DE202019003882U1 - Baugruppe mit zwei im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen zur Anordnung zwischen lösbar zu verbindenden Bauteilen - Google Patents

Abstract

Baugruppe mit zwei im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen, insbesondere zum Austausch von Doppelkonus-Dichtungen an vorhandenen undichten Gehäuse- / Deckelverbindungen, mit einem Tragring (1) zur Dichtungsaufnahme, mit zwei auf einer Längsachse (2) angeordneten rotationssymmetrischen Bauteilen (3, 3') und mit Spannmitteln (4) dadurch gekennzeichnet,
dass der Tragring (1) zu seinem Außendurchmesser hin einen reduzierten Querschnitt aufweist, an dem zu beiden Seiten eine radial verlaufende Verspannfläche (5, 5') angeordnet ist,
dass der Tragring (1) an beiden Seiten des nicht reduzierten Querschnitts eine zylindrische Fläche (6, 6') aufweist,
dass zu beiden Seiten des Tragrings (1) eine Dichtung (9) angeordnet ist, die jeweils an den Flächen (5, 5') und (6, 6') anliegt,
dass an den Bauteilen (3, 3') jeweils zur offenen Stirnfläche hin eine radial verlaufende Anlagefläche (7, 7') und eine kegelige Fläche (8, 8') angeordnet ist und
dass mit den Spannmitteln (4) die Bauteile (3, 3') mit ihren Anlageflächen (7, 7') bis zur Blocklage gegen die Verspannflächen (5, 5') des Tragrings (1) zu verspannen sind, so dass nach dem Verspannvorgang die vorverformten Dichtungen (9) zwischen den kegeligen Flächen (8, 8') der Bauteile (3, 3') und den radial verlaufenden Verspannflächen (5, 5') sowie den zylindrischen Flächen (6, 6') des Tragrings (1) jeweils im Kraftnebenschluss wirken.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit zwei im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen zwischen zwei lösbar zu verbindenden und abzudichtenden Bauteilen, insbesondere zum Austausch von Doppelkonus-Dichtungen an vorhandenen undichten Gehäuse- / Deckelverbindungen, ohne dass an den einzelnen Bauteilen der HochdruckBehälter umfangreiche Änderungsmaßnahmen erforderlich werden.
• Undichtigkeiten an Flanschverbindungen sind im Betriebsalltag nichts Außergewöhnliches. Die zur Beseitigung anfallenden Kosten werden einschließlich nicht unerheblicher Folgekosten als „scheinbar unabwendbar“ in Kauf genommen. Hinsichtlich der Ursachen werden häufig Montagefehler und menschliche Unzulänglichkeiten herausgestellt.
• Es ist jedoch sekundär, ob aufgetretene Leckagen ggf. auf unsachgemäß aufgebrachte Vorverformungskräfte während der Montage, auf von der Größe her unbekannte oder nicht berücksichtigte Zusatzbelastungen, auf thermische oder dynamische Belastungsänderungen, auf den Einfluss von Schraubenrelaxation oder auf Stülpverformungen der miteinander verspannten Bauteile zurückzuführen sind. Bei nicht paarig miteinander verspannten Bauteilen stellen sich vor allem infolge von unterschiedlichen Bauteilsteifigkeiten entsprechend größere Verformungsdifferenzen zueinander ein.
• Am Beispiel von Gehäuse- / Deckelflansch-Verbindungen, die mit hohen Drücken und/oder Temperaturen belastet sind, zeigt sich das unterschiedliche Stülpverformungsverhalten besonders deutlich, denn während der Deckel sich nahezu nur wölbt, stellen sich infolge der Flanschstülpungen im Bereich der mit hohem Fertigungsaufwand hergestellten Doppelkonus-Dichtungen die größten Verformungsdifferenzen zueinander ein, die sich negativ auf das selbstdichtende Dichtprinzip auswirken. Aufgrund der Funktion und der geometrischen Form dieser Dichtungen werden hohe Anforderungen an die Fertigung hinsichtlich der erforderlichen Winkeltoleranz der kegeligen Anlageflächen zueinander gestellt.
• Eine Zwischenlage aus einem leicht verformbaren Material gewährleistet in der Regel einen optimalen Anpressdruck der Dichtflächen zueinander, wobei diese in Dicken von ca. 0,3 mm bis maximal 1,0 mm zur Anwendung gelangen. Als Folienmaterial werden z. B. Aluminium, Graphit, in Sonderfällen auch hochlegierte Materialien gewählt. Weniger bekannt ist jedoch, dass die eingelegten Folien durch die sich im Betrieb einstellenden Stülp-Verformungen der zu verspannenden Bauteile zum Ausgleich der Winkeltoleranzen häufig nicht ausreichen. Dieses zeigt sich durch die auftretenden Leckagen an Hochdruckbehältern mit ausgeführten Doppelkonus-Dichtungen, die unabhängig vom industriellen Anwendungsbereich nicht selten zum Anlagenstillstand und hohen Produktionsausfallkosten führen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Leckagen an bestehenden Behältern in relativ kurzer Zeit dauerhaft zu beseitigen, ohne dass umfangreiche Änderungen sowie Trenn- und Schweißarbeiten an den vorhandenen Bauteilen erforderlich sind.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des nachfolgend beschriebenen Erfindungsgegenstands gemäß des Anspruchs 1 gelöst. Da die Mehrheit der ausgeführten Hochdruckbehälter zum Erreichen einer hohen Anlagenverfügbarkeit eine Auftragsschweißung u.a. als Korrosionsschutz aufweist und die Flächen zur Anlage der Doppelkonus-Dichtungen zum Erreichen der hohen Oberflächengüten entsprechend geschliffen wurden, führten Überlegungen des Erfinders dazu, das Wirkprinzip der metallischen Schmiegungsdichtung zu verlassen und mit dem Prinzip der im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen eine Lösung der Problemsituationen herbeizuführen, zumal elastische federunterstützte Metall-O-Ring- oder Metall-C-Ring-Dichtungen exakt die Oberflächengüten erfordern, die durch die vorhandenen geschliffenen Flächen zur Anlage der Doppelkonus-Dichtungen bereits vorhanden sind. Durch Nutzung des Erfindungsgegenstands sind Leckagen dauerhaft auszuschließen.
• Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 ist ein Tragring zwischen den beiden zu verbindenden und abzudichtenden Bauteilen in Blocklage gegeneinander zu verspannen. Analog einer symmetrisch gestalteten Doppelkonus-Dichtung ist der Tragring in der Regel ebenfalls symmetrisch auszuführen, wobei auf diesem zu beiden Seiten eine federunterstützte elastische Metall-Dichtung anzuordnen ist.
• Die vom Dichtungshersteller vorgegebenen Abmessungen, Fertigungstoleranzen und Oberflächengüten des Tragrings in Verbindung mit den Abmessungen und der Winkellage der Verspannflächen an den zu verbindenden Bauteilen - in der Regel sind es 30° zur Behälterlängsachse - führen im verspannten Zustand zu einer Begrenzung des zu verformenden Dichtungsquerschnitts und sichern die für die Dichtheit der Verbindung erforderliche Dichtungsvorverformung.
• Die von mehreren Dichtungsfirmen hergestellten flexiblen Metall-O-Ring- oder Metall-C-Ring-Dichtungen werden mehrheitlich in offenen oder geschlossenen Rechtecknuten eingebaut. Durch den sich am Erfindungsgegenstand bildenden umlaufenden nicht rechteckigen Ringraum zwischen den Anlageflächen des Tragrings und den Verspannflächen an den zu verbindenden Bauteilen, an denen während des Verspannvorgangs die Dichtung jeweils gleitet, stellt sich am Umfang des Dichtungsschnitts jeweils an drei Stellen eine umlaufende Abdichtungsfläche ein, deren Breite sich in Abhängigkeit des Dichtungstyps, dem Querschnitt und der Kompressionsrate ergibt.
• Die infolge der unterschiedlichen Bauteilsteifigkeiten zu Problemen führenden Verformungsdifferenzen sind bei einem Austausch der Doppelkonus-Dichtungen durch den Erfindungsgegenstand weniger bedeutungsvoll. Zum einen reduziert sich der Einfluss im Verhältnis der aufliegenden Wirkbreite der Doppelkonus-Dichtung zu der sich jeweils an den drei Stellen des Dichtungsumfangs einstellenden relativ geringeren Auflagebreiten der Metall-O-Ring- / C-Ring-Dichtungen, zum anderen werden die minimierten auf den Dichtungskörper wirkenden Verformungsdifferenzen durch die hohe Elastizität der flexiblen Metall-O- / C-Ringe schadlos aufgenommen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer schematischen Zeichnung in 1 dargestellt und beschrieben.
• 1 zeigt den Längsschnitt durch die Baugruppe mit zwei im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen (9), in dem nach dem Verspannen mit den nicht dargestellten Spannmitteln (4) die Bauteile (3, 3') mit ihren radialen Anlageflächen (7, 7') in Blocklage gegen die im reduzierten Querschnitt des Tragrings (1) angeordneten Verspannflächen (5, 5') verspannt sind. Die jeweils zwischen den kegeligen Flächen (8, 8') der Bauteile (3, 3') sowie den radialen Verspannflächen (5, 5') und den zylindrischen Flächen (6, 6') des Tragrings (1) vorverformten Dichtungen (9) wirken im Kraftnebenschluss. Die radialen Anlageflächen (7, 7') sind in den Bauteilen (3, 3') nur soweit eingedreht, dass zwischen diesen ein axialer Freiraum (10) gegeben ist.
• Bezugszeichenliste

1

Tragring

2

Behälterlängsachse

3, 3'

zu verbindende Bauteile

4

in axialer Richtung auf die zu verbindenden Bauteile 3, 3' wirkenden Spannmittel (nicht dargestellt)

5, 5'

radiale Verspannflächen am reduzierten Tragring-Querschnitt

6, 6'

zylindrische Flächen am nicht reduzierten Tragring-Querschnitt

7, 7'

radiale Flächen an den zu verbindenden Bauteilen 3, 3'

8, 8'

kegelige Flächen an den zu verbindenden Bauteilen 3, 3'

9

federunterstützte flexible Metall-O-Ring- / C-Ring-Dichtung

10

axialer Freiraum zwischen den zu verbindenden Bauteilen 3, 3'

Claims (3)

1. Baugruppe mit zwei im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen, insbesondere zum Austausch von Doppelkonus-Dichtungen an vorhandenen undichten Gehäuse- / Deckelverbindungen, mit einem Tragring (1) zur Dichtungsaufnahme, mit zwei auf einer Längsachse (2) angeordneten rotationssymmetrischen Bauteilen (3, 3') und mit Spannmitteln (4) dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (1) zu seinem Außendurchmesser hin einen reduzierten Querschnitt aufweist, an dem zu beiden Seiten eine radial verlaufende Verspannfläche (5, 5') angeordnet ist, dass der Tragring (1) an beiden Seiten des nicht reduzierten Querschnitts eine zylindrische Fläche (6, 6') aufweist, dass zu beiden Seiten des Tragrings (1) eine Dichtung (9) angeordnet ist, die jeweils an den Flächen (5, 5') und (6, 6') anliegt, dass an den Bauteilen (3, 3') jeweils zur offenen Stirnfläche hin eine radial verlaufende Anlagefläche (7, 7') und eine kegelige Fläche (8, 8') angeordnet ist und dass mit den Spannmitteln (4) die Bauteile (3, 3') mit ihren Anlageflächen (7, 7') bis zur Blocklage gegen die Verspannflächen (5, 5') des Tragrings (1) zu verspannen sind, so dass nach dem Verspannvorgang die vorverformten Dichtungen (9) zwischen den kegeligen Flächen (8, 8') der Bauteile (3, 3') und den radial verlaufenden Verspannflächen (5, 5') sowie den zylindrischen Flächen (6, 6') des Tragrings (1) jeweils im Kraftnebenschluss wirken.
2. Baugruppe mit zwei im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide der Anlageflächen (7, 7') in den Bauteilen (3, 3') nur so tief als Ausdrehung eingearbeitet sind, dass nach dem Erreichen der Blocklage stets ein axialer Freiraum (10) zwischen den Bauteilen (3, 3') gegeben ist.
3. Baugruppe mit zwei im Kraftnebenschluss wirkenden Dichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (4) Standard-Flanschverbindungen oder kraft- und formschlüssige Verbindungsanordnungen sind.

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