DE19728715A1

DE19728715A1 - Dichtung

Info

Publication number: DE19728715A1
Application number: DE19728715A
Authority: DE
Inventors: Reinhardt Dipl Ing Strobel; Manfred Scholz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 1997-07-04
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1998-12-24

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Dichtungen, die insbe sondere auch unter extremen Druck- oder Temperaturbedingungen funktionsfähig bleiben.

Sie bezieht sich in einer ersten Ausführung auf eine Dichtung zum Abdichten eines ersten Körpers gegen einen zweiten Kör per, insbesondere eines Deckels gegen ein Unterteil eines Kernreaktordruckbehälters, umfassend eine Führungsnut im er sten Körper, ein in die Führungsnut einführbares deformierba res Dichtungselement mit einem bestimmten Dichtungsdurchmes ser im nicht deformierten Zustand und eine Aufnahmenut im zweiten Körper, in die das Dichtungselement teilweise ein führbar ist.

In einer zweiten Ausführung betrifft die Erfindung gleich falls eine Dichtung zum Abdichten eines ersten Körpers gegen einen zweiten Körper, insbesondere eines Deckels gegen ein Unterteil eines Kernreaktordruckbehälters, umfassend eine Führungsnut im ersten Körper, ein in die Führungsnut einführ bares deformierbares Dichtungselement mit C-förmigem Quer schnitt und einem bestimmten Dichtungsdurchmesser im nicht deformierten Zustand.

An dem Reaktordruckbehälter eines Kernkraftwerkes müssen an mehreren Stellen Abdichtungen vorgenommen werden, die auch hohen Temperaturen und/oder Drücken standhalten. Von besonde rer Bedeutung ist die Haupttrennfuge zwischen dem Unterteil und dem Deckel des Reaktordruckbehälters.

Es ist bekannt, zum Abdichten des Deckels gegen das Unterteil in dem Deckel eine oder mehrere Nuten mit rechteckigem Quer schnitt einzubringen, in denen je ein Dichtungselement ge führt und zum Teil auch über Klemmen befestigt ist. Das Dich tungselement hat z. B. einen kreisförmigen Querschnitt.

Zum Einsatz kommen aber auch Dichtungselemente mit C-förmigem Querschnitt, die ebenfalls in Nuten mit rechteckigem Profil geführt sind. Ein solches Dichtungselement ist beispielsweise aus einer Firmenschrift der Firma "LE CARBONE-LORRAINE", aus dem Jahre 1990, bekannt.

Als C-Form wird dabei ein annähernd kreisrunder Ring bezeich net, der an einer Stelle von einem kleinen Spalt unterbrochen ist. Das genannte C-förmige Dichtungselement ist von einer helixartigen Feder kreisrunden Querschnitts gestützt, die in nerhalb des annähernd ringförmigen "C's" und konzentrisch hierzu angeordnet ist. Diese Anordnung paßt sich gut an die Dichtflächen an den Körpern an und ist im Falle einer großen Federkonstante gleichzeitig einer hohen Kompressionskraft aussetzbar, weshalb sie auch bei sehr hohen Temperaturen und Drücken bis zu 1000 bar eine äußerst geringe Leckrate auf weist.

In dem Buch "Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau" (Springer Verlag, Berlin, 1995, 18. Auflage) ist auf Seite K17 eine Dichtung abgebildet, die in beiden gegeneinander ab zudichtenden Körpern je eine trapezförmige Nut aufweist, in die ein annähernd rechteckförmiges Dichtungselement teilweise eingeführt ist. Die Nuttiefen der beiden Nuten sind gleich groß. Die Dichtung ist in dem angegebenen Buch als "Hart stoffdichtung (ring joint, elastisch)" bezeichnet.

Im Bereich der Kernkraftwerkstechnik liegen für die kreisför migen und C-förmigen, in Nuten mit Rechteckprofilen geführten Dichtungselemente für bestimmte, besonders geeignete Dich tungsdurchmesser (und Nuttiefen) langjährige Betriebserfah rungen vor. Die so dimensionierten Anordnungen arbeiten be währt zuverlässig und vermeiden Leckagen weitgehend.

Bei einem Teil der in Betrieb befindlichen älteren Kernreak toren östlichen bzw. sowjetischen Typs geschieht das Abdich ten der Haupttrennfuge am Kernreaktordruckbehälter durch ein oder mehrere Dichtungselemente kreisförmigen Querschnitts, die in je einer V-förmigen (dreieckförmigen) Nut im Unterteil des Druckbehälters geführt sind. Diese Dichtungen arbeiten nicht so zuverlässig wie die oben beschriebenen.

In den genannten Kernreaktoren östlichen bzw. sowjetischen Typs können an der Haupttrennfuge des Reaktordruckbehälters in einer Nut mit Rechteckprofil geführte Dichtungen mit einem im Querschnitt kreisförmigen oder C-förmigen Dichtungselement nicht nachgerüstet werden. Um die langjährige Betriebserfah rung mit diesen Dichtungen nutzen zu können, soll nämlich bei der Nachrüstung der Durchmesser des Dichtungselementes gegen über den bewährten Dichtungen nicht verändert werden. Wird aber der Durchmesser des Dichtungselementes nicht verklei nert, so besteht das Problem, daß z. B. an der Haupttrennfuge des Reaktordruckbehälters des nachzurüstenden Kernreaktors weder im Unterteil noch im Deckel des Reaktordruckbehälters die erforderliche Plattierungsdicke vorhanden ist, welche zum Einarbeiten der bewährten Rechtecknut mit einer an den be währten Dichtungsdurchmesser angepaßten Nuttiefe erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung zum Abdichten eines ersten Körpers gegenüber einem zweiten Körper zur Verfügung zu stellen, die das Abdichten bei gleichbleibendem Dichtungsdurchmesser aber mit einer ge ringeren Nuttiefe als bei den bekannten Dichtungen erlaubt. Die Dichtung soll also geringere Anforderungen an die zum Einarbeiten der Nut notwendige Materialtiefe in den Körpern stellen. Zusätzlich soll die Dichtung auch bei sehr hohen Drücken funktionsfähig sein.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der ersten Ausführung der Er findung gelöst durch eine Dichtung, die dadurch gekennzeich net ist, daß die Summe aus der Führungs-Nuttiefe der Füh rungsnut und der Aufnahme-Nuttiefe der Aufnahmenut kleiner als der Dichtungsdurchmesser ist, so daß das Dichtungselement bei einem Aneinanderpressen der Körper deformiert ist, und daß die Führungs-Nuttiefe ungleich der Aufnahme-Nuttiefe ist.

Der Vorteil einer solchen Dichtung besteht darin, daß die Tiefe der einzelnen Nuten bei gleichem Dichtungsdurchmesser jeweils kleiner als die Nuttiefe der bekannt gewordenen Dich tungen ist. Die Dichtung nach der ersten Ausführung der Er findung ist demzufolge vielfältiger und breiter anwendbar, insbesondere falls der erste und/oder der zweite Körper an der abzudichtenden Stelle nur dünnwandig ist oder eine ge ringe Tiefenausdehnung hat.

Das Dichtungselement weist im nicht-deformierten Zustand be vorzugt einen runden Querschnitt auf. Es ist dadurch beson ders einfach herstellbar und gut an Unebenheiten an der Ober fläche der beiden Körper anpaßbar.

Das Dichtungselement kann z. B. geradlinig ausgedehnt sein mit beidseitig offenen Enden; es kann aber auch als Dichtring in sich geschlossen sein. Insbesondere kann es die Form eines Runddichtringes (Rundschnurdichtung, O-Ring) haben. Im Falle eines Runddichtringes ist der oben genannte Dichtungsdurch messer nicht mit dem Ringdurchmesser zu verwechseln. Vielmehr bezieht sich der Dichtungsdurchmesser auf einen Querschnitt senkrecht zur Längsausdehnung des Dichtungselementes.

Der runde Querschnitt kann u. a. kreisförmig, elliptisch, oval, eiförmig oder ringförmig sein. Im Falle eines nicht kreisrunden Querschnittes ist der Dichtungsdurchmesser mit der maximalen Ausdehnung des Dichtungselementes in Richtung der Nuttiefen, insbesondere in Richtung der Führungs-Nut tiefe, identisch.

Das Dichtungselement kann sowohl elastisch als auch unela stisch deformierbar sein.

Die zweite Ausführung der Erfindung löst die Aufgabe durch eine Dichtung, die gekennzeichnet ist durch eine Aufnahmenut im zweiten Körper, in die das Dichtungselement teilweise ein führbar ist, wobei die Summe aus der Führungs-Nuttiefe der Führungsnut und der Aufnahme-Nuttiefe der Aufnahmenut kleiner als der Dichtungsdurchmesser ist, so daß das Dichtungselement bei einem Aneinanderpressen der Körper deformiert ist.

Diese Ausführung bietet die gleichen Vorteile wie die erste Ausführung der Erfindung.

Unter einer C-Form wird allgemein eine Fläche verstanden, de ren Umfanglinie wenigstens einen konvexen und wenigstens ei nen konkaven Teil aufweist. Eine solche Form kann beispiels weise aus einem Kreisring entstehen, der an einer Stelle im Umfang durch eine Lücke unterbrochen wird.

Beispielsweise ist bei der zweiten Ausführung die Führungs- Nuttiefe ungleich der Aufnahme-Nuttiefe. Diese Asymmetrie in den Nuttiefen bietet - wie auch bei der ersten Ausführung - den Vorteil, daß das Dichtungselement in der Nut mit der grö ßeren Tiefe führbar und dort auf einfache Weise - mittels Klemmen, Bügeln, Klammern oder dergleichen - befestigbar ist.

Die Asymmetrie ist auch überaus vorteilhaft für die Belast barkeit der Dichtung mit hohen Drücken. Damit zum Erreichen einer besonders hohen Belastbarkeit bei gleichzeitig hoher Dichtigkeit der Dichtstelle das Dichtungselement mit beson ders großer Kraft deformierbar ist, ohne daß die Elastizi tätsgrenze des Materials überschritten wird, ist es nämlich von Bedeutung, daß das Dichtungselement in deformiertem Zu stand durch die Seitenwände einer Nut gestützt ist. Diese Stütze ist am effektivsten, falls das Dichtungselement bei derseitig an der Stelle abgestützt ist, an der das Dichtungs element in Richtung der Nutbreite die größte Ausdehnung auf weist. Dies erreicht man für die üblichen Querschnitte des Dichtungselementes, indem die Führungs-Nuttiefe ungleich der Aufnahme-Nuttiefe ist. Die Führungs-Nuttiefe ist dann so ge staltbar, daß die Stelle maximaler Breitenausdehnung des Dich tungselementes noch innerhalb der Führungsnut zu liegen kommt.

Bevorzugt ist bei beiden Ausführungen die Führungs-Nuttiefe größer, und die Aufnahme-Nuttiefe kleiner als der halbe Dich tungsdurchmesser. Mit dieser Bedingung sind die Forderungen nach einer Deformation des Dichtungselementes sowie nach der geschilderten seitlichen Stützwirkung besonders gut erfüll bar.

Zweckmäßig für eine effiziente seitliche Stützwirkung ist es auch, daß die Führungs-Nutbreite der Führungsnut größer als die Breite des Dichtungselementes im nicht deformierten Zu stand und kleiner oder gleich der Breite des Dichtungselemen tes im deformierten Zustand ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der beiden Ausführungen weisen die Führungsnut und/oder die Aufnahmenut einen recht eckigen Querschnitt auf und sind damit fertigungstechnisch einfach herstellbar.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der beiden Ausführun gen der Dichtung sieht vor, daß mehrere Dichtungselemente mit je einer zugeordneten Führungsnut vorhanden sind, wobei we nigstens zwei der Dichtungselemente in eine gemeinsame Auf nahmenut jeweils teilweise einführbar sind. Diese Ausgestal tung ist einfacher herstellbar als eine solche, bei der jedem Dichtungselement jeweils eine gesonderte Aufnahmenut zugeord net ist. Eine Dichtung mit mehreren Dichtungselementen weist gegenüber einer solchen mit nur einem Dichtungselement eine gesteigerte Dichtigkeit, d. h. eine verminderte Leckrate, auf.

Ein weiterer Vorteil einer Dichtung mit wenigstens zwei Dich tungselementen besteht darin, daß in bekannter Weise eine auf einen Zwischenraum zwischen den Dichtungselementen wirkende Absaugvorrichtung angebracht werden kann. Damit lassen sich bei einem Kernreaktordruckbehälter Fluide absaugen, die über Lecks an dem zum Behälterinnenraum hin gelegenen ersten Dich tungselement aus dem Behälterinnenraum in den Zwischenraum gelangen. Die Fluidkonzentration in dem Zwischenraum wird auf diese Weise gering gehalten, so daß ein Ausströmen des Fluids vorbei an dem weiter außen gelegenen zweiten Dichtungselement in den den Behälter umgebenden Raum nur von geringem Ausmaß ist, selbst falls an dem zweiten Dichtungselement kleine Lecks auftreten sollten.

Beispielsweise kann bei beiden Ausführungen die Aufnahme-Nut breite der Aufnahmenut größer als die Summe aus den Führungs- Nutbreiten der vorhandenen Führungsnuten und aus evtl. Ab ständen zwischen den Führungsnuten sein. Dadurch werden in vorteilhafter Weise Beschädigungen des Dichtungselementes beim gegenseitigen Annähern bzw. beim Aneinanderpressen der Körper minimiert.

Die Breite einer Nut ist jeweils in einem Querschnitt senk recht zur Längsausdehnung der Nut gemessen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnun gen 1 bis 4 Bezug genommen, in denen vier bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele einer Dichtung nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Dichtung mit einem Dichtungselement 8 kreis runden Querschnitts,

Fig. 2 eine Dichtung mit zwei Dichtungselementen 8 kreis runden Querschnitts,

Fig. 3 eine Dichtung mit einem Dichtungselement 8 C-förmi gen Querschnitts, und

Fig. 4 eine Dichtung mit zwei Dichtungselementen 8 C-för migen Querschnitts.

In Fig. 1 sind zunächst die beiden gegeneinander abzudich tenden Körper 1, 2 abgebildet. Im ersten Körper 1 befindet sich eine Führungsnut 4, im zweiten Körper 2 eine Aufnahme nut 6. Ein in beide Nuten 4, 6 eingeführtes Dichtungselement 8 ist im nicht deformierten Zustand dargestellt. Es ist mittels nicht gezeichneten Befestigungselementen in der Führungsnut 4 befestigt. Die Stelle maximaler Breitenausdehnung 8B des Dich tungselementes 8 liegt innerhalb der Führungsnut 4, so daß das Dichtungselement 8 in deformiertem Zustand zuverlässig seitlich abgestützt ist. Die Führungs-Nuttiefe t₁ ist hierzu größer als der halbe (Dichtungs-)Durchmesser (Radius) r (Durchmesser d=2r) des im Querschnitt kreisförmigen Dichtungselementes 8 bemessen (t₁<r).

Die Führungs-Nuttiefe t₁ ist größer als die Aufnahme-Nut tiefe t₂ (t₁<t₂). Die Aufnahme-Nuttiefe t₂ ist kleiner als der halbe Dichtungsdurchmesser r (t₂<r). Diese Dimensionierung der Aufnahme-Nuttiefe t₂ ergibt sich aus einer Kombination der Forderung nach einer Deformation des Dichtungselementes 8 im abdichtenden Zustand (t₁+t₂<d) mit der Forderung, daß das Dichtungselement 8 in der Führungsnut 4 gut führbar und in deformierten Zustand zuverlässig seitlich abstützbar ist (t₁<r).

Werden die beiden Körper 1, 2 näher als in der Fig. 1 darge stellt aneinander angenähert, so wird das Dichtungselement 8 deformiert, und dadurch in der Breitenrichtung der Führungs- Nut 4 bis auf die Führungs-Nutbreite b₁ gedehnt. Dadurch be rührt das Dichtungselement 8 die Seitenwände 4A der Führungs nut 4 und wird somit seitlich abgestützt. Die Aufnahme-Nut breite b₂ ist größer als der Dichtungsdurchmesser d bemessen, um Beschädigungen des Dichtungselementes 8 beim Annähern des ersten Körpers 1 mit dem darin in der Führungsnut 4 befestig ten Dichtungselement 8 an den zweiten Körper 2 zu vermeiden.

Fig. 2 zeigt eine Dichtung mit zwei Dichtungselementen 8, die in je einer Führungsnut 4 geführt sind. Die beiden Dich tungselemente 8 sind von einer gemeinsamen Aufnahmenut 6 auf genommen. Die Dichtungselemente 8 sind - wie auch in den fol genden Figuren - in nicht deformiertem Zustand dargestellt. Die Nuttiefen t₁, t₂ sind wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel bemessen. Die Aufnahme-Nutbreite b₂ ist größer als die Summe aus den beiden Führungs-Nutbreiten b₁ und dem Ab stand a zwischen den Führungsnuten (b₂ < 2b₁+a), um ein pro blemloses Aneinanderannähern der beiden Körper 1, 2 zu ermög lichen, und dies insbesondere ohne Beschädigung des Dichtungselementes 8.

Fig. 3 zeigt eine Dichtung, bei der sowohl die Führungsnut 4 als auch die Aufnahmenut 6 wie in dem in Fig. 1 dargestell ten Beispiel dimensioniert sind. Im Gegensatz zu Fig. 1 ist das Dichtungselement 8 von C-förmigem Querschnitt. Die C-Form entspricht annähernd einem kreisförmigen Ring mit einem klei nen Spalt 8A. Innerhalb des Rings ist konzentrisch zu diesem eine Stützfeder 9 angeordnet, die maßgeblich die Federkon stante des aus dem Dichtungselement 8 und der Stützfeder 9 gebildeten Gesamtsystems beeinflußt. Die Stützfeder 9 weist eine sehr hohe Federkraft auf, damit die beiden Körper 1, 2 mit großer Kraft gegeneinander gepreßt werden können.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel sind zwei der in Fig. 3 gezeigten Dichtungselemente 8 kombiniert mit je einer Stützfeder 9 in je einer Führungsnut 4 geführt und einer ge meinsamen Aufnahmenut 6 zugeordnet. Für die Dimensionierung der Nuttiefen t₁, t₂ und -breiten b₁, b₂ gilt das in den oben genannten Beispielen (insbesondere das bzgl. Fig. 2) Gesagte analog.

Claims

1. Dichtung zum Abdichten eines ersten Körpers (1) gegen ei nen zweiten Körper (2), insbesondere eines Deckels (1) gegen ein Unterteil (2) eines Kernreaktordruckbehälters, umfassend

a) eine Führungsnut (4) im ersten Körper (1),
b) ein in die Führungsnut (4) einführbares deformierbares Dichtungselement (8) mit einem bestimmten Dichtungsdurch messer (d) im nicht deformierten Zustand,
c) eine Aufnahmenut (6) im zweiten Körper (2), in die das Dichtungselement (8) teilweise einführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- c1) die Summe aus der Führungs-Nuttiefe (t₁) der Führungsnut (4) und der Aufnahme-Nuttiefe (t₂) der Aufnahmenut (6) kleiner als der Dichtungsdurchmesser (d) ist, so daß das Dichtungselement (8) bei einem Aneinanderpressen der Körper (1, 2) deformiert ist, und
- c2) daß die Führungs-Nuttiefe (t₁) ungleich der Aufnahme- Nuttiefe (t₂) ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dich tungselement (8) im nicht deformierten Zustand einen runden Querschnitt besitzt.

3. Dichtung zum Abdichten eines ersten Körpers (1) gegen einen zweiten Körper (2), insbesondere eines Deckels (1) gegen ein Unterteil (2) eines Kernreaktordruckbehälters, umfassend

a) eine Führungsnut (4) im ersten Körper (1),
b) ein in die Führungsnut (4) einführbares deformierbares Dichtungselement (8)
- b1) mit C-förmigem Querschnitt und einem bestimmten Dich tungsdurchmesser (d) im nicht deformierten Zustand,
  gekennzeichnet durch
c) eine Aufnahmenut (6) im zweiten Körper (2), in die das Dichtungselement (8) teilweise einführbar ist,
- c1) wobei die Summe aus der Führungs-Nuttiefe (t₁) der Füh rungsnut (4) und der Aufnahme-Nuttiefe (t₂) der Aufnahme nut (6) kleiner als der Dichtungsdurchmesser (d) ist, so daß das Dichtungselement (8) bei einem Aneinanderpressen der Körper (1, 2) deformiert ist.

4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh rungs-Nuttiefe (t₁) ungleich der Aufnahme-Nuttiefe (t₂) ist.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh rungs-Nuttiefe (t₁) größer, und die Aufnahme-Nuttiefe (t₂) kleiner als der halbe Dichtungsdurchmesser (d) ist.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh rungsnut (4) und/oder die Aufnahmenut (6) einen rechteckigem Querschnitt aufweisen.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh rungs-Nutbreite (b₁) der Führungsnut (4) größer als die Breite des Dichtungselementes (8) im nicht deformierten Zu stand und kleiner oder gleich der Breite des Dichtungselemen tes (8) im deformierten Zustand ist.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dichtungselemente (8) mit je einer zugeordneten Führungsnut (4) vorhanden sind, wobei wenigstens zwei der Dichtungsele mente (8) in eine gemeinsame Aufnahmenut (6) jeweils teil weise einführbar sind.

9. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme-Nutbreite (b₂) der Aufnahmenut (6) größer als die Summe aus den Führungs-Nutbreiten (b₁) der vorhandenen Füh rungsnuten (4) und aus eventuellen Abständen (a) zwischen den Führungsnuten (4) ist.