DE1475683A1

DE1475683A1 - Kupplungsdichtring

Info

Publication number: DE1475683A1
Application number: DE19641475683
Authority: DE
Inventors: Bollfrass Charles Andrew; Latham Raymond Edgar; Brown Robert Thornton
Original assignee: Gray Tool Co
Current assignee: Vetco Gray LLC
Priority date: 1963-10-14
Filing date: 1964-10-10
Publication date: 1969-02-13
Also published as: GB1066089A; CH463892A; US3325176A; NL6411922A

Description

Unterlagen für äie Offenlegungsschrift

PATENTANWÄLTE D R. ι ng. H. NEGENDANK · dipl-ino. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ HAMBTJHG-MÜNCHEN „ . — _ _ _Λ _ ZUSTELLTTNGSANSCHRIFT; HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TEL. Se »4 38 VND :>S41 19 P Λ A. 7R i-ifl^ "3 TSI₁BGR-NKGBDAPATENTHAMBDRa

—~~~~"————— MÜNCHEN IS · MOZARTSTR. 23

GRAY IDOOL COMPANY ^tItM<M" TBlEQR. NBGBDAFATBNT MÜNCHEN

Hamburg, 20. Juni 1968

Kupplungsdichtring

Die Erfindung hezieht sich auf Kupplungen, inshesondere auf Verbesserungen hei Kupplungen, und zwar auf die Dichtungsringe derselben, wie sie in den USA-Patentschriften 2 766 829, 2 766 998 und 2 766 999 offenhart und beansprucht werden.

Die erwähnten USA-Patente offenbaren eine Kupplung mit zwei Teilen, die in Dichtbeziehung miteinander zu verbinden sind, beispielsweise Seile einer Ölbohrung, die Übermäßig hohen Strämungsmitteidrücken ausgesetzt werden können. Diese Teile können die Bohrrohr- oder Rohrabschnitte, Teile der beim Bohren verwendeten Überwachungsanlage oder die bei der fertigstellung der Bohrung benutzten "Tannenbaumteile¹* sein, auf die sämtlich in den erwähnten USA-Patentschriften Bezug genommen wird. Die erwähnten Teile der Kupplung besitzen Endflächen, die einander zugewendet sein können, und es wird ein Dichtungsring aus Metall» z. B. Hartmetall oder dergleichen, zwischen die Endflächen oder die Teile gelegt, um eine Strömungsmitteldichte Dichtung herzustellen. Jeder Teil ist mit einer nach außen schräg verlaufenden ringförmigen Sitzfläche Im Bereiche der Endfläche ver-

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sehen, und der Dichtungsring umfaßt einen Flänschabscbnitt mit gegenüberliegend angeordneten biegsamen Lippen, und einen in der Mitte angeordneten Rippenabschnitt. Die Lippen sind mit ringförmigen Sitzflächen versehen, welche in Richtung auf den Rippenabschnitt in einem spitzen Winkel mit Bezug auf die Längsachse des Dichtringes nach außen schräg verlaufen. Die Kupplung wird durch die Vorsehung von Mitteln zum Ziehen der beiden Teile in Richtung aufeinander zu in eine Dichtstellung hinein bei dazwischen angeordnetem Ring vervollständigt.

Während der Bewegung der !Teile aufeinander zu dient der Rippenabschnitt dazu, die Endflächen der Seile miteinander in Eingriff zu bringen, um das Ausmaß der Bewegung der !Delle zusammen zu begrenzen. Die Dichtungsflächen auf den Lippen des Dichtungsringes sind so angeordnet, daß sie mit den Dichtungsflachen der Teile zusammenarbeiten und durch sie abgelenkt und abgedichet werden. Die Durchbiegung der Lippenflächen liegt innerhalb der Elastizitätsgrenze des Metalls oder eines anderen Materials, das zur Bildung des Dichtungsringes benutzt wird, und die Ablenkung dient dazu, eine gespeicherte Energie vorzusehen, welche die Wirksamkeit der Dichtung erhöht.

Bei der angeführten Anordnung haben.die Dichtungsflächen des Abdichtungsringes ein gerades Profil und sind normalerweise in einem Winkel mit Bezug auf die Dichtungsflächen der zusammenarbeitenden Kupplungsteil mit geradem Profil angeordnet. Demzufolge ist eine konstante Winkelablenkung der Lippendichtungsflächen vorhanden, wenn diese Abdichtungsfläche miteinander in Zusammenwirkung gebracht werden, und diese Ablenkung findet um

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eine Achse etatt, welche durch die Verbindung zwischen der Dichtfläche und der benachbarten Fläche des Rippenabschnittes hindurchführt.

Die Erfindung bezieht eich hauptsächlich auf die neuartige Dichtungsringart, welche einen vorher festgelegten Dichtdruck mit Wirkung auf den Sitz des Teiles oder der !Teile, an die der Dichtungsring gekuppelt ist, verursacht. Die einzige Ringfläche in Berührung mit dem Sitz ist ein vorher festgelegter, bestimmter Umfangsabschnitt auf der Fläche an dem äußeren Ende wenigstens eines ringförmigen Flansches, der sich von der zylindrischen Rippe des Ringes fort erstreckt, wobei der übrige !Dell der Flanschseite ausgenommen ist, um eine Berührungsfläche zu ergeben, die eiusn vorher festgelegten Belastungs- oder Berührungsdruck gleichmäßig um den Flansch herum vorsieht. Durch die Erfindung können alle Dichtungsringe, ungeachtet ihrer Durchmesser, hinsichtlich ihrer Abmessungen mit entsprechenden Ringgrößen, die erforderlich sind, um einen konstanten Berührungsdruck zu ergeben, proportional ausgeführt werden.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Dichtungsring unter Verwendung von Materialien verschiedener Streckgrenzen vorzusehen, der einen ringförmigen Flansch hat, der einer Im wesentlichen elastischen Bewegung fähig ist, während ein begrenzter Oberflächenbereich für einen vorher festgelegten Berührungedruck mit einem Sitz vorgesehen 1st.

Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, Dichtungsringe mit

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Flanschen vorzusehen, welche sich aufgrund der Streckgrenze und der Elastizität des Ringmaterials während des Aufsitzes an ihren Spitzen im Durchmesser elastisch verändern, wobei die Abmessungen des Ringes davon bestimmt werden, um Ringe jedes beliebigen Durchmessers vorzusehen, die relativ zu ihren Sitzen konstante Berührungsdrücke ergeben.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschßibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Es zeigen:

Pig. 1 eine teilweise gebrochene und teilweise im senkrechten Schnitt gezeigte Ansicht einer Kupplung,

Pig. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines Dichtringes in Verbindung mit seinem Sitz, und

Pig. 3 eine graphische Darstellung der Paktoren A D und C-.

Es liegt im Bereiche der Erfindung, Metalldichtungsringe von jedem beliebigen Durchmesser aus einem Material mit bestimmten Verhältηiswerten nach Poisson und Elastizitätsmodulwerten nach Young herzustellen. Beispielsweise sind die hier entwickelten Pormeln insbesondere venendbar für Poisson»sehe Verhältnisse von 0.24 bis 0.34 und Elastizitätsmodule von 1,75 bis 2,18 χ 10 kg/cm , um eine minimale Sitzbeanspruchung von 1.828 kg/cm zwischen den Dichtungskörpern durch die im wesentlichen elastische Winkeldrehung der lippen der Ringe und somit die radiale Verschiebung der Lippenenden nach innen vorzusehen. 909807/0842

Es wird jetzt insbeaondere auf die Pig. 1 und 2 Bezug genommen. In diesen figuren ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Kupplung unter Anwendung der Grundsätze der Erfindung dargestellt. Gemäß der Darstellung umfaßt die Kupplung zwei Leitungsteile 10 und 12, die jeweils miteinander fluchtende Innenbohrungen 14 bzw. 16 aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Teile 10 und 12 in der dargestellten form unter Druck stehendes Strömungsmittel fördern können, aber auch derart sein können, daö sie nur zum Halten von flüssigkeit unter Druck dienen, wie z. B. Behälter oder Gefäßteile. In solchen fällen kann der eine Teil einfach ein Schließkörper sein, während der andere Teil eine Strömungsmitteldrucköffnung aufweist, welche an dem dem Schließende gegenüberliegenden Ende geschlossen ist.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Teile mit Endflächen 18 bzw. 20 versehen und haben innere Dichtungsflächen oder Sitze 22 und 24» welche nach außen zu den entsprechenden benachbarten Endflächen 18 und 20 in einem vorher festgelegten konstanten Sitzwinkel, welcher mit Bezug auf die Achse der Bohrungen 14 und 16 spitz ist und vorzugsweise beispielsweise in dem Bereich von 15° bis 20° liegt, nach außen schräg verlaufen. Gemäß der Darstellung sind diese Diohtsitze in dem abschließenden Teil der Wände vorgesehen» welche die Bohrungen 14 und 16 begrenzen.

Die Kupplung gemäß der Erfindung, wie sie in den fig. 1 und 2 gezeigt ist» besitzt einen neuartigen Dichtungsring 25» der

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so ausgebildet ist, daß er zwischen die Teile 10 und 12 eingeschoben werden kann, um eine Dichtung dazwischen vorzusehen, wenn die Endflächen 18 und 20 der einander zugewendeten Teile, z. B. durch eine Klemmanordnung G-, aufeinander zu gezogen werden. Der Dichtungsring 25 ist vorzugsweise aus einem Metall hergestellt und besitzt eine zylind-· rische Rippe 26 mit einer inneren Bohrung A (Fig. 2) und einem Außendurchmesser, der sich über den Außendurchmesser des Grundes 27 der gegenüberliegend angeordneten biegsamen Planschen oder Lippen 28 und 30 erstreckt, welche in einem Stück konzentrisch mit der zylindrischen Rippe 26 gebildet sind. Der innere Durchmesser der lippen 28 und30 ist hier beispielsweise, wenn sich diese Lippen in ihrem nicht durchgebogenen oder normalen Zustand befinden, wJe er durch die voll ausgezogenen Linien in der Fig. 2 gezeigt ist, gleich dem Innendurchmesser A der zylindrischen Rippe 26 und, wie aus Fig. 1 und der in gestrichelten Linien anzeigten Form 28¹ in Fig. 2 ersichtlich ist, biegen sich die Lippen bei vollständigem Aufsitz nach innen durch.

Wie bereits angedeutet, weiten sich die Sitzflächen 22 und 24 in Richtung auf ihre entsprechenden Endflächen 18 und 20 in einem spitzen Winkel relativ zu der Achse der Kupplungsteile 10 und 12 nach außen. Die Flanschen 28 und 30 haben Außenflächen, welche bei einem Mlchtaufsitzen nicht der Winkelform der entsprechenden Sitze 22 und 24 entsprechen, wobei der Unterschied zwischen dem normalen Flächenwinkel O₁ und dem Sitzwinkel Q₂ liegt. Es sei als Beispiel der obere Flansch 28 betrachtet, weUaer in Fig. 2 ausführlich dargestellt ist_K ^g₁ ^g^ angenommen, daß der untere Flansch

OFnGiNAL fNSPECTED

30 mit Bezug auf seinen Sitz in gleicher Weise hergestellt ist. Es M; eiäLchtlich, daß der oberste Abschnitt 29 der Außenseite 31 des Flansches sich in eiiem Winkel 9* relativ zu der Ringachse erstreckt, beispielsweise um eine Entfernung W von der eigentlichen Spitze 32 der Außenseite 31 nach unten. An dem Punkte 33 fällt die Außenseite 31 ab, wobei z. B. die Fläche 35 den Winkel oC und die Fläche 35 90° bezüglich der Achse 37 aufweist. Wenn die äußere waagerechte Oberfläche 39 der zylindrischen Rippe 26 mit der Endfläche 18 zusammengedrückt wird, dann dreht sich der ringförmige Dichtungsabschnitt 29 der Flanschfläche zusammen mit dem Flansch als Ganzes nach innen, so daß der obere Abschnitt 29 mit der Sitzdichtungsfläche 22 fluchtet und bei der angedeuteten Sitzstellung 41 in vollständige Dichtungsberührung mit der Dichtungssitzfläche 22 kommt. Die gestrichelte TJmfangslinie 28· zeigt im übrigen, wie der Flansch und die Rippe bei vollständigem AufeLtz angeordnet sind.

Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Winkel Q^, um welchen sich der abdichtende Abschnitt 29 normalerweise nach unten und nach außen erstreckt, geringer als der Sitzwinkel Θ₂· Wie bereits angedeutet, liegt der Winkel ©₂ vorzugsweise im Bereich zwischen 15° und 20°, obwohl hierdurch keinerlei Begrenzung beabsichtigt ist. Auf jeden Fall ist der Winkel Θ« spitz, und der Winkel Q^ ist kleiner, etwa um 1°. Die Unterschiede in den Winkeln Q^ und ^C sind derart, daß beispielsweise die auf die Fläche 39 projizierte Entfernung X, In der Größenordnung von 0,127 bis 0,254 mm liegt, was bedeutet, daß der Winkel«/ normalerweise in dem Bereich von 9° bis 16° liegt. Durch diese Abmessungen sind keinerlei Begrenzungen

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beabsichtigt. In jedem Falle ist immer zwischen der Sitzfläche 22 und der Außenseite 31 an allen Stellen ein kleiner lichter Raum vorhanden, abgesehen von dem Dichtungsabschnitt 29, wenn der Ring vollständig aufsitzt. Demzufolge ist ein Abdichtungsdruck nur für den vorher festgelegten Abstand W um die ringförmige Oberfläche 29 herum vorhanden, wodurch der erwünschte vorher festgelegte Dichtungsdruck auf dem Sitz verursacht wird, da die Entfernung W im voraus mit Bezug auf die erwünschte oder vorher festgelegte Belastung oder den erwünschten oder vorher festgelegten Berührungsdruck festgelegt vtrd.

Der Dichtungsring 25 ist vorzugsweise aus elastischem Stahl hergestellt, wobei wenigstens die Lippenabschnitte genügend elastisch sind, so daß sie nahe der Elastizitätsgrenze des Metalls von der in Pig. 2 in voll ausgezogenen Linien gezeigten Stellung in die in gestrichelten Linien gezeigte Stellung gebogen werden können, wenn die äußere Klemmeinrichtung G die zusammenzufügenden Teile in Richtung Aufeinander zu zieht.

Gemäß der Darstellung umfaßt die Klemmanordnung G zwei oder mehrere segmentartige Klemmkörper 36, die jeweils zwei ringförmige Segmentflanschen 38 und 4-0 aufweisen, die sich von ihren Seiten radial nach innen erstrecken. Die ringförmigen Planschen sind mit Keilflächen 42 und 44 versehen, die nach innen mit Bezug aufeinander konvergieren. Die Keilflächen sind so angeordnet, daß sie mit Keilflächen 46 und 48 zur Zusammenwirkung kommen, die auf radial nach außen verlaufenden Ringflanschen 50 und 52 gebildet sind, die auf den Teilen 10 und 12 jeweils im Bereiche ihrer Endflächen 18 bzw. 20

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vorgesehen sind. Von jedem Ende des Segmentklemmkörpers erstrecken sich entgegengesetzt angeordnete, mit Öffnungen versehene Ansätze 54 in der Längsrichtung nach außen, um Anzugsbolzen 53 aufzunehmen. Die Ansätze 50 sind innerhalb der Ebene des Außenumfanges der Segmentklemmkörper angeordnet. Es ist ersichtlich, daß bei einem Anziehen der Bolzen 56 die Segmentklemmkörper mit Bezug aufeinander radial nach innen bewegt werden und infolge des Eingriffes der Keilflächen die Teile 10 und 12 in Richtung aufeinander zu gezogen werden.

Während es bevorzugt wird, den Dichtungsring auB elastischem Hartmetall, z. B.Stahl,herzustellen, kann er aber auch aus weicheren Metallen, z. B. Messing oder sogar Kunststoff, wie Bakelit, hergestellt werden. Jedochvtrd elastischer Stahl bevorzugt, so daß die Lippen des Ringes, wenn sie innerhalb der Elastizitätsgrenze des Metalls nach innen gebogen werden, in die normale in Pig. 2 in voll ausgezogenen Linien gezeigte Stellung zurückkehren, wenn die Kraft weggenommen wird, so daß ein entsprechender Dichtring erneut verwendet werden kann.

Es ist festgestellt worden, daß die zulässige radiale Verschiebung der Planschen nach innen von der Streckgrenze S des Ringmaterials und seinem Elastizitätsmodul E, insbesondere von dem Verhältnis S/E zwischen diesen abhängig ist. Im einzelnen kann die radial nach innen gerichtete Verschiebung ^Δ R durch den Ringsteigungsdurchmesser B) (bei Funkt 83) des Lippendicbtungsabschnittes 29 ausgedrückt warden, indem dieser Durchmesser mit dem Verhältnis S/B multipliziert wird, das beispielsweise In dem Bereich von 0,001 bie 0,003 liegen kann. Es ist außerdem festgestellt worden, daß die RadialverSchiebung δ r etwa wie

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H75683

folgt ist:

_{R =} 0.89IT_H

ET'

(1-v²)

3/4

(D

Ie dieser Gleichung bedeutet Y_H die gleichmäßige radiale Scher- oder Druckbeanspruchung an dem Punkt 83, ausgedrückt' in Einheiten von Gewicht je cm des Umfanges des Sitzdurchmessers PD, woraus der Berührungsdruck K in kg/στη durch Teilen des Wertes Y„ durch die Lippendichtungslänge W mal cos θρ ermittelt werden kann, T die radiale Breite des Flansches an seinem Steigungsdurchmesser, ν das Poisson'sche Verhältnis und Q, die Punktion eines geometrischen Paktors, wie er in der Pig. ^ angegeben ist. Die Gleichung (1) baut sich auf der folgenden Beziehung auf:

Y.

2P (A)³O,

in welcher bei R_M * 0,5 (A+T)

(2)

"M

P =

ET'

12 (1-v²)

(3)

= 6.73

3/4

T(A+T)

Die länge W des lippendichtungsabschnittes 29 kann innerhalb

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des Bereiches von etwa 1/8 bis 1/2 der Axiallänge D des Ringes schwanken, gemäß der Darstellung in Fig. 2. Es wird ein Miniraalraaß von etwa 1/8 praktisch für Bearbeitungstoleranzen benötigt, während annähernd das Maximum 1/2 durch den sehr großen Vjr-Wert benötigt wird, wenn gewisse Begrenzungswerte für den Berührungsdruck K benutzt werden.

Mit anderen Worten bedeutet dies» daß die Wahl der länge W innerhalb der angeführten Grenzen von einer erwünschten Druckdichtungsbeanspruchung abhängig ist, die aufgrund der Radialverschiebung entsteht, wobei ein erwünschtes Kräfteverhältnis zwischen dem Innendruck auf der ringförmigen Oberfläche D und der entstehenden Druckkraft auf der Oberfläche W berücksichtigt wird.

Andererseits kann die volle axiale Länge C nach Wunsch gewählt werden und kann vom Ringdurchmesser A linear abhängen, einschließlich von Bohrungen bis beispielsweise 2540 mm und darüber, wie es durch die Gleichung

C = A + 0.55 (5)

20.8

angedeutet ist.

Ein besonders zweckmäßiger Wert der Länge W des Dichtungsabschnittes 29, in Bezeichnung der Bohrung A, ist wie folgt:

W =O.OO56A + 0.075 (6).

Diese Gleichung zeigt, das W über die mit Bezug auf D/W ge-

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gebenen Grenzen hinaus verändert werden kann.

Die radiale Dicke T einer Lippe oder eines Flansches an ihrem Steigungsdurchmesserpunkt 83 ist von dem Verhältnis S/E und der Ringbohrung A abhängig. Beispielsweise können die entsprechenden Dicken T₁, T₂, T, für die S/E-Verhältnisse von 0,001, 0,002 und 0,005 den folgenden Gleichungen entsprechen.

T₁ = 0.029A + 0.024 (7)

T₂ = 0.01875A + 0.125 (8)

T^ = 0.O139A + 0.11 (9).

Wenn die Dicke T bekannt ist, dann kann der Ringdurchmesser PD festgelegt werden, da auch die Bohrung bekannt ist:

= JL+-1 do)

und der Steigungsdurchmesser des Sitzes ist

Die Gleichung(11) gibt den Sitzdurchmesser in einer Entfernung H von der Endfläche 18 an, die gleich der Entfernung von der zylindrischen Außenfläche 39 des Ringes zu dem Punkt 8jj des Dichtungsabschnittes 29 ist. Da der Steigungsdurchmesser des Sitzes gemäß der Gleichung (11) auf der radialen Verschiebung Δ R beruht, welche tatsächlich an dem Durchmesser PD des Dichtungsabschnittes 29 stattfindet, ist der Unterschied in der radialen Verschiebung derselben und an der Sprte des Dichtungsabschnittes 29 unbedeutend. Obwohl es nicht darge-

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stellt ist, kann die Spitze 32 der Lippe leicht ausgedehnt werden, so daß sie sich außerhalb des Außenumfanges der Dich tung W befindet und sie kann beispielsweise mit einem Radius R abgerundet werden. Unter solchen Umständen ist

D - H = R(1 -

Bei der Herstellung eines Dichtungsringes gemäß der Erfindung ist es außerdem notwendig, den Außendurchraesser des Zylinders 26 und die Dicke zu bestimmen. Allgemein gesagt, reicht die radiale Ausdehnung der Oberfläche 39 der zylindrischen Rippe 26 gerade aus, um die größte lagerfläche vorzusehen, die bei einem Mindestdurchbiegemomentenarm benötigt wird. Die Rippendicke muß aber groß genug sein, um einem Druckbruch Widerstand entgegenzusetzen (konstant bei einem begrenzenden Rippendurchmesser) und muß gleichzeitig so klein wie möglich sein, um die Beeinflussung einer großen Fläche durch den Druck zu vermeiden, um die Schetbeanspruchungen zu verkleinern und insbesondere die Bewegung an der Grundfläche der Lippen zu verkleinern. Insbesondere kann die Dicke der Rippe 26 von 1/8 der Axialringlänge C zu 7/8 derselben schwanken, wobei 0,2 (C) bevorzugt wird.

Bei einem Dichtungsring, der gemäß der Erfindung hergestellt wird, ist infolge der im wesentlichen elastischen Winkeldrehung der Ringlippe und somit der nach innen gerichteten radialen Verschiebung des Lippenendes ein Berührungsdichtdruck K zwischen den Dichtungslippen und -sitzen vorzugsweise z. B. von wenigstens 1.828 kg/cm vorhanden. Wenn der Ring aufgesetzt ist, dann kann die zylindrische Rippe 26 im Durchmesser leicht eingezogen werden, insbesondere da der Durchmesser des Ringes groß ist, etwa bis zu 4.572 mm. Dieses ist aus 71g. 2 ersichtlich, wenn

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die nach innen (nach links) gerichtete Verschiebung der Verbindung 76 des Flansches 28 und der Rippe 26 betrachtet wird, wie es bei der Verbindung 76* in der gestrichelten Linie (im Aufsitz) gezeigt ist.

Wenn die Bolzen oder die Klemmanordnung G- von Hand angezogen . werden, dann wird auf jeder Flanschoberfläche, d. h. an den äußeren Enden der Dichtabschnitte des Ringes mit den Dichtungsflächen der zu verbindenden Teile eine Anfangsberührung hergestellt. Wie bereits angedeutet ist, ist der Winkel 9* für die Lippendichtungsfläche kleiner als der Dichtungswinkel θρ, ζ. Β. um 1°, so daß die Lippenspitzen 32, wenn die beiden Teile 10 und 12 in Fig. 1 durch die Klemmanordnung G- aufeinander zu gezogen werden, auf dem gesamten Weg um jeden der Flanschen 28 und 30 herum durch den Eingriff mit den entsprechenden geraden Abdichtungsflächen 22 und 24 der Teile 10 und 12 bis zu der Stellung durchgebogen werden, an der die Endflächen 18 und 20 zu einem Stillstand gebracht werden, wenn sie die flachen Außenseiten der zylindrischen Rippe 26 erfassen. Zu diesem Zeitpunkt sind die miteinander in Eingriff kommenden Dichtungsflächen auf den Lippen und dem Dichtungsring sowie auf den Enden der Teile 10 und 12 parallel und fluchten miteinander, wie es in Fig. 2 in gestrichelten Linien gezeigt ist. Wenn die Dichtung fertiggestellt ist, werden somit die Lippen des Dichtungsringes nach innen gebogen, wobei die Winkelablenkung der Lippm an ihren äußeren Spitzen 32 größer, ist. Somit werden die Lippendichtungsabschnitte 29 an ihren Umfangspunkten 33 weniger und die abfallenden Flanschseitenflächen 35 und 37, die sich während des Aufsitzens mit dem Plansch nach innen drehen, durch das Biegen an der Grund-

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verbindung 76 noch weniger durchgebogen.

Wenn somit die äußere Klemme von der beschriebenen von Hand angezogenen Dichtstellung in die in Fig. 1 gezeigte Stellung angezogen wird, dann werden die Abschnitte 29 der Ringe nach innen durchgebogen. Da diese Durchbiegung innerhalb der elastischen Grenze des Materials, aus dem der Ring hergestellt ist, liegt, wird in den Lippen Energie gespeichert und sie drücken sich selbst in dichte Anlage gegen die Dicbtungsflächen 22 und 24 der entsprechenden Sitze. Wenn die Klemmanordnung vollständig in Eingriff gebracht ist, dann sind die Dichtungsabschnitte29 dicht und wirken dichtend mit den entsprechenden Dichtungsflächen auf den Leitungsteilen 10 und 12 zusammen. Im Anschluß daran, wenn die Verbindung einem Druck ausgesetzt wird, wird dieser Druck nach außen gegen die Innenseite des Flansches des Dichtungsringes ausgeübt, um die Dichtwirkung zu steigern. Die mit Bezug auf das D/W-Verhältnis beschriebene Beziehung sieht einen Vervielfältiger vor, so daß jeglicher Anstieg im Innendruck, der über die Länge D wirksam wird, eine proportional größere Zunahme in dem Berührungsdruck verursacht. Es sei darauf hingewiesen, daß nur eine mäßige Kraft auf die Muttern der Kleramanordnung ausgeübt zu werden braucht, um die Dichtungslippen 29 nach innen in eine Stellung durchzubiegen, die durch die gestrichelten linien in Fig. 2 dargestellt ist. Jedoch ist die Verbindung eine vollständig wirksame, weil die dem Druck ausgesetzte Fläche wesentlich verringert und der Druck auf den Flansch des Dichtungsringes einwirkt, um die Wirksamkeit der so gebildeten Dichtung zu ste^prn. Bei der gezeigten Ausführung wird der Bedienungsmann dbsts wissen, wann er die Mutter der Kleramanordnung richtig angezogen hat, denn es ist nur notwendig, daß -er sie anzieht, bis

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die Anziehtätigkeit zum Stillstand gebracht wird, indem die Endfläche 18 gegen die Rippenfläche 39 des Dichtungsringes anschlägt, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist. Es fet ferner nicht möglich für den Bedienungsraann; die Bolzen der Klemmanordnung bis zu einem Punkte anzuziehen, an dem der Dichtungsring zerbrechen würde, denn die zylindrische Rippe 26 sieht einen festen Anschlag gegenüber übermäßiger Anspannung und anscbliessenden Betriebsbelastungen vor.

Es ist bereite erwähnt worden, daß die zylindrische Rippe sich während des Aufsetzens des Ringes diametral zusammenziehen kann, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß ein solches Zusammenziehen, wenn überhaupt, nicht für Ringe größeren Durchmessers vorhariteη ist, wobei die Hauptbewegung des Dichtringes in einem Biegen der Lippe desselben nach innen besteht, wie es beschrieben ist.

Wenn die Verbindung angezogen wird, dann entsteht ein im wesentlichen einheitliches Bauteil, wobei die Festigkeit des Metalle der Enden der Teile dazu dient, den Dichtungsring zu stützen, wodurch äußerst hohen Drücken Widerstand entgegengesetzt werden kann. Die Rippe 26 des Dichtungsringes sieht eine erhöhte Festigkeit vor, um jeglichem auf die Verbindung gerichtetem Platzen, welches durch die hohen Strömungsmitteldruck^, mit denen geadeitet wird, verursacht werden kann, Widerstand entgegenzusetzen.

Obwohl der, dargestellte und beschriebene Dichtungsring symmetrisch ist, d. h. mit ringförmigen Planschen 28 und 30,

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die sich in entgegengesetzten Richtungen von der zylindrischen Einheit forterstrecken, ist doch darauf hinzuweisen, daß es innerhalb des Bereiches der Erfindung liegt, daß der Ring nur einen solchen Flansch oder eine solche Lippe aufweist, mit oder ohne die Verlängerung der Rippe 26 nach außen über den maximalen Lippendurchmesser hinaus. Derartige einfache Lippenringe können z. B. von der Art sein, wie sie in der USA-Patentschrift 3 150 889 beschrieben und beansprucht wird.

Bei der beschriebenen Erfindung ist es möglich, mit beträchtlicher Genauigkeit den eigentlichen Berübrungsdichtungsdruck für jede gegebene Ringgröße zu bestimmen oder einen Ring dazu zu veranlassen, daß er einen benötigten Berührungsdichtungsdruck auf einem gegebenen Durchmesser vorsieht. Bisher wurden Dichtungsringe der in den genannten USA-Patentschriften beschrie benen und beanspruchten Art in Ausführungen aufgrund von Versuchen und Fehlern hergestellt. Jedoch wird es bei den jetzt erforderlichen größeren Ringdurchmessern, z. B. bis zu 4*572 mm, zu einem wirtschaftlich nicht tragbaren Risiko, aufgrund dieser Versuchs- und Fehlerbasis fortzufahren, und selbst wenn es dabei bliebe, könnte es die Anzahl von Versuchen, die erforderlich sind, um solche Ringe herzustellen, praktisch unmöglich machen, erfolgreiche Ausführungen zu erzielen. Gemäß der Erfindung können Ringe von jedem Durchmesser und für jeden erwünschten Berührungsdichtungsdruck auf einer genormten Bas^a vorgesehen werden, wodurch es nicht mehr nötig ist, wirksame Dichtungsringe aufgrund von Versuchen und Fehlernäherungen herzustellen. Der bedeutende Schlüssel, der zu der Ausschaltung dieses Risikos führt, besteht in der Erkenntnis und in dem Bei-

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trag,' den die Erfindung dazu leistet, daß nur ein verhältnismäßig kleiner leil der Außenfläche des Flansches als Dichtungsfläche benutzt werden sollte. Durch diese Erkenntnis und deren Verwirklichung beweist die Erfindung ihre unbestrittene Fähigkeit, bei stark veränderlichen Bedingungen, wie sie bei Dichtungsringen auftreten können, äußerst vielseitig zu sein.

Es ist somit ein Dichtungsring offenbart worden, der alle genannten Aufgaben erfüllt und die erwähnten Vorteile aufweist. Jedoch werden weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung zusammen mit Abwandlungen derselben naheliegend erscheinen, es wird Jedoch darauf hingewiesen, daß die Beschreibung keineswegs begrenzend, sondern nur beispielgebend ist.

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Claims

Hamburg, 20. Juni 1968 Patentansprüche

.^Dichtring aus Metall für eine Kupplung zweier koaxial angeordneter Hochdruckrohrleitungen, der zwei zur Ringachse geneigte, jeweils aus zwei Abschnitten bestehende Fläohen aufweist, wobei die einen an den axialen Enden des Dichtrings liegenden Flächenabschnitte mit entsprechenden kegeligen Dichtflächen aeler axial beweglicher Rohrleitungsstücke nach Zusammenziehen dar Rohrleltungsstüoke eine Dichtungeverbindung bilden und die anderen Fläohenabschnitte mit der Ringaohse einen spitzeren Winkel als die dichtenden Flächenabschnitte einschließen, dadurch gekennzeichnet, daS der Dichtring (25) in an sich bekannter Weise eine zylindrische Rippe (26) mit eioh gegenüberliegenden Stirnseiten besitzt, die naoh Herstellen der Verbindung entsprechende Stirnselten (1 β, 20) der Rohrleitungset ticke berühren, und daß die Dichtflächen (W) des Diohtringe jeweils ein· bestimmte kritisohe axiale länge haben, die etwa 1/8 - 1/2 des Abstände (D) zwischen einem axialen Ende . des Dichtringe und der näher liegenden Stirnseite der zy-

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~*ϊθ Η75683

lindrischen Rippe (26) beträgt, und daß der Winkel(O₂) zwischen den unverformten Dichtflächen (W) und der Dichtringachse kleiner ist als der-Winkel (O₁) zwischen den Dichtflächen (22, 24) der Rohrleitungsstücke xxA der Rohrachse, und daß die "beim Verspannen der Rohrleitungsstücke auftretende radiale Verformung der axia]fli Enden des Dichtrings in Abhängigkeit von der Streckgrenze (S) und dem Elastizitätsmodul (E) des Ringmaterials bzw. ihrem Verhältnis vorherbestimmt und der Winkel (Op) dementsprechend gewählt wird, so daß nach Herstellen der Verbindung die Dichtflächen (W) des Dichtrings an den Dichtflächen (22, 24) der Rohrleitungsstücke satt anliegen.
2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größte radiale Verschiebung ( R) in der Mitte (83) der Dichtfläche (W) ungefähr

- 0*891 (1-v²) (A+T) AO! + T²

τ? -

beträgt

Vg ... radiale Kraft bei (83), bezogen auf den mittleren Dichtflächendurchmesser (PD),

ν ... Poisson'sches Verhältnis für das gewählte Ringnet er ial,

A ... innerer Duchmesser des unverformten Dichtrings, T ... radiale Breite des Dichtringa in der Mitte (83) der Dichtfläche,

E ... Elastizitätsmodul des Ringmaterials, Oj ·... empirisch gewonnener, geometrischer Paktor,

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21 U75683

D ... axialer Abstand zwischen dem axialen Ende des unverforaten Rings und der näher gelegenen Stirnseite der Rippe (26),

worin Tg bestimmt wird aus der Beziehung

KW

cos O₂

1 ... erforderlicher Anpressdruck zwischen der Dichtflftobe (V) des Dichtrings (25) und der Dichtfläche (22 oder 24) des Robrleltungsetttoks,

V ... länge der Dichtfläche (V),

0₂ ... Winkel zwischen der Dichtfläche (V) und der Dicbtringacbse

und C^ au· der Beziehung Ο,» ?_H

2P⁵R

3 * 6.73 (l-\

T (A+T) AT + T² und

P= ET³

12 (1-v²)

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