DE102004038364A1

DE102004038364A1 - Dichtvorrichtung zum stirnseitigen Abdichten von zwei rohrförmigen Bauteilen

Info

Publication number: DE102004038364A1
Application number: DE200410038364
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Reinemuth; Michael Dipl.-Ing. Theilig
Original assignee: Pfaudler Werke GmbH
Current assignee: Pfaudler GmbH
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-03-30
Also published as: FR2874074A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung (10) zum stirnseitigen Abdichten von zwei rohrförmigen Bauteilen (15, 16), insbesondere Rohrelementen, mit in einem Winkel alpha zueinander stehenden Dichtflächen (25, 26), wobei die Dichtvorrichtung (10) vorzugsweise jeweils ein Dichtelement (20) und einen Stützkörper (30) mit im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt aufweist und der Stützkörper (30) zwei sich gegenüberliegende Trapezflanken (35, 36) hat, die in einem Winkel beta zueinander angeordnet sind, der um einen Winkel im Bereich von 0 DEG bis 20 DEG , vorzugsweise 1,5 DEG bis 15 DEG , und besonders bevorzugt 2,0 DEG bis 12 DEG größer ist als der Winkel alpha, sowie ein Verfahren zum Herstellen und die Verwendung einer solchen Dichtvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung zum stirnseitigen Abdichten von zwei rohrförmigen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen der Dichtvorrichtung und eine Verwendung der Dichtvorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 14 und 15.
Derartige Dichtvorrichtungen dienen dazu, vorzugsweise rohrförmige Teile druck- und vakuumfest miteinander zu verbinden. Die Verbindung soll dabei sowohl thermischer als auch mechanischer und chemischer Beanspruchung standhalten. In aller Regel werden die mittels einer solchen Dichtvorrichtung verbundenen Teile von einem Fluid durchströmt. Problematisch sind derartige Dichtungen vor allem dann, wenn abzudichtende Flanschflächen einen Öffnungswinkel α von größer 0° und kleiner 90° aufweisen, also nicht planparallel zueinander sind.
Um in solchen Fällen ein gutes Dichtungsergebnis zu erzielen, werden gemäß dem Stand der Technik weichdichtende Dichtelemente verwendet. Dies bringt jedoch das Problem mit sich, daß beim weichdichtenden Abdichten zueinander winkliger Flächen das Dichtelement unter ungünstigen Umständen, z.B. bei einem Vakuum oder einem Unterdruck im abzudichtenden Raum, in diesen hineingezogen wird. In diesem Fall kollabiert die Dichtung und die erforderliche Dichtwirkung ist nicht mehr gegeben, so daß bisherige Dichtvorrichtungen ihre Funktion dann nicht mehr erfüllen konnten.
In der Praxis wurde versucht, dieses Problem durch ein starkes Überhöhen einer Dichtungspressung zu lösen. Eine andere Alternative bestand darin, das Dichtelement formschlüssig zu verankern, so daß dieses nicht mehr in den evakuierten Raum eingezogen werden konnte. Hierzu wurden die abzudichtenden Flanschflächen in einer bestimmten Weise profiliert ausgebildet, wobei üblicherweise Nuten, Riefen oder Hinterdrehungen in die Flanschfläche eingebracht wurden. Eine weitere Alternative bestand darin, die Dichtung über den Außendurchmesser der Flanschfläche heraus zu führen und formschlüssig am Außendurchmesser der Flanschfläche zu fixieren.
Dies brachte jedoch wiederum zum Teil erhebliche Nachteile mit sich, da sich diese Lösungen in bestimmten Fällen nicht verwirklichen ließen. Beispielsweise ist das Einbringen von Nuten und Riefen in die Dichtfläche bei beschichteten Bauteilen, wie z.B. kunststoffbeschichteten oder emaillierten Bauteilen, kaum möglich und zudem meist unerwünscht. Das Anbringen des Dichtelements am Außendurchmesser der Flansche ist wiederum oft aus Platzgründen nicht möglich.
Bei großen Öffnungswinkeln α sind darüber hinaus alle bisher genannten Fixierungsmethoden ungeeignet, da Krafteinleitungspunkte für eine Dichtflächenpressung um so ungünstiger sind, je größer der Öffnungswinkel α ist. So kann bei einem großen Öffnungswinkel α ein eingesetztes Dichtelement schon allein durch das Aufbringen der Dichtungskraft, die für eine ausreichende Dichtflächenpressung notwendig ist, in den Innenraum gedrückt werden, so daß die Dichtungsnormalkraft, also die senkrecht zur Dichtfläche wirkende Kraft, nicht mehr ausreichend ist, um ein sicheres Abdichten zu ermöglichen. Greift nun zusätzlich am Innendurchmesser des Dichtelements eine Kraft beispielsweise durch ein angelegtes Vakuum an, so wird das Dichtelement in den Innenraum gezogen und die Dichtung ist wirkungslos.

Der im folgenden dargelegte Stand der Technik beschreibt Versuche der vorgenannten Art. So beschreibt die US 3,514,133 ein Dichtelement mit einem Stützkörper, der mit metallischen Weich-Einlagen in einer Nut eingesetzt ist, deren Flankenflächen parallel zueinander liegen. Der Stützkörper ist so geformt, daß er in eingebautem Zustand lokal sehr hohe Flächenpressungen erzeugt, die erforderlich sind, um den metallisch weich dichtenden Werkstoff lokal zu verformen.

Die US 2,635,900 beschreibt ein druckfestes Verbindungselement für Rohre, das besonders für dünnwandige Rohre konzipiert ist. Das Dichtelement besteht dort aus einem geformten Ring mit einem oder mehreren, in entsprechende Nuten eingelegten O-Ringen. Gemäß der dortigen Beschreibung wird die erforderliche Dichtungspressung im wesentlichen durch die Verformung des/der O-Ringe erreicht. Ein solchermaßen verformter Ring besteht dort aus einem dünnen Blech und hat infolge dessen keinerlei elastische oder rückstellende Wirkung, so daß die Dichtwirkung bei mechanischer Beanspruchung nicht mehr gewährleistet ist. Darüber hinaus weist die dortige Lösung für eine dichtende Verbindung zweier Rohrelemente prinzipbedingt sehr große Toträume und Hinterschneidungen auf, was zu einem erhöhten Platzbedarf und zu Verwirbelungen im Verbindungsbereich der Rohre führt und außerdem nicht reinigungsgerecht ist.

Die DE 32 06 570 C2 beschreibt ein Dichtelement, das einen außen liegenden Stützkörper aufweist. Ein ebenfalls außen liegendes Dichtelement wird radial durch ein Flanschsystem verformt und unterliegt in eingebautem Zustand einer Dichtungspressung, durch die eine Abdichtung erreicht wird.

Das dortige Dichtelement wirkt, wie erwähnt, von außen auf die Verbindungsstelle und ist somit nicht totraumfrei und erfordert einen erhöhten Platzbedarf.

Die EP 0 186 727 B1 beschreibt eine Weiterentwicklung der vorgenannten DE 32 06 570 C2 und verfolgt das dortige Wirkprinzip eines Dichtelements weiter, wobei allerdings zwischen den Stirnflächen der beiden zu verbindenden Rohre eine zusätzliche Dichtlippe vorgesehen ist. Somit kann zwar ein Totraum vermieden werden; allerdings ist diese Lösung relativ aufwendig und löst nicht das erhöhte Platzproblem, das ein außen liegendes Dichtelement zwangsläufig mit sich bringt.

Die US 6,325,390 B1 beschreibt ein Dichtelement, das aus einem innen liegenden, geformten Stützring mit einem, am Außendurchmesser des Stützrings in einer nutförmigen Vertiefung liegenden O-Ring besteht. Diese Nut-Lösung bringt wiederum vorgenannte Nachteile mit sich und ist nur dafür geeignet, einen einzelnen, elasto meren O-Ring in seiner radialen Position zu halten. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß die Dichtwirkung nur durch den O-Ring erzeugt wird, und somit ein Totraum entsteht.

Die DE 1 753 842 beschreibt eine trennbare schweißlose Vakuumrohrverbindung, deren Wirkprinzip in etwa der vorgenannte US 2,635,900 entspricht und dieselben, bereits dort genannten Nachteile mit sich bringt.

Die DE 1 968 385 beschreibt eine selbstdichtende Flanschverbindung für Rohre, wobei die dort beschriebene Lösung nur für planparallel Flanschflächen geeignet ist. Winklige Flanschflächen können mit der dortigen Flanschverbindung nicht zweckdienlich verbunden werden, da der dortige Stützring keinerlei elastische Eigenschaften aufweist und somit die für eine mechanisch belastbare Dichtverbindung notwendige und geforderte Funktionalität einer Rückstellkraft nicht erfüllt.

Ein weiteres der EP 0 186 727 B1 ähnliches Konzept wird in dem Deutschen Gebrauchsmuster DE 85 06 768 .7 beschrieben. Diese Lösung ist aufgrund der geforderten zusätzlichen Dichtlippe aufwendig und weist einen erhöhten Raumbedarf auf.

Die DE 1 175 951 beschreibt ein Dichtelement für Rohrleitungen, die bei hohen Außentemperaturen, beispielsweise bei Bränden, einsetzbar sind. Das Dichtsystem besteht aus einem porösen Inneren, das mit einem Weichstoff ummantelt ist. Durch das poröse Innere ist ein Kühlmedium an die Dichtfläche leitbar, wobei die dort beschriebene Anordnung nur für parallele Flanschflächen tauglich ist.

Die US 1,169,840 beschreibt eine Hochvakuumpackung für Rohrverbindungen und Verschlüsse, die beispielsweise aus spröden Werkstoffen wie Glas, Keramik und Quarz hergestellt sind. Bei der dort beschriebenen Lösung handelt es sich wiederum um einen O-Ring, der zwischen zwei im wesentlichen parallelen Flanschflächen angeordnet ist. Diese Flanschflächen sind sowohl am Innendurchmesser als auch am Außendurchmesser durch einen stützenden Ring umgeben. Die dort patentierte Lösung gleicht im wesentlichen dem in dem US-Patent US 6,325,390 B1 beschriebenen Kon zept. Nachteilig ist dort wiederum ein sehr hoher Platzbedarf sowie ein nicht zu vermeidender Totraum.

Das Schweizer Patent CH 485 968 beschreibt eine selbstzentrierende Kammerdichtung für Glasverbindungen. Die dort dargestellte Lösung entspricht im wesentlichen der bereits oben erwähnten US 1,169,840 , mit dem Unterschied, daß in dem Schweizer Patent der Werkstoff des inneren Stützrings aus Glas gefertigt ist.

Die DD 256 352 A1 schlußendlich beschreibt eine „auswinkelbare Rohrverbindung", die im wesentlichen aus einem außen liegenden dreieckförmigen Doppelpfannenring gebildet ist, der zwischen zwei konvex ausgeformten Flanschflächen eingesetzt ist. Der Doppelpfannenring ist aus einem nicht-sprödbrechenden Werkstoff angefertigt. Eine Hauptanforderung, nämlich eine mechanische Beanspruchbarkeit, also eine gewisse Winkelbeweglichkeit, ist mit dortiger Rohrverbindung nicht realisierbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Dichtvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der Flanschflächen zweier vorzugsweise rohrförmiger Teile zueinander totraumfrei sowie druck- und vakuumfest unter thermischer und/oder mechanischer und chemischer Beanspruchung, insbesondere auch Strömungsbeanspruchung, in dichter Weise miteinander verbindbar sind, wobei vorgenannte Nachteile, insbesondere des genannten Standes der Technik, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Dichtvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtvorrichtung und die Verwendung der Dichtvorrichtung gemäß den Patentansprüchen 14 und 15 gelöst.

Wesentliche Gedanken der Erfindung bestehen darin, daß ein steifer Stützkörper 30 in ein weich dichtendes Dichtelement 20 eingebracht wird. Dieser im wesentlichen trapezförmige Stützkörper weist zwei zueinander geneigte Flanken auf, deren Öffnungswinkel β in etwa dem Winkel α entspricht. Dabei erfolgt die Aufteilung des Winkels β in β1 und β2 entsprechend der Aufteilung α1 bzw. α2. Der Stützkörper ist auf mindestens zwei Flächen, nämlich den Dichtflächen, mit einem weich dichtenden Werkstoff belegt, z.B. mit Elastomeren beschichtet oder verkleidet.

Der Stützkörper stellt durch seine Form mit den zwei im wesentlichen zu den abzudichtenden Flanschflächen parallel liegenden Seitenflächen sicher, daß die von außen aufgebrachte Anpreßkraft im wesentlichen in eine Dichtungsnormalkraft umgewandelt wird. Vorzugsweise ist der Stützkörper an drei Flächen mit dem weich dichtenden Stoff verkleidet. Dadurch wird sichergestellt, daß es beim Einwirken von Vakuum an dem weich dichtenden Bauteil nicht zum Einziehen in den abzudichtenden Innenraum kommen kann.

Für chemisch besonders aggressive Prozesse kann der Stützkörper aus korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt werden. Besonders geeignet sind Gläser, Oxidkeramiken oder Karbide. Das weich dichtende Element besteht vorzugsweise aus einem chemisch hochbeständigen Werkstoff. Besonders geeignet sind dauerelastische Werkstoffe, wie zum Beispiel Fluor-Elastomere.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Dichtelements kann dann erreicht werden, wenn die Öffnungswinkel β1 bzw. β2 wenige Grad größer sind als die korrespondierenden Flanschwinkel α1 bzw. α2. Die zum Abdichten erforderliche Dichtpressung erfolgt dann stärker im Bereich des Innendurchmessers der Verbindung. Dadurch kann eine totraumfreie Abdichtung verwirklicht werden.

Vorzugsweise wird das Dichtelement im Kraftnebenschluß in den Dichtungsraum eingebaut.

Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Dichtvorrichtung zum stirnseitigen Abdichten von zwei rohrförmigen Bauteilen, insbesondere Rohrelementen, mit in einem Winkel α zueinander stehenden Dichtflächen gelöst, wobei die Dichtvorrichtung vorzugsweise jeweils ein Dichtelement und einen Stützkörper mit im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt aufweist und der Stützkörper zwei sich gegenüber liegende Trapezflanken hat, die in einem Winkel β zueinander angeordnet sind, der um einen Winkel im Bereich von 0° bis 20°, vorzugsweise 1,5° bis 15° und besonders bevorzugt 2,0° bis 12° größer ist als der Winkel α.

Erfindungsgemäß ist der Winkel α aus zwei Anfasungswinkeln α1 und α2 gebildet, die jeweils größer als 0° und kleiner 45°, vorzugsweise im Bereich von 15° und 35° sind. Der Winkel β setzt sich aus zwei Teilwinkeln β1 und β2 zusammen, wobei das Verhältnis von β1 : β2 dem Verhältnis von α1 : α2 entspricht.

Ein wesentlicher Kern der Erfindung besteht darin, daß der Stützkörper einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist und zwei zueinander geneigte Flanken besitzt, deren Öffnungswinkel β in etwa dem Winkel α entspricht. Dabei erfolgt die Aufteilung des Winkels β in β1 und β2 entsprechend der Aufteilung α1 und α2. Somit ist gewährleistet, daß die Dichtvorrichtung optimal an die abzudichtenden Dichtflächen der rohrförmigen Bauteile angepaßt ist.

Erfindungsgemäß ist der Stützkörper im wesentlichen ringförmig und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform offen-ringförmig ausgebildet und aus einem dauerelastischen Material hergestellt.

Erfindungsgemäß ist der Stützkörper zumindest an seinen Trapezflanken sowie gegebenenfalls an einer äußeren und/oder inneren Ringfläche von dem Dichtelement bedeckt, so daß der Stützkörper auf mindestens zwei Flächen, nämlich den Dichtflächen, mit einem weich dichtenden Werkstoff belegt ist. Dieser Werkstoff besteht vorzugsweise aus Elastomeren, mit denen der Stützkörper beschichtet oder verkleidet ist.

Der Stützkörper stellt durch seine Form mit den zwei, im wesentlichen zu den abzudichtenden Flanschflächen parallel liegenden, Seitenflächen sicher, daß die von außen aufgebrachte Anpreßkraft im wesentlichen in eine Dichtungsnormalkraft umgewandelt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Stützkörper an drei Flächen mit dem weich dichtenden Werkstoff verkleidet. Neben den beiden Dichtflächen kommt hierbei bevorzugt die äußere Ringfläche in Betracht, da dadurch sichergestellt werden kann, daß beim Einwirken von Vakuum an dem weich dichtenden Bauteil kein Einziehen des Bauteils in den abzudichtenden Innenraum erfolgen kann, da das weiche Dichtelement im wesentlichen U-förmig um den Stützkörper gespannt ist. Ein Ausdehnen des Dichtelements und ein in das Vakuum Ziehen wird darüber hinaus durch die durch die Dichtungsnormalkraft bedingte Flächenpressung verhindert.

Die Dicke des Dichtelements ist an der inneren Ringfläche erfindungsgemäß gleich oder größer als die Dicke des Dichtelements an der äußeren Ringfläche. Durch diese Maßnahme wird eine erhöhte Stabilität des Dichtelements an der inneren Ringfläche gewährleistet, so daß auch bei einem hohen Unterdruck eine optimale Dichtwirkung gewährleistet ist.

Das Dichtelement ist aus einem, wie bereits erwähnt, weichen Material hergestellt, das vorzugsweise dauerelastisch und, sofern notwendig, chemisch hochbeständig ist. Des weiteren kann das Dichtelement beispielsweise auch aus Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt sein.

Der Stützkörper besteht vorzugsweise aus einem hochkorrosionsbeständigen Material, wie Glas, einer Oxidkeramik, Karbid oder einem korrosionsbeständigen Edelstahl oder aus einem Komposit aus diesen Materialien.

Alternativ kann das Dichtelement auch als Kompositbauteil ausgeführt sein. Dabei sind die Dichtflächen weichdichtend, während der Stützkörper aus einem vergleichbaren Material angefertigt ist, wie die Dichtflächen, jedoch aufgrund von Zuschlagstoffen (oder einer von den Dichtflächen abweichenden Materialzusammensetzung) eine höhere Festigkeit und Steifigkeit aufweist als die weichdichtenden Dichtflächen.

Erfindungsgemäß sind an die Dichtflächen angreifende Flächen der Dichtvorrichtung plan ausgebildet, so daß die Dichtvorrichtung kraftschlüssig zwischen den Dichtflächen einbaubar ist, ohne daß ein Formschluß, beispielsweise in Form von Nuten, wie dies gemäß dem Stand der Technik gefordert ist, notwendig ist. Es sei erwähnt, daß die an die Dichtflächen angreifenden Flächen der Dichtvorrichtung auch leicht ballig, konkav oder konvex ausgebildet sein können.

Die Dichtelemente liegen an dem Stützkörper eng an und sind so ausgebildet, daß sie in eingebautem Zustand exakt mit der inneren Rohrwandung abschließen, ohne daß ein Totraum vorhanden ist oder die Dichtelemente in das innere Rohrvolumen hinein ragen.

Aufgrund der Formgebung der Dichtflächen an den rohrförmigen Teilen sowie an dem Dichtelement selbst, wird beim axialen Fügen der Rohre eine Radialkraftkomponente erzeugt, die zu einer Verformung des Stützkörpers in radialer Richtung führt. Da der Stützkörper aus einem dauerelastischen Werkstoff besteht, wird eine der Verformungskraft proportionale Rückstellkraft erzeugt. Diese Rückstellkraft wirkt unterstützend für die Dichtungspressung und kann daher gegenüber Temperaturschwankungen und anderen externen Einflüssen, wie z.B. einer Verlagerung der rohrförmigen Teile, ausgleichend wirken.

Da ein geschlossener Ring mit trapezförmigem Querschnitt eine sehr hohe radiale Steifigkeit aufweist, ist eine bevorzugte Ausgestaltung des Stützrings als Ringfeder vorgesehen. Die Ringfeder ist so ausgeführt, daß sie beim axialen Fügen der rohrförmige Teile radial verformt wird und so eine gegengerichtete Rückstellkraft erzeugt, welche die Dichtungspressung an der Dichtstelle unterstützt. Die Trennstelle des Stützrings ist vorzugsweise in einem Winkel gegenüber den Hauptachsen des Ringquerschnitts ausgeführt. Wenn ein solcher Ring mit einer am gesamten Umfang wirkenden Radialkraft verformt wird, so wird aufgrund der elastischen Biegung des Bauteils eine entsprechend gegengerichtete radiale Reaktionskraft erzeugt, so daß eine sichere Dichtwirkung gewährleistet ist, die auch bei mechanischer und thermischer Belastung erhalten bleibt.

Für chemisch besonders aggressive Prozesse kann der Stützkörper aus korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt sein. Besonders geeignet sind hierfür Gläser, Oxidkeramiken oder Karbide. Das weiche dichtende Element besteht vorzugsweise aus einem chemisch hochbeständigen Werkstoff, wobei dauerelastische Werkstoffe, wie z.B. Fluor-Elastomere, besonders geeignet sind.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Dichtelements kann dann erreicht werden, wenn die Öffnungswinkel β1 und β2 wenige Grade größer sind als die korrespondierenden Flanschwinkel α1 bzw. α2. Die zum Abdichten erforderliche Dichtungspres sung erfolgt dann stärker im Bereich des Innendurchmessers der Verbindung. Dadurch kann in bevorzugter Weise eine totraumfreie Abdichtung verwirklicht werden, wobei das Dichtelement in optimaler Weise im Kraftnebenschluß in den Dichtungsraum eingebaut wird.

Des weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtvorrichtung gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Herstellen des Dichtelements mit einer inneren Umfangsfläche, die kleiner, insbesondere geringfügig kleiner, als der zu bedeckende Umfang des Stützkörpers ist;
– Einbringen des Stützkörpers in das Dichtelement;
– Verspannen des Dichtelements mit eingebrachtem Stützkörper in einem Zustand, der im wesentlichen einem Einbauzustand entspricht, mittels einer Verspannvorrichtung;
– Entfernen eines aus der Verspannvorrichtung herausragenden Überstandes des Dichtelements;
– Entspannen des Dichtelements mit eingebrachtem Stützkörper.

Der wesentliche Gedanke besteht hierbei darin, daß das Dichtelement eng an dem Stützkörper anliegen muß, um erfindungsgemäß wirksam zu sein. Deshalb wird zunächst das Dichtelement mit einem geringfügig kleineren Durchmesser bzw. inneren Umfangsfläche gefertigt als der zu bedeckende Umfang des Stützkörpers bzw. bei vollflächiger Bedeckung dessen Außendurchmesser ist. Anschließend wird der Stützkörper in das Dichtelement eingebracht bzw. das Dichtelement auf den Stützkörper aufgezogen. Durch ein Verspannen des Dichtelements mit eingebrachtem Stützkörper in einer Verspannvorrichtung, die im wesentlichen den Zustand der Dichtvorrichtung in einem abzudichtenden Spalt wiederspiegelt, wird ein Teil des Dichtelements aus dem Dichtungsspalt ausgepreßt. Dieser ausgepreßte Überstand, der aus der Verspannvorrichtung herausragt, wird mittels einer Schneidevorrichtung entfernt, so daß bei einem Entfernen der Dichtvorrichtung aus der Verspannvorrichtung ein Entspannen des Dichtelements stattfindet. Wird die Dichtvorrichtung nun in einen abzudichtenden Spalt zwischen zwei rohrförmigen Elementen, respektive deren Dichtflächen, eingebracht, so erfolgt bei einer Flächenpressung eine erneute Verformung des Dicht elements, so daß dieses bündig mit der inneren zu verbindenden Rohrwandung abschließt. Somit weist das Dichtelement keinen Überstand in das Innere des Rohres auf.

Erfindungsgemäß wird das Dichtelement durch Extrusion, durch Spritzgießen oder auch durch eine spanende Formgebung, je nach Material, aus einem Halbzeug gefertigt. Das Abtrennen des Überstandes kann durch Stanzen, Schleifen oder Schneiden des nach innen überstehenden Teils des weich dichtenden Elements mit einem Werkzeug erfolgen.

Wie bereits vorerwähnt, wird nach der Bearbeitung das Dichtelement wieder entspannt, so daß das weich dichtende Element wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann. Wird nun das Dichtelement in eine Flanschverbindung definiert eingebaut, so stellt sich wieder der Verformungszustand ein, der beim Abtrennen des Überstands herrschte. Damit wird sichergestellt, daß im Einbauzustand des Dichtelements alle Bestandteile des Dichtelements bündig und ohne Vor- oder Rücksprung eingebaut sind. Damit ist die erfindungsgemäße Dichtverbindung totraumfrei.

Des weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch die Verwendung der vorbeschriebenen Dichtvorrichtung in Verbindung mit einer Gewindemuffe mit zwei Gewinden zu je einer axialen Wegbegrenzung für ein Einschieben von Rohren und einem sich dadurch ergebenden Bauraum zwischen zwei Rohrenden, in denen die Dichtvorrichtung eingebracht wird, gelöst, wobei der sich nach der Montage der Rohre ergebende Bauraum axial kleiner ist als die absolute Dicke der Dichtvorrichtung, so daß nach Montage beider Rohre eine im wesentlichen axiale Verpressung des weich dichtenden Dichtelements und eine nach dem Innendurchmesser des Stützrings gerichtete axiale Verformung desselben entsteht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß eine zusätzliche formschlüssige, auf dem Prinzip der Schneidringverschraubung basierende Rohrverschraubung vorgesehen ist, durch die eine sekundäre Notfalldichtung realisiert wird.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung von zu verbindenden Rohrstücken mit nicht planparallelen Dichtflächen;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stützrings;
4 eine schematische Darstellung eines ersten Herstellungsschritts einer erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines zweiten Herstellungsschritts einer erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung; und
6 einen dritten Schritt eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt eine schematische Darstellung zweier zu verbindender rohrförmiger Bauteile 15 und 16 mit zwei Dichtflächen 25, 26. Die Dichtflächen weisen einen Öffnungswinkel α auf, der aus zwei Teilöffnungswinkeln α1 und α2 besteht.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung 10, die aus einem Dichtelement 20 und einem Stützkörper 30 besteht. Der Stützkörper 30 weist eine äußere Ringfläche 45 und eine innere Ringfläche 46 auf und ist als Trapez ausgeführt. Des weiteren weist der Stützkörper 30 zwei Trapezflanken 35, 36, auf, die einen Winkel β bilden, der sich in zwei Teilwinkel β1 und β2 unterteilt.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Stützkörpers, die ringförmig ausgebildet ist und eine in einem Winkel gegenüber den Hauptachsen des Ringquerschnitts angeordnete Trennstelle aufweist. Der so geschlitzte Stützring 30 weist eine ausgeprägte radiale Federwirkung auf und trägt zu einer optimalen Dichtwirkung bei.
4 zeigt einen Stützkörper 30, um den ein Dichtelement 20 herumgelegt ist. Das Dichtelement erstreckt sich entlang der Trapezflanken 35 und 36 sowie über die äußere Ringfläche 45. Die innere Ringfläche 46 des Stützkörpers 30 ist von dem Dichtelement 20 nicht bedeckt.
5 zeigt eine Ausführungsform gemäß 4, die in eine Verspannvorrichtung 50 eingebracht ist. Wie zu erkennen ist, ist die Verspannvorrichtung analog einer späteren Rohrverbindung aufgebaut, wobei die Flanken der Verspannvorrichtung 50, die an dem Dichtelement 20 anliegen, im wesentlichen denselben Winkel aufweisen wie die Trapezflanken 35, 36 des Stützkörpers 30. Es ist deutlich zu erkennen, daß durch die durch die Verspannvorrichtung aufgebrachte Flächenpressung ein Teil des Dichtelements 20 in Form eines Überstands 60 aus dem Dichtspalt herausragt. Gemäß 6 wird dieser Überstand 60 des Dichtelements 20 mittels eines Schneidwerkzeugs 65, das in Pfeilrichtung geführt wird, abgeschnitten.
Nach dem Abschneiden des Überstands 60 erfolgt eine Entspannung der Dichtvorrichtung 10, wobei das Dichtelement 20 in seine Ursprungslage zurückgezogen wird.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

10: Dichtvorrichtung
15: rohrförmiges Bauteil
20: Dichtelement
25, 26: Dichtfläche
30: Stützkörper
35, 36: Trapezflanke
40: Hauptachsen
45: äußere Ringfläche
46: innere Ringfläche
50: Verspannvorrichtung
60: Überstand
65: Schneidvorrichtung

Claims

Dichtvorrichtung (10) zum stirnseitigen Abdichten von zwei rohrförmigen Bauteilen (15, 16), insbesondere Rohrelementen, mit in einem Winkel α zueinander stehenden Dichtflächen (25, 26), wobei die Dichtvorrichtung (10) vorzugsweise jeweils ein Dichtelement (20) und einen Stützkörper (30) mit im wesentlichen trapezförmigem Querschnitt aufweist und der Stützkörper (30) zwei sich gegenüberliegende Trapezflanken (35, 36) hat, die in einem Winkel β zueinander angeordnet sind, der um einen Winkel im Bereich von 0° bis 20°, vorzugsweise 1,5° bis 15° und besonders bevorzugt 2,0° bis 12° größer ist als der Winkel α.
Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α aus zwei Anfasungswinkeln α1 und α2 gebildet ist, die jeweils größer als 0° und kleiner gleich 45°, vorzugsweise im Bereich von 15° bis 35° sind.
Dichtvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β aus zwei Teilwinkeln β1 und β2 zusammengesetzt ist und das Verhältnis von β1 : β2 dem Verhältnis von α1 : α2 entspricht.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (30) im wesentlichen ringförmig, vorzugsweise offenringförmig, ausgebildet ist.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (30) aus einem elastischen, insbesondere dauerelastischen, Material hergestellt ist.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (30) zumindest an seinen Trapezflanken (35, 36) sowie gegebenenfalls an einer äußeren (45) und/oder inneren Ringfläche (46) von dem Dichtelement (20) bedeckt ist.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke des Dichtelements (20) an der inneren Ringfläche (46) gleich oder größer der Dicke des Dichtelements (20) an der äußeren Ringfläche (45) ist.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (20) aus einem weichen, vorzugsweise dauerelastischen, insbesondere chemisch hochbeständigen, Material besteht.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (20) aus einem Fluor-Elastomer oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (30) aus einem hochkorrosionsbeständigen Material, insbe sondere Glas, Oxidkeramik, Karbid, korrosionsbeständigem Edelstahl oder einem Komposit aus diesen Materialien, besteht.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement als Kompositbauteil ausgeführt ist, wobei die Dichtflächen (25, 26) weichdichtend sind, während der Stützkörper (30) aus einem vergleichbaren Material hergestellt ist, wie die Dichtflächen, jedoch aufgrund von Zuschlagstoffen und/oder einer von den Dichtflächen abweichenden Materialzusammensetzung eine höhere Festigkeit und Steifigkeit aufweist, als die Dichtflächen (25, 26).
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Dichtflächen (25, 26) angreifende Flächen der Dichtvorrichtung (10) im wesentlichen plan ausgebildet sind und die Dichtvorrichtung (10) kraftschlüssig zwischen den Dichtflächen (25, 26) einbaubar ist.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Dichtelemente) (20) eng an dem Stützkörper (30) anliegt bzw. anliegen.
Dichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtvorrichtung (10) in eingebautem Zustand totraumfrei ist.
Verfahren zum Herstellen einer Dichtvorrichtung (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Herstellen des Dichtelements (20) mit einer inneren Umfangsfläche, die kleiner, insbesondere geringfügig kleiner, als der zu bedeckende Umfang des Stützkörpers (30) ist; – Einbringen des Stützkörpers (30) in das Dichtelement (20); – Verspannen des Dichtelements (20) mit eingebrachtem Stützkörper (30) in einem Zustand, der im wesentlichen einem Einbauzustand entspricht mittels einer Verspannvorrichtung (50); – Entfernen eines aus der Verspannvorrichtung (50) herausragenden Überstandes (60) des Dichtelements (20); – Entspannen des Dichtelements (20) mit eingebrachtem Stützkörper (30).
Verwendung der Dichtvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in Verbindung mit einer Gewindemuffe mit zwei Gewinden sowie einer axialen Wegbegrenzung für ein Einschieben von Rohren und einem sich dadurch ergebenden Bauraum zwischen zwei Rohrenden, in denen die Dichtvorrichtung (10) eingebracht wird, wobei der sich nach der Montage der Rohre ergebende Bauraum axial kleiner ist als die absolute Dicke der Dichtvorrichtung (10), so daß nach Montage beider Rohre eine im wesentlichen axiale Verpressung des weich dichtenden Dichtelementes (20) und eine nach zum Innendurchmesser des Stützringes gerichtete radiale Verformung desselben entsteht.
Verwendung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine zusätzliche formschlüssige, auf dem Prinzip der Schneidringverschraubung basierende Rohrverschraubung, durch die eine sekundäre Notfalldichtung realisiert ist.
Rohrleitungssystem, bestehend aus zumindest zwei chemisch beständig ausgekleideten Rohren mit in einem Winkel α zueinander stehenden Dichtflächen (25, 26), die mittels einer Dichtvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 verbunden sind, wobei die Verbindung mit einer Gewindemuffe mit zwei Gewinden sowie einer axialen Wegbegrenzung für ein Einschieben von Rohren und einem sich dadurch ergebenden Bauraum zwischen zwei Rohrenden, in denen die Dichtvorrichtung (10) eingebracht wird, realisiert wird, wobei der sich nach der Montage der Rohre ergebende Bauraum axial kleiner ist als die absolute Dicke der Dichtvorrichtung (10), so daß nach Montage beider Rohre eine im wesentlichen axiale Verpressung des weich dichtenden Dichtelementes (20) und eine nach zum Innendurchmesser des Stützringes gerichtete radiale Verformung desselben entsteht.