DE1297419B - Flanschverbindung fuer Hoechstvakuumleitungen mit einem ringfoermigen Dichtungstraeger und einem metallischen Dichtungsring - Google Patents

Flanschverbindung fuer Hoechstvakuumleitungen mit einem ringfoermigen Dichtungstraeger und einem metallischen Dichtungsring

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DE1297419B
DE1297419B DE1966G0048082 DEG0048082A DE1297419B DE 1297419 B DE1297419 B DE 1297419B DE 1966G0048082 DE1966G0048082 DE 1966G0048082 DE G0048082 A DEG0048082 A DE G0048082A DE 1297419 B DE1297419 B DE 1297419B
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DE
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flange
annular
sealing ring
ring
seal carrier
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DE1966G0048082
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English (en)
Inventor
Warren Keith Alden
Boulder
Bills Daniel Granville
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Granville Phillips Co
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Granville Phillips Co
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L23/00Flanged joints
    • F16L23/16Flanged joints characterised by the sealing means
    • F16L23/18Flanged joints characterised by the sealing means the sealing means being rings
    • F16L23/20Flanged joints characterised by the sealing means the sealing means being rings made exclusively of metal

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Flanschverbindung für Höchstvakuumleitungen, bestehend aus zwei gegeneinanderpreßbaren Flanschringen mit einander gegenüberliegenden, im Querschnitt rechteckigen Ringnuten in ihren Stirnflächen, aus einem in beide Ringnuten hineinragenden, ringförmigen Dichtungsträger, der mit der radial inneren Seitenwand jeder der Ringnuten je einen engen Ringspalt begrenzt, und aus einem zwischen den beiden Flanschringen an dem Dichtungsträger anliegend angeordneten metallischen Dichtungsring, der beim Zusammenpressen der Flanschringe plastisch verformt wird.
  • Bekannt ist eine Flanschverbindung dieser Art mit einem starren Metallring, der in Ringnuten der beiden Flanschen eingreift und als Abstandhalter dient. Dabei ist ein aus Weichmaterial bestehender O-Ringförmiger Dichtungsring vorgesehen, der in dem zwischen den Flanschen verbleibenden Spalt zu einem Flachring zusammengepreßt wird. Der zusammengepreßte Dichtungsring legt sich entsprechend seiner Dicke mit seiner Innenleibung gegen den starren Metallring an. Dieser liegt mit seiner Außenfläche an der Außenfläche der Ringnut satt an, so daß der zusammengepreßte Dichtungsring nicht in den Raum zwischen der Außenfläche des starren Ringes und der Außenfläche der Ringnut eindringen kann. Die Dichtfläche ist also auf denjenigen Bereich der Flanschstirnflächen beschränkt, welcher mit dem zusammengepreßten Ring in Berührung steht. Hierdurch ist bei hohen Vakua keine Gewähr für eine einwandfreie Abdichtung gegeben (französische Patentschrift 1286 052).
  • Weiter ist eine Flanschverbindung mit einer einen zylindrischen Ringspalt ausfüllenden Weichdichtung aus gummiartigem Werkstoff in Verbindung mit einem starren Stützring bekannt. Diese Flanschverbindung ist für ein hydraulisches Rohrleitungssystem bestimmt. Die hier verwendete Weichdichtung ist für Höchstvakuumanlagen nicht geeignet. Auch werden beim Zusammenpressen der Flansche dieser bekannten Verbindung keine so großen Kräfte aufgebracht, die einen Dichtungsring aus Weichmetall unter fester Anlage gegen die Ecke der Flanschnut in den entsprechenden Spalt einpressen und damit zur Abdichtung von Höchstvakuumleitungen geeignet machen (USA.-Patentschrift 2 900199).
  • Schließlich ist eine Flanschverbindung mit einem starren Metallring als Abstandshalter und einem aus Weichmaterial bestehenden O-Ring-förmigen Dichtglied bekannt, welches beim Zusammenpressen der Flansche zu einem Ring etwa dreieckförmigen Querschnittes verformt wird. Dazu sind die Nutkanten der Flansche abgeschrägt. Der zusammengedrückte Ring legt sich mit zwei Seiten gegen diese abgeschräten Kanten, während die dritte Seite sich gegen den Dichtungsträger anlegt. Durch die besondere Ausbildung der Kanten der Flansche und durch den Dichtungsträger wird der zusammengepreßte Ring begrenzt. Ein Eindringen des Materials des Dichtungsringes in den engen Spalt zwischen dem Dichtungsträger und den benachbarten Begrenzungswänden der Aussparung erfolgt nicht. Auch bei dieser Anordnung ist somit die dichtende Fläche auf die Berührungsfläche der Flanschstirnseiten mit dem Dichtungsring beschränkt, so daß diese Flanschverbindung für Höchstvakuumleitungen nicht ausreichend dicht ist (britische Patentschrift 1034 052).
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Flanschverbindungen so zu verbessern, daß ein optimaler Dichteffekt erreicht wird, der die Flanschverbindung auch für Höchstvakuumleitungen geeignet macht. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Flanschverbindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch gemeinsame Anwendung folgender, nach dem Zusammenpressen der Flanschringe verwirklichten Merkmale gelöst: a) die radial außerhalb der Ringnuten gelegenen Teile der Flanschringstirnflächen liegen als an sich bekannte Anschlagflächen aneinander; b) die radial innerhalb der Ringnuten gelegenen Teile der Flanschringstirnflächen begrenzen in an sich bekannter Weise einen ebenen Spalt, und c) der unverformt nur in dem ebenen Spalt befindlich gewesene metallische Dichtungsring weist durch radiale Streckung und teilweises Einpressen in die Ringspalte ein im Querschnitt T-förmiges Profil auf, bei dem der in dem ebenen Spalt befindliche Ringsteg eine radiale Breite aufweist, die mindestens doppelt so groß ist wie seine axiale Dicke.
  • Die durch die Erfindung hervorgerufene gute Dichtwirkung beruht in erster Linie auf den Reibungskräften zwischen dem Dichtungsring und den benachbarten Flächen der Flansche und des Dichtungsträgers. Wenn der verformte Dichtungsring im Vergleich zu seiner radialen Ausdehnung dick ist, so ist die Wirkung der Reibungskräfte in der Mitte des Dichtungsringes relativ klein, so daß ein hoher Anpreßdruck der Flansche erforderlich ist, um ein unerwünschtes Herausdrücken des Dichtungsringes aus seiner Lage zwischen den Dichtflächen zu verhindern. Durch entsprechende Bemessung des Dichtungsringes im Sinne der Erfindung werden diese Abmessungen durch die Begrenzungsflächen der Flansche genau festgelegt. Dadurch, daß das Material des Dichtungsringes um die scharfen Ecken der Flansche herumgepreßt wird und in den engen Spalt zwischen dem Dichtungsträger und den benachbarten Flächen der Ringnuten eindringt, werden vergleichsweise hohe Reibungskräfte an beiden Flächen einer jeden Ecke aufgebaut, so daß ohne übermäßige Flanschkräfte ein ausreichender Dichteffekt verwirklicht wird.
  • Die radial außerhalb der Ringnuten gelegenen Teile der Flanschringstirnflächen, welche als Anschlagflächen aneinanderliegen, stellen die erste Voraussetzung für die Verwirklichung einer einwandfreien Abdichtung dar. Der von den radial innerhalb der Ringnuten gelegenen Teilen der Flanschringstirnflächen begrenzte Spalt dient zur Aufnahme des Dichtgliedes, ist also zur Verwirklichung einer einwandfreien Abdichtung zwingend notwendig. Die Anordnung des Ringspaltes zwischen dem Dichtungsträger und der radialen inneren Seitenwand jeder Ringnut trägt dafür Sorge, daß beim Zusammenpressen der Flansche sich das Profil des metallischen Dichtringes T-förmig ausbildet.
  • Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Flanschverbindung sind nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Flanschverbindung gemäß der Erfindung.
  • F i g. 2 eine Seitenansicht eines Dichtungsträgers mit einem Dichtungsring, F i g. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab längs der Linie 3-3 in F i g. 2, F i g. 4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung vor dem Zusammenpressen der Flanschringe, F i g. 5 die Anordnung gemäß F i g. 4 nach dem Zusammenpressen der Flanschringe, F i g. 6 einen der F i g. 3 entsprechenden Schnitt durch eine andere Ausführung des Dichtungsträgers und des Dichtungsringes und F i g. 7 einen Ausschnitt aus der F i g. 5 in vergrößertem Maßstab.
  • Zwei Leitungsabschnitte 12 eines Höchstvakuumsystems sind an ihren benachbarten Enden mit Flanschringen 16 und 18 versehen. Der Flanschring 18 weist einen größeren Durchmesser auf und enthält an seinem äußeren Teil 20 Bohrungen für Flanschverbindungsschrauben 24. Der Flanschring 16 wird von einem Losflansch 22 mit seiner einen Stirnfläche durch die Schrauben 24 gegen den mit dem Flansch 20 ausgerüsteten Ring 18 gedrückt.
  • Die Ringe 16 und 18 besitzen an ihren axial außenliegenden Flächen radial nach innen sich erstrekkende, biegsame Ringstege 26, die etwaige Längsdehnungen der Leitungen 12 aufnehmen sollen. Die Ringstege 26 sind mit den Leitungen durch Schweißnähte 30 dicht verbunden und mittels einer Ringnut 28 auf den Leitungsenden zentriert.
  • Die Dichtungsanordnung zur Abdichtung der erfindungsgemäßen Flanschverbindung besteht aus einem starren ringförmigen Dichtungsträger 32, der z. B. aus rostfreiem Stahl hergestellt ist. An der Innenfläche des Dichtungsträgers 32 liegt ein Dichtungsring 34 aus Weichmetall, vorzugsweise aus Gold, an.
  • Der Dichtungsträger 32 dient dazu, dem Dichtungsring 34 den nötigen Halt zu geben und ihn bei seiner Verformung außen abzustützen. Durch Abstützen des Dichtungsringes beim Zusammenpressen der Flanschringe bedingt der Dichtungsträger 32 die Entstehung hoher Dichtkräfte. Wenn der Ring 32 nicht vorhanden ist, dann zeigt der Dichtring 34 das Bestreben, nachzugeben und sich in dem Dichtungsspalt zwischen den Flanschringen 16, 18 auszubreiten, bevor er eine hinreichend große Druckbeanspruchung erhalten hat, um eine befriedigende Abdichtung sicherzustellen.
  • Die Verbindung des Dichtungsringes 34 mit dem Dichtungsträger 32 kann auf verschiedene Art geschehen. Bei der Ausführung nach den F i g. 2, 3 und 6 hat der Dichtring 34 rechteckigen Querschnitt und ist mit der geriffelten oder aufgerauhten zylinderförmigen Innenfläche 36 des Dichtungsträgers durch Schrumpf verbunden (F i g. 6). Bei der Ausführungsform 14 a nach F i g. 4 hat der Ring 32 a eine glatte Innenfläche 42, und der Dichtungsring 34 a hat kreisförmigen Querschnitt. Dieser Ring 34a kann bei dieser Ausführung an dem Ring 32 durch Löten, Hartlöten oder Schweißen befestigt sein.
  • Bei sämtlichen dargestellten Dichtungsträgern 32, 32a ist in der äußeren Zylinderfläche eine Ringnut 40 angeordnet, in welche ein Schraubenzieher oder ein anderes Werkzeug zum Lösen der Dichtungsanordnung von einer der Flanschhälften eingreifen kann.
  • Die F i g. 4 und 5 zeigen das Zusammenwirken der Dichtungsanordnung mit den Flanschringen 16 und 18. In den Flanschringen sind einander gegenüberliegende Ringnuten 48 vorgesehen. Die zylindrische Innenfläche 42 des Dichtungsträgerringes 32 ist durch die radial innere Seitenwand 44 der Ringnuten 48 zu den Flanschringen 16, 18 zentriert. In der Zeichnung ist der Ringspalt 46, welcher zwischen den Zylinderflächen 42 und 44 besteht, etwas übertrieben breit dargestellt, um deutlich zu machen, wie das Dichtglied in diesen Raum hineingedrückt wird (F i g. 5). Zwischen der Außenfläche des Ringes 32 und der radial äußeren Seitenwand der Ringnuten 48 befindet sich ein breiterer Ringspalt 47, während zwischen den Stirnflächen des Ringes 32 und dem Grund der Nuten 48 Axialspalte vorgesehen sind.
  • Der Dichtungsträger 32 bewirkt eine Zentrierung der Flanschringe 16 und 18. Im gewissen Sinne »schwimmt« er zwischen den Flanschringen; die einzigen Stellen der Flanschringe, welche die Dichtungsanordnung berühren, sind die Flanschnutecken 50, welche sich in den Dichtungsring 34 einpressen.
  • Die Eindringtiefe der Flanschnutecken 50 in dem Dichtungsring 34 ist durch die Breite des ebenen Spaltes 52 zwischen den Teilen 54 der Flanschringstimflächen bestimmt. Dabei ist diese Breite durch das Aneinanderliegen der anderen Teile 56 der Flanschringstirnflächen gegeben (F i g. 5).
  • Wenn ein Dichtungsring aus Weichmetall gemäß F i g. 7 zwischen den Stirnflächenteilen 54 so weit zusammengedrückt wird, bis der zwischen den Flächen liegende Spalt 52 und damit die Dicke t des Dichtungsringes etwa der Hälfte - oder weniger - der radialen Breite 1 dieses zusammengepreßten Dichtungsringes entspricht, so wird die zu einer sicheren Abdichtung erforderliche Dichtpressung erzeugt. Für eine wirksame Abdichtung ist also erforderlich, daß 1 > 2 t. Dann wird Material des Weichdichtungsringes in die feinen Haarrisse, welche die Flächen 54 überziehen, hineingepreßt und dichtet auch diese ab.
  • Bei einem Dichtungsring aus Gold beträgt z. B. die Dicke des zwischen den Flanschringen zusammengepreßten Dichtungsringes t = 0,15 mm, wobei die Breite 1 = 0,30 bis 0,45 mm beträgt. Wenn die Dicke t = 0,25 bis 0,30 mm wäre und die Breite 1 = 0,30 bis 0,45 mm betrüge, dann wäre die Flanschverbindung nicht zuverlässig dicht.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Flanschverbindung für Höchstvakuumleitungen, bestehend aus zwei gegeneinanderpreßbaren Flanschringen mit einander gegenüberliegenden, im Querschnitt rechteckigen Ringnuten in ihren Stirnflächen, aus einem in beide Ringnuten hineinragenden, ringförmigen Dichtungsträger, der mit der radial inneren Seitenwand jeder der Ringnuten je einen engen Ringspalt begrenzt, und aus einem zwischen den beiden Flanschringen an dem Dichtungsträger anliegend angeordneten metallischen Dichtungsring, der beim Zusammenpressen der Flanschringe plastisch verformt wird, gekennzeichnet durch die gemeinsame Anwendung der folgenden nach Zusammenpressen der Flanschringe (16, 18) verwirklichten Merkmale: a) die radial außerhalb der Ringnuten (48) gelegenen Teile (56) der Flanschringstirnflächen liegen als an sich bekannte Anschlagflächen aneinander; b) die radial innerhalb der Ringnuten (48) gelegenen Teile (54) der Flanschringstirnflächen begrenzen in an sich bekannter Weise einen ebenen Spalt (52), und c) der unverformt nur in dem ebenen Spalt (52) befindlich gewesene metallische Dichtungsring (34) weist durch radiale Streckung und teilweises Einpressen in die Ringspalte (46) ein im Querschnitt T-förmiges Profil auf, bei dem der in dem ebenen Spalt befindliche Ringsteg eine radiale Breite (4 aufweist, die mindestens doppelt so groß ist wie seine axiale Dicke (t).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3105395A1 (de) * 1981-02-14 1982-11-04 Leonhard Schleicher Südmo-Armaturenfabrik GmbH, 7081 Riesbürg "metallisch dichtende rohrverbindung, insbesondere fuer die lebensmittel- und pharmaindustrie"

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2900199A (en) * 1953-04-20 1959-08-18 Gen Electric Pipe seal
FR1286052A (fr) * 1961-01-20 1962-03-02 Basses Pressions Lab Des Dispositif perfectionné pour l'assemblage d'éléments tubulaires en techniques du vide
GB1034052A (en) * 1963-02-06 1966-06-29 Varian Associates Metal vacuum joint

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