DE1650126A1 - Eingeschlossene Plastikdichtung - Google Patents

Description

BERLIN 33 !MÖNCHEN

Dr,- Ing. HANS RUSCWKE Dipl'-lng. HEINZ AGULAR

Postscheckkonto: PATENIAMWKtTE Poetecheckkonto:

Berlin West 74S4 München 66277

Bankkonto: Bankkonto:

Bank f. Handel u. Industrie Dresdner Bank

Depositenkasse 32 München

Berlin 33 ' .* _A i-t ä λ λ λ Dep.-Kasse LeopoldstraBe

Tepljtzer StraBe 42 1β^Π1/Ο Kto. 58516

o. 327608 IVvV J * V Telegramm-Adresse:

STS Qu.d««ur_Mu_nchen

North American Aviation, Jnc, El Seguhdo,

California,. V,St,A,

Eingeschlossene Plastikdichtung

Die Erfindung betrifft Dichtungen, insbesondere eine Dichtungsanordnung zur Herstellung einer Plastikdichtung, die, wenn sie entweder bei konstanter Temperatur oder über einen weiten Temperaturbereich, verwendet wird, dicht ist.

Eine Dichtung mit "Ifull-Durchlässlgkeit" (zero leakage seal) ist gekennzeichnet durch das Fehlen von Durchlässen, durch welche Flüssigkeit entweichen kann, und zwar entweder von aussen in die Dichtungsanordnung oder von* innen aus derselben heraus. Obwohl es schwierig ist, einen dichten Verschluss zur Verwendung in einer Umgebung von konstantem Druck und konstanter· Temperatur zu erstellen, dürften nach dem bisherigen Stand der Technik noch keine zuverlässigen Verschlüsse

vorliegen,

009832/1642 ___

■ 1150126

vorliegen, die über einen weiten Temperaturbereich, dicht und lecksicher sind. Wenn man harte Metalloberflächen zu Verschlusszwecken in eine Berührung von Oberfläche zu Oberfläche bringt, ist es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, den erwünschten gleichmässigen Null-Zwischenraum zwischen den Oberflächen zu erzielen, wie er zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung erforderlich 1st. Metalloberflächen sind als solche bis zu einem gewissen Grade unregelmässig und rauh und durch Risse, Spalten, Poren und dergl. gekennzeichnet. Dies trifft ungeachtet der Tatsache zu, dass sie Polierbehandlungen unterworfen worden sind, um die Öberflächenunregel mässigkeiten und rauhen Stellen auszuschalten. Ausserdem sind Polier-Arbeitsweisen zum Glätten von Metalloberflächen· sehr kostspielig. Bisher wurden als Dichtungsmaterialien zwischen relativ rauhen Metalloberflächen weiche, duktile Metalle, wie z.B. Gold, Silber und Kupfer zur Anwendung gebracht. Die Verwendung dieser besonderen Materialien und dergl. zur Erzeugung flüssigkeitsdichter Verschlüsse hat sich auf Grund der Tatsache, dass diese Materialien zum Hartwerden während des Betriebes neigen, als unzuverlässig erwiesen. Dieser Umstand begrenzt automatisch die Zuverlässig-

009832/1542

verlässigkeitkeit eines Verschlusses und verkürzt seine Lebensdauer und. vermindert die Häufigkeit, mit der der Verschluss wirksam wiederverwendet werden kann. Oftmals können solche Materialien nur einmal verwendet werden, abhängig von der Schwere der umgebenden Bedingungen. Ausserdem besitzen diese Metalle eine sehr niedrige Plastizität, verglichen z.B. mit Fluor-Kunststoffen, und erfordern daher wesentlich höhere Drücke zum Abdichten.

Aus den vorstehend genannten und weiteren Gründen wurden Versuche unternommen. Dichtungen nicht aus Plastikmaterialien, sondern aus Metallen herzustellen. Fluor-Kunststoffe, wie z.B. Teflon und KeI-F (ein Tetrafluoräthylen*· bzw. ein Trifluoräthylenpolymerisat) sind verwendet worden, da sie die erwünschte Eigenschaft besitzen, bei so niedrigen c-ryogenen Temperaturen, wie -257°C, angemessen duktil zu bleiben. Dank dieser Eigenschaft können die Kunststoffe dazu gebracht werden, sich den makroskopischen Spalten in den rauhen Metalloberflächen innig anzupassen, und sind demzufolge als Dichtungen ziemlich geeignet sowohl in cryogenen als auch in sehr heissen Umgebungen bis zu 260⁰C. Jedoch besitzen diese Kunststoffe auch ungünstige Dichtungseigenschaften. Es fehlen ihnen Elastizität und Rückfederung und sie erfahren

Eigenschafts-

009832/1542 -—

SAD OFUGlNAU

- 4 - - ■"■■-,.

Eigenschaftsveränderungen während extremer Temperaturbereiche. Ausserdem neigen sie dazu, übermässiges Fliessen und Materialwanderung bei einwirkenden Belastungen, insbesondere bei Raum- und höheren Temperaturen, zu zeigen. Ungünstigerweise sind dieselben. Eigenschaften, nämlich Plastizität und Duktilität, die die dichte Anpassung der Plastikdichtung an die Oberflächenunregelmässigkeiten gestatten, auch die Ursache für die ungünstigen Wirkungen» Diese Wirkungen bestehen darin, dass das unter Druck gesetzte Plastikmaterial sich wölbt und weggepresst wird. Dieses -abgepresste Material ist auf ^rund der Eigenart der Piastikstoffe unfähig rückzufedern, so dass die ursprüngliche Gestalt der Dichtung nicht zurückerhalten werden kann. Unter Nichtabdichtungsbedingungen oder solchen nachlassenden Drucks werden diese abgepressten Materialien allmählich abgetragen und weggerissen mit dem Ergebnis, dass die Dichtung rissig wird und zur Durchlässigkeit neigt. Die. vorliegende Erfindung soll die vorstehend genannten Mängel der Plastikdichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik ausschalten»

Ziel der Erfindung ist eine Plastikdichtung, die imstande ist, sowohl bei konstanter Temperatur als auch über einen weiten Temperatur dicht zu bleiben.

Ein

009832/1542

ORIGINAL

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist im wesentlichen eine visco-elastische Mchfcung mit Null-Durchläs.sigkeit, die ohne Beeinträchtigung ihrer Integrität oftmals wiederverwendet werden kann, -

Kin weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Anwendung von Kraft auf einen festsitzenden (captivated) Verschluss in einer Art, dass dieser dicht gemacht wird«

Kin weiteres Ziel der Krfindung ist ein Verfahren zur Ausübung von Kraft auf eine eingeschlossene Dichtung, in solcher Weise, dass die Dichtung undurchlässig wird.

Sowohl diese als auch weitere Ziele der Krfindung werden völlig verständlich anhand der detaillierten Be« Schreibung der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen;

PIg₁, 1 bis 4 sind eine Folge von Querschnitten einer typischen Plastikdicfetung nach dem bisherigen Stand der Technik: und zeigen, wie dessen Dichtungsvermögen allmählich zerstört wird;

Fig. 5 ist ein Querschnitt, der die erfindungsgemässe eingeschlossene Plastikdichtung, die einer Tellerventil-Struktur einverleibt ist, zeigtj

Fig. 6- ist eine vergrösserte Ansicht des Teiles der Ventil-Struktur, der durch Linie β in FIg, 5 umrandet' ist; -

009832/1542

1S5012S

Flg. 7 ist ein teilweiser Querschnitt der eingesehlossenen visco-elastischen Dichtung, die einer anderen Ausführung einer Tellerventil-Anordnung einverleibt ist;

Fig. 8 1st eine vergrösser.te Ansicht eines Teils der Ventil-Struktur, der durch Linie 8'in Fig. 7 umrandet istj.

Fig* 9 ist eine auseinandergezogene und teilweise schematisohe Darstellung einer eingeschlossenen viseoelastischen Dichtung=, die einem statischen Verschluss einverleibt ist;

Fig. 10 zeigt einen detaillierten Querschnitt einer eingeschlossenen visco-elastischen Dichtung, die einer statischen Verschluss-Struktur einverleibt worden ist, bei der der Druck auf die Dichtung aufgehoben

Fig. 11 zeigt die Dichtung von Fig. 10, die zur Erzielung der Verschlusswirkung voll unter Druck gesetzt ist]

Fig. 12 zeigt eine vergrösserte übertriebene Ansicht des Verbindungsstückes, das in Fig, 11 durch Linie 12 umrandet ist, wobei die Struktur des Verbindungsstückes während Bedingungen der Null-Durohlässigkeit gezeigt wirdj

Fig. 13

009 832/1SA2

BAD

Pig. 13 ist ein Querschnitt einer anderen statischen Verschlussausführung.

Kurz beschrieben,umfasst die erfindungsgemässe Dichtungs-Anordnung zur Erlangung der erfindungsgemässen Ziele und Vorteile eine Plastikdichtung, die während des Verschliessens durch eine Aussparung in einem Gehäuseteil einer Diehtungs-Anordnung eingeschlossen wird und diese vollständig ausfüllt« Bei der Anwendung wird eine Kraft direkt auf die Plastikdichtung ausgeübt, die diese veranlasst, sich zu verformen und viskos zu werden, in welchem Zustand das als "visco-elastisch" bezeichnete Material leicht in rauhe Oberflächenspalten der Verschlussoberfläche gedrückt werden kann. Die Verschlussoberfiäche kann ein Teil eines Drosselventil-oder Abschlussventilsitzes oder ein Bestandteil eines statischen Verschlusses, einer Rohrverbindung oder dergl. sein. Unter ausreichendem Druck passt sieh das visco-elastische Material innig den Oberflächenspalten der Verschlussoberfläche an und blockiert somit alle möglichen Durchlässe, durch die Flüssigkeiten hindurchdringen könnten. Bei höheren Temperaturen ist der zur Erzielung des flüssigkeitsdichten Verschlusses erforderliche Druck erheblich niedriger als derjenige Druck, der erforderlich ist, um flüssigkeitsdichte

Bedin-

0 0 9 8 3 2/1542

• Bedingungen in cryogenen Umgebungen aufrecht zu erhalten. Während des Verschliessens wird das visco-elastisohe Material, welches als eine viskose Flüssigkeit wirkt, daran gehindert, sich zu wölben oder abgepresst zu werden, und zwar auf Grund der Tatsache, dass es in einer Kammer eingeschlossen ist, wobei die Kammer durch eine oder mehrere Dichtungsoberflächen und einen Gehäuseteil der Verschluss-Struktur gebildet wird. Wenn die Verschlusswirkung oder der P Druck aufgehoben wird, verliert das Material seine

Viskosität und bleibt eine gleichförmige feste Masse, so dass keine Teile von ihm abgetrennt werden können. ι Der Druck auf das Elastomer, der erforderlich ist, um im Xtfesentlichen Nulldurchlässigkeit zu erreichen, ist primär eine Funktion des verwendeten Kunststoffes, der umgebenden Temperatur, des Flüssigkeits-Leitftungs-Druckes und der Tiefe der Spalten in der Verschlussoberfläche, die gefüllt werden müssen,,

■ Die Erfindung schlägt weiterhin ein Verfahren zum

Undurchlässigmachen einer visco-elastischen Dichtung v£>r, indem man zunächst kammerbildende Bestandteile

. " in Metall-Metall-Berührung bringt und dann eine direkte. Kraft auf die Dichtung anwendet, wodurch diese in die Gberfläohenunregelmässigkeiten der Be- ⁼ standteile hineingepresst wird.

Die 009832/1542 =■ —

... 9 ·-.■■■■■-

Die Vorteile und Vorzüge der Erfindung sind am besten erkennbar, indem man zuerst die Nachteile, die den Plastikdichtungs-Anordnungen nach dem bisherigen Stand der Technik innewohnten, erläutert,, In den Fig. 1, 2, j5 und 4 werden aufeinanderfolgende Stufen einer Elastomerdichtung nach dem bisherigen Stand der Technik, die bis zu einem Punkt zerstört wird, wo Null-Durchlässigkeit nicht mehr möglich ist, gezeigt«, Zum Zwecke der Vereinfachung zeigen die Figuren nur Teile eines üblichen konischen Metall-Tellerventils 10, einen Metall-Ventilsitz 12 sowie eine Plastikdichtung 14, die aus Teflon oder KeI-F oder irgendeinem anderen geeigneten Fluoräthylenpolymerisat hergestellt ist. Wenn das Ventil 10 in Fig. 1 in Richtung auf den Sitz 12 bewegt wird, so ragt der perlpherische Abschnitt 15 der Dichtung 14 über die peripherische Wand 11 des Ventils 10 um die Entfernung Δ Χ hinaus. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, vermindert sich die Entfernung ·Δ X, nachdem die anfängliche Berührung zwischen Verschluss 14 und Sitz 12 hergestellt worden ist. Während dieser Zeit beginnt sich die Dichtung 14 zu verformen, und gegebenenfalls wird ein Teil davon zu einer flachen Abpressung 16, die in einen ringförmigen Durchlass l8 hineinragt, welcher durch die peripherische Wand 11 und den Ven- ■ tilsltz 12 gebildet wird.

Hnter

. 0-09832/15-42

BAD ORIGINAL

Unter der Voraussetzung, dass ein-angemessener Druck auf die Dichtung IM- ausgeübt wird, können Bedingungen * der Null-Durchlässigkeit während des anfänglichen Gebrauchs der Dichtung 1% und vielleicht für wenige zusätzliche Gebrauchsanwendungen erzielt werden, jedoch muss der zum Erreichen von Bedingungen der Null-Durchlässigkeit erforderliche Druck relativ hoch sein, und als Folge davon wird die Abpressung 16 flacher, dünner und länger* Die Abpressung _l6 ist

^ auf Grund der nichtelastischen Rigenschaft des Kunststoffes nicht in der Lage, sich zu ihrer ursprünglichen Gestalt zurückzuformen, wenn der Druck aufgehoben wird, und ist demzufolge dauerhaft verformt worden. Auf Grund der Abriebrauheit der Metalloberflächen der Wand 11 und des Ventilsitzes 12 beginnt die Abpressung 16 rissig zu werden und zu reissen. In Fig. 3j die den Zustand der Dichtung 14 nach einigen wenigen Anwendungen darstellt, ist die Abpressung

κ - " 16 abgetragen worden, wobei der periphere Abschnitt 15 annähernd in einer Ebene mit der peripherischen Ventilwand 11 fluchtet. Zu diesem Zeitpunkt können Flüssigkeiten von hohem Druck die kleinen Durchlässe, die zwischen dem Metall-Metall-Zwischenraum 19 zwischen der peripherischen Wand und dem Ventilsitz vorhanden sind, passieren. Die flüssigkeitsundurohlässige Dichtung ist dauerhaft zerstört worden.

009832/1-542 Unter

BAD ORIGINAL

Unter Bezugnahme _v auf Fig* 4· muss festgestellt; werden, dass die Durchlässigkeitsprobleme noch schwerwiegender sind, wenn die Ventil-Struktur in einer cryogenen Umgebung verwendet wird. Innerhalb cryogener Temperaturen erfahren.Kunststoffe, wie z.B. Teflon oder KeI-F, eine Schrumpfung zwischen 2 und 2 1/2^ relativ zur Raumtemperatur.·Auf Grund dieser Schrumpfung weicht der peripherische Abschnitt 15 automatisch innerhalb der peripherischen Wand 11 zurück, wodurch eine flache Aussparung gebildet wird* Das Entweichen von Flüssigkeiten und Lecken entlang dem Zwischenraum 19 wird dadurch wesentlich erleichtert. Die normale Abtragung der Dichtung 14 kann nun erfolgen, wenn sich das Ventil 11 setzt oder aus seinem Ventilsitz herausgenommen wird.

Fig. 5 zeigt eine Äusführungsform der vorliegenden Erfindung, die das Merkmal einer Plastikdichtung umfasst. Eine Ventilanordnung oder Bedienungsvorrichtung 30 besitzt einen Antriebsschaft 32 vom Druckkolbentyp, welcher ein aus einem Stück geformtes verbreitertes Ansehlagteil JA- aufweist. Abwärts gerichtet von und verbunden mit dem Antriebsschaftanschlagteil 3^ befindet sich ein ringförmiges Antriebsschaf tanschlußstück oder Stempel 39 föit einem unteren Teil 39 *»· In das Antriebsschaftanschlagteil 3^ ist eine Büchse 36 eingearbeitet, die in der

009832/ '1542

Achse des Antriebsschaftes 32 liegt. Zylindrische Aussparungen 37 und 38 befinden sich in dem Antriebsschaft anschlagt eil 34. Die Ventilanordnung 30 umfasst ausserdem einen konischen Ventilkegel 40 mit einem nach oben ragenden Teil. 42, der in die Büchse 36 hineinreicht. Der Ventilkegel 40 ist montiert, indem er in die Büchse 36 eingesetzt und dann ein Niet 55 durch Aussparung 37* Teil 42 und Aussparung 38 hindurchgeführt worden ist. Niet 55 kann in dieser Stellung befestigt werden durch Gewindeverbindung mit den Wänden der Aussparungen 37 und 37* oder irgendeine andere geeignete Sicherungsvorrichtung«,

Ein Ring 50 umgibt den Ventilkegel 4o und das Antriebsschaf tanschlagteil 3^"und ist relativ zu diesen beweglich. Er wird an Ort und Stelle montiert, nach- · dem der Niet 55 in seiner vorgesehenen Stellung befestigt worden ist. Ein Sprengring 56 wird in einer ringförmigen Aussparung des Antriebsschaftes 32 befestigt und ein weiterer Sprengring 57 wird in einer Aussparung des inneren Umfanges von Ring 50 befestigt. Zwischen den Sprengringen 56 und 57 befindet sich eine Belleville-Feder 58, deren Vorspannkraft normalerweise den Ring 50 in seine Abwärtsrichtung zwingt. Eine weitere Belleville-Feder befindet sich in einem ringförmigen Zwischenraum 59'» der zwischen dem Boden des Antriebsschaftanschlagteiles 34 und dem Ventilkßgel 40 gebildet wird. Die Vorspann-

009832/Tb*Z

• ' kraft

BAU ORIGINAL

kraft der Belleville-Feder 59 zwingt gewöhnlich den Kegel 40 in eine Abwärtsrichtung. Ein Sitz 60 befindet sich auf übliche Art und Weise zwischen einem Paar von Flüssigkeitsrohleitungsabschnitten 65 und 66, die miteinander verbunden sind und als Phantomlinien gezeigt werden. Eine Dichtungsoberfläche 62 vom Konussitztyp wird am oberen Ende des Ringes 60 gebildet, worin der Ventilkegel 40 und der Ring 50 sitzen. Wenn die Ventilanordnung 30 aus dem Sitz 6ö gehoben wird, läuft die Flüssigkeit durch die Rohrleitungsabschnitte 65 und 66 einen S-förmigen Durchlass entlang, wie er durch die Pfeile angezeigt wird. Wenn der Ring 50 aus seinem Sitz gehoben wird, so wird die Trennung seiner Verbindung mit der Ventilanordnung 30 durch den Sprengring 57 verhindert. Der Sprengring 57 wirkt in dieser Hinsicht als Sperre, die die Abwärtsbewegung des Ringes 50 begrenzt. Um die Null-Durchlässigkeit sicherzustellen, wenn das Ventil geschlossen ist,- wird eine Masse des Plastikmaterials 69 verwendet, die vorzugsweise ein Fluoräthylenpolymerisat, wie z.B. Teflon oder KeI-F, ist.

Wenn die Ventilanordnung 30 aus dem Sitz 60 gehoben wird, so wird das Plastikmaterial 69 in einer ringförmigen Kammer zurückgehalten« die durch den unteren Teil 39^f des Ansohlußstüökes 29* eine Mussera pherlphe« rische Wand 46 des Ventillcegels 40 und einen inner©»

009832/1542-

peripherischen Wandabschnitt 51 des Ringes 50 gebildet wird.

Während der Verschlussbedingungen besteht immer eine umschliessende Kammer, so dass die Plastikmasse 69 die umschliessende Kammer vollständig ausfüllt und von dieser eingeschlossen wird. Diese Kammer ist begrenzt durch den unteren Teil 39*» den Wandäbschnitt 46, den Wandabschnitt 5I und den Konussitz 62, welcher die verschliessende Oberfläche bildet. Die vollständige abgeschlossene Kammer besteht nur während der Verschlussbedingungen und wird auch nur dann benötigt.

In Pig. 6 ist die Plastikmasse 69, im Querschnitt dargestellt, in ihrer Verschlußstellung eingeschlossen, "Die umschliessende Kammer begrenzt genau die· Gestalt der Plastikmasse 69β Indem man die Kolbenkraft auf den Antriebssohaft 32 reguliert, kann der entstehende Druck, der durch das Arischlußstüek 39 auf die Plastikmasse 69 ausgeübt wird, berechnet und veränderlichen Bedingungen angepasst werden. Der Druck muss ausreichen, um die Plastikmasse 69 viskos werden zu lassen, so dass Flüssigkeit in der Rohrleitung 65 nicht über die Orenzflache 68 zwischen dem Bits: 62 und der Plastik* masse 69 hinaus hindurohf lie ssen karm· Ba. die Plastikmasse 69 viskos ist und sieh in einem hydrostatischen

- Z-ii afc and 009832/1542

Zustand befindet, kann sie zusammengepresst und in Risse, Spalten und dergl.,die in der rauhen Metallverschlußoberfläche des Sitzes 62 gebildet werden, hineingedrückt werden. Die Plastikmasse 69 passt sich der rauhen Oberfläche des Sitzes 62 vollkommen innig an, und demzufolge sind sämtliche Durchlässe, durch die Flüssigkeit entweichen könnte, blockiert. Im Rohrleitungsabschnitt 65 enthaltene Flüssigkeit könnte möglicherweise entlang der Grenzfläche 67 zwischen dem Ring 50 "und dem Sitz 62 hindurchfliessen. Jedoch sind alle möglichen Durchlässe jenseits des Punktes, wo die Lippe 52 des Ringes 50 eine Metall-Metall-Berührung mit dem Konussitz 62 herstellt, blockiert. Auf Grund des hochviskosen Zustandes der Plastikmasse 69 ist es unmöglich, däfss sie in einer der Richtungen entlang der Oberfläche des Konussitzes 62 abgepresst wird. Kräfte, die sich aus dem hydrostatischen Druck der Plastikmasse 69 ergeben, werden ausgenutzt, um zusätzlichen Widerstand gegen die Neigung der Piastimasse 69, Abpressungen 'zu entwickeln, zu bieten. Hohe Kompressionskraft drückt gegen die Lippe 52 und veranlasst diese, die Metall-Meta!!-Berührung mit dem Sitz 62 zu intensivieren. In einer ähnlichen Weise erzeugen Kräfte, die gegen die Schulter 44 des Ventilkegels 40 drücken, eine verstärkte Metall-Metall-Berührung zwischen dem

,Ventil-

00983271542

Ventilkegel 40 und Konussitz 62. Während Oberflächenspalten des Konussitzes 62 vollständig mit der Plastikmasse 69 ausgefüllt sind« ist auf diese Weise die hohe kompressive Belastung in der Plastikmasse 69 nicht in der Lage, Abpressungen zu erzeugen, und zwar auf Grund der hohen inneren Viskosität des Plastikmaterials. Eine vollständige Beschreibung dieser Wirkung wird mit Bezug auf Pig. 12 gegeben.

fc Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Ventil

anordnung JO aus ihrer angehobenen Stellung in ihre Sitzstellung; bewegt wird, sich der Antriebsschaft 32, der Ring 50 und. der Ventilkegel 40 als eine Einheit bewegen, ohne dass eine relative Bewegung zwischen diesen Teilen auftritt. Wenn der Ring 50 und der Ventilkegel· 40 die anfängliche Metall-Metall-Berührung mit dem Konussitz 62 herstellen, steht die Plastikmasse 69 nicht unter Belastung. Eine fortgeführte Abwärtsbewegung des Anschlußstückes 59 des Antriebsteiles erzeugt eine direkte Kraft auf die Plastikmasse 69, indem das Anschlußstück durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Ring 50 und dem Ventilkegel 40 hindurchgeführt wird. In dem Masse, wie die Vorspannkräfte der Belleville-Federn 58 und 59 zum Tragen kommen, erhöht sich allmählich der Druck auf die Plastikmasse 69. Sorgt man nicht für ein allmähliches Unterdrucksetzen der Plastikmasse 69,

009832/1542 würde

würde sie dazu neigen« Abpressungen zu entwicfeeln, wie im Hinblick au£ übliche OiÄiuögeii V^s*enen$ be~ sehriebenworden i«fe_f |H*f\ 4t&&&lt&.a& pi^:^:$p$l^_:, ; duhgsgeraäss ein wesentlicher sofortiger Anstieg des Jirupkes mit üie fl&st&m&B&et 69 von Jlpil i?i#: mp meuciraalen korapressiven Belastung vermieden. Nachdem Oie f oröpannkraft in den BellevilIe-I?ed>rÄ yi Mi Wermaa^a moröm Ia^* leana der örttaJt gtaf BlastikBiässe 69 foitlaufend* gesteigerli weräin* fels die erforderliclien Druckyerliiiltiiisse sind* So wird eine Jtefcall*Metall-Beriihj?ung deftt Sitz 62> dem Ring 50 und dem Ventilkeger hergestellt, beyar eine direkte Kraft auf die masse 6$ ausgeübt wird.

Um die Wirksamkeit des örundraerkmals der eingeschlossenen Plastikdichtung aufzuzeigen, wurden verschiedene Versuche durchgefünrtt um die Wirkung ninsiohtiiöh der erwünschten Null-Durchlässigkeitsdichtung zu bewerten. Bin modifiziertes 10 cm-Ventil dor Aiiniit-Serie 45ÖO, hergestellt von der Annin Company, wurde zur Erprobung einer aus Teflon hergestellten Dichtung verwendet. Das Versuchsventil war sehr ähnlich dem in den Fig. 5 und 6 gezeigten. In einer Vlelzsahl verschiedener Umgebungen wurde die Oberflächenanpassung zwischen der Dichtung und ihrem Konussitz erzielt. .

Die 009832/15 42 "~

BAD ORIGINAL

Die Dichtling erwies sich als!unzei?stÖrbar bei den » üblichen Arbeitsweisen· Es 1st bekannt, dass bei \;· Raumtemperatur oder etwa23% teflon relativ weich und duktil ist und eine kompreesiYe Fließspannung ' von etwa 126 kg/cm² besitzt. V^r^^iobsweisie ve^lier?t Teflon in aryogeneft Ömgebungen bei etwa -253⁰C einen; Qrossteil seiner Plastizität und verhält sich in vieler Hinsicht wie ein Metall, da es Vergleichs» weise hart und steif wird und eine kompressive Pließspannung von annähernd 1540 kg/c»· besitzt. Ausserdem schimpft eine Teflonaasse um etwa 2 1/2 % ihrer Abmessung, wenn ihre Temperatur vött Baumtemperatur auf- -253^aC gesenkt wird. Unter Bedingungen einer Temperatur von 23°C und eines PlÜssigkeitsleitungsdruckes von 252 kg/cm reichte ein Unterdrueksetzen

der Teflonabdichtung auf zwischen 105 und I¹H kg/cm aus, um Spalten in der Ventilsitzoberflache mit einer

■'■■ -"■■·■* ι -v" ■

Tiefe zwischen 0,813.10"^ und 34,18.10*"^ mm zu füllen.

Unter Bedingungen, wo der Leitungsdruok bei 252 kg/cm blieb, die Temperatur jedoch auf -196°C gesenkt wurde, war ein Druck auf die Teflondichtung -

ρ
zwischen 281 und 422 kg/cm erforderlich, um Spalten in dem Ventilsitz von 0,831.10"*^ mm Tiefe zu füllen. Unter denselben direkt vorstehenden Bedingungen musste, wenn die Spalten 3,18.10*^ mm tief waren, die

Tef lon-

00-9832/1842 "~~~

BAD ORiGfNAu

ρ kg/cm

Teflondichtung unter einen Druck zwischen 633 und 770 / gesetzt werden, um Bedingungen der Null-Durchlässigkeit zu erreichen. Die kompressive Fließspannung von Teflon wurde niemals überschritten, jedoch wäre dies auch in keinem Falle ein wesentlicher Faktor,, weil, wie oben erläutert worden ist, die Plastikmasse vollständig eingeschlossen ist und nicht entweichen kann. Obgleich die Plastikmasse beim Abkühlen auf -196⁰C um etwa 2$ schrumpfte, vermochte der Verlust an Massevolumen die Dichtung nicht zu beeinträchtigen, da das Anschlußstück des Antriebsschaftes sich einfach etwas weiter senkt, um den Verlust auszugleichen. Die Dichtung behielt ihre Integrität und erzielte Bedingungen der Null-Durchlässigkeit während des gesamten Versuches.

Eine andere Ausführungsform eines Ventils, die eine dynamische eingeschlossene Dichtung einschliesst, wird in Fig. 7 und 8 gezeigt. Die Drossel- oder Abschlussventil -Bedlenungs vorrichtung 70 umfasst einen Antriebsschaft 71 vom Druckkolbentyp, welcher mit einem konisch geformten Ventilkörper 73 verbunden ist. Verbunden mit dem Antriebsschaft 71 ist ein verbreitertes Anschlagteil 75» das an seiner äusseren Kante in einem Stück einen Aufnahmerand 76 bildet. Wie im einzelnen in Fig. 8 gezeigt wird, wird ein nach innen hineinragender Wulßtrand.77 an dem Aufnahmerand 76 gebildet und

009832/1&42 _dient

" dient zusammen mit dem eigentlichen Hauptteil des

Anschlagteiles des Antriebssehaftes 75 zur Begrenzung einer ringförmigen Aussparung 78. Innerhalb des Aufnahmerandes 76 wird eine ringförmige Aussparung 79 gebildet. Ein Kegeleinsatz 82, der als Ventilsitz dient, wird flüssigkeitsdicht mit einem Rohrleitungsabschnitt 8o verbunden. Als Verbindung zwischen dem Antriebsschaftanschlagteil 75 und dem Ventilkörper 7> liegt eine Federscheibe 85 vor. In der gleichen Ebene ^w mit der Scheibe 85 befindet sich ein ringförmiger

Sprengring 86, der eingerastet in Aussparung 78 an deren auisserem Umfang 87 befestigt ist. Der innere Umfang 88 des Ringes 86 liegt an dem ringförmigen erhöhten !"eil 85 des Kegels 82 an, wenn das Ventil sich gesetzt hat. Die Erhöhung 83 dient als Dichtfläche für die Dichtungsanordnung·

»Eine Plastikmasse 90, wie z.B. Teflon, ist in dem Zwischenraum enthalten, welcher von der Aussparung 79,

™ der Scheibe 85 und dem Ring 86 gebildet wird. Um eine

Dichtung mit Null-Durchlässigkeit zu erreichen, füllt die Plastikmasse 90 die Aufnahmekammer 9I vollständig aus und wird von dieser eingeschlossen. Die Aufnahmekammer 91 wird durch die Aussparung 79» dieScheibe 85, den Ring 86 und die Erhöhung 83 gebildet. Wenn das Ventil 70 in Betirieb ist, wird es von seinem Sitz 82 gehoben, und die Belastung in der Scheibe 85 und

009832/1542 in

BAD ORIGIfSfAL

1850126

in dem Ring 86 wird aufgehoben, s© dass sie flach werden· Die Plastikmasse 90 wird, da die Belastung sich in ihr ebenfalls vermindert, aus einem viskosen Zustand in eine feste einheitliche Masse übergeführtj daher können Anteile von ihr nicht abgetrennt werden«.Wenn die Ventilanordnung in geschlossene:. Stellung gebracht wird, wie es in den Flg. 7 und 8 gezeigt ist, findet die Ünterdrucksetzung der Plastikmasse 90 allmählich statt* Wenn die Dichtflächenerhöhung eine anfängliche Metall-Metall-Berührung mit Scheibe 85 und Ring 86 herstellt, ist die Druckbelastung in der Plastikmasse 90 sehr gering. Entsprechend der Abwärtsbewegung des Antriebsschaftes 71 wird Kraft auf die Scheibe 85 und den Ring 86 übertragen, und zwar durch die Erhöhung 83, wobei sie gebogen werden und dabei die Plastikmasse 90 bis auf den erforderlichen vorherbestimmten Grad zusammenpressen«

Wenn die Plastikmasse ausreichend unter Druck gesetzt worden ist, tritt sie in die Spalten der rauhen Abdichtungsflache von Erhöhung 83 ein und füllt diese . Spalten aus. Der hydrostatische Druok der Plastikmasse 90, der notwendig 1st, um flüssigkeitsdiohte Bedingungen zu bewirken, hängt hauptsächlich von der Tiefe der Oberflächenspalten in der Erhöhung 83, der Umgebungstemperatur und dem Plüssigkeits-Leitungsdruck ab«

Die

009832/1542 "

_BAD ORIGINAL.

Die unter honen Druck gesetzte Flüssigkeit 92, die abwärts durch den Kegeleinsatz 82 zu fHessen versucht,. könnte schliesslich entlang der Fläche 93 zwischen der Erhöhung 83 und dem Innenteil 88 des Binges 86 entlangfHessen. Da jedoch eine vollständige innige Anpassung zwischen der Plastikmasse 90 und den Oberflächenrauhigkeiten der Erhöhung 83 besteht, gibt es für die Flüssig keit 92 keinen Weg, bis über den Funkt 95 hinaus zu entweichen, und somit wird ein Auslaufen unterbunden. Der Punkt 95 stellt die Stosslinie zwischen der Erhöhung 83 und der Plastikmasse 90 dar. Wie vorstehend angegeben, verliert die Plastikmasse 90, wenn das Ventil 73 aus seinem Sitz 82 gehoben wird, ihre Viskosität, so dass sie leicht in der Aussparung 91 in intakter Form zur Wiederverwendung gehalten und gelagert werden kann.

Das erfindungsgemässe Prinzip, das dieser eingeschlossenen Plastikdichtung zu Grunde liegt, kann ebenfalls in statischen Dichtungen verwendet werden. Wenn sie weiten Temperaturbereichen, z.B. zwischen Raumtemperatür und oryogenen Temperaturen, unterworfen werden, sind die üblichen Plastik- und Elastomerabdiohtungen nicht imstande, eine Null-Durohlässigkeit aufreoht zu erhalten. Dies beruht auf der Tatsaohe, dass, wenn eine . übliche Dichtung zur Verbindung eines Paares von

Rohr-009832/1542 "

ORIGINAL

Rohrleitungsabschhltteh bei Raumtemperatur verwendet und flüssiger Wasserstoff oder dergl. durch die Verbindungsstelle, z.B. bei -253°C,hindurchgeleitet wird,, die inneren Teile der Verbindungs-Bauelemente, die mit der cryogenen Flüssigkeit in Berührung kommen, rasch abgekühlt und zu einer thermischen Kontraktion gezwungen werden. Die äusseren Teile der Verbindungs-Bauelemente einschliesslich der Befestigungsbolzen ziehen sich thermisch mit einer wesentlich langsameren Geschwindigkeit zusammen. Dieses Temperaturgefälle führt dazu, dass die Bolzen verhältnismässig länger sind, wobei eine Trennung zwischen den Rohrleitungsäbschnitten verursacht wird, welche zur Entstehung von Leckstellen führt. Unter diesen Bedingungen ist eine übliche Dichtung nicht mehr imstande, die Null-Durchlässigkeit zu gewährleisten.

Ein weiterer typischer Fall der Dichtungs-Durchlässigkeit bei niederer Temperatur der Oberfläche ist der übliche Q-Ring in einer Einbettung oder Aushöhlung zwischen den Leitungsabschnitten· Wenn die Verbindungsstelle cryogen abgekühlt wird, schrumpft das 0-Rlngmaterial, ob es nun elastomer oder plastisch ist> um etwa 2$, bezogen auf seine Abmessung vor dem Abkühlen. In diesem Zustand wird das Plastikmaterial hart und weniger duktil. Aus diesem Schrumpfen des

O-Ringes

00 98 32/1542 ' —

0-Ringes resultiert eine Trennung der Diohtungsflachen und eine erhebliche Durchlässigkeit. Flache Plastikdichtungen zwischen Rohrleitungsabschnitten besitzen ähnliche Eigenschaften und Mängel. Erfindungsgemäss * werden diese Mangel überwunden.

Fig. 9 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung einer typischen Rohrverbindungs-Dichtungsstruktur, die allgemein mit der Nr · 109 bezeichnet wird, für eine statische eingeschlossene Plastikdichtung gemäss der Erfindung. Die Einzelheiten der Dichtungsstruktur werden unter Bezugnahme auf die nach Fig. 9 folgende Zeichnung beschrieben. Ein Paar aufeinander passende Scheiben 110 und 112 bilden halbe Abschnitte für das Gehäuse 109. In der Mitte der Scheibe 110 befinden sich ein Loch 114 und ein inneres Gewinde II5. In gleicher Weise sind in der Scheibe 112 ein Flüssigkeit sdurchgang 116 und ein Gewinde 117 hergestellt. Ein äusserer Flansch 128 der Scheibe 110 ist mit einer Vielzahl von Löchern 130 versehen, die so beschaffen sind, dass sie sich mit den Löchern 13I in dem äusseren Flansch 127 in der Scheibe 112 decken. Zur Trennung des äusseren Flansches 128 von der inneren Zone 129 dient ein Aufnahmesitz 125* der durch eine ringförmige Aussparung gekennzeichnet ist. Der Sitz 125 ist so bemessen, dass er die eingeschlossene

009832/1542 ~

- " 25 -

schlossene Dichtung 126 aufnehmen kann. Der Dichtungsverschluss 126 Ist in FIg. 9 nur schematisch aufgezeigt, und. seine besonderen Merkmale und Eigenschaften werden mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen beschrieben. Die eingeschlossene Dichtung 126 arbeitet derart, dass Null-Durchlässigkeit erzielt wird, wenn eine Flüssigkeit mit irgend einer Temperatur unter etwa 260⁰C und bei jedem beliebigen Druck die statische Dichtungsanordnung durchf-llesst. Ein Rohrleitungsabsöhnitt II8 besitzt ein Aussengewinde, das man In das Innengewinde II5 einschrauben kann, und ein gegenüberliegender Rohrleitungsabsehnitt 120 hat ein Aussengewinde, das in das Innengewinde 117 eingeschraubt werden kann. So kann man die statische Dichtungsanordnung verwenden als Kupplung zwischen den Rohrleitungsabschnitten HS und 120. Es wird darauf hingewiesen, dass sie nicht nur auf die Verwendung bei Leitungen beschränkt ist, sondern auch als Dichtung für Flansche an Tanks, Maschinen, Ventilen - wie vorstehend aufgezeigt - und dergl. angewendet werden kann.

Ehe Flüssigkeit durch die Rohrleitungsabschnitte II8 und 120 hindurchgelassen wird, werden die entsppefehend In Eingriff stehenden Scheiben 110 und 112 miteinander und gegenüber der Dichtung 126 befestigt, um die er-

forder-009832/1542 —

forderliche Diohtungswirkung zu erzielen. Die Höhe des auf Dichtung 126 anzuwendenden Druckes, um flüssigkeitsdichte Bedingungen zu schaffen, variiert und hängt primär, wie oben angegeben, von der Umgebungstemperatur, dem Flüssigkeits-Leitungsäruek und der Tiefe der Spalten auf der Dichtungsoberfläehe ab, in die die Plastikmasse hineingepresst werden muss. Wenn die Umgebungsbedingungen vorherbestimmt sind, wird die Dichtungsanordnung vorbelastet. Dies kann geschehen, indem man die Bloekmuttern 133 mit den Blockbolzen 119 so fest zusammenschraubt, dass der angestrebte Festigkeitsgrad erreicht wird» Man kann die Bolzen 119 kalibrieren, um den Grad der Festigkeife anzuzeigen. Durch Abstimmung der Muttern 133 auf den Bolzen 119 kann der Grad der Festigkeit eingestellt werden, um eine Anpassung an veränderliche Erfordernisse zu erzielen. Andererseits kann auch eine Bandbzw. Bügelanordnung an den Scheiben 110 und 112 angebracht werden, um einstellbare Festigkeit zu erreichen. Dem Fachmann sind zahlreiche andere Anordnungen geläufig, um die Dichtungsanordnung anzuziehen und zu befestigen.

Um zu den wichtigen Eigensohaften der Dichtungsstruktur selbst zu gelangen, wird auf Fig* 10 hingewiesen, die einen Querschnitt der statischen eingeschlossenen

Plastik-009832/1542

BÄD ORIGINAL

Plastikdichtung zeigt, wenn sie zusammengebaut ist» aber bevor die Dichtung durch die zusammenspannenden Befestiger 119 und Ij53 unter Druck gesetzt worden ist, Diese Konstruktion sei allgemein als Dichtungsanordnung 109 beschrieben. Fig. 11 zeigt die Einzelheiten der Dichtungsanordnung, nachdem die Scheiben 112 und 110 miteinander befestigt worden sind. Eine endlose, vorzugsweise zylindrische, nichtdurchlöeherte innere Feder l40 hat drei gegenläufige Biegungen, gekennzeichnet durch einen Hakenteil 144, einen weiteren Hakenteil 146 und einen dazwischenliegenden Äusbiegungstell 142. An den Endteilen des Federstreifens 140 befinden sich die Lippen 145 und 147, die in Berührung mit den Scheiben 112 bzw. 110 stehen. Der Streifen l40 besteht aus irgend einem geeigneten Federmetall, wie z.B. gehärtetem (work hardened) rostfreiem Stahl der 300-Serie. Ein äusserer endloser, zylindrischer, nichtdurchbohrter Federstreifen 150, der im allgemeinen U-förmig ist, besitzt die Lippen 151 und 152 an seinen Bndteilen, die mit den Scheiben 112 bzw. 110 in Berührung stehen. Der Streifen I50 kann aus dem gleichen Metall wie das für den Streifen 14O verwendete bestehen, oder er kann andererseits aus einem weicheren emaillierten Metall hergestellt sein, sofern dieses Metall ausreichende Rückfederung besitzt, um wiederverwendbar zu sein.

Ein

009832/1542

_ßA0

Ein Plastikmaterial 126 mit den hinsichtlich der dynamischen Anwendungsbereiche vorstehend beschrie^- benen Eigenschaften füllt die ringförmige Kammer völlig aus und wird von dieser völlig eingeschlossen. Die äusseren Abmessungen der Kammer 156 ergeben sich aus den Oberflächen der Pederstreifen 140 und I50 und den gegenüberliegenden Oberflächen der Scheiben 110 und 112. Bei dieser Anordnung sind die Scheiben

" 112 und 110 beide Abdichtflächen für das Plastikma

terial 126. Es wird darauf hingewiesen,°dass die Metall-Metall-Berührung zwischen den Streifen I50 und l40 und den Scheiben 110 und 112 vor der Ausübung von Druck auf das Plastikmaterial 126 erzeugt wird. Der innere Flüssigkeitsdruck aus einer Rohrleitung, wie sie in Fig.11 gezeigt wird, wirkt radial nach aussen durch die Kammer 157* die durch die Scheiben 110 und 112 gebildet wird, und gelangt mit dem Strei-

) fen 140 in Berührung. Jedoch., auf Grund des Vorlie-

gens der eingeschlossenen Plastikdiehtung 126, wird die Flüssigkeit 164 vollständig daran gehindert, wesentlich über die Lippen 145 "und 147 hinaus zu gelangen. Die Plastikmasse 126 wird vorzugsweise weit über den Punkt ihrer kompressiven Fließspannung hinaus unter Druck gesetzt, so dass sich das Plastikmaterial in einem viskosen Zustand befindet und sich

wie

009832/1.542 ,· - . . BAD ORIGINAL

wie Kitt verhält und die rauhen Oberflächenspalten, mit denen es in Berührung gehalten wird, vollständig ausfüllen kann. Es,wird darauf hingewiesen* dass man, um eine Anpassung an die Erfordernisse veränderlicher Bedingungen zu erzielen, den Druck auf die Plastikdichtung 126 entweder weiter verstärken oder vermindern kann, um den veränderten Bedingungen zu genügen«

Me abdichtende Wirkung zwischen der Plasti-kmasse 12b und den Scheiben 110 und 112 kann gesteigert w^ durch ein Flüüslgkeitsdruck-HilfamLtttjl·, · welches, ία Pil,, j. I _:yiZ-^:-^z νίίΐ'ά, -durcri dLd ^Lü-älgkeifc 1-4" ^l-Z LeLt; ,/im, die 3 ich in α«ΐίΐ durch Φχά in dar Mit to ll-i-^iichi i'ü.uran lti>-;e Ble.-aings- und Eo£-.mfceil X-Ki h.«~ rUdittfü Swivjariünraum aammelt. D:Ie Unruh diä i'iüäi^lg- cuii, 164 zur Einwirkung gebrachte Kraft untenslviert das Zusammenpressen des Plastikmaterials 126, Ausser~ dem verursacht die in dem Federmaterial des Streifens 140 vorliegende potentielle Energie ein Anpressen des Federstreifens l40 gegen das Piastlkmaterial 126 und ein weiteres Verdichten desselben. Die Phantonilinie - 14^ zeigt an, wo sich die äussere Oberfläche des Bogenteiles 142 befände, wenn die Kammer 146 nicht mit

Plastikmaterial 126 angefüllt wäre. Daher werden hier

k zwei Kräfte kombiniert, um das Piastimaterial gegen die Abdichtungsflächen bzw. die Scheiben 110 und 112

2U

0093 3 2/ 1 542 ~~"'

zu pressen, von denen eine von der Federwirkung des Streifens l40 und die andere von dem Druck, der durch die Flüssigkeit 164 ausgeübt wird, herrührt. Dies dient zur Erzielung einer vollständigen Oberflächenanpassung zwischen dem Plastikmaterial 126 und den Metalloberflächen, mit denen dieses in Berührung steht, so dass eine wirksame Abdichtung erzielt wird_a

Eine vollständige innige Anpassung zwischen dem PiasbLkmaterial 126 und den Abdichtoberflächen, in ■//eiche dieses hineingepresst ist, liefert die erwünsch- -I- FmaaLgke itsabdiohbwirkurig. Um diese Bedingung zu or lau tern, zeigt Fl;;,L.i ,lie Beziehung zwischen der DLohturifS-, .lcfr Flussi^keit und den .Vorsparmkrät'ten, ve lohe Ln der Nähe d««; Yerbindungspunktes der Lippe 14?' und der Scheibe 110 v/irksam sind. Die Oberfläche der Seheibe 110 wird hier mit den stark vergrösserten und übertriebenen Erhebungen l60 und Tälern l6l dargestellt. In gleicher Weise wird die Lippe 147 mit Tälern 162 und Erhebungen I63 gezeigt. Die Flüssigkeit 164 aus der Flüssigkeitsleitung tritt in die Durchlässe 165 zwischen den rauhen Oberflächen der Scheibe 110 und der Lippe 147 ein und findet sich dort. Eventuell kriecht die Flüssigkeit 164 durch diese Durchlässe, bis sie mit dem Plastikmaterial 126 in Berührung kommt. Das unter hohen Druck gesetzte Plastikmaterlal

'■'■■ 126

0Q98 3 2/154 2

BAD ORIGINAL

126 füllt die benachbarten Täler l6l vollständig aus. Das Plastikmaterial 126 jedoch besitzt eine hohe Viskosität und Ist nicht Imstande^ in die Durchlässe I65 entlang der Berührungsfläche zwischen Lippe 147 und Seheibe 110 hineingepresst zu werden_o Daher wird das Weiterfliessen der Flüssigkeit 164 an der Berührungsfläche 167 zvjisehen dem Plastikmaterial 126 und der Flüssigkeit 164 gehemmt. Es sei erwähnt« dass die Flüssigkeit 164 theoretisch das Plastikmaterial um eine mikroskopische Entfernung zurückschieben dürfte. Ein DurohfHessen über die Grenzfläche 167- hinaus kann nicht stattfinden^,

Indem man auf. diese Weise das Plastikmaterial 126 einschliesst und in eine innige Anpassung an sowohl die rauhen Oberflächenspalten der Scheibe 110 als auch diejenigen der Lippe 147 zwingt;, wird, MuIl-Durehlässlgkelt erreichte Die bisher aus der Technik bekannten Elastomerdiehtungen können.keine echte Mull-Durchlässigkeit erbringen, zumindest nicht während einer wesentlichen Lebensdauer, weil das Plastikmaterial eventuell abgepresst und abgeschert und ausser- , dem durch Abtragung allmählich zerstört wird_o Selbst bei wiederholter Anwendung behält die eingeschlossene Plastikdichtung der in Fig«, 10 und 11 gezeigten Aus-

• führungs-003832/1S 4 2 ' ^;

führungsform ihre Integrität bei und kann nicht reissen.

Die Wirksamkeit der Dichtung hält über einen langen Zeitraum an, selbst wenn die Dichtung wiederverwendet und die Stellungen, wie sie in den Fig. 10 und 11 gezeigt werden, häufig verändert werden.

Eine weitere Ausführung der Erfindung, die eine statische eingeschlossene Plastikdichtung unter Anwendung derselben Abdichtungsprinzipien darstellt, wird in P Fig.13 gezeigt. Eine Dichtungsanordnung I69 wird

gezeigt mit einem Scheibenpaar 170 und 172, das den Scheiben 110 und 112 in den Fig. 11 und 12 gleicht, wobei die'Scheiben so ausgespart sind, dass die ringförmigen Dichtungssitze 171 bzw. 173 gebildet werden. Ein einheitlicher, gewöhnlich zylindrischer Metallfe-' derstreifen I75 von U-förmigem Querschnitt besitzt ein Armpaar I76 und 177. Der Arm 176 ist in dem Sitz 171 und der Arm 177 in dem Sitz 173 angebracht. Die

»Dichtung wird wie in Fig. 11 in ihrer fest geschlossenen Stellung gezeigt. Die Lippenteile I80 und I8I der Arme I76 bzw. 177 befinden sich in Metall-Metall-Berührung mit den Sitzen 17I und 173. Zwei Füllmassen aus Plastikmaterial 184 und I85 sind in den getrennten Kammern.186 bzw. I87 eingeschlossen. Die Kammer 186 ist der Zwischenraum, der durch den Arm I76 und den Sitz 171 gebildet wird, und in ähnlicher Weise ist die

Kammer 009832/1542

Kammer 187 der Zwischenraum, der durch den Arm 177 und den Sitz 173 gebildet wird. Die Dichtungsanordnung 169 kann entspannt oder sogar auseinandergenomräen werden, indem man das Spiel zwischen den Scheiben 170 und 172 vergrössert.

Der hydrostatische Druck des Plastikmaterials 184 und 185 wird intensiviert durch die Federenergie in den Armen 176 und 177* welche, wenn man das Plastikmaterial entfernt, nach aussen hin in die Stellungen, die durch die Phantomlinien Γ78 bzw«, 179 gezeigt werden, getrieben würden. Die unter Druck gesetzte Flüssigkeit passiert die Durchlässe 190* die sich zwischen den Scheiben 170 und I72 befinden, und tritt in eine in der Mitte befindliche Kammertasche 19I ein. Die Flüssigkeit in der Kammertasche 191 trägt als Flüssigkeitsleitung mit ,dazu bei, das Plastikmaterial 184 und 185 zusammenzupressen«, Ein kontinuierlicher Abstandsring 195 greift mit seinen gegenüberstehenden Enden 196 und 197 in die Lippenteile I80 bzw. Ϊ8Ι ein. In dem Ring 195 befindet sich eine Öffnung I99, die Flüssigkeit hindurchlässt. Indem man durch den Abstandsring 195 die relative nach innen gerichtete Bewegung der Lippen i80 und I8I teilweise zurückhält, wird eine grössere Kompressionsivirkung auf die Plastikmasse erreicht. Die Arme 176 und 177 werden gebogen, und die sieh daraus ergebende Federwirkung wird nutzbar ge-

009832/1542

macht

- 34 macht zum Zusammenpressen des Plastikmaterials.

Flüssigkeit würde durch die Durchlässe, die in den rauhen Oberflächen in Metall-Metall-Berührung gebildet werden, zwischen den Lippen l8O und l8l und ihren Sitzen 171 und 173 entweichen. Das Plastikmaterial jedoch ist in inniger Anpassung in die Spalten der benachbarten rauhen Metalloberflächenjiineingepresst. Die Dichtwirkung an diesen Stellen ist ähnlich der Dichtwirkung, wie sie mit Bezugnahme auf die Pig. 10, 11 und 12 beschrieben worden ist. Die Flüssigkeit kann die fliessfähig gemachten Plastikmaterialgrenzflachen nicht übersehreiten, und zwar aus denselben Gründen, wie sie vorstehend bei der Beschreibung von Fig. 12 erläutert worden sind.

Es wird darauf hingewiesen, dass das der vorliegenden eingeschlossenen Plastikdichtung zu Grunde liegende Prin-zip eine weite Anwendungsmöglichkeit auch auf

en

andere Anordnung⁷ besitzt, als sie hier speziell beschrieben worden sind« Z.B. kann man verschiedenartige Kupplungen für Flüssigkeits- oder Nieht-Flüssigkeits— leitungen, Verbindungen, Anschlusses Paßstücke und dergl. durch Anwendung der vorliegenden Erfindung verbessern.

• " * Die

9832/1542

BAD ORfGINAL

Die vorliegende Erfindung wurde beschrieben mit Bezug auf die Verwendung einer Dichtung, die aus einem Pluoräthylenpolymerisat, wie z.B. Teflon oder KeI-P, aufgebaut ist, weil diese Materialart überlegene Eigenschaften aufweist, wenn der Dichtungsverschluss in cryogenen Umgebungen verwendet wird. Es sei jedoch bemerkt, dass dieses Material auch für Verwendungszwecke wesentlich oberhalb cryogener Temperaturen, beispielsweise bis 26O⁰C, geeignet ist. Diese Erfindung ist keineswegs auf eine Dichtung zur Verwendung in eryogenen Umgebungen beschränkt. Wenn die Dichtung in nicht-cryogenen Umgebungen verwendet wird, kann man jedes Material verwenden, welches leicht verformbar und verpressbar ist und hohe Viskositätseigenschaften aufweist, derart, dass es ohne hinreichend hohe Druckeinwirkung nicht imstande ist zu fHessen. Stoffe, die unter diesen Bedingungen verwendet werden können, sind sehr zahlreich. Zu ihnen gehören z.B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Polyvinylidenfluorid.

Obgleich die Erfindung im einzelnen im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, liegen für den Fachmann verschiedene Abänderungen und

Modifikationen 009832/1542

. Modifikationen auf der Hand, ohne den Erfindungsbereich und den Grundgedanken der Erfindung, wie sie in den anliegenden Ansprüchen zum Ausdruck kommen, zu verlassen.

Patentansprüche

009832/1542

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1«) Dichtungsanordnung, enthaltend eine visco-elastische Masse; Vorrichtungen zum Einschliessen der Masse in einem definierten Volumen, die eine.Verformung der Masse erlauben, wenn auf dieselbe Druck ausgeübt wird, und die mindestens eine Oberfläche der visco-elastischen Masse für Dichtungszwecke freigeben; wobei die Dichtungsoberfläche, wenn die Dichtungsanordnung angrenzend an mindestens einer abzudichtenden Verschlussoberfläche angeordnet ist, mit der einschließenden Vorrichtung ein nunmehr geschlossenes Volumen für das visco-elastische Material bildet und wobei bei Anwendung von äusserem Drück auf die viscoelastische Masse diese in innige Abdichtungsberührung mit der. abzudichtenden Oberfläche gelangt«,

   2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ dass die einschliessende Vorrichtung einen ersten geborgenen federnden Streifen und einen zweiten gefoo» generi federnden Streifen enthält,, wobei die Streifen durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sindj, so dass die Masse zwei freiliegende Oberflächen aufweist* und dass zwei abzudienende Oberflächen vorliegen* wobei diese Äbdiclitungsoberflachen so angeordnet sind, dass sie in eine innige Abdichtungsberührung mit

   den

   009832/1642

   den freiliegenden Oberflächen gebracht werden können.

   3·) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen kontinuierlich sind und in einem Abstand radial voneinander vorliegen,

   4.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die visco-elastische Masse ein Fluorpolymerisat ist ο

   5e) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einschliessende Vorrichtung ein bewegliches Stempelglied zur Ausübung von Druck auf die viscoelastische Masse aufweist. ^v

   6.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einschliessende Vorrichtung verformbare Federglieder zur Ausübung von Druck auf die viscoelastische Masse aufweist. .

   7«) Dichtungsanordnung, enthaltend eine erst© abzudichtende Oberfläche eine zweite abzudichtende Ober«-, fläche^ wobei die Oberflächen, aneinander angrenzend angeordnet sindι einen ersten endlosen Federstreif&n_s der sich mit einer Kante an der ersten ÖberflEohe befindet und dessen andere Kante ira Eingriff mit det zweiten. Oberfläche steht j einen zweiten endlosen Federstreifen, der sich-mit einer Kante an der ersten

   003 8 32/1 54 2

   SAD ORIGINAL,.

   Oberfläche befindet und dessen andere Kante im Eingriff mit der zweiten Oberfläche steht, wobei der erste und der zweite Streifen radial voneinander versetzt sind; eine Kammer, die durch die Oberflächen und die Streifen umgrenzt ist; eine Plastikmasse, die in der Kammer.eingeschlossen ist> wobei die Masse die Kammer völlig ausfüllt; eine Vorrichtung zu einer solchen direkten Krafteinwirkung auf die Plastikmasse, dass diese viskos gemacht wird, so dass sie in inniger.Anpassung in die Oberfläehenspaltfc. ι und -unregelmäs'sigkeiten der die Kammer umgrenzenden Oberflächen hineingepresst werden kann.

   8«) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Streifen einen Querschnitt mit mehreren gegenläufigen Biegungen zwischen seinen Kanten aufweist, wobei der erste Streifen eine in der Mitte befindliche rückwärtige Biegung aufweist, die in die Kammer hineinragt, so dass seine poten-

   tielle Energie verwendet werden kann, um zum Zusammenpressen der Plastikmasse beizutragen.

   9.) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Vorrichtungen zur selektiven Befestigung der Dichtung durch Einstellen des Abstandes zwischen den Oberflächen enthält.

   0098 32/1542

   SAt)

   10.")■'Dichtungsanordnung, enthaltend eine erste abzudichtende Oberfläche einschliesslich" einer Vorrichtung, die eine erste Sitzaussparung bildet; eine zweite abzudichtende Oberfläche einschliesslich einer Vorrichtung, die eine zweite Sitzaussparung bildet, wobei die Oberflächen aneinander angrenzend mit ihren betreffenden. Sitzaussparungen in zueinander gekehrter Beziehung angeordnet sindj einen endlosen Federstreifen mit einem Paar dazugehöriger auseinanderstrebender Arme, von denen ein erster Arm in der ersten Sitzaussparung und ein zweiter Arm in der zweiten Sitzaussparung angeordnet ist; eine Vorrichtung zur Verbindung der Oberflächen aneinander; ein Paar von Kammern, von denen eine Kammer durch die Wandungen der ersten Sitzaussparung und den ersten Arm und die andere durch die Wandungen der zweiten Sitzaussparung und den zweiten Arm gebildet wird) ein Plastikmaterial, das von Jeder der Kammern eingeschlossen wird und sich darin befindet, wobei das Plastikmaterial seine jeweilige Kammer völlig ausfüllt; und eine Vorrichtung zur Anwendung einer solchen Kraft direkt auf das Plastikmaterial, dass das Plastikmaterial viskos wird, so dass es in inniger Anpassung in die Oberflächenspalten und -unregelmässigkeiten der Kammerwände hineingepresst werden kann.

   11.) Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Abstandsringe enthält, die sich

   zwischen 009832/1542 ~"—~ >

   original

   zwischen den Armen erstrecken und diese verbinden, um ' die relative Bewegung der Arme nach innen zu blockieren mit dem Ergebnis, dass die Druckbelastung auf das Plastikmaterial erhöht wird.

   12.) Ventildichtungsanordnung, enthaltend eine 'Vorrichtung, die eine Aussparung in einer Ventil-Bedienungsvorrichtung bildet; einen Ventilsitz, der so beschaffen ist, dass er gegenüber der Aussparung angeordnet werden kann, wobei die Ventil-Bedienungsvorrichtung und der Ventilsitz eine Kammer umgrenzen, wenn sie sich zueinander in Abdichtstellung befinden; eine Plastikmasse, die in der Kammer eingeschlossen ist, wobei die Masse die Kammer während des Dichtungsvorganges völlig ausfüllt und wobei die Ventil-Bedienungsvorrichtung ein An-■ triebsteil in Berührung mit der Masse besitzt, das imstande ist, eine solche Kraft direkt auf die Masse auszuüben, dass die Plastikmasse viskos gemacht wird, so dass sie in inniger Anpassung in die Oberflächenspalten und -unregelmässigkeiten des Ventilsitzes eingepresst werden kann»

   13») Anordnung naoh Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-Bedisnungsvorrichtungeinen zentral . angeordneten Kegel sowie einen äusseren Ring, £er sich in einem Abstand von dem Kegel befindet und diesen umgibt, wobei dieser Zwischenraum einen Teil der Kammer

   bildet, aufweist, und wobei das Antriebsteil gegenüber dem Kegel und dem Ring beweglich ist und ein ringförmiges Anschlußstück besitzt, das in dem Zwischenraum zwischen dem Kegel und dem äusseren Ring eingeschoben ist, um* Kraft auf die Plastikmasse zu übertragen.

   l4,) Anordnung nach Anspruch 1J> dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein erstes Federelement zwischen dem Antriebsteil und dem Ring angeordnet und ein zweites " Federelement zwischen dem Antriebsteil und dem Kegel angeordnet aufweist, wobei, wenn die Ventil-Bedienungsvorrichtung auf den Sitz zu bewegt wird, die beiden Federelemente einen graduellen Druckanstieg auf die Plastikmasse verursachen. ' '*

   15ο) Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil einen Druckkolben und ein verbreitertes Anschlagteil besitzt, und der Ventilsitz ein ringförmiges Erhöhungsteil aufweist, das so angeordnet ist, dass es sich in die Aussparung erstreckt, um die Plastikmasse zusammenzupressen,

   16.) Anordnung nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin einen Sprengring! dessen auss^rer Teil an dem äusseren Umfang des verbreiterten Anschlagteils befestigt ist und dessen innerer Teil frei aum· Eingriff mit dem Erhöhungsteil vorliegt, sowie eine

   Feder-

   183=2/1542 ■ —-

   . BAD ORIGINAL

   Federscheibe, deren innerer Teil zwischen dem verbreiterten Anschlagteil und einem Ventilanschlag befestigt ist und deren äusserer Teil frei zum Eingriff mit dem Erhcvhungsteil vorliegt, enthält, wobei die frei vorliegenden Teile des Ringes und der Scheibe in einem Abstand voneinander angeordnet sind, um eine ringförmige Spalte zu bilden, durch welche sich die Erhöhung erstreckt, um sich der Plastikmasse anzupressen,

   17·) Verfahren zur Herstellung einer undurchlässigen Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine viscoelastisehe Masse in einer sie einschliessenden Vorrichtung angeordnet wird, wobei ein Teil der Masse freiliegt; dass eine abzudichtende Oberfläche an die einschliessende Vorrichtung angrenzend an die freiliegende Oberfläche der Masse angeordnet wird] dass die einschliessende Vorrichtung und die Oberfläche in Berührung aufeinander zu bewegt werden, um eine Kammer zum Einschluss der visco-elastischen Masse zu bilden;- und dass eine Kraft direkt auf die viBco-elastische Masse ausgeübt wird, nachdem die Berührung vollzogen worden ist, wobei die Kraft ausreichend ist, um die Masse in inniger Anpassung in die Spalten und Unregelmässigkeiten der abzudichtenden Oberfläche hineinzupressen.

   M/a. ■;'; ■ · .
   009ft32/1S42

   e rs e i te