DE102005035893B3 - Hochdruckdichtungsanordnung mit Pufferzone - Google Patents

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DE102005035893B3
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Abstract

Eine Dichtungsanordnung für Hochdruckanwendungen mit einer ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) und einer zweiten Dichtung (32, 70). Die erste Dichtung (30, 80, 90, 100) ist abdichtend fügbar mit einem ersten und einem zweiten Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse (22) und einem Rohr (24), und weist eine freie Oberfläche (31, 88, 96, 114) auf. Die zweite Dichtung (32, 70) ist fügbar mit dem ersten und zweiten Bauteil (22, 24) und ist beabstandet zur ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) angeordnet und zwischen erstem Volumen (48) und erster Dichtung (30, 80, 90, 100) angeordnet. Eine Pufferzone (52), zumindest teilweise definiert durch das erste und das zweite Bauteil (22, 24) ist zwischen der ersten und der zweiten Dichtung angeordnet und Fluid in der Pufferzone (52) steht in direktem Kontakt mit der freien Oberfläche (31, 88, 96, 114) der ersten Dichtung (30, 80, 90, 100). Die zweite Dichtung (32) bildet eine teilweise Abdichtung zwischen erstem und zweitem Bauteil (22, 24) wobei, wenn das erste Volumen (48) ein Fluid unter hohem Druck enthält, die zweite Dichtung (32, 70) zulässt, dass sich Fluid unter hohem Druck in der Pufferzone (52) über einen längeren Zeitraum anreichert und, wenn der Druck im ersten Volumen (48) abfällt, die zweite Dichtung (32, 70) den Abfall des Drucks in der Pufferzone (52) verzögert. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Dichtung eine elastomere Dichtung (30, 80, 108) während die zweite Dichtung eine polymere Dichtung (32, 70) ist und, ...

Description

  • HOCHDRUCKDICHTUNGSANORDNUNG MIT PUFFERZONE
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Dichtungsanordnungen und insbesondere auf eine Dichtungsanordnung für die Verwendung unter hoher Druckbeaufschlagung wie beispielsweise in Automobil Klimaanlagen mit Kohlendioxid als Kältemittel.
  • Die wachsende Besorgnis über die schädigende Wirkung verschiedener Kältemittel auf die globale Erwärmung führt zu einer vermehrten Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel. Automobil Klimaanlagen sind ein Anwendung für den vermehrten Einsatz von Kohlendioxid. Bei Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel in Verdampungs-Verdichtungs-Systemen wie Automobil Klimaanlagen muß das Kohlendioxid auf relativ hohen Druck verdichtet werden, beispielsweise auf 17 MPa. Wenn elastomere Dichtungen, beispielsweise Gummidichtungen, unter diesen Bedingungen verwendet werden, permeiert unter dem hohen Druck Kohlendioxid langsam in die Dichtung hinein. Wenn der Druck nachfolgend reduziert wird, beispielsweise aufgrund eines Lecks oder bei Wartungsarbeiten, kann das in der Dichtung befindliche Kohlendioxid nicht schnell genug austreten und dehnt sich innerhalb der
  • Dichtung aus, wobei die Dichtung beschädigt oder zerstört wird. Dieses Phänomen ist als explosive Dekompression bekannt.
  • Eine Methode, die in unterschiedlichen Formen entwickelt wurde, begegnet der Problematik der explosiven Dekompression indem die gefährdete Dichtung mit einer anderen Komponente beaufschlagt wird und eine Verpressungskraft auf die Dichtung ausgeübt wird.
  • (One method that has been developed in different forms to address the problem of explosive decompression is to directly engage the seal potentially subject to explosive decompression with another component and exert a compressive force on the seal.)
  • Taylor et al. (US 2004/0017047 A1) beschreibt eine Dichtungsanordnung mit einem Accumulatorring zum Schutz der Dichtung gegen explosive Dekompression. In der in Taylor, 2, 2A und 3, gezeigten Anordnung sind eine Dichtung 20 und ein O-Ring 24 in einem Einbauraum platziert. Unter Druckbeaufschlagung wird die Dichtung 20 von dem Hochdruckfluid permeiert. Der O-Ring 24 ist innen hohl ausgebildet und weist Öffnungen 26 auf, durch die Fluid in den O-Ring 24 gelangen kann. Wenn der Druck abfällt, strömt Fluid aus dem Inneren des O-Rings 24 durch die Öffnungen 26. Dadurch übt der O-Ring 24 eine Kraft auf die Dichtung 20 aus und verhindert explosive Dekompression der Dichtung 20. Weitere Ausführungsformen sind beschrieben. Beispielsweise zeigen die 6E and 6F in Taylor eine metallische Endkappe und E-förmigen Ring und 6G eine Schnittdarstellung des E-förmigen Rings.
  • Shroeder et al. ( US 6,502,826 B1 ) beschreibt eine hydraulische Kolbendichtung. Wie in 2 in Shroeder zu sehen, umfasst die Dichtungsanordnung 10 einen festen Dichtring 40, einen elastomeren Aktivierungsring 42 und eine feste strukturierte Abdeckung 44. Die strukturierte Abdeckung 44 wird verwendet um die Tendenz des Eindringens von Luft und anderer im Hochdruckfluid gelöster Gase in die Haut des elastomeren Aktivierungsrings 42 zu reduzieren indem der Aktivierungsring 42 abgedeckt wird und indem auf den Aktivierungsring 42 eine Kraft ausgeübt wird, um Poren und Risse in dessen Haut zu schließen. Weitere Ausführungsformen sind dargestellt in Shroeder 511.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik bei Hochdruckdichtungsanordnungen, insbesondere die hinsichtlich explosiver Dekompression, zu vermeiden.
  • GEGENSTAND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit zwei voneinander beabstandeten Dichtungen und einer dazwischenliegenden Pufferzone als kostengünstige Dichtungsanordnung für einen weitreichenden Anwendungsbereich einschließlich Hochdruck Kohlendioxid Verdampfungs-Verdichtungs-Systeme.
  • Die Erfindung umfasst in einer ihrer Ausführungsformen eine Dichtungsanordnung für Hochdruckanwendungen umfassen eine erstes Bauteil, ein zweites Bauteil, eine erste Dichtung und eine zweite Dichtung. Das zweite Bauteil ist zusammenfügbar mit dem ersten Bauteil und bildet dadurch ein erstes Volumen. Die erste Dichtung steht im dichtenden Kontakt mit dem ersten und zweiten Bauteil und weist eine freie Oberfläche zwischen dem ersten und zweiten Bauteil auf. Die zweite Dichtung steht im Kontakt mit dem ersten und zweiten Bauteil und ist zwischen dem ersten Volumen und der ersten Dichtung angeordnet. Die zweite Dichtung ist von der ersten Dichtung beabstandet angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Dichtung befindet sich eine Pufferzone und Fluid in der Pufferzone wirkt direkt auf die freie Oberfläche der ersten Dichtung. Die Pufferzone ist zumindest teilweise durch das erste und zweite Bauteil gebildet. Die zweite Dichtung stellt eine bedingte Abdichtung zwischen erstem und zweitem Bauteil dar, wobei bei hohem Fluiddruck im ersten Volumen die zweite Dichtung einen langsamen Druckaufbau in der Pufferzone zulässt und bei einem Druckabfall im ersten Volumen die zweite Dichtung einen Druckabfall in der Pufferzone stark verzögert.
  • In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Dichtung eine elastomere Dichtung, die zweite Dichtung eine polymere Dichtung und wenn das erste Volumen Kohlendioxid unter Druck von etwa 17 MPa enthält über einen Zeitraum, der ausreichend lang ist, daß sich in der Pufferzone Kohlendioxid bei ähnlich hohem Druck anreichert und nachfolgend der Druck im ersten Volumen abfällt, verzögert die zweite Dichtung den Druckabfall in der Pufferzone hinreichend, um explosive Dekompression der ersten Dichtung zu verhindern.
  • Die Erfindung betrifft in einer Ausführungsform eine Methode zur Abdichtung in einer Hochdruckanwendung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil. Die Methode umfasst die Verwendung einer ersten Dichtung in dichtendem Kontakt zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil wobei die erste Dichtung eine freie Fläche zwischen erstem und zweitem Bauteil aufweist. Ein erstes Volumen enthält ein Hochdruckfluid und wird durch die erste Dichtung von einem zweiten Volumen mit niedrigerem Druck abdichtend getrennt. Eine Pufferzone befindet sich zwischen erstem und zweitem Volumen und wird teilweise definiert durch das erste Bauteil und das zweite Bauteil. Die Pufferzone wird gefüllt mit dem Hochdruckfluid nachdem das erste Volumen mit dem Hochdruckfluid gefüllt wurde. Die Methode umfasst weiterhin daß die freie Oberfläche der ersten Dichtung mit dem Hochdruckfluid in der Pufferzone in Kontakt steht, der Druckabbau im ersten Volumen mit einer ersten Druckabbaurate und der Druckabbau im zweiten Volumen mit einer zweiten Druckabbaurate, wobei die zweite Druckabbaurate kleiner ist als die erste Druckabbaurate. [0010] In bestimmten Ausführungsformen dieser Methode ist die erste Dichtung eine elastomere Dichtung und der Füllvorgang der Pufferzone mit dem Hochdruckfluid beinhaltet zumindest teilweise die Permeation der elastomeren Dichtung durch das Hochdruckfluid. Der Vorgang des Druckabbaus im zweiten Volumen ist hinreichend langsam, um dem Hochdruckfluid, das in die elastomere Dichtung permeiert ist, das Austreten aus der elastomeren Dichtung ohne deren Beschädigung zu erlauben.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist dass sie eine kostengünstige und einfach herzustellende Dichtungsanordnung darstellt die in Hochdruckanwendungen einsetzbar ist und Beschädigung der verwendeten Dichtungen durch explosive Dekompression verhindert.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorgenannten und weitere Merkmale dieser Erfindung werden veranschaulicht durch die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Zeichnungsdarstellungen:
  • 1 ist eine teilweise Schnittdarstellung eines Rohrs, eines Gehäuses und einer Dichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Rohr vor Einführen in das Gehäuse; 2 ist eine teilweise Schnittdarstellung eines Rohrs, eines Gehäuses und einer Dichtungsanordnung gemäß 1, jedoch mit dem Rohr im Gehäuse montiert;
  • 3 ist eine Darstellung einer ersten alternativen Ausführungsform;
  • 4 ist eine Darstellung einer zweiten alternativen Ausführungsform;
  • 5 is ist eine Darstellung einer dritten alternativen Ausführungsform; und
  • 6 ist eine Darstellung einer vieten alternativen Ausführungsform.
  • Korrespondierende Bezugszeichen kennzeichnen in den verschiedenen Darstellungen korrespondierende Teile. Obgleich die hier gezeigten beispielhaften Darstellungen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, sind diese Ausführungsformen nicht erschöpfend zu verstehen oder als einschränkend für den Geltungsbereich der Erfindung auf die dargestellten Ausführungsformen. zu verstehen.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Eine Dichtungsanordnung 20 entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigen 1 und 2. Die Dichtungsanordnung 20 wird als Dichtung zwischen den beiden Bauteilen 22, 24 verwendet. In der dargestellten Ausführungsform ist das Bauteil 22 ein Gehäuse mit einer Bohrung und das Bauteil ist ein Rohr. 1 zeigt das Gehäuse 22 und das Rohr 24 in der Position vor der Montage. 2 zeigt das Rohr 24 montiert in das Gehäuse 22 und die Dichtungsanordnung 20. Das Rohr 24 ist mit dem Gehäuse verbunden über eine Verschraubung 26. Die Verschraubung 26 wird oftmals als "peanut" bezeichnet. Das Gehäuse 22, Rohr 24 und Verschraubung 26 werden aus konventionellen Materialien hergestellt unter Verwendung konventioneller Fertigungsverfahren gemäß dem üblichen Stand der Technik.
  • Das Gehäuse 22 und das Rohr 24 bilden im wesentlichen zylindrische Volumina und 1 and 2 stellen eine Teilansicht eines Längsschnitts durch diese Bauteile dar mit der Mittelachse 23 dieser zylindrischen Volumina in der Darstellung unten. Nach Montage von Gehäuse 22, Rohr 24, und Dichtungen 30, 32, verbleiben diese statisch zueinander. Die vorliegende Erfindung kann ebenso für alternative Anordnungen verwendet werden und welche nicht notwendigerweise während der Abdichtung statisch zueinander verbleiben.
  • Die Dichtungsanordnung 20 ist montiert auf dem Rohr 24 und umfasst einen Stützring 28, eine erste Dichtung 30 und eine zweite Dichtung 32. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Dichtung 30 ein elastomerer O-Ring und die zweite Dichtung 32 ist ein polymerer Dichtring 32. Jeder dieser Dichtringe 30, 32 ist montiert auf einen Außenumfang 34 des Rohrs 24. In diesem Beispiel ist der elastomere O-ring 30 in einem beidseitig begrenzten Einbauraum 36 des Rohrs 24 angeordnet und die polymere Dichtung 32 in einem einseitig begrenzten Einbauraum 38 nahe des Rohrendes 40 des Rohrs 24.
  • Beidseitig begrenzte Einbauräume, wie beispielsweise Einbauraum 36, haben eine Seitenwand (mindestens ungefähr ½ der Dichtungsquerschnittshöhe) 42 an beiden Seiten während einseitig begrenzte Einbauräume, wie beispielsweise Einbauraum 38, eine Seitenwand 44 und eine weniger hohe Stufe 46 aufweisen. Elastomere Dichtungen, die elastisch dehnbar sind, können relativ einfach in beidseitig begrenzte Einbauräume montiert werden. Polymere Dichtungen sind wesentlich geringer elastisch dehnbar als elastomere Dichtungen und einfacher in geteilte Einbauräume (nicht dargestellt) oder in einseitig begrenzte Einbauräume montierbar, die nicht eine so große Aufdehnung erfordern wie beidseitig begrenzte Einbauräume.
  • Wenn das Rohr 24 in das Gehäuse 22 eingeschoben und fixiert wurde wie in 2 dargestellt, haben beide Dichtungen 30, 32 jeweils Kontakt zu Gehäuse 22 und Rohr 24 und bilden dadurch eine Dichtung zwischen Gehäuse 22 und Rohr 24. Diese Dichtung trennt ein unter Druck stehendes Volumen 48 von einem unter niedrigerem Druck stehenden zweiten Volumen 50. Diese zweite unter niedrigerem Druck stehende Volumen 50 wird in der dargestellten Ausführungsform von der Umwelt gebildet. Weiterhin wird eine Pufferzone 52 gebildet zwischen der ersten Dichtung 30 und der zweiten Dichtung 32 welche zwischen dem inneren Volumen 48 und der Umwelt 50 angeordnet ist. Wie in 2 erkennbar, wird die Pufferzone 52 definiert durch die Dichtungen 30, 32 an ihren entgegengesetzten Enden und durch den Raum zwischen Gehäuse 22 und Rohr 24.
  • Die dargestellte Anordnung kann in Hochdruckanwendungen wie beispielsweise Automobil Klimaanlagen mit Kohlendioxid als Kältmittel verwendet werden. Der Druck in solchen Kohlendioxidsystemen liegt im Bereich von 17 MPa und damit wesentlich höher als bei Klimaanlagen mit traditionellen Kältemitteln wie R22 or R134a.
  • Polymere Dichtungen wie der Dichtring 32, erfordern typischerweise eine feinere Gegendichtfläche als elastomere Dichtungen wie der O-Ring 30, um eine gleichwertige Dichtwirkung zu erlangen. Wenn das interne Volumen 48 mit Kohlendioxid unter Druck gefüllt ist, wird sich aufgrund einer geringen Leckagerate über die polymere Dichtung 32 langsam Kohlendioxid in der Pufferzone 52 anreichern und sich ein Druck aufbauen der typischerweise etwas geringer ist als der Druck im Volumen 48. Anders ausgedrückt stellt die Polymerdichtung 32 eine teilweise Abdichtung zwischen Gehäuse 22 und Rohr 24 dar.
  • Eine nachteilige Eigenschaft von elastomeren Dichtungen ist die Permeation einiger Fluide, gegen die polymere Dichtungen im wesentlichen inert und permeationslos sind. Der O-Ring 30 hat eine freie Oberfläche 31 die zwischen Gehäuse 22 und Rohr 24 angeordnet ist und welche in direktem Konrtakt zum Fluid in der Pufferzone 52 steht. Deshalb wird, wenn Kohlendioxid unter hohem Druck im Volumen 52 vorhanden ist, dieses mit der Zeit in die elastomere Dichtung 30 hinein permeieren. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die freie Oberfläche 31 über die volle Höhe zwischen Rohr 24 und Gehäuse 22, wobei in alternativen Ausführungsformen die Oberfläche der elastomeren Dichtung 30 teilweise abgedeckt sein kann um die freie Oberfläche 31 zu verkleinern, die im direkten Kontakt zur Pufferzone 52 steht und in die damit Fluid eindringen kann.
  • Der Druck des Kohlendioxid im internen Volumen 48 kann aus unterschiedlichen Gründen plötzlich abfallen. Die üblichen Ursachen für derartigen plötzlichen Druckabfall sind Lecks im System oder die Entleerung des Volumens 48 im Zuge von Wartungs- oder Reparaturarbeiten. Wenn die elastomere Dichtung permeiertes Kohlendioxid enthält und der Druck auf die Dichtung plötzlich abfällt, dehnt sich in der Folge das in der Dichtung enthaltene Kohlendioxid aus. Diese Ausdehnung des Kohlendioxids im Inneren der elastomeren Dichtung kann die Dichtung beschädigen oder zerstören, wobei ein solches Verhalten unter dem Begriff „explosive Dekompression" bekannt ist.
  • Wenn der Druck im internen Volumen 48 plötzlich abfällt, verzögert die polymere Dichtung 32 den Abfall des Fluiddrucks, der in der Pufferzone 52 ansteht. Da das Kohlendioxid in der Pufferzone 52 nur allmählich über die polymere Dichtung 32 entweichen kann wird der Druckabfall in der Pufferzone stark verzögert, so daß vorher in das Innere der elastomeren Dichtung 30 permeiertes Kohlendioxid langsam aus der elastomeren Dichtung 30 in die Pufferzone 52 austreten kann ohne die elastomere Dichtung 30 zu schädigen. Dies ist der geringen Druckabfallrate in der Pufferzone 52 im Gegensatz zum plötzlichen Druckabfall im Volumen 48 zu verdanken.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist der elastomere O-Ring 30 eine Fluorelastomer-Dichtung. Fluorelastomer-Dichtungen haben unter den Elastomerdichtungen eine relativ geringe Gaspermeabilität, weisen jedoch nicht die im wesentlichen inerten Eigenschaften auf, die beim Gebrauch polymerer Dichtungen gegeben sind. Die dargestellte polymere Dichtung 32 ist aus einem Fluorpolymerkunststoff hergestellt.
  • Die Ausführungsform wie in 1 und 2 dargestellt kann kann innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung variiert, einige alternative Ausführungsformen sind in 36 dargestellt. Jede der in 36 dargestellten alternativen Ausführungsformen sind in Verbindung mit einem eine Bohrung aufweisenden Gehäuse 22, einem Rohr 24 und einer verschraubung 26 gezeigt. Das Gehäuse 22, Rohr 24 und die Verschraubung 26 in diesen alternativen Ausführungsformen sind im wesentlichen dieselben wie das Gehäuse 22, das Rohr 24 und die Verschraubung 26, welche in 1 und 2 dargestellt sind, die Beschreibung dieser Teile wird hier nicht wiederholt. Wie bei der Ausführungsform gemäß 1 und 2 sind die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen nicht eingeschränkt auf die dargestellte Ausführung von Gehäuse 22, Rohr 24 und Verschraubung 26 und können mit alternativen Ausführungen dieser Teile ausgeführt werden.
  • Eine erste alternative Ausführungsform 120 ist dargestellt in 3. Die Dichtungsanordnung 120 ist identisch mit der Dichtungsanordnung 20, außer daß der polymere Dichtring 32 durch einen federvorgespannten polymeren Dichtring 70 ersetzt wurde. Dichtung 70 umfasst eine ringförmige polymere Aussenhülle 72 (dargestellt in Schnittdarstellung in 3), welche eine ringförmige Vertiefung 76 aufweist und zwei Schenkel 78 die beidseitig der Vertiefung 76 angeordnet sind. Ein ringförmiges Federelement 74 ist in der Vertiefung 76 angebracht und drückt die Schenkel 78 nach außen in den Kontakt mit Gehäuse 22 und Rohr 24. Wenn polymere Dichtungen gemäß Dichtung 70 eingesetzt werden, wird die Vertiefung zwischen den Schenkeln 78 zum abzudichtenden Raum hin ausgerichtet, typischerweise zum internen Volumen, beispielsweise Volumen 48 in 3. In der Dichtungsanordnung 120, wird die Dichtung 70 im Gegensatz dazu so positioniert, daß die Vertiefung 76 zur Pufferzone 52 hin ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einem Druckabfall in Volumen 48 die Vertiefung 76 zum dann höheren Druck in der Pufferzone ausgerichtet ist. Dadurch bewirkt bei einem Druckabfall in Volumen 48 der höhere Druck in der Pufferzone 52 in Verbindung mit dem Federelement 76 auf die Schenkel 78 und drückt die Schenkel 78 in zusätzlich dichtenden Kontakt mit dem Gehäuse 22 und dem Rohr 24, so dass eine erhöhte Dichtwirkung hervorgerufen wird, die das Aufrechterhalten des Drucks in der Pufferzone 52 unterstützt wenn der Druck im Volumen 48 abfällt. Indem die Vertiefung 76 nicht zum internen Volumen 48 ausgerichtet ist, ergibt sich bei Druckaufbau im Volumen 48 keine nach außen gerichtete verstärkende Anpressung der Schenkel 78. Diese Einbaurichtung der Dichtung 70 führt gegenüber der umgekehrten Einbaurichtung zu einer erhöhten Leckage vom internen Volumen 48 in die Pufferzone 52. Wie bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß 1 und 2 erläutert ist eine Leckage in die Pufferzone 52 akzeptabel. Die primäre Funktion der Dichtung 70 ist das Halten eines hohen Fluiddrucks in der Pufferzone 52 über eine ausreichend lange Zeitdauer, um Beschädigung der Dichtung zwischen Pufferzone 52 und dem drucklosen externen Volumen 50 zu verhindern, wenn der Druck im internen Volumen 48 abfällt. Ähnlich wie beim polymeren Dichtring 32, kann die polymere Außenhülle 72 aus einem Fluorpolymer-Kunststoff hergestellt werden.
  • Eine zweite alternative Ausführungsform 220 ist in 4 dargestellt. Ähnlich zur Dichtungsanordnung 120, umfasst die Dichtungsanordnung 220 eine federaktivierte Polymerdichtung 70. Die Dichtungsanordnung 220 unterscheidet sich von der Dichtungsanordnung 120 darin, dass der O-Ring 30 und der Stützring 28 durch eine Verbunddichtung 80 ersetzt wurden. Die Dichtung 80 besteht aus einem ringförmigen elastomeren Dichtbereich 82, der mit einem relativ festen ringförmigen Stützelement 84 mit L-förmigem Querschnitt verbunden ist. Der Dichtbereich 82 ist aus einem elastomeren Werkstoff hergestellt, beispielsweise Fluorkarbon-Elastomer. Das feste Stützelement 84 hat eine ähnliche Funktion wie der Stützring 28 in der Dichtungsanordnung 20. Elastomere Dichtlippen 86 erstrecken sich von dem elastomeren Bereich 82 nach außen um den dichtenden Kontakt zum Gehäuse 22 und Rohr 24 sicherzustellen. Der elastomere Bereich 82 hat eine freie Oberfläche 88 zur Pufferzone 52, die sich zwischen Gehäuse 22 und Rohr 24 erstreckt und welche direkt mit dem Fluid in der Pufferzone 52 in Kontakt steht. Der elastomere Bereich 82 ist der potentiellen Gefahr der explosiven Dekompression ausgesetzt aufgrund des Kontakts der Oberfläche 88 mit dem Hochdruckfluid und der möglichen Permeation Hochdruckfluids in den elastomeren Bereich 82. Mit der Pufferzone 52 und der Dichtung 70 verhindert Schäden durch explosive Dekompression, wie oben bereits erläutert.
  • Eine dritte alternative Ausführungsform 320 ist in 5 dargestellt. Zusätzlich zur federvorgespannten polymeren Dichtung 70, die zwischen dem Hochdruckraum 48 und der Pufferzone 52 angeordnet ist, verwendet diese Ausführungsform eine zweite federvorgespannte Dichtung 90 zwischen Pufferzone 52 und dem drucklosen externen Volumen 50. Die Dichtung 90 umfasst eine ringförmige polymere Aussenhülle 92, als Schnittdarstellung in 5 gezeigt. Die polymere Aussenhülle 92 weist eine umlaufende Vertiefung 96 auf mit im wesentlichen V-förmigen Querschnitt und zwei Schenkel 98, die beidseitig der Vertiefung 96 angeordnet sind. Ein ringförmiges Federelement ist in die Vertiefung 96 eingebaut und drückt die Schenkel 98 nach außen in dichtenden Kontakt mit dem Gehäuse 22 und dem Rohr 24. Die Dichtung 90 ist so angeordnet, daß die Vertiefung 96 zur Pufferzone 52 hin ausgerichtet ist, wobei in der Pufferzone 52 enthaltenes Hochdruckfluid in Verbindung mit dem Federelement 94 bewirkt, daß die Schenkel 98 nach außen in dichtenden Kontakt mit dem Gehäuse 22 und em Rohr 24 gedrückt werden. Ähnlich zur polymeren Außenhülle 72, kann die polymere Außenhülle 92 aus einem Fluorpolymer-Kunststoff hergestellt werden.
  • Eine vierte alternative Ausführungsform 420 ist in 6 dargestellt. Die Dichtungsanordnung 420 umfasst eine federvorgespannte polymere Dichtung 70 entsprechend den Dichtungsanordnungen 120, 220 and 320 zwischen Hochdruckbereich 48 und Pufferzone 52, verwendet jedoch eine ringförmige elastomervorgespannte polymere Dichtung 100 zur Abdichtung zwischen der Pufferzone 52 und dem externen Volumen 50. Die Dichtung 100 umfasst eine polymere ringförmige Aussenhülle 102 und ein elastomeres Vorspannelement 108. Die polymere Aussenhülle 102 hat eine Vertiefung 104 und zwei Schenkel 106 die beidseitig der Vertiefung 104 angeordnet sind. Das elastomere Vorspannelement 108 hat einen vorspannenden Bereich 110 der in der Vertiefung 104 angeordnet ist um dadurch die Schenkel 106 nach außen in dichtenden Kontakt mit dem Gehäuse 22 und dem Rohr 24 zu drücken. Das dargestellte elastomere Vorspannelement 108 ist aus einem Fluorelastomer hergestellt und weist weiterhin zwei Dichtlippen 112 auf, die nach außen ragen um dichtenden Kontakt zum Gehäuse 22 und zum Rohr 24 herzustellen. Das elastomere Vorspannelement 108 bildet weiterhin eine freie Oberfläche zur Pufferzone 52, welche sich zwischen Gehäuse 22 und Rohr 24 erstreckt und welche in direktem Kontakt mit dem Fluid in der Pufferzone 52 steht. Obgleich das elastomere Vorspannelement 108 von einem Hochdruckfluid in der Pufferzone 52 permeiert werden kann, führt die Anordnung der Pufferzone 52 und der Dichtung 70 zu einer verminderten Gefahr der Beschädigung des elastomeren Vorspannelements 108 durch explosive Dekompression. Ähnlich zu den Außenhüllen 72 und 92, kann die polymere Außenhülle 102 aus einem Fluorpolymer-Kunststoff hergestellt werden.
  • Diese Erfindung ist durch die vorgenannten Ausführungsformen exemplarisch beschrieben, weitere Modifikationen und Variationen im Sinne und Umfang der Erfindung sind ebenfalls Gegenstand dieser Offenlegung. Diese Anmeldung ist deshalb anzuwenden auf jegliche Variation, Anwendung oder Übertragung dieser Erfindung, die dem allgemeinen Prinzip folgen.

Claims (20)

  1. Dichtungsanordnung für Hochdruckanwendungen, bestehend aus einem ersten Bauteil (22) und einem zweiten Bauteil (24), das mit dem ersten Bauteil (22) zusammenfügbar ist und dadurch ein erstes Volumen (48) bestimmt, mit einer ersten Dichtung (30, 80, 90, 100), die abdichtend zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (22, 24) einfügbar ist, wobei die erste Dichtung (30, 80, 90, 100) eine freie Oberfläche (31, 88, 96, 114) zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (22, 24) aufweist, und die Dichtungsanordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass eine zweite Dichtung (32, 70), die zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (22, 24) vorgesehen ist, wobei die zweite Dichtung (32, 70) von der ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) beabstandet ist und zwischen dem ersten Volumen (48) und der ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) vorgesehen ist, mit einer Pufferzone (52) zwischen der ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) und der zweiten Dichtung (32, 70), wobei die Pufferzone (52) zumindest teilweise durch das erste Bauteil (22) und das zweite Bauteil (24) begrenzt ist, und ein Fluid in der Pufferzone (52) mit der freien Oberfläche (31, 88, 96, 114) der ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) in direktem Kontakt steht, und wobei die zweite Dichtung (32, 70) eine leckagebehaftete Abdichtung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (22, 24) darstellt, so dass unter Betriebsdruck im Volumen (48) das Fluid aus dem Volumen (48) in die Pufferzone (52) einströmt und bei Druckabfall im Volumen (48) das Fluid aus der Pufferzone (52) verzögert in das Volumen (48) zurückströmt.
  2. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Dichtung durch eine elastomere Dichtung (30, 80, 108) gebildet wird.
  3. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 2, wobei die erste Dichtung durch eine Dichtung (30, 80, 108) aus Fluorelastomer gebildet wird.
  4. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Dichtung durch eine polymere Dichtung (32, 70) gebildet wird.
  5. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Dichtung aus einer polymeren Aussenhülle (72) und einem Federelement (74) im Eingriff mit der Aussenhülle besteht.
  6. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 5, wobei die polymere Außenhülle (72) aus einem Fluorpolymer-Kunststoff besteht.
  7. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Dichtung eine polymere Dichtung (70) darstellt, bestehend aus einer polymeren Außenhülle (72) mit erstem und zweitem Schenkel (78), die eine dawischenliegende Vertiefung (76) definieren, und einem Federelement (74), das in der Vertiefung (76) angeordnet ist und auf den ersten und zweiten Schenkel (78) drückt, wobei die polymere Dichtung mit der Vertiefung (76) zur Pufferzone (52) hin angeordnet ist.
  8. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 7, wobei die erste Dichtung durch eine elastomere Dichtung (30, 80, 108) gebildet wird.
  9. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 8, wobei die erste Dichtung durch eine Fluorelastomerdichtung (30, 80, 108) gebildet wird und wobei, wenn das erste Volumen (48) Kohlendioxid unter Druckbelastung bis ungefähr 17 MPa über eine längere Zeit enthält und nachfolgend druckentlastet wird, die zweite Dichtung (32, 70) den Druckabfall in der Pufferzone (52) in ausreichendem Maße verzögert, um explosive Dekompression der ersten Dichtung (30, 80, 108) zu vermeiden.
  10. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Dichtung (32, 70) eine teilweise Abdichtung darstellt und das erste und zweite Bauteil (22, 24) und die zweite Dichtung (32, 70) statisch zueinander verbleiben.
  11. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Bauteil (24) durch ein Rohr dargestellt wird mit einem Ende (40), das in das erste Bauteil (22) fügbar ist, die erste Dichtung (30, 80, 90, 100) und zweite Dichtung (32, 70) jeweils ringförmige Dichtungen darstellen, die auf einen Außenumfang (34) des Rohrs montierbar sind, und die zweite Dichtung (32, 70) zwischen der ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) und dem Rohrende (40) angeordnet ist.
  12. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 11, wobei die erste Dichtung (30, 80, 108) eine elastomere Dichtung und die zweite Dichtung (32, 70) eine polymere Dichtung darstellt.
  13. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 12, wobei die erste Dichtung (30, 80, 90, 100) in einen beidseitig begrenzten Einbauraum (36) und die zweite Dichtung (32, 70) in einen einseitigbegrenzten Einbauraum (38) eingebaut wird.
  14. Die Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die freie Oberfläche (31, 88, 114) sich vom ersten Bauteil (22) zum zweiten Bauteil (24) erstreckt, zur Pufferzone (52) hin gerichtet ist und zumindest teilweise permeabel gegenüber Fluid unter hohem Druck ist.
  15. Eine Methode zur Abdichtung für Hochdruckanwendung zwischen einem ersten Bauteil (22) und einem zweiten Bauteil (24), umfassend die Verwendung einer ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) in dichtendem Kontakt mit dem erstem Bauteil (22) und dem zweiten Bauteil (24) wobei die erste Dichtung (30, 80, 90, 100) eine freie Oberfläche (31, 88, 96, 114) aufweist zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil und der Füllung eines ersten Volumens (48) mit einem Fluid unter hohem Druck, mit dem ersten Volumen (48), welches durch die erste Dichtung (30, 80, 90, 100) abdichtend getrennt ist von einem zweitem Volumen (50) mit niedrigerem Druck; gekennzeichnet durch: Bildung einer Pufferzone (52) zwischen erstem Volumen (48) und zweitem Volumen (50), mit der Pufferzone (52) teilweise gebildet durch das erste Bauteil (22) und das zweite Bauteil (24); Füllen der Pufferzone (52) mit dem Hochdruckfluid nach Füllung des ersten Volumens (48) mit dem Hochdruckfluid; Kontakt der freien Oberfläche (31, 88, 96, 114) der ersten Dichtung (30, 80, 90, 100) mit dem Hochdruckfluid in der Pufferzone (52); Abbau des Drucks im ersten Volumen (48) mit einer ersten Druckabfallrate; und Abbau des Drucks in der Pufferzone (52) mit einer zweiten Druckabfallrate, wobei die zweite Druckabfallrate gegenüber der ersten Druckabfallrate geringer ist.
  16. Die Methode gemäß Anspruch 15, wobei der Vorgang der Bildung einer Pufferzone (52) zwischen erstem Volumen (48) und zweitem Volumen (50) die Positionierung einer zweiten Dichtung (32, 70) zwischen erster Dichtung (30, 80, 90, 100) und erstem Volumen (48) einschließt.
  17. Die Methode gemäß Anspruch 15, wobei die erste Dichtung (30, 80, 90, 100) durch eine elastomere Dichtung (30, 80, 108) gebildet wird und der Füllvorgang des Puffervolumens (52) mit dem Hochdruckfluid weiterhin zumindest teilweise die Permeation der elastomeren Dichtung (30, 80, 108) durch das Hochdruckfluid einschließt.
  18. Die Methode gemäß Anspruch 17, wobei der Vorgang der Reduzierung des Drucks in der Pufferzone (52) mit einer zweiten Druckabfallrate einschließt, daß die zweite Druckabfallrate in der Pufferzone (52) hinreichend langsam ist, daß zuvor in die elastomere Dichtung (30, 80, 108) permeiertes Hochdruckfluid aus der elastomeren Dichtung (30, 80, 108) austreten kann, ohne die elastomere Dichtung (30, 80, 108) signifikant zu schädigen.
  19. Die Methode gemäß Anspruch 18, wobei der Vorgang der Bildung einer Pufferzone (52) zwischen erstem Volumen (48) und zweitem Volumen (50) die Positionierung einer zweiten Dichtung (32, 70) zwischen erster Dichtung (30, 80, 90, 100) und erstem Volumen (48) einschließt.
  20. Die Methode gemäß Anspruch 19, wobei die zweite Dichtung durch eine polymere Dichtung (32, 70) gebildet wird.
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