DE1600533A1

DE1600533A1 - Statische Dichtung

Info

Publication number: DE1600533A1
Application number: DE19671600533
Authority: DE
Inventors: Mayer John Frederick
Original assignee: North American Aviation Corp
Current assignee: North American Aviation Corp
Priority date: 1966-06-20
Filing date: 1967-06-14
Publication date: 1970-01-15
Also published as: US3446508A; GB1118519A; DE1600533B2

Description

Dr-In-. HA- S S(JSCHKg
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ÄMönch*:. 3.·. p;_vV ,a

North American Aviation Inc», El Segundo, Kalifornien

" STATISCHE DICHTUNG "

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Dichtung zur Verbindung eines Paares Medien«leitender Teile und insbesondere auf eine Hochdruckdichtung zwischen einer Armatur und einem dazugehörigen Gerät.

Im Stande der Technik gibt es verschiedene Vorschläge, um Medien-leitende Teile abzudichten. Diese Vorrichtungen und Anordnungen zum Abdichten von Verbindungen ha- » ben jedoch im allgemeinen die Probleme exzentrischer Belastungsbedingungen auf die Dichtung, tibermäßige Bie« gebeanspruohungen bei hohen Temperaturen, radiales Schrumpfen der Dichtung beim anfänglichen Abdichten,

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Verschiebung der Dichtkante an verschiedene Stellen und Größenzunahme nicht verhindern können, wodurch eine geringe Einheitsbelastung und Undichtigkeiten entstehen. Diese Nachteile werden durch die Dichtung nach der Exfindung im wesentlichen ausgeschaltet.

Die Erfindung schafft eine verbesserte Dichtung der Art, wie im US-Patent Nr. 3,106,415 beschrieben, und hat den ™ Vorteil einer ebenen oberen Oberfläche, die senkrecht zur Mittellinie Ii-gt, mit einer Abdichtoberfläche, die eine scharfe Kante auf der Oberseite bildet, und eine kugelartige Abdichtoberfläche am Boden schafft, die mit der Verdickung zusammenwirkt, um die Abdichtung zu verformen, und um so die Dichtkante zu bilden.

Die Erfindung schaft eine statische Dichtungskombination, die einen Körper mit einer öffnung darin umfaßt, eine fc konische Nockenoberfläche um die Öffnung in der oberen Oberfläche des Körpers, einen in diese öffnung eingeführten Armaturteil, der einen sich axial erstreckenden Halsteil hat, der mit einer Dichtungsoberfläche verbunden ist, die im allgemeinen parallel zuroberen Oberfläche des Körpers liegt, und einen Dichtungsring, der ' zwischen der Dichtungsoberfläche, der Nockenoberfläche und um den genannten Halste! 1 herum angeordnet ist« dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring eine flache

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obere Fläche aufweist, die eine scharfe Kante mit der inneren zylindrischen öffnung des genannten Ringes bildet, wobei die äußere Oberfläche des Ringes am Ende gegenüber der scharfen Kante eine abgerundete Nocken- und Abdichtoberfläche aufweist, wobei diese abgerundete Nockenoberfläche an der konischen Nockenoberfläche angreift, wenn der Armaturteil in die Körperöffnung eingeführt wird, um den Ring zu verbiegen, und die genannte scharfe Kante in die Abdichtoberfläche hineinzupressen, um eine Linieabe- j rUhrungsdichtung zu bilden, wobei die abgerundeten und konischen Nockenoberflächen eine weitere Berührungsliniendichtung zwischen dem Ring und dem Körper bilden.

Die Erfindung schafft auch ein statisches Dichtelement, das durch einen zylindrischen Körper gekennzeichnet ist, der eine axiale öffnung aufweist, sowie durch eine äußere abgerundete Abdichtoberfläche an einem Ende des Körpers, einen um den Umfang verlaufenden Flansch, der in einem Stück mit dem anderen Ende des Körpers verbunden ist, wo- f bei der Flansch eine vorgewählte Stärke hat, eine biegsame Stelle, die den Flansch und den Körper verbindet, wobei der Flansch flache Abdichtobsrflächen aufweist, und eine der flachen Abdichtoberflachen eine scharfe Kante mit der Kante bildet, die die axiale öffnung darstellt, und zwar an einem Funkt gegenüber der genannten abgerundeten Abdichtoberfläche.

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Infolge dieser Merkmale ist die Dichtung nach der vorliegenden Erfindung leichter einzubauen, hat eine verbesserte Abdichtleistung und eine größere Zuverlässig- · keit unter Hochdruck und extremen Temperaturbedingungen« wenn sie in einem Qerät mit starker Vlbration benutzt wird, und kann als eine Verbindungsdichtung, eine integrale Schottwanddichtung oder eine integrale Verbindungsdoppeldichtung verwendet werden.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung 1st, eine verbesserte Armaturdichtungsanordnung zu schaffen, die eine kugelartige Oberfläche verwendet, die mit einer konischen Dichtungskontaktoberfläche zusammenwirkt, um eine verbeoerte Dichtungsleistung zu schaffen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungs« beisplele.

Fig. 1 1st eine Querschnitteansicht einer integralen Ansohlagverblndungedlchtung nach der Erfindung, :

Fig. 2 ist ein teüwelser Querschnitt durch die Dichtung nach Fig. 1 in ihrer endgültigen Dichtungsstellung,

Fig. J 1st eine Querschnittsanaicht einer anderen Ausführung··· form nach der Erfindung,

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Fig. 4 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Dichtung nach Fig. 2 in endgültiger Abdichtstellung,

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der integralen Anschlags-Schottwanddiehtung nach der Erfindung, und

Fig. 6 ist eine teilweise Querschnittsansicht der Dichtung nach Fig. 5 in endgültiger Abdichtstellung.

Fig. 1 zeigt einen Dichtungsring 10 für die integrale Anschlagverbindungsdichtung mit einem peripheren aus einem Stück damit bestehenden Abstandsflansch 12. Der Abstandsflansch 12 ist mit dem zylindrischen Körper 15 durch einen Biegungsteil 14 verbunden, der durch eine um den Umfang verlaufende Nut oder einen Schlitz 15 zwischen dem zylindrischen Körper 13 und dem aus einem Stück damit bestehenden Abstandsflansch 12 gebildet wird. Die obere Fläche 16 des Dichtungsringes 10 ist flach und liegt senkrecht zur Mittellinie IJ des Dichtungsringes. Der zylindrische Körper 13 hat eine öffnung mit einer scharfen Dichtkante 18 an der Verbindungsstelle zwischen der Oberfläche 16 und der Innendurchrnesserqberfläeh.e \$ des zylindrischen Körpers IjJ· Die j$ußere Boden^oberflache 20 des zylindrischen Körpers 13 hat eine kugelige oder

ungefähr kugelige Oberfläche. In Fig. 1 sind auch die wahlweisen Merkmale einer Kontra!!öffnung 21 im Biegungsteil 14 gezeigt, um jeglichos Lecken von der Primärdichtung her zu kontrollieren oder abzufangen.

Fig. 2 zeigt die Dichtung nach Fig. X in endgültiger Abdichtstellung miteiner Verbindungsarmatur 25 mit einem Sechskantteil 26, einem Halsteil 27, einem Gewindeteil und einer mittleren zylindrischen Öffnung 29. Die Verbindungsarmatur 25 paßt zu einem Gerät j5O mit einem weiblichen Gewirketeil 3I, einer Bohrung 32, einem angesenkten Teil 33, einer konischen Nockenfläche 34, die die oberen Oberflächen 35 des Körpers 30 und des angesenkten Teiles 33 verbindet. Der Dichtungsring 10 ist in seiner verbogenen Dichtungsstellung zwischen der Bodenoberfläche des Sechskantteiles 26 und der oberen Oberfläche 35 der Armatur 30 und der konischen Oberfläche 34 gezeigt·

Unter den Dichtungsbedingungen wie in Fig· 2 dargestellt ist der Abstands- oder Unterlegscheiben-Flansch 12, der aus einem Stück mit der Dichtung besteht, auf eine vorgewählte Abmessung hergestellt, so daß, wenn die Verbindungsarmatur 25 in das Gerät mit einer bestimmten Abrnesy sung eingeschraubt ist, die Verbindung sich an den Abstandsflansch 12 anlegt und sich nicht mehr weiter anziehen läßt. Auf diese Art und Weise wird eine-Überlastung

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der Abdichtung verhütet und gestattet der Dichtung, auf einen engeren Betriebsbereich konstruiert zu werden.

Dieses Merkmal hat auch das Bestreben« die Dichtung im Verhältnis zu dem Gerät hochzustellen. Der Abstandsflansch

12 schafft auch einen Trägerring, der übermäßige Rundbe anspruchungen bei hohem Druck verhindert und damit auch das radiale Wachsen der Dichtung, wenn sie zusammengequetscht ; und von der Armatur abgedrängt oder gebogen wird.

Der Biegungsteil 14 wirkt wie ein Scharnier oder eine bieg·* sane Verbindung zwischen dem zylindrischen Körper 13 und dem Abstandsflansch 12 und gestattet der Dichtung, sich Im Querschnitt zu drehen, wenn sie mit durch die Armatur zur Einwirkung gebrachten Kräften belastet wird. Der Biegungsteil 14 wirkt auch als ein radialer Trägerteil zwischen dem Außendurchmesser der Dichtung und dem Innendurchmesser des Abstandsflansches 12. In der AusfUhrungsform nach Fig. 1 liegt der Biegungsteil oder Teil verringerten Querschnittes 14 in der oberen Oberfläche, obwohl er auch in der unte- f ren Oberfläche liegen könnte (s. Fig. 5). Bei beiden Aus- ! fUhrungsformen des Biegungsteiles läuft der Schlitz 15 um ■ den gesamten Umfang herum und parallel zur Hittelachse 17 des Dichtungsringes 10.

Die obere Oberfläche 16 des Dichtungsringes IO ist ein Integraler Teil der Dichtungswirkung· Diese Oberfläche, die leicht herzustellen und zu überprüfen 1st, wird eine

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konische Oberfläche, nachdem die Dichtung belastet ist, und beginnt, sich im Querschnitt zu drehen, wie das in Fig. 2 gezeigt ist. Je größer die Belastung ist, die auf die Dichtung zur Einwirkung gebracht wird, um so konischer wird sie. So ist die scharfe Kante 18 stets die Dichtkante und es findet keine bedeutende Veränderung in ihrer Qröße oder Lage statt, wenn die Dichtung belastet wird. Die äußere Bodenoberfläche oder das Nasenende 20 des Dichtungsringes 10 ist gebogen um eine ungefähre kugelige Oberfläche ψ zu bilden. Diese Oberfläche 20 paßt zu der konischen Nocken« oberfläche 34, um ein Biegen des Biegungsteiles 14 und eine Verdrehung des zylindrischen Teiles 13 zu verursachen. Diese Verdrehung führt dazu, daß die scharfe Dichtkante 18 eine Dichtung an der Bodenoberfläche des Sechskantteiles 26 der Verbindungsarmatur 25 bildet. Die schlechte Ausrichtung zwischen der Oberfläche 20 und der konischen Oberfläche 34 führt zur Bildung ein^r Linienberührungsabdichtung. Diese LinienberUhrung ist wichtig, weil die Einheitsbelastung groß ist und daher die Dichtungsleistung besser, und da die Linienberührung aufrecht erhalten wird, ergibt sich kein Lecken, selbst wenn Winke!unterschiede zwischen der Achse des konischen Sitzes 34 und der Achse der Verbindungsarmatur 25 vorhanden sind.

Die flache Oberfläche 16 des Abstandsflanschee 12 wlrltt als eine sekundäre Abdichtung für Doppeldichtungeanwendungen. Als ein Ergebnis der von der Armatur erzeugten

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Kräfte, die den Abstandsflansch 12 gegen die obere Oberfläche 35 drücken, wird in dieser Stellung eine hochgradig wirksame sekundäre Abdichtung in Dichtungsringart erreicht. Auf vielen Anwendungsgebieten ist es wünschenswert, die Oberflächen des Dichtungsringes IO mit einem weichen Dichtungsmaterial, entweder plastischer oder metallischer Art zu überziehen. Aber das Grundmetall kann dazu genommen werden, um richtige Abdichtung bei Anwendungsgebieten zu erreichen, bei denen mitjvisköseren Medien gearbeitet wird.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Dichtungselement 40 identisch mit dem der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Abstandsflansch 12 und der Biegungsteil 14 weggelassen sind. Der DichtungsVorgang dieses Dichtungselementes ist in Fig. 4 gezeigt. Hier wie in Fig. 2 verursacht die zusammenarbeitende Wirkung der äußeren Bodenoberfläche und der konischen Nookenoberflache 34 eine Verdrehung des zylindrischen Teiles 13, Diese Verdrehung führt dazu, daß die scharfe Kante eine Kontaktliniendichtung mit der Boden« oberfläche des Sechskantteiles 24 der Verbindungsarmatur 25 schafft, während eine gleichartige LinienberÜhrungs« dichtung zwischen den Oberflächen 20 und 3^ hergestellt wird.

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Es wird keine sekundäre Abdichtung auf der Oberfläche 25 bei dieser AusfUhrungsform erreicht. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß, wenn die innere zylindrische Oberfläche 19 hohem Druck ausgesetzt ist, die besondere Anordnung von LinienberUhrungsdichtungen, die von dem Element 40 mit der Oberfläche 16 und der unteren Oberfläche von 26 gebildet werden, die Belastung auf die LinienberUhrungsdichtungen erhöht und dadurch die Dichtungsleistung verbessert.

Fig. 5 zeigt eine andere AusfUhrungsform der Erfindung ähnlich der AusfUhrungsform nach Fig. 1, die in im wesentlichen der gleichen Art und Weise arbeitet. Zusätzlich umfaßt diese AusfUhrungsform einen herausragenden Teil 46, der durch die EinwärtsVerlängerung der Oberfläche 20 und den einwärts herausragenden Teil des zylindrischen Teiles 13 gebildet wird. Der sich um den Umfang erstreckende und sich nach innen ausdehnende herausragende Teil 46 schafft eine scharfe Kante 47, die in den Schaft oder Halsteil der Armatur hineindrückt, um eine sekundäre Abdichtung um diesen Halsteil herum zu bilden.

Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt, Diohtelemente verwenden, die zylindrische Teile Γ3 mit einem Innendurchmesser haben, der größer ist als der Gewindeteil 28 der dazugehörigen Armatur, liegt es im Rahmen

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der Erfindung, die Dichtung der Armatur einschnürend anzupassen.

Dichtungen« die in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt wurden, wurden bei so ungünstigen Bedingungen wie - 196⁰C (- 520⁰F) unter einem Heliumdruck von 140 kg/cm² (2000 psi) und 66O⁰C (122O⁰P) unter einem Heliumdruck von

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126,55 kg/cm (I800 psi) ohne sichtbares Lecken geprüft. Während verschiedenartigste Materialien verwendet werden können, um die Dichtungen und dazugehörige Armaturen herzu-stellen , ist rostfreier Stahl das bevorzugte Material. wegen seiner hohen Temperatur und der Druckmerkmale und des Widerstandes gegen Korrosion.

Obwohl besondere Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt wurden, ist es klar, daß diese Ausführungen nur Beispiele darstellen und die Erfindung nicht begrenzen, da deren Geist und Umfang lediglich durch die Ansprüche begrenzt 1st.

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Claims

Patentansprüche :

1.) Statische Dichtung mit einem Körper mit einer Öffnung darin, einer konischen Nockenoberfläche um die Öffnung in der oberen Oberfläche des Körpers, einer Armatur, die in die öffnung eingeführt wird, wobei der genannte Bauteil einen sich axial erstreckenden Halsteil aufweist, der mit einer Dichtungsoberfläche verbunden ist, die im allgemeinen parallel zuroberen Oberfläche des Körpers liegt, und mit einem Dichtungsring, der zwischen der Dichtungsoberfläche, der Nockenoberflache und um den Halsteil liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Dichtungsring eine flache obere Oberfläche hat, die eine scharfe Kante mit der inneren zylindrischen Öffnung des genannten Ringes bildet und die Außenoberfläche des Ringes am Ende gegenüber der scharfen Kante eine abgerundete Nocken- ^nd Dichtoberfläch·^ hat, wobei die genannte abgerundete Nockenoberfläche an der konischen Nockenoberfläche angreift, wenn der Armaturteil in die Körperöffnung hineinbewegt wird, um den Ring zu verformen und die scharfe Kante in die Dichtoberfläche hineinzupressen, um eine Linienberührungsdichtung zu schaffen, wobei die genannten abgerundeten und konischen Nockenoberflächen eine weitere BerUhrungs Uni endichtung zwischen dem Ring und dem Körper bilden,

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2.) Statische Dichtkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring einen sich axial erstreckenden zylindrischen Teil aufweist, wobei dieser zylindrische Teil die scharfe Kante und die abgerundete Oberfläche hat.

j5.) Statische Dichtungskombination nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring einen Flansch besitzt, der damit durch einen Biegungsteil verbunden ist, und der Planschteil eine sekundäre Dichtung entlang der g

genannten oberen Körperoberfläche und der Dichtungsoberfläche des genannten Armaturteiles bildet und die Kraft begrenzt, die auf den Ring zur Einwirkung gebracht wird,

4.) Statische Dichtungskombination nach Anspruch j>, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegungsteil durch einen sich um den Umfang erstreckenden Schlitz zwischen dem Flansch und dem Körper des Ringes erstreckt, so daß beim Biegen des Körpers der Biegungsteil leicht im Verhältnis zu dem Flansch gedreht wird. "

5.) Statische Dichtungskombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Flansch aufweist, und daß dieser Flansch eine erste flache Dichtoberfläche hat, die in einer Ebene mit der genannten scharfen Kante liegt, und einen biegsamen Teil, der den genannten Flansch mit dem genannten zylindrischen Teil verbindet.

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6.) Statische Dichtungskombinationen nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegungsteil aus einer um den Umfang verlaufenden Nut zwischen dem Flansch und dem zylindrischen Teil besteht, wobei der Plansch eine zweite Dichtoberfläche aufweist, die parallel mit der genannten ersten flachen Dichtoberfläche liegt und aui" der entgegengesetzten Seite des genannten Flansches angeordnet ist.

^ 7.) Statische Dichtungskombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut parallel zu dem sich .axial erstreckenden zylindrischen Teil liegt und senkrecht zu den flachen Abdichtoberflachen.

ö.) Statisches Dichtungselement, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zylindrischen Körper aufweist, der eine axiale Öffnung durch ihn hindurch hat, mit einer äußeren abgerundeten Abdichtoberfläche an einem Ende des Körpers, einem um den Umfang verlaufenden Flansch, der aus einem Stück mit dem anderen Ende des Körpers verbunden ist, und wobei dieser Flansch eine vorgewählte Stärke hat, eine biegsame Einrichtung, die den Flansch und den Körper verbindet, wobei der Flansch flache Dichtoberflachen hat, und eine der flachen Dichtoberflächen eine scharfe Kante miu der Wand bildet, die die axiale öffnung darstellt, und zwar an einem Punkt, der der abgerundeten Abdichtoberfläche gegenüberliegt.

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9.) Statisches Dichtelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegungsteil einen um den Umfang verlaufenden Schlitz zwischen dem Körper und dem Flansch darstellt, um einen Querschnitt verringerter Stärke zu bilden, der gebogen werden kann.

10.) Statisches Dichtungselement nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Nut parallel zur axialen öffnung liegt und in den ersten flachen Dichtungsober- ™

flächen ausgebildet ist.

11.) Statisches Dichtungselement nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dak der Körper einen sich einwärts erstreckenden herausragenden Teil am Ende der axialen Öffnung in der Kähe der abgerundeten Abdiohtoberfläche hat, wobei der einwärts gerichtete herausragende Teil eine soharfe Abdijhtkante hat.

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