DE19754577A1 - Druckbetätigter Dichtungsring - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen fluiddichten Dichtungsring für das Abdich­ ten von in Axialrichtung weisenden ringförmigen Flächen. Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen druckbetätigten Dichtungsring mit elastischen Teilen, um eine Dichtlinie zwischen in Axialrichtung weisenden Ringflächen aufrechtzuerhalten, auch wenn Oberflächenunebenheiten an den Ringflächen vorhanden sind.

Üblicherweise werden äußerst kompakte, starre pneumatische Leitungsverbin­ dungen durch Dichtlippen abgedichtet, die aus Metallblech hergestellt und mit den Flanschen der betreffenden Leitungsabschnitte einstückig ausgebildet sind. Diese Art von Leitungsverbindung benutzt man bei pneumatischen Leitungs­ systemen in der Luftfahrt, beispielsweise bei Zapfluftsystemen.

Derartige Dichtlippen des Standes der Technik haben viele Nachteile. Bei­ spielsweise sind Dichtlippen verhältnismäßig nicht-federnd. Außerdem wird, da die Dichtlippen an den Flanschen aus Metallblech ausgebildet sind, um die Abdichtung zwischen den Leitungsabschnitten zu bewirken, die auf die Lei­ tungsabschnitte zum Zusammenspannen aufgebrachte Belastung über die Dichtlippen übertragen. Daher können, wenn übermäßige Spannkräfte ange­ wendet werden, um die Abdichtung zwischen den Leitungen zu verbessern, die Dichtlippen dauernd verformt werden. Diese dauernde Verformung kann an der Leitungsverbindung zu Leckage führen und letztendlich eine Reparatur erforderlich machen, bei der man die Lippen formwalzt, was im allgemeinen nicht geeignet ist, um die ursprüngliche Abdichtwirkung an den Leitungsab­ schnitten wieder herzustellen, so daß oftmals ein Austausch der Leitungsverbin­ dung erforderlich ist. Ein Ersatz der Dichtlippen macht jedoch das Abnehmen des Flansches von der Leitung und das Anschweißen eines neuen Flansches erforderlich. Dieser Austauschvorgang ist verhältnismäßig schwierig und teuer.

Elastische, metallische Dichtringe werden derzeit bei einer breiten Vielzahl von Anwendungen benutzt. Jedoch sind die derzeitigen metallischen Dichtungs­ ringe nicht für äußerst kompakte steife, pneumatische Leitungsverbindungen geeignet, beispielsweise bei pneumatischen Leitungssystemen für die Luftfahrt. Derzeitige Dichtungsringe sind üblicherweise zu groß, um als Mikro-Abdich­ tung bei einer solchen kompakten Anwendung benutzt zu werden. Außerdem haben die üblichen Dichtungsringe nicht die erforderliche Elastizität und Dauerhaftigkeit, um eine Abdichtung zwischen Flanschen aufrechtzuerhalten, die üblicherweise unebene Oberflächen durch schweißungsbedingte Spannun­ gen oder Beschädigungen durch Handhabung besitzen, wobei die Probleme noch durch die Verwendung leichtgewichtiger Flansche verschärft werden.

Beispiele für Dichtungsringe des Standes der Technik sind in den folgenden US-Patentschriften offenbart: 5,433,370 von Halling; 4,854,600 von Halling u. a.; 4,779,901 von Halling; 4,589,666 von Halling; 4,477,086 von Feder u. a.; 4,121,843 von Halling; 4.067,585 von Rode; 3.869,132 von Taylor u. a.; 3,520,544 von Taylor; 3,272,521 von McNenny und 3,192,690 von Taylor.

Im Hinblick auf Obiges ist ersichtlich, daß ein Bedarf für einen Dichtungsring besteht, der den Anforderungen besser gerecht wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dichtungsring zu schaffen, der äußerst kompakt ist, gleichzeitig jedoch ausreichend elastisch und dauerhaft, um eine Abdich­ tung auch zwischen Flanschen aufrechtzuerhalten, die unebene Oberflächen aufweisen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Dichtungsring gelöst, der die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Dadurch ist ein Dichtungsring geschaffen, der äußerst kompakt und elastisch ist und eine Abdichtung zwischen in Axialrichtung weisenden Ringflächen auf­ rechtzuerhalten vermag, auch wenn die einander gegenüberliegenden Flächen Unebenheiten aufweisen, der nichtsdestoweniger jedoch verhältnismäßig billig, leichtgewichtig und leicht austauschbar ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispieles des druckbe­ tätigten Dichtungsringes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt des Dichtungsringes von Fig. 1, eingebaut in eine Verbindung zwischen zwei Rohren, die mittels einer Spannvorrichtung miteinander gekuppelt sind;

Fig. 3 einen vergrößerten Teillängsschnitt des Dichtungsringes von Fig. 1 und 2, längs der Schnittlinie 3-3 von Fig. 1, und

Fig. 4 einen vergrößerten Teillängsschnitt des Dichtungsringes von Fig. 1-3, wobei der Dichtungsring in eine Verbindung zwi­ schen zwei Rohren eingebaut gezeigt ist.

Es wird zunächst auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein von innen her druckbetätigter Dichtungsring 10 gemäß der Erfindung dargestellt ist. Der Dichtungsring 10 weist eine ringförmigen Wulstteil 12, einen ersten ringförmi­ gen Schenkelteil 14, der sich vom einen Ende des Wulstteiles 12 erstreckt, und einen zweiten ringförmigen Schenkelteil 16 auf, der sich vom anderen Ende des Wulstteiles 12 erstreckt. Wulstteil 12 und Schenkelteile 14 und 16 sind sämtliche konzentrisch zur zentralen Längsachse A des Dichtungsringes 10. Vorzugsweise teilt eine querverlaufende Zentralebene B den Dichtungsring 10 in zwei Hälften, so daß rechte und linke Hälfte einander spiegelbildlich sind. Die Zentralebene B verläuft auch durch die zentrale Achse A.

Der Dichtungsring 10 ist aus einer einzelnen Lage elastischen, metallischen Werkstoffs aufgebaut. Die Lage besitzt eine verhältnismäßig konstante Stärke von etwa 0,15-0,2 mm über ihre gesamte Länge. Bei dem metallischen Werk­ stoff kann es sich um jegliches hochtemperaturfestes, elastisches Material handeln, beispielsweise um INCONEL 718, jeglichen anderen hochtemperatur­ festen Edelstahl oder irgendein neu entwickeltes, hochtemperaturfestes, elasti­ sches Material. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Dichtungsring 10 eine Mikrodichtung mit einem äußeren Durchmesser D₁ und einem inneren Durchmesser D₂, wobei D₁ in der Größenordnung von etwa 24,1 mm bis etwa 106,7 mm liegt und D₂ im Bereich von ungefähr 19,1 mm bis etwa 101,9 mm liegt. Natürlich kann der erfindungsgemäße Dichtungsring mit größeren Durch­ messern zur Benutzung bei anderen Anwendungen hergestellt sein.

Der Dichtungsring 10 ist typischerweise zwischen zwei koaxialen Rohren 17 und 18 angeordnet, um die Schnittstelle zwischen ihnen abzudichten. Die Rohre 17 und 18 weisen am Umfang Flansche 19 bzw. 20 auf, die auf übliche Weise miteinander mittels einer üblichen Spannvorrichtung 21 verbunden sind. Der Dichtungsring 10 bildet eine Dichtlinie S, gesehen im Längsschnitt, an der der Dichtungsring 10 die Flanschfläche 23 des Flansches 19 und die Flansch­ fläche 25 des Flansches 20 berührt, wie aus Fig. 2 und 4 zu ersehen ist und unten besprochen wird. In anderen Worten gesagt, bildet der Dichtungsring 10 eine erste ringförmige Abdichtung, wo ihr erster ringförmiger Schenkelteil 14 die Flanschfläche 23 des Flansches 19 berührt, und eine zweite ringförmige Abdichtung, wo sein zweiter ringförmiger Schenkelteil 16 die Flanschfläche 25 des Flansches 20 berührt. Die Dichtlinie S ist eine Linie, die sich zwischen erster und zweiter ringförmiger Abdichtung erstreckt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Dichtlinie S im wesentlichen parallel zur Achse A des Dichtungsringes 10.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen, hat der Wulstteil 12 in seinem unbelasteten Zustand eine im wesentlichen halbkreisförmige Form, gesehen im Längsschnitt. Der Wulstteil 12 erstreckt sich über einen Bogen im Bereich von etwa 180° bis 190° in seinem unbelasteten Zustand. Vorzugsweise erstreckt sich der Wulstteil 12 über einen Bogen von etwa 185°, wenn er sich im unbelasteten Zustand befindet. Wie aus Fig. 3 zu ersehen, erstreckt sich der Wulstteil 12 beim ge­ zeigten Beispiel über einen Bogen von etwa 186,12°. Der Wulstteil 12 weist eine innere konkave Fläche 22 und eine äußere konvexe Fläche 24 auf, die sich beide zwischen einem ersten Ende 26 des Wulstteiles 12 und einem zweiten Ende 28 des Wulstteiles 12 erstrecken. Jede Fläche 22 und 24 bildet einen verhältnismäßig sanften Bogen im wesentlichen in Form eines Halbkrei­ ses oder eines Teiles eines Kreises. Da der Wulstteil 12 ein verhältnismäßig stetiger Bogen ist, ist keine singuläre Biegestelle mit hohen örtlichen Spannun­ gen vorhanden, wie dies bei einem Dichtungsring vom V-Typ oder in den Bändern mit engem Radius bei einigen bekannten Dichtungen der Fall ist.

Der Wulstteil 12 weist auch eine im wesentlichen konstante Stärke von etwa 0,15 bis 0,2 mm über seine gesamte Länge zwischen erstem Ende 26 und zweitem Ende 28 auf. Die konkave Fläche 22 besitzt vorzugsweise einen Radius R₁ von 0,81 bis 0,86 mm, und die konvexe Fläche 24 hat vorzugsweise einen Radius R₂ von etwa 0,96 bis 1,02 mm.

Ein erster Scheitelpunkt 30 an der konvexen Fläche 24 des Wulstteiles 12 grenzt an den ersten Schenkelteil 14 an, und ein zweiter Scheitelpunkt 32 an der konvexen Oberfläche 24 des Wulstteiles 12 grenzt an den zweiten Schen­ kelteil 16 an. Die Scheitelpunkte 30 und 32 sind die Stellen des Wulstteiles 12, die sich am weitesten von der Zentralebene B des Dichtungsringes 10 entfernt befinden. Da der Wulstteil 12 um die Zentralebene B symmetrisch ist, liegt der Scheitelpunkt 32 unmittelbar dem Scheitelpunkt 30 gegenüber und ist die einzige weitere Stelle am Wulstteil 12, die ebenso weit von der Zentralebene B entfernt ist wie der Scheitelpunkt 30. Der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt 30 und dem Scheitelpunkt 32 ist vorzugsweise gleich groß wie der Durchmes­ ser des Bogens, der den Wulstteil 12 bildet. Dieser Abstand liegt ungefähr in der Größenordnung von 1,88-1,52 mm und beträgt im Idealfall das Doppelte des Radius R₂.

Wenn der Dichtungsring 10 seine nicht eingebaute (unbelastete) Konfiguration hat, wie sie aus Fig. 3 ersichtlich ist, befinden sich erster und zweiter Scheitel­ punkt 30 bzw. 32 am ersten bzw. zweiten Ende 26 bzw. 28. Der Wulstteil 12 besitzt, gesehen im Längsschnitt relativ zur Achse A des Dichtungsringes 10, ebenfalls eine Scheitelstelle oder eine am weitesten außen gelegene Stelle 38. Diese am weitesten außen gelegene Stelle 38 befindet sich an der konvexen Fläche 24 und ist die Stelle am Wulstteil 12, die von der zentrale Achse A des Dichtungsringes 10 am weitesten entfernt ist.

Der Wulstteil 12 ist so ausgelegt, daß er eine möglichst große Erstreckung ohne Berührung mit den einander gegenüberliegenden Flanschflächen 23 und 25 der Rohrflansche 19 bzw. 20 besitzt, wenn er zwischen diesen eingebaut ist, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist. Demgemäß kann sich der Wulstteil 12 während des Einbaues zwischen den Flanschen 19 und 20 frei nach innen verformen, um zu vermeiden, daß irgendwelche örtlichen Spannungen in ihm entstehen. In anderen Worten gesagt, wird die Spannung im Wulstteil 12 gleichmäßiger verteilt, weil der Wulstteil 12 die Rohrflansche 19 oder 20 nicht berührt. Außerdem, da der Wulstradius R₂ möglichst groß ist, ohne die Flächen 23 und 25 der Flansche 19 bzw. 20 zu berühren, werden Biegespannungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Natürlich ist der Radius des Wulstteiles auch in seiner Größe durch die radiale Höhe des Hohlraumes begrenzt, der zwischen den Flanschen 19 und 20 gebildet ist. Der Radius des Wulstteiles 12 ist hin­ sichtlich seiner Größe auch durch den kleinsten erforderlichen Spielraum zwischen den Flanschflächen 23 und 25 und dem Dichtungsring 10 begrenzt.

Durch Untersuchungen wurde gefunden, daß je größer die axiale Länge oder der Bogen des Wulstteiles 12 ist, die Höhe der Spannung umso geringer und die Größe der Spannungsdurchdringung oder Spannungssättigung durch den longitudinalen Querschnitt des Dichtungsringes 10 umso geringer sind. Der optimale Abstand zwischen Scheitelpunkt 62 und Scheitelpunkt 162 (Fig. 4) beträgt, wie gefunden wurde, ungefähr 2,49 mm, während gefunden wurde, daß die optimale Querschnittstärke etwa 0,15 mm für INCONEL 718 beträgt.

Jedoch kann der Dichtungsring 10 so ausgebildet werden, daß er die innere zylindrische Oberfläche 27 des Flansches 19 mit zwei am weitesten außen liegenden Stellen 38 des Wulstteiles 12 berührt. Insbesondere kann der Dich­ tungsring 10 absichtlich unrund ausgebildet werden, um den Dichtungsring 10 innerhalb des Rohrflansches 19 für einen Einbau des Dichtungsringes 10 in nach unten gerichteter Stellung in Position zu halten, d. h. gegen Herausfallen beim Einbauvorgang zu sichern. Eine derartige unrunde Ausbildung ist Stand der Technik und beeinflußt die Spannungen des Dichtungsringes 10 oder die Tatsache, daß der Wulstteil 12 mit den Rohrflanschen 19 und 20 im wesentli­ chen außer Berührung ist, nicht in nachteiliger Weise.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die Schenkelteile 14 und 16 im wesentli­ chen identisch, abgesehen davon, daß der Schenkelteil 16 ein Spiegelbild des Schenkelteils 14 ist. Demgemäß wird lediglich der Schenkelteil 14 im einzel­ nen beschrieben. Außerdem ist für den Fachmann aus dieser Beschreibung ersichtlich, daß sich die Erläuterung des Schenkelteils 14 auch auf den Schen­ kelteil 16 bezieht. Der Schenkelteil 14 beinhaltet einen ersten gekrümmten Abschnitt 40 und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 50. Der erste gekrümm­ te Abschnitt 40 erstreckt sich zwischen dem Ende 26 des Wulstteiles 12 und dem Beginn des zweiten gekrümmten Abschnittes 50 und weist eine äußere, konkave Oberfläche 42 und eine innere bogenförmige konvexe Oberfläche 44 auf. Sowohl die konkave Oberfläche 42 als auch die konvexe Oberfläche 44 erstrecken sich über die gesamte Länge des ersten gekrümmten Abschnittes 50 zwischen dem Ende 26 des Wulstteiles 12 und dem Beginn des zweiten ge­ krümmten Abschnittes 50.

Ferner bilden sowohl die konkave Oberfläche 42 als auch die konvexe Ober­ fläche 44 einen Bogen eines betreffenden Kreises. Die konkave Oberfläche 42 bildet einen Bogen eines Kreises mit einem Radius R₃ von ungefähr 1,0-1,07 mm, während die konvexe Oberfläche 44 einen Bogen eines Kreises mit einem Radius R₄ von ungefähr 1,17-1,22 mm bildet. Sowohl die konkave Oberfläche 42 als auch die konvexe Oberfläche 44 divergieren von der Ebene B weg, während sich die Oberflächen 42 und 44 vom Wulstteil 12 zum zweiten gekrümmten Abschnitt 50 hin fortsetzen. Die Länge des ersten gekrümmten Abschnittes 40 vom Wulstteil 12 bis zum zweiten gekrümmten Abschnitt 50 entspricht einem Bogen von etwa 40° bis 50° im unbelasteten Zustand. Vor­ zugsweise erstreckt sich der erste gekrümmte Abschnitt 40 über einen Bogen von ungefähr 45°. Der erste gekrümmte Abschnitt 40 beträgt beispielsweise etwa 44,28° bei der Darstellung von Fig. 3. Der erste gekrümmte Abschnitt 40 weist eine konstante Stärke über seine gesamte Länge auf. Die Stärke des ersten gekrümmten Abschnittes 40 ist der Stärke des Wulstteiles 12 gleich und beträgt etwa 0,15-0,2 mm.

Eine Untersuchung wurde durchgeführt, uni den optimalen Radius des ersten gekrümmten Abschnittes 40 zu ermitteln. Die Untersuchung zeigte, daß die Verkleinerung des Radius R₃, oder des Übergangsradius, das Spannungsmaxi­ mum verringerte und daß das beobachtete Spannungsmaximum gegen den Übergangsradius R₃ hin wanderte. Jedoch wird bei sehr engen oder kleinen Übergangsradien R₃ die Herstellbarkeit fraglich, weil sich ein Dichtungsring 10 mit einem kleinen Übergangsradius R₃ schwieriger herstellen läßt und teurer ist. Zusätzliche Untersuchungen bei der Entwicklung des Dichtungsrings 10 zeigten, daß mit vergrößertem Übergangsradius R₃ die Maximalspannung durch den längsverlaufenden Querschnitt des Dichtungsringes 10 zunahm und etwa um die Schwenkstelle des Querschnittes herum lokalisiert war, um den Teil des gekrümmten Abschnittes 50 herum, der der Zentralebene B nächstgelegen ist. Daher wurde ein Übergangsradius R₃ so ausgewählt, daß die Spannungen durch den longitudinalen Querschnitt des Dichtungsringes 10 auf ein Mindest­ maß herabgesetzt wurden, während gleichzeitig die Herstellbarkeit erhalten blieb.

Der zweite gekrümmte Abschnitt 50 weist eine konkave Oberfläche 52 und eine konvexe Oberfläche 54 auf und erstreckt sich vom ersten gekrümmten Abschnitt 50 zu einem ersten freien Ende 56 hin. Sowohl die konkave Ober­ fläche 52 als auch die konvexe Oberfläche 54 sind Kreisbögen und erstrecken sich über die gesamte Länge des zweiten gekrümmten Abschnittes 50. Die konkave Oberfläche 52 ist ein Kreisbogen mit einem Radius R₅ von etwa 0,74-0,79 mm. Die konvexe Oberfläche 54 ist ein Kreisbogen mit einem Radius R₆ von etwa 0,89-0,94 mm. Der zweite gekrümmte Abschnitt 50 weist ebenfalls eine konstante Stärke über seine gesamte Länge auf. Diese Stärke ist gleich der Stärke des Wulstteiles 12 und derjenigen des ersten gekrümmten Abschnittes 40, d. h. die Stärke beträgt etwa 0,15-0,2 mm. Die Länge des zweiten gekrümm­ ten Abschnittes 50 vom ersten gekrümmten Abschnitt 40 bis zum ersten freien Ende 56 entspricht einem Bogen von ungefähr 65 bis 75° im unbelasteten Zustand. Vorzugsweise erstreckt sich der zweite gekrümmte Abschnitt 50 über einen Bogen von etwa 70°. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel erstreckt sich der zweite gekrümmte Abschnitt 50 über einen Bogen von etwa 69,91°. Das erste freie Ende 56 ist so gelegen, daß der Abstand zwischen dem Mittel­ punkt C, von dem aus sich die Radien R₅ und R₆ erstrecken, und der Stelle 60, die an der konvexen Oberfläche 54 der Achse A des Dichtungsringes nächst­ gelegen ist, etwa 0,51 mm beträgt, gemessen längs einer Linie, die im wesentli­ chen senkrecht zur Achse A des Dichtungsringes verläuft. Die Stelle 60 ist die am weitesten innen liegende Stelle an der konvexen Oberfläche 54 am ersten freien Ende 56.

Der zweite gekrümmte Abschnitt 50 weist ferner einen Scheitelpunkt 62 auf, das ist die Stelle an der konvexen Oberfläche 54, die von der Zentralebene B am weitesten entfernt ist. Der Scheitelpunkt 62 bildet einen der zwei Punkte, durch die im Längsschnitt des Dichtungsringes 10 die Dichtlinie S verläuft, wie unten besprochen wird. Die innerste Stelle des freien Endes 56 ist um zumin­ dest eine Strecke von etwa 0,076 mm vom Scheitelpunkt 62 entfernt, gemessen längs einer Linie, die sich parallel zur Achse A des Dichtungsringes erstreckt. Zusätzlich beträgt der Abstand zwischen der innersten Stelle 64 am ersten freien Ende 56 und der am weitesten außen gelegenen Stelle 38 des Dichtungs­ ringes 10 am Wulstteil 12 etwa 2,26-2,64 mm, gemessen längs einer senkrecht zur Achse A des Dichtungsringes verlaufenden Linie. Die Längen der Schenkelteile 14 und 16 des Dichtungsringes 10 sind so groß wie möglich, um ein größtmögliches Ausmaß an Biegung aufnehmen zu können.

Der zweite Schenkelteil 60 erstreckt sich vom zweiten Ende 28 des Wulstteiles 12 und weist einen ersten gekrümmten Abschnitt 140 und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 150 auf. Der erste gekrümmte Abschnitt 140 weist eine konkave Oberfläche 142 und eine konvexe Oberfläche 144 auf. Der zweite gekrümmte Abschnitt 150 weist eine konkave Oberfläche 152, eine konvexe Oberfläche 154, ein freies Ende 156, einen Scheitelpunkt 162 und eine am weitesten innen gelegene Stelle 164 auf. Der zweite Schenkelteil 16 vereinigt sich mit dem Wulstteil 12 und dem ersten Schenkelteil 14 zur Bildung einer glatten, zusammenhängenden Außenfläche des Dichtungsringes, die aus der konvexen Oberfläche 54, der konkaven Oberfläche 42, der konvexen Ober­ flache 24, der konkaven Oberfläche 142 und der konvexen Oberfläche 154 gebildet ist.

Demgemäß ist das Profil des Dichtungsringes 10 im wesentlichen ein glattes, gekrümmtes Bauteil, das aus fünf Kreisbogenteilen von fünf Kreisen aufgebaut ist. Der erste Kreis hat einen den Wulstteil 12 bildenden Bogen mit dem Radius R₁ der inneren Oberfläche und dem Radius R₂ der äußeren Oberfläche. Zwei­ ter und dritter Kreis bilden mit ihren Bögen die ersten gekrümmten Abschnitte 42 und 142 mit einem Radius R₃ der äußeren Oberfläche und einem Radius R₄ der inneren Oberfläche. Die vierten und fünften Kreise bilden mit ihren Bögen schließlich die zweiten gekrümmten Abschnitte 50 und 150 mit dem Radius R₅ der inneren Oberfläche und dem Radius R₆ der äußeren Oberfläche. Die äußere Oberfläche des Dichtungsringes 10 ist eine glatte gekrümmte Fläche, wobei die Bögen mit den Radien R₂, R₃ und R₆ miteinander zusammenhängen, während die innere Oberfläche des Dichtungsringes 10 eine glatte gekrümmte Oberfläche ist, an der die Bögen mit den Radien R₁, R₂ und R₅ miteinander verbunden sind. Sowohl äußere als auch innere Oberfläche des Dichtungsringes 10 sind frei von jedweden flachen Abschnitten oder abrupten Änderungen der Krümmung. In anderen Worten gesagt, geht die Krümmung des Wulstteiles 12 in die Krümmungen der ersten gekrümmten Abschnitte 42 und 142 über, und die Krümmungen der zweiten gekrümmten Abschnitte 50 und 52 gehen in die Krümmungen der ersten gekrümmten Abschnitte 42 bzw. 142 über. Daher können die Schnittstellen des Wulstteiles 12 mit den ersten gekrümmten Abschnitten 42 und 142 Krümmungen besitzen, welche kein Teil von einem der fünf Kreise sind, die das Profil des Dichtungsringes 10 formen. In ähnlicher Weise können die Schnittstellen der ersten gekrümmten Abschnitte 42 und 142 mit den zweiten gekrümmten Abschnitten 52 und 152 Krümmungen besitzen, die keinen Teil eines der fünf Kreise bilden, die das Profil des Dichtungsringes 10 formen.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen und oben angegeben ist, berührt der Dichtungsring 10, wenn er zwischen die Rohrflansche 19 und 20 eingebaut ist, diese Flan­ sche 19 und 20 an ihren Flanschflächen 23 bzw. 25. Außerdem berührt der Dichtungsring 10 die Flanschflächen 23 und 25 lediglich an den Scheitelpunk­ ten 62 und 162 der konvexen Oberflächen 54 bzw. 154. Daher ist der Abstand zwischen den Scheitelpunkten 62 und 162 von erstem und zweitem Schenkel­ teil 14 bzw. 16 größer als der Abstand zwischen den Scheitelpunkten 30 und 32 des Wulstteiles 12. Die sich im Längsschnitt vom Scheitelpunkt 62 zum Scheitelpunkt 162 erstreckende Linie ist die Dichtlinie S. Die Dichtlinie S stellt die Linie dar, die vom fluiden Medium, das in den Rohren 17 und 18 enthalten ist, nicht überschritten wird.

Der Dichtungsring 10 ist so ausgelegt, daß er elastisch arbeitet, wenn er einge­ baut ist, und zwar bei höchster Betriebstemperatur und bei Druck Null, was für eine Situation des "Rücknässens" typisch ist. Daher sind, wenn die Dichtung eingebaut ist und unter Druck steht, die Spannungen geringer als wenn die Dichtung lediglich eingebaut ist, ohne daß Fluiddruck angelegt ist. Da der Dichtungsring 10 im elastischen Bereich arbeitet, sind die Schenkelteile 14 und 16 auch besser geeignet, um sich entlang der Dichtlinie S seitwärts zu bewe­ gen, um den Kontakt mit unebenen Bereichen an den Flanschflächen 23 und 25 aufrechtzuerhalten. Daher müssen die Schenkelteile 14 und 16 eine aus­ reichende Elastizität besitzen, um zurückzufedern und die Dichtlinie S über beide Axialrichtungen längs der Dichtlinie S aufrechtzuerhalten. Solche unebe­ nen Bereiche entstehen oftmals aufgrund von durch Schweißen eingeführten Spannungen oder durch die Handhabung. Demgemäß sind Werkstoff, Stärke, Länge und Krümmung beim Dichtungsring 10 sämtlich so gewählt, daß der­ artige elastische Verformungen der Schenkelteile 14 und 16 möglich sind.

Es versteht sich, daß der Dichtungsring 10 in Abmessungen und Größen ent­ sprechend den speziellen Dichtungsanordnungen variiert, in denen die Dich­ tung eingebaut wird, und entsprechend den verschiedenen inneren oder äuße­ ren Druckbedingungen, denen der Dichtungsring 10 ausgesetzt wird. Daher können die verschiedenen Radien des Dichtungsringes 10, die Werkstoffe und die Stärken sämtlich je nach den Charakteristiken des Umfeldes variieren, in dem der Dichtungsring 10 benutzt wird. Zusätzlich ist zu verstehen, daß der Dichtungsring 10 bei anderen Anwendungsgebieten benutzt werden kann als bei kompakten, starren Leitungsverbindungen, insbesondere dann, wenn eine verhältnismäßig große Verformungsfähigkeit bei einer druckbetätigten metalli­ schen Dichtung erwünscht ist. Obwohl der Dichtungsring 10 als aus einer einzigen Lage hergestellt beschrieben ist, können mehrere Lagen für manche Zwecke, nicht nur zum Einschluß höherer Drücke, angewendet werden.

Claims (16)

1. Druckbetätigter Dichtungsring aus Metall für das Abdichten von in Axial­ richtung weisenden, ringförmigen Flächen (23, 25), welcher aufweist:
einen ringförmigen Wulstteil (12) mit einem ersten und einem zwei­ ten Ende (26 bzw. 28), mit einer bogenförmigen konkaven Oberflä­ che (22) und einer bogenförmigen konvexen Oberfläche (24), die sich beide zwischen erstem und zweitem Ende (26 und 28) erstrec­ ken;
einen ringförmigen ersten Schenkelteil (14) mit einem ersten ge­ krümmten Abschnitt (40), der sich vom ersten Ende (26) des Wulst­ teiles (12) erstreckt, und einem zweiten gekrümmten Abschnitt (50), der sich vom ersten gekrümmten Abschnitt (40) zu einem ersten freien Ende (56) erstreckt, wobei der erste gekrümmte Abschnitt (40) eine äußere bogenförmige, konkave Oberfläche (42) und eine innere bogenförmige konvexe Oberfläche (44) aufweist, die sich beide zwischen dem ersten Ende (26) des Wulstteiles (12) und dem zwei­ ten gekrümmten Abschnitt (50) erstrecken, welcher eine innere bogenförmige konkave Oberfläche (52) und eine äußere, bogenför­ mige konvexe Oberfläche (54) aufweist, die sich beide zwischen dem ersten gekrümmten Abschnitt (40) und dem ersten freien Ende (56) erstrecken, wobei die äußere konvexe Oberfläche (54) des zweiten gekrümmten Abschnittes (50) eine in Axialrichtung weisen­ de erste, ringförmige Dichtfläche (62) bildet;
einen ringförmigen zweiten Schenkelteil (16) mit einem dritten gekrümmten Abschnitt (140), der sich vom zweiten Ende (28) des Wulstteiles (12) erstreckt, und einem vierten gekrümmten Abschnitt (150), der sich vom dritten gekrümmten Abschnitt (140) zu einem zweiten freien Ende (156) erstreckt, wobei der dritte gekrümmte Abschnitt (140) eine bogenförmige konkave Oberfläche (142) und eine bogenförmige konvexe Oberfläche (144) besitzt, die sich beide zwischen dem zweiten Ende (28) des Wulstteiles (12) und dem vierten gekrümmten Abschnitt (150) erstrecken, welcher eine innere, bogenförmige konkave Oberfläche (152) und eine äußere, bogenför­ mige konvexe Oberfläche (154) besitzt, die sich beide zwischen drittem gekrümmten Abschnitt (140) und dem zweiten freien Ende einer (156) erstrecken, wobei die äußere, konvexe Oberfläche (154) des vierten gekrümmten Abschnittes (150) eine zweite in Axialrich­ tung weisende Dichtfläche (162) bildet, und wobei
die konvexe Fläche (24) des Wulstteiles (12), die konkaven Ober­ flächen (42 und 142) von erstem und drittem gekrümmten Abschnitt (40 bzw. 140) und die konvexen Oberflächen (54 und 154) von zweitem und viertem gekrümmten Abschnitt (50 bzw. 150) eine zusammenhängende äußere Oberfläche des Dichtungsringes (10) bilden.

2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst­ teil (12) und erster und zweiter Schenkelteil (14 und 16) konzentrisch zu einer Achse (A) sind.

3. Dichtungsring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zu einer Mittelebene (B) symmetrisch ist, die den Wulstteil (12) halbiert und zur Achse (A) senkrecht ist.

4. Dichtungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konve­ xe Oberfläche (24) des Wulstteiles (12) Scheitelpunkte (30 und 32) als Stellen des größten Abstandes des Wulstteiles (12) von der Mittelebene (B) aufweist und daß die äußeren konvexen Oberflächen (54 und 154) der Schenkelteile (14 bzw. 16) zweite und dritte Scheitelpunkte (62 bzw. 162) als Stellen des größten Abstandes der Schenkelteile (14 und 16) von der Mittelebene (B) aufweisen und daß dieser Abstand von der Mittelebene (B) bei den zweiten und dritten Scheitelpunkten (62 und 162) größer ist als bei den Scheitelpunkten (30 und 32) des Wulstteiles (12).

5. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß beide Schenkelteile (14 und 16) ausreichend elastisch sind, so daß sich die zweiten und vierten gekrümmten Abschnitte (50 und 150) der Schenkelteile (14 bzw. 16) gegeneinander hin bewegen können, wenn eine Dichtkraft auf zumindest einen dieser gekrümmten Abschnitte einwirkt.

6. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wulstteil (12) und beide Schenkelteile (14, 16) einstückig als einteiliges einheitliches Glied ausgebildet sind.

7. Dichtungsring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er über seine gesamte Länge die gleiche Stärke aufweist.

8. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wulstteil (12) und erster und zweiter Schenkelteil (14 bzw. 16) aus einem elastischen, metallischen Werkstoff gefertigt sind.

9. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die konvexe Oberfläche (24) des Wulstteiles (12) einen Bogen eines ersten Kreises mit einem ersten Radius (R₂), die konkave Oberfläche (42) des ersten gekrümmten Abschnittes (40) einen Bogen eines zweiten Kreises mit einem zweiten Radius (R₃), die konkave Oberfläche (52) des zweiten gekrümmten Abschnittes (50) einen Bogen eines dritten Kreises mit einem dritten Radius (R₅), die konvexe Oberfläche (144) des dritten gekrümmten Abschnittes (140) einen Bogen eines vierten Kreises mit einem vierten Radius (R₄) und die konvexe Oberfläche (154) des vierten gekrümmten Abschnittes (150) einen Bogen eines fünften Kreises mit einem fünften Radius (R₆) bilden.

10. Dichtungsring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Radius (R₂) kleiner ist als die zweiten und vierten Radien (R₃ und R₄) und daß der erste Radius (R₂) größer ist als die dritten und fünften Radien (R₅ und R₆).

11. Dichtungsring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zweiter und vierter Radius (R₃ bzw. R₄) die gleichen Längen besitzen und daß dritter und fünfter Radius (R₅ bzw. R₆) die gleichen Längen besitzen.

12. Dichtungsring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Radius (R₂) etwa 109% größer als der dritte und der vierte Radius (R₅ bzw. R₄) ist und daß der zweite und der vierte Radius (R₃ bzw. R₄) etwa 114% größer sind als dritter und fünfter Radius (R₅ bzw. R₆).

13. Dichtungsring nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogen des ersten Kreises sich an seinem Umfang über einen Winkel­ bereich von etwa 180° bis etwa 190° erstreckt.

14. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bogen des zweiten Kreises und der Bogen des vierten Kreises sich mit ihrem Umfang über Bereiche von jeweils etwa 40° bis etwa 50° erstrecken.

15. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bogen des dritten Kreises und der Bogen des fünften Kreises sich mit ihrem Umfang jeweils über einen Bereich von etwa 65° bis etwa 75° erstrecken.

16. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweiten und vierten gekrümmten Abschnitte (50 bzw. 150) von den Enden des ersten gekrümmten Abschnittes (40) bzw. des dritten gekrümmten Abschnittes (140) weg voneinander divergieren und in ihrem weiteren Verlauf gegen die freien Enden (56 bzw. 156) hin zueinander konvergieren.