DE19747266A1 - Statische Dichtung für Flanschverbindungen im Rohrleitungs-, Apparate und Armaturenbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine statische Dichtung für Flanschverbindungen im Rohrleitungs-, Apparate- und Armatu­ renbau, mit
einem spiralförmig zu einer Ringscheibe gewickelten Profilband aus Metall und
einem Füllband aus einem Weichdichtungswerkstoff,
wobei die Ringscheibe eine Dichtungszone aufweist, in welcher das Füllband als Dichtungseinlage mit dem Profil­ band spiralförmig gewickelt ist, und wobei die Ringscheibe ferner am inneren und äußeren Umfang Kantenverstärkungen aufweist, die aus mehreren füllstoffbandfreien Wicklungen des Profilbandes bestehen.

Das Profilband besteht vorzugsweise aus einem austeni­ tischen Stahl. Als Weichdichtungswerkstoffe kommen vornehm­ lich Bänder aus expandiertem Graphit, ungesintertem PTFE und Faserdichtungswerkstoffe zum Einsatz. Das Füllband aus den Weichdichtungswerkstoffen ist etwas breiter als das Profilband und wird in der Regel unprofiliert in das metallische Profilband eingewickelt. Es paßt sich unter dem Wickeldruck an die Kontur des metallischen Profilbandes an.

Eine Dichtung des beschriebenen Aufbaus ist aus EP-B 0 606 281 bekannt. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen weist das metallische Profilband eine mittig eingeformte V-förmige Sicke auf. An die Sicke schließen beidseitig unprofilierte ebene Randstreifen an. Das Metallband ist spiralförmig so gewickelt, daß die V-förmige Öffnung zum inneren Umfang der Ringscheibe ausgerichtet ist. Die Formstabilität der Ringscheibe ist verbesserungsbedürfig. Bei großen Durch­ messern weist die Ringscheibe störende Verwerfungen auf, bildet also keine plane Scheibe. Sie ist empfindlich gegen rauhe Beanspruchungen, wie sie beim Transport zur und auf der Baustelle üblich sind. Unter der Flächenpressung einer Flanschverbindung neigt die bekannte Dichtung dazu, breiter zu werden, und zwar bis hin zur Zerstörung der gewickelten Ringscheibe. Daher wird die Dichtung in Flanschverbindun­ gen, deren Flansche glatte Flanschflächen aufweisen, in Kombination mit einem metallischen Außenring sowie einem metallischen Innenring eingesetzt, welche die Dichtungs­ ringscheibe radial stützen.

Aus EP-A 0 521 171 ist eine statische Dichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus bekannt, deren metallisches Profil­ band eine W-förmige Sicke aufweist. Profilbänder mit W-för­ miger Sicke werden bevorzugt für dickere Dichtungs­ ringscheiben eingesetzt. Die Formstabilität und Dich­ tungseigenschaften von statischen Dichtungen mit W-förmig profiliertem Metallband sind ebenfalls noch verbesserungs­ bedürftig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine statische Dichtung des eingangs beschriebenen Aufbaus anzugeben, die eine formstabile und plane Dichtungsringscheibe bildet und sich durch eine gute Dichtungswirkung auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Pro­ filband ein trogförmiges Profil aufweist, welches aus einem ebenen Mittelabschnitt und beidseits unter einem stumpfen Winkel an den Mittelabschnitt anschließenden Schenkeln be­ steht, wobei die Schenkel sich jeweils bis zum Rand des Profilbandes erstrecken und sich die Wicklungen des metal­ lischen Profilbandes im Bereich der Kantenverstärkungen an den randseitigen Schenkeln gegeneinander abstützen.

Bei der spiralförmigen Wicklung eines Profilbandes ergeben sich Bereiche, die dicht auf dicht aufeinander aufliegen und sich gegenseitig stützen, und solche, die lose aufein­ ander gewickelt sind. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung befinden sich die dicht auf dicht gewickelten Bereiche an den Rändern des Profilbandes. Sie bilden die Stirnflächen der Dichtungsringscheibe, die mit den Dichtflächen der Flansche in Kontakt stehen. Im Bereich des ebenen Mittelab­ schnittes liegen, wenn kein Füllband eingewickelt ist, die Wicklungen nicht aufeinander. Mit eingewickeltem Füllband liegen die Wicklungen im Bereich des ebenen Abschnittes nur mit einer geringen Flächenpressung aufeinander. Dies ermöglicht es, in den an die Stirnflächen der Ringscheibe angrenzenden Bereichen hohe Pressungen zwischen den Spiralwindungen einzustellen, und zwar bei vorgegebener Wickelspannung. Im Vergleich zu einer Spiraldichtung mit V-för­ mig gesicktem Metallband resultiert eine deutlich bessere Dichtfähigkeit. Die erfindungsgemäße Dichtung kann ferner problemlos zu großen Durchmessern gewickelt werden, da eine Selbstzentrierung durch die in randnahen Bereichen des Profilbandes angreifende Wickelspannung für eine ebene Ausbildung, der sich bildenden Ringscheibe sorgt. Das im Stand der Technik gefürchtete Abkippen von Wicklungen bei größeren Durchmessern entfällt. Im Vergleich zum Stand der Technik können auch größere Wickelspannungen angewendet werden. Im Ergebnis resultiert eine Dichtung, die als steife und formstabile Ringscheibe gegen rauhe Beanspruchungen, wie sie beim Transport zu und auf der Baustelle üblich sind, unempfindlich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das metallische Profilband innerhalb der Ringscheibe mit nach außen gerichteter trogförmiger Vertiefung spiralförmig ge­ wickelt. Bei dieser Anordnung, also nach außen gerichteter Vertiefung des Profilbandes, formen sich die am innenseiti­ gen Umfang füllstofffrei gewickelten Anfangswindungen zu einer bördelähnlichen Einfassung und darüber hinaus bei einer ausreichenden Anzahl von Anfangswindungen zu einem massiven metallischen Innenring aus. Der so ausgebildete Innenring ist überraschend in der Lage, beachtliche radiale Kräfte aufzunehmen, die durch die Schraubenkräfte einer Flanschverbindung verursacht werden. Die erfindungsgemäße Dichtung kann mit oder ohne zusätzlichen metallischen Stützring eingesetzt werden. Das nach außen offene Profil der erfindungsgemäßen Spiraldichtung gestattet ferner eine einfache Montage eines aus Blech gestanzten Außenrings mit einer im Vergleich zur Dichtungsringscheibe reduzierten Dicke. Der Außenring bedarf keiner gefrästen oder gedrehten Nut und kann daher kostengünstig gefertigt werden.

Vorzugsweise schließen die Schenkel des Profilbandes im lastfreien Zustand unter einem Winkel von 120 bis 160° an den Mittelabschnitt an. Der Mittelabschnitt weist zweck­ mäßig eine Breite von 30 bis 70%, vorzugsweise 40 bis 50% bezogen auf die in Strecklage gemessene Gesamtbreite des Profilbandes auf.

In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß die Dichtungszone der erfindungsgemäßen Dichtungsringscheibe aus zwei oder mehr Abschnitten besteht, die jeweils durch einen aus mehreren füllstoffbandfreien Wicklungen des Pro­ filbandes bestehenden Kammerungsring voreinander getrennt sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtung im unbelasteten Zustand,

Fig. 2 den Ausschnitt A aus Fig. 1, in vergrößerter Dar­ stellung,

Fig. 3 den Ausschnitt B aus Fig. 1, in vergrößerter Dar­ stellung,

Fig. 4 ebenfalls in vergrößerter Darstellung einen Aus­ schnitt aus der in Fig. 1 dargestellten Dichtung, jedoch in belastetem Zustand,

Fig. 5 eine zwischen zwei Flansche eingebaute erfindungs­ gemäße Dichtung,

Fig. 6 eine zwischen zwei Flanschen eingebaute erfin­ dungsgemäße Dichtung mit Außenring.

Die in den Figuren dargestellte Dichtung ist für Flanschverbindungen im Rohrleitungs-, Apparate- und Armatu­ renbau bestimmt. Sie besteht aus einem spiralförmig zu einer Ringscheibe 1 gewickelten Profilband 2 aus Metall und einem Füllband 3 aus einem Weichdichtungswerkstoff. Das Füllband 3 ist etwas breiter als das Profilband 2. Der Überstand des Weichdichtungswerkstoffes beträgt an beiden Stirnflächen etwa 5% bezogen auf die Dicke der Ring­ scheibe. Die Ringscheibe 1 weist eine Dichtungszone 4 auf, in welcher das Füllband 3 als Dichtungseinlage mit dem Profilband 2 spiralförmig gewickelt ist. Die Dichtungszone 4 kann aus zwei oder mehr Abschnitten bestehen, die jeweils durch einen aus mehreren füllstofffreien Wicklungen des Profilbandes 2 bestehenden Kammerungsring 5 voneinander getrennt sind. Ferner weist die Ringscheibe 1 am inneren und äußeren Umfang Kantenverstärkungen 6 auf, die aus mehreren füllstofffreien Wicklungen des Profilbandes 1 bestehen. Die Windungen des Profilbandes 2 im Bereich der Kantenverstärkungen 6 sind durch Punktschweißungen mitein­ ander verbunden. Die Schweißstellen sind in abgewinkelten, im folgenden näher erläuterten Randbereichen des Profil­ bandes angeordnet.

Insbesondere der Fig. 2 entnimmt man, daß das Profilband 2 in unbelastetem Zustand ein trogförmiges Profil aufweist, welches aus einem ebenen Mittelabschnitt 7 und beidseits unter einem stumpfen Winkel α von vorzugsweise 120 bis 160° an den Mittelabschnitt 7 anschließenden Schenkeln 8 be­ steht. Der Mittelabschnitt 7 besitzt eine Breite von 30 bis 70%, vorzugsweise 40 bis 50%, bezogen auf die in Streck­ lage gemessene Gesamtbreite des Profilbandes 2. Die an den Mittelabschnitt 7 anschließenden Schenkel 8 erstrecken sich jeweils bis zum Rand des Profilbandes 2. Aus einer ver­ gleichenden Betrachtung mit Fig. 1 ergibt sich ferner, daß das metallische Profilband 2 innerhalb der Ringscheibe 1 mit nach außen gerichteter trogförmiger Vertiefung spiral­ förmig gewickelt worden ist.

Der Fig. 3 ist entnehmbar, daß die Wicklungen des metalli­ schen Profilbandes 2 sich im Bereich der Kantenverstärkun­ gen 6 an den randseitigen Schenkeln 8 gegeneinander ab­ stützen, wobei im Bereich des Mittelabschnittes 7 zwischen den Wicklungen ein Luftspalt s bleibt.

Bei der Spiralwicklung eines Profilbandes 2 ergeben sich unvermeidlich Bereiche, die stützend dicht auf dicht an­ einander anliegen, und solche Bereiche, die lose aufein­ ander gewickelt sind. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung befinden sich die dicht auf dicht gewickelten - also die stützenden - Bereiche an den Rändern des Profilbandes. Das aus einem Weichdichtungswerkstoff bestehende Füllband 3 ist mit großer Flächenpressung zwischen den Schenkeln 8 des Profilbandes 2 eingespannt. Es resultieren Stirnflächen der Ringscheibe 1 mit guter Dichtwirkung. Die erfindungsgemäße Dichtung kann ohne Probleme ferner zu großen Durchmessern gewickelt werden, da eine Selbstzentrierung an den konischen Rändern des Profilbandes 2 erfolgt. Es entsteht eine steife, formstabile Ringscheibe 1.

Nach dem Einbau der Dichtung in eine Flanschverbindung wird das Profil des Metallbandes 2 in die in Fig. 4 dargestellte Form überführt. Die Form begünstigt die Funktionseigen­ schaften der Dichtung. So formen sich die im Bereich der Kantenverstärkungen 6 metallisch aufeinanderliegenden Win­ dungen zu stabilen Ringen. Insbesondere die Anfangswindun­ gen am inneren Umfang der Ringscheibe 1 verdichten sich zu einem stabilen Innenring, der beachtliche Radialkräfte auf­ nehmen kann. Die erfindungsgemäße Dichtung kann im Regel­ fall ohne zusätzliche metallische Stützringe eingesetzt werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 besteht die Dichtungszone 4 aus zwei Abschnitten 4', 4'', die durch einen aus mehreren füllstoffbandfreien Wicklungen des Profilbandes bestehenden Kammerungsring 5 voneinander getrennt sind. Der Durchmesser des außenseitigen Abschnittes 4'' kann so bemessen sein, daß eine korrekte Zentrierung der Ringscheibe 1 an den Bolzen 9 der Flanschverbindung gewährleistet ist. Der innenseitige Dichtungsabschnitt 4' ist von zwei ringförmigen Bereichen 6, 5 begrenzt, die ausschließlich aus füllstoffbandfreien Metallbandwicklungen bestehen. In der angezogenen Flansch­ verbindung resultiert eine Dichtungsreaktionskraft F, die im Bereich des inneren Dichtungsabschnittes 4' liegt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 besteht die Dichtungszone 4 nur aus einem Abschnitt. An der Ringscheibe 1 ist ein Außenring 10 angeordnet, der eine im Vergleich zur Dich­ tungsringscheibe 1 geringere Dicke aufweist und in das nach außen offene Profil der Dichtungsringscheibe eingelegt ist. Der Außenring 10 bedarf keiner gefrästen oder gedrehten Nut und kann daher kostengünstig als Blechstanzteil gefertigt werden.

Claims (5)

1. Statische Dichtung für Flanschverbindungen im Rohrlei­ tungs-, Apparate- und Armaturenbau, mit
einem spiralförmig zu einer Ringscheibe (1) gewickel­ ten Profilband (2) aus Metall und
einem Füllband (3) aus einem Weichdichtungswerkstoff,
wobei die Ringscheibe (1) eine Dichtungszone (4) aufweist, in welcher das Füllband (3) als Dichtungseinlage mit dem Profilband (2) spiralförmig gewickelt ist, und wobei die Ringscheibe (1) ferner am inneren und äußeren Umfang Kantenverstärkungen (6) aufweist, die aus mehreren füll­ stoffbandfreien Wicklungen des Profilbandes (2) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil­ band (2) ein trogförmiges Profil aufweist, welches aus einem ebenen Mittelabschnitt (7) und beidseits unter einem stumpfen Winkel (α) an den Mittelabschnitt (7) anschließen­ den Schenkeln (8) besteht, wobei die Schenkel (8) sich je­ weils bis zum Rand des Profilbandes (2) erstrecken und sich die Wicklungen des metallischen Profilbandes (2) im Bereich der Kantenverstärkungen (6) an den randseitigen Schenkeln (8) gegeneinander abstützen.

2. Statische Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das metallische Profilband (2) innerhalb der Ringscheibe (1) mit nach außen gerichteter trogförmiger Vertiefung spiralförmig gewickelt ist.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (8) des Profilbandes (2) im lastfreien Zu­ stand unter einem Winkel 120 bis 160° an den Mittelab­ schnitt anschließen.

4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mittelabschnitt (7) eine Breite von 30 bis 70%, vorzugsweise von 40 bis 50%, bezogen auf die in Strecklage gemessene Gesamtbreite des Profilbandes (2) aufweist.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dichtungszone (4) aus zwei oder mehr Abschnitten besteht, die jeweils durch einen aus mehreren füllstofffreien Wicklungen des Profilbandes (2) bestehenden Kammerungsring (5) voneinander getrennt sind.