst das metallische Material mindestens eines von Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Nickel, einer Nickellegierung, einem Edelmetall, Stahl, rostfreiem Stahl, Kupfer.
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Bei anderen Ausführungsformen umfasst das Material ein Polymermaterial, das eines oder mehrere Thermoplaste umfasst.
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Bei manchen Ausführungsformen besteht das polymere Material aus mindestens einem von einem Fluorpolymer, Polyäther-Äther-Keton (PEEK) und Polyphenylen-Sulfid (PPS).
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Obwohl die Dichtung insgesamt aus einem Metall oder insgesamt aus einem Polymermaterial gebildet sein kann, kann sie in manchen Ausführungsformen aus einer Kombination von beiden dieser Materialien gebildet sein.
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Bei manchen Ausführungsformen ist der innere Teil ein Leerraum.
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Bei anderen Ausführungsformen enthält der innere Teil eine Substanz zur Vergrößerung einer Resilienz der Dichtung.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannten, dass eine äußere Peripherie mit erhöhter Verformbarkeit, aber reduzierter Resilienz, für eine Dichtung verwendet werden könnte, wo eine innere Struktur innerhalb der äußeren Peripherie vorgesehen ist, um die Resilienz zu verbessern. Auf diese Weise könnte beispielsweise die Wanddicke reduziert werden, was sie verformbarer macht und eine bessere Dichtfläche ergibt. Dicken bis herab zu 0,01 Millimeter könnten unter solchen Umständen annehmbar sein.
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In manchen Ausführungsformen ist die Substanz eine kontinuierliche feste Struktur, die mit der Wand verbunden ist.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die kontinuierliche feste Struktur entlang einer Länge der Dichtung ungleichförmig, so dass eine Resilienz der Dichtung sich entlang der Länge verändert.
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Um eine Veränderung der Resilienz der Dichtung entlang der Länge der Dichtung zu erhalten, wie vorstehend erwähnt, kann es wünschenswert sein, die Struktur innerhalb der Dichtung entlang der Länge der Dichtung ungleichförmig zu machen.
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Obwohl die kontinuierliche feste Struktur eine Anzahl von Formen haben kann, besteht sie in manchen Ausführungsformen mindestens aus einer inneren Wand, die sich über den inneren Querschnitt erstreckt.
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In manchen Ausführungsformen kann die mindestens eine innere Wand sich über einen Durchmesser des inneren Teils erstrecken.
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In anderen Ausführungsformen kann die Substanz ein poröses oder zelliges Material sein.
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Ein poröses oder zelliges Material, also eines mit Hohlräumen, ermöglicht sein Zusammendrücken und ergibt dadurch Resilienz.
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Bei manchen Ausführungsformen ist die Dichtung dafür konfiguriert, mit den zu dichtenden Oberflächen zusammenzupassen, und die Dichte des porösen Materials entfernt von Klemmelementen zum Klemmen der Dichtung zwischen diesen Oberflächen ist reduziert, so dass eine Resilienz der Dichtung entfernt von den Klemmelementen reduziert ist.
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Veränderungen der Dichte der inneren Substanz können dazu verwendet werden, die Resilienz der Dichtung zu verändern. Wenn die Dichtung in Verbindung mit Klemmelementen verwendet wird, um die Dichtung zu halten, kann es vorteilhaft sein, die Resilienz an Stellen bei den Klemmelementen zu erhöhen und eine reduzierte Resilienz an anderen Stellen zu haben.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Vakuumsystem vor, das mindestens eine Dichtung nach eine ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweist.
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In manchen Ausführungsformen weist das Vakuumsystem mindestens eine Dichtung auf, die mit Teilen konfiguriert ist, die eine reduzierte Resilienz entweder aufgrund reduzierter Dicke der Wand und/oder reduzierten Resilienz der inneren Struktur hat, wobei das Vakuumsystem Klemmelemente hat, um mindestens eine Dichtung zwischen zwei zusammenwirkenden Oberflächen an Teilen der Dichtung mit erhöhter Resilienz zu klemmen.
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Traditionell werden beispielsweise aus Metall hergestellte Dichtungen durch Formen von Metallrohren oder anderen Profilen und Verbindung derselben durch Schweißen gemacht. Es ist schwierig, den Young-Modul und andere mechanische Eigenschaften des nach diesen traditionellen Verfahren hergestellten Dichtungselements zu steuern. Die Anwendung einer additiven Fertigungstechnik ermöglicht die Veränderung mechanischer Eigenschaften sowohl im Querschnitt der Dichtung als auch entlang des Umfangs einer Dichtung und entlang ihrer Länge. Dies ermöglicht die Konstruktion von Dichtungen mit Veränderungen dieser Eigenschaften entsprechend ihrer Umgebung, was ein Material mit niedrigerer Elastizität zur Bereitstellung effektiver Dichtungen ermöglicht. Dies kann die Verwendung niedrigerer Klemmkräfte in dem Vakuumsystem bei trotzdem hoher Dichtungsintegrität erlauben. Bei manchen Ausführungsformen ist die additive Fertigungstechnik ausgewählt niedrigerer Klemmkräfte in dem Vakuumsystem bei trotzdem hoher Dichtungsintegrität erlauben. Bei manchen Ausführungsformen ist die additive Fertigungstechnik ausgewählt aus Stereo-Lithographie (SLA), Schmelzauftrag-Modellierung (FDM), Mehrstrahl-Modellierung (MJM), 3D-Druck und selektiver Lasersinterung (SLS).
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Weitere besondere und bevorzugte Aspekte sind in den anliegenden unabhängigen und abhängigen Ansprüchen angegeben. Merkmale der abhängigen Ansprüche können mit Merkmalen der unabhängigen Ansprüche nach Bedarf kombiniert werden, und auch in anderen Kombinationen als denjenigen, die in den Ansprüchen explizit angegeben sind.
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Wenn ein Vorrichtungsmerkmal als zum Ergeben einer Funktion betreibbar beschrieben ist, versteht es sich, dass dieses auch ein Vorrichtungsmerkmal umfasst, welches diese Funktion ergibt oder welches zum Ergeben dieser Funktion adaptiert oder konfiguriert ist.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun weiter unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 einen Querschnitt einer Dichtung mit einer variablen Wanddicke nach einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2 einen Längsschnitt einer Dichtung mit einer variablen Wanddicke entlang einer Länge der Dichtung nach einer zweiten Ausführungsform zeigt;
- 3 schematisch einen Querschnitt einer Dichtung mit einer variablen Dichte über dem Querschnitt nach einer dritten Ausführungsform zeigt;
- 4 schematisch einen Querschnitt einer Dichtung mit einer variablen Dicke über den Querschnitt entsprechend einer vierten Ausführungsform zeigt;
- 5 einen Querschnitt einer Dichtung mit einer inneren Struktur zur Erhöhung der Resilienz zeigt;
- 6 einen Längsschnitt einer Dichtung mit einer inneren Struktur mit variabler Dichte entlang einer Länge der Dichtung zeigt;
- 7 einen Längsschnitt einer Dichtung mit einer federartigen Konfiguration für einen Abschnitt der äußeren Wand zeigt; und
- 8 einen Querschnitt der Dichtung nach 7 zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Vor Erörterung der Ausführungsformen mehr im einzelnen wird zuerst ein Überblick gegeben.
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Die Verwendung additiver Fertigungstechniken bei der Herstellung von Dichtungen ermöglicht die Herstellung von Dichtungen mit gezielten Variationen der Elastizität, die das Optimieren der Dichtkraft für Dichtungseffektivität gegenüber der Klemmkraft erlauben. Im Ergebnis können das Profil, die Form und Bestandteilmaterial der Dichtung zum Bereitstellen einer gewünschten Dichtungsintegrität bei reduzierter Klemmkraft ausgelegt werden.
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Aufgrund dieser Möglichkeit zur Feinabstimmung des Dichtungsdesigns kann diese aus Materialien mit reduzierten Elastizitätseigenschaften wie beispielsweise Metall gemacht werden. Solche Materialien können verbesserte hitze- und chemische Beständigkeit haben.
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Merkmale, welche diese verbesserte Dichtungsintegrität bei reduzierter Klemmkraft ermöglichen, umfassen:
- Eine variable Dicke der Elemente des Profils;
- eine komplexe Struktur innerhalb der Dichtung zum Ergeben von Elastizität;
- eine Veränderung in der Struktur oder Dichte an der Dichtfläche, beispielsweise das Vorsehen einer offenen Struktur wie beispielsweise Schaum, der zusammengedrückt wird und sich der Gegenfläche anpasst.
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Bei manchen Ausführungsformen können zusätzliche Merkmale hinzugefügt werden, wie beispielsweise Merkmale, welche die Dichtung zur Dichtfläche positionieren oder ausrichten, und ein Überzug auf der Dichtfläche zum Verbessern der Dichtungsintegrität.
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1 zeigt einen Querschnitt einer Dichtung nach einer Ausführungsform, wobei die äußere Wand 10, welche den inneren Abschnitt umschließt, eine variable Wanddicke hat.
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Das Vorsehen von Variationen in der Wanddicke ermöglicht es, dass Teile der Wand, die dickeren Teile, eine erhöhte Resilienz ergeben, während die dünneren Teile eine erhöhte Verformbarkeit haben. Deshalb sind die Dichtbereiche der Dichtung, die Bereiche der Außenoberfläche sind, die, wenn die Dichtung im Gebrauch in einem Vakuumsystem montiert sind, die Dichtwirkung ergeben, so konfiguriert, dass sie eine dünnere Wand als andere Teile entfernt von diesen Dichtungsteilen haben. Auf diese Weise ist der effektive Dichtungsteil mehr verformbar, während die Gesamtdichtung ihre Resilienz aufgrund der dickeren Teile behält.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Dichtung, die in ähnlicher Weise wie die Ausführungsform nach 1 eine variierende Dicke der äußeren Wand 10 hat. Bei dieser besonderen Ausführungsform tritt die Variation der Dicke entlang der Länge der Dichtung auf. Es sollte bemerkt werden, dass die Veränderung sowohl über den Querschnitt und/oder um den Umfang und/oder entlang der Länge der Dichtung auftritt. In diesem Fall sind die dickeren Teile der Dichtung dafür konfiguriert, dass sie innerhalb eines Vakuumsystems an den Klemmelementen positioniert sind, so dass die Klemmkräfte 20 auf die nachgiebigeren Teile der Dichtung und die Teile der Dichtung, die von den Klemmelementen entfernt sind und reduzierte darauf wirkende Klemmkräfte haben, mit dünneren Wänden ausgebildet sind und eine geringere Resilienz, aber größere Verformbarkeit haben. Auf diese Weise wird eine Dichtung bereitgestellt, die für ihren Gebrauch adaptiert ist und ein Optimieren der Dichtkraft oder wenigstens eine Verbesserung der Dichtungseffektivität mit Bezug auf die Klemmkraft ermöglicht.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform, wo die physikalischen Eigenschaften, die zur Adaptierung der Dichtung an die darauf in Betrieb wirkenden Kräfte benutzt werden, die Materialdichte sind, wobei die Dichte des die äußere Wand 10 bildenden Materials sich verändert. In diesem Fall kann die Dichte sich über den Querschnitt der Dichtung und/oder entlang der Länge der Dichtung sich ändern. Daher werden Teile mit reduzierter Dichte und niedrigerer Resilienz und Teile mit erhöhter Dichte und höherer Resilienz bereitgestellt. Die Teile mit reduzierter Resilienz können zu den Dichtflächen hin um den Umfang vorgesehen sein, während die Teile mit erhöhter Dichte von diesen Teilen entfernt und an Längspositionen vorgesehen sein können, an welchen die Klemmelemente gelegen sind, wenn die Dichtung im Gebrauch in einer Vakuumbaugruppe montiert ist.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform, wo die äußere Wand mit zusätzlichen Bereichen 12 versehen ist, die von Wand vorspringen, und wo das Material porös ist und daher eine besonders niedrige Dichte hat. Diese sind an den Dichtflächen der Dichtung vorgesehen und lassen sich zusammendrücken und passen sich an die Gegenflächen an. Sie können auch zum Positionieren der Dichtung in einer gewissen Orientierung innerhalb des Vakuumsystems dienen.
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5 zeigt den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform, wo eine innere Struktur innerhalb der äußeren Wand 10 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform sind innere Wände 22 vorgesehen, die den inneren Querschnitt der Dichtung durchqueren und Resilienz gegen Verformung der Dichtung ergeben. Das Hinzufügen einer solchen inneren Struktur ermöglicht es, die äußere Wand dünner zu machen, als es der Fall ist, wenn keine innere Struktur vorhanden ist. Dies hat den Vorteil, eine verbesserte Verformbarkeit der äußeren Struktur zu ergeben, was eine verbesserte Dichtung ergibt und eine effektive Abdichtung in einem Vakuumsystem mit einer nicht so feinen Dichtflächen-Fertigbearbeitung erlaubt.
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Obwohl bei dieser Ausführungsform die innere Struktur durch innere Wände gebildet ist, die zur äußeren Wand 10 verlaufen und an dieser befestigt sind, kann die innere Struktur bei anderen Ausführungsformen verschieden sein und kann beispielsweise durch ein poröses Material gebildet sein. Dieses poröse Material kann eine verschiedene Dichte über seinen Querschnitt haben und kann außerdem eine verschiedene Dichte entlang seiner Länge haben, wodurch gezielte Veränderungen der Resilienz der Dichtung an verschiedenen Punkten erreicht werden. In einer ähnlichen Weise kann die Dichtung nach 5 Veränderungen der Breite der inneren Wand 22 entlang ihrer Länge haben, um Unterschiede der Resilienz zu ergeben. Ebenso wie mit Variationen der Porosität und folglich der Dichte der inneren Substanz kann auch die Wand aus einer porösen Substanz gebildet sein, wobei die Porosität der Wand sich entlang ihrer Länge verändert.
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6 zeigt einen Längsschnitt durch eine Dichtung mit einem porösen Inneren 24, wobei die Dichte des porösen Inneren sich entlang der Länge der Dichtung verändert, wodurch die Dichtung so angeordnet werden kann, dass sich Bereiche erhöhter Dichte und erhöhter Resilienz an Klemmelementen befinden und Bereiche mit verringerter Dichte und verringerter Resilienz von diesen Elementen entfernt sind, wenn sie in der Vakuumbaugruppe montiert ist. Dies ermöglicht das Halten der Dichtung an Ort und Stelle mit reduzierten Klemmkräften ohne übermäßige Beeinflussung der Dichtungseigenschaften der Dichtung.
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7 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform, wo ein Teil des Umfangs der Dichtung aus Streifen 30 des die Außenwand 10 bildenden Materials gebildet ist. Dies ergibt eine federartige Konstruktion und erhöht die Resilienz der Dichtung.
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8 zeigt einen Querschnitt einer solchen Dichtung. Es sollte bemerkt werden, dass Anzahl, Dicke und Spalte zwischen den Streifen entlang der Länge der Dichtung verändert werden können, um die Resilienz der Dichtung an verschiedenen Teilen nach Bedarf zu erhöhen oder zu vermindern.
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Die Dichtungen sind im Querschnitt, im Längsschnitt oder in Seitenansicht dargestellt. Sie können eine Rohrform haben, und diese Rohrform kann eine Schleife sein, die zum Abdichten beispielsweise zwischen Statoren einer Vakuumpumpe oder um Verbindungselemente in einem Vakuumsystem adaptiert sein kann. Aufgrund der Möglichkeit, für diese Dichtungen keine Elastomermaterialien zu verwenden, sind diese besonders effektiv zur Verwendung in Beseitigungssystemen, wo aggressive Materialien gepumpt werden und eine hohe Temperatur angewendet wird.
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Die Anwendung additiver Fertigungstechniken zum Herstellen von Dichtungen ermöglicht es sie, sie beispielsweise aus Metall herzustellen und doch Eigenschaften zu haben, die entlang der Länge und/oder um den Umfang und/oder über den Querschnitt verändert werden können. Dies ermöglicht das Adaptieren der Dichtungen an besondere Positionen und jeweilige Klemmkräfte und verbessert die Dichtungswirksamkeit.
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Obwohl illustrative Beispiele der Erfindung hier im einzelnen mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die genaue Ausführungsform beschränkt ist, und dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen hier durch den Fachmann gemacht werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, der durch die anliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- äußere Wand der Dichtung
- 12
- poröse Struktur
- 20
- Klemmelement
- 22
- innere Wand
- 24
- zellige innere Füllung
- 30
- federartige Streifen