DE2024840A1

DE2024840A1 - Abdichtungskonstruktion für Rohrverbindungen

Info

Publication number: DE2024840A1
Application number: DE19702024840
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Reddy, Robert Raymond, Pasadena, Calif. (V.St.A.)
Priority date: 1969-05-23
Filing date: 1970-05-21
Publication date: 1970-12-10
Also published as: FR2048734A5; GB1266656A; US3537731A; JPS5110365B1

Description

H. SCHROETER · K. LEHAMNN

PATtriTANWÄLTE 2024 8 AO

8München 25 ■ Lipowskystr. 10 · Tel. 778956

Robert Raymond REDDY an-hi-l6

21. Mai 1970

Abdichtungskonstruktion für Rohrverbindungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für eine Rohrverbindung.-

Es besteht ein zunehmender Bedarf an Dichtungen, die so ausgebildet sind, daß ihre Abdichtungsfähigkeit mit dem Unterschied zwischen den auf sie wirkenden Drücken zunimmt, und daß nur eine minimale mechanische Kraft aufgebracht zu werden braucht, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten. Gemäß der Erfindung soll eine derartige Dichtung geschaffen werden; die Dichtung gemäß der Erfindung hat die Aufgabe, über ihren ganzen Umfang eine das Entweichen von Fluden verhindernde Abdichtung zwischen zwei Stoßflächen zu bewirken, die sich in der Umfangsrichtung um zwei gleichachsig angeordnete Kanäle oder Rohre herum erstrecken. Die Abdichtungskonstruktion umfaßt eine in einer der Stoßflächen ausgebildete Ringnut mit einer Basisfläche, die unter einem Winkel zu der Stoßfläche verläuft, ferner mit einer von der Stoßfläche durch einen Abstand getrennten, die Basisfläche schneidenden Rücken- oder Stützfläche sowie mit einer mindestens gegenüber einem l'eil der Ringnut überhängenden Haltelippe.

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In dieser Ringnut ist ein Dichtungsring angeordnet, der eine lückenlos an der Basisfläche der Ringnut anliegende Basisfläche aufweist, Nahe der Stützfläche und der Haltelippe der Ringnut ist an dem Dichtungsring ein Widerlager ausgebildet. Ferner ist eine Keilfläche vorgesehen, welche die Basisflache schneidet und mit ihr einen Winkel bildet, der im wesentlichen gleich dem Neigungswinkel der Stoßflächen ist, so daß die Keilfläche an der ihr gegenüber liegenden StoßT fläche abstützt. Der Keilfläche des Dichtungsrings ist ein ringförmiger, nach außen ragender Steg benachbart, der im entspannten Zustand über die Kellfläche hinausragt und durch eine erste und eine zweite Ringnut abgegrenzt ist. Die erste Ringnut ist genügend breit, um den Steg aufnehmen zu können, wenn dieser durch seine Berührung mib einer der Stoßflächen zur Seite gebogen wird, was geschieht, sobald die Stoßflächen zur Anlage aneinander gebracht werden. Der Dichtungsring besteht aus einem elastischen Werkstoff, so daß dann, wenn ein Druckunterschied zur Wirkung kommt, wobei das Widerlager der dem höheren Druck ausgesetzten Zonezugewandt ist, und wobei der Steg in Richtung auf das Widerlager umgebogen ist, e^.ae Kraft erzeugt wird, die den Steg gegen eine der Stoßflächen drückt, um die Basis des Dichtungsrings gegen die Basisfläche der erwähnten Ringnut zu drücken und den Teilabschnitt gegen die Basisfläche der Ringnut und die ihm gegenüber liegende Stoßfläche zu drücken.

i'erner ist eine Vorrichtung vorgesehen, mittels derer die beiden erwähnten Körper in axialer Richtung gegeneinander gezogen werden können. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt diese Vorrichtung eine mit dem einen Körper zusammenarbeitende Mutter mit einem mit dem anderen Körper zusammenarbeitenden Gewinde.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen beschrieben.

Fig» 1 geigt eine Ausführungsforra der Erfindung in einem axialen Teilschnitt,

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Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Teil des bei der Anordnung nach Fig. 1 vorgesehenen Dichtungsrings und zeigt den Dichtungsring im entspannten Zustand.

Fig. 3 ist ein verkleinerter Tcilschnitt längs der Linie

3-3 in Fig.. 1, .

In Fig. 1 erkennt man eine insgesamt mit 10 bezeichnete Rohrverbindung gemäß der Erfindung, bei der zwei Körper 11 und 12, und zwar genauer gesagt zwei Rohrabschnitte, so miteinander verbunden sind, daß ihre Enden aneinander anliegen. Die Körper oder Rohre sind vorzugsweise durch eine Vorrichtung bekannter Art miteinander verbunden, die z.B. einen Stützring 13 umfaßt, ferner eine mit dem Stützring zusammenarbeitende Mutter 14 und ein an dem Rohr 11 ausgebildetes Gewinde 15, mit dem ein entsprechendes Innengewinde der Mutter zusammenarbeitet.

Die Abdichtung wird zwischen zwei Stoßflächen 20 und 21 bewirkt, die auf bekannte Weise kegelstumpfförmig sind, jedoch gegebenenfalls auch als Rotationsflächen von anderer Form ausgebildet sein könnten, und zwar sogar als sich berührende ebene !'lachen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Rohrverbindung handelt es sich jedoch um eine bekannte und häufig angewendete Konstruktion.

Die Abdichtung wird an einer Ringnut 25 bewirkt, die durch mehrere' Flächen abgegrenzt ist, von denei. die erste eine B?sisflache 26 ist, die unter einem Winkel zu der zugehörigen Stoßfläche 20 verläuft, so daß sie diese Stoßfläche an einer kreisrunden Kante 27 schneidet. Diese Basisfläche kann zweckmäßig eine zylindrische Form haben. Der Basisfläche ist eine Stützfläche 28 benachbart, die in Richtung auf die zugehörige Stoßfläche 20 gekrümmt ist. Dieser Stützfläche ist eine Haltelippe 29 benachbart, die gegenüber einem Teil der Ringnut 25 überhängt und an der Stoßfläche 20 endet.

In der Ringnut 25 liegt ein Dichtungsring 30 mit einer zu der Bs.sisflache 26 passenden und an ihr anliegenden Basis-

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fläche 31 und einem Widerlagerabschnitt 32 mit einer Begrenzungsfläche 33» die allgemein dem Profil der Stützfläche 28 und der Haltelippe 29 folgt und sich bis zum Rand der Haltelippe erstreckt, so daß die Haltelippe den Dichtungsring in der Ringnut 25 festhalten kann. Gemäß der Erfindung ist es nicht erforderlich, eine enge Passung zwischen der Begrenzungsfläche 33 und'der Stützfläche 28 sowie der Haltelippe 29 vorzusehen.

■ Der Dichtungsring weist ferner an seinem den Stoßflächen benachbarten Teil eine Keilfläche 34- auf, deren Kegelwinkel dem Kc.gelwinkel der Stoßfläche 21 entspricht. Nahe dieser Keilfläche ist ein ringförmiger Steg 35 vorgesehen, der in seinem in Figo 2 gezeigten entspannten Zustand von dem Widerlagerabschnitt 32 durch eine erste Ringnut 36 und von der Keilfläche durch eine zweite Ringnut 37 getrennt isto Bei der zweiten Nut kann es sich lediglich um einen Schlitz handeln, dessen Hauptaufgabe darin besteht, den Steg abzugrenzen, Jedoch kann die zweite Nut auch dazu dienen, den Steg in einem größeren Abstand von der Keilfläche anzuordnen, wenn sich dies als zweckmäßig erweisen sollte. Die Ringnut 36 ist genügend breit und tief, um den Steg 35 aufnehmen zu können, wenn die Stoßflächen 20 und 21 gemäß Fig. 1 zur Anlage aneinander gebracht werden.

Der Dichtungsring besteht aus einem elastischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Werkstoff, der seine Elastizität innerhalb eines großen Temperaturbereichs behält, wie es z.B. bei einem Fluorelastomer der Fall ist. Ferner sind fluorhaltige Kohlenwasserstoffe verwendbar, z.B. Polytetrafluorethylen oder das unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "KeI-F" erhältliche Material. Die wichtigste Eigenschaft, die der Wirkstoff aufweisen muß, besteht darin, daß er seine Elastizität innerhalb des gesamten Temperaturbereichs beibehält, der bei dem jeweiligen Verwendungszweck in Frage kommt.

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Der Dichtungsring ist als Rotationskörper ausgebildet, und die die Kingnut und die Anlageflächen bildenden Flächen sind Rotationsflächen, denen allen gemäß Fig. 1 die Achse 16 gemeinsam ist. Die Basis der Ringnut und die Basis des Dichtungsrings verlaufen unter einem Winkel zu den Stoßflächen und 21, und die Keilfläche 34- liegt an einer der Stoßflächen an, so daß gemäß Fig. 1 und 2 der dem äußeren Rand 27 der Ringnut 25 benachbarte Teil des Dichtungsrings 30 einen Keil 38 bildet.

Die beschriebene Dichtungskonstruktion hat die Aufgabe, längs ihres Umfangs eine Abdichtung gegen einen Druckunterschied zu bewirken, der zwischen einem höheren Druck in einer bestimmten Zone und einem niedrigeren Druck in einer zweiten Zone herrscht, wobei eine der Zonen durch die sich durch die Rohre 11 und 12 erstreckenden Kanäle 39 und 40 gebildet wird, während die andere Zone durch die Umgebung der Körper oder Rohre gebildet ist. Die hier beschriebene und dargestellte Dichtungskonstruktion eignet sich zum Abdichten gegenüber einem in den Kanälen herrschenden Unterdruck, und sie erweist sich auch in Fällen als vorteilhaft, wie sie sich z.B_o bei ozeanographischen Arbeiten ergeben können, bei denen auf die Außenseite eines Rohrstrangs ein hoher hydrostatischer Druck wirkt, während innerhalb des Rohrstrangs der Druck der Atmosphäre vorhanden sein kann. In diesen Fällen wird die Abdichtungswirkung gegen einen auf der Außenseite der Rohrleitung herrschenden Überdruck bewirkt, und das Widerlager ist der Hochdruckzone auf der Außenseite der Rohre näher benachbart als der Keil 38.

Wenn der Druckunterschied in der entgegengesetzten Richtung wirkt, so daß der höhere Druck auf der Innenseite zur Wir ung kommt, ordnet man die Ringnut und den Dichtungsring in der entgegengesetzten Lage an, so daß das Widerlager den Kanälen näher benachbart ist als der Keil 38. Natürlich läßt sich der beschriebene Dichtungsring nicht einfach in umgekehrter Lage einbauen, doch ist es ohne Schwierigkeiten

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möglich, eine entsprechende erfindungsgemäße Konstruktion für den Fall zu schaffen, daß der Druck im Inneren der Rohrleitung höher ist als in ihrer Umgebung.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Dichtungskonstruktion ist aus Pig. 1 ersichtlich, wo eine !Rohrverbindung in ihrem zusammengebauten Zustand dargestellt ist, in dem die beiden Rohre durch eine Überwurfmutter zusammengehalten sind» Zwar werden die Stoßflächen 20 und 21 in flache Anlage aneinander gebracht, doch liegt es auf der. Hand, daß Undichtigkeiten auftreten könnten, wenn keine weitere Dichtung vorgesehen äjä wäre. Der Dichtungsring 30 verhindert solche Leckverluste, und wenn er in der gezeigten Weise eingebaut ist, ist der-Steg 35 so umgebogen, daß er in die erste Ringnub 36 hineinragt. Die mechanische Elastizität veranlaßt den üfceg 35> sich an die Stoßfläche 21 anzulegen, die zweckmäßig einen Teil eines auf bekannte Weise aufgeweiteten Abschnitts 41 an einem der beiden Rohre bildet»

Wenn auf der Außenseite der Dichtungskonstruktion ein Überdruck herrscht, wirken auf den Dichtungsring die in Fig. 1 durch Pfeile angedeuteten Kraftkomponenten. Hierbei ergibt sich eine durch die Pfeile 42 angedeutete resultierende axiale Kraft, durch die der Keil 38 gegen die Stoßfläche 21 äfrt gedrückt wird. Die durch die Pfeile 43 angedeuteten Kräfte umfassen Komponenten, die in der gleichen Richtung wirken, sowie Komponenten, durch die die Basis des Dichtungsrings gegen die Basisfläche 26 gedrückt wird. Weitere Kräfte 44 sind bestrebt, das Widerlager in Richtung auf die Achse 16 in Fig. 1 zu bewegen, so daß sie ebenfalls dazu beitragen, die Basis des Dichtungsrings gegen die Basisfläche 26 zu drücken. Auf diese Weise wird zwangsläufig eine Kraft aufgebracht, durch die die Keilfläche 34 gegen die Stoßfläche 21 gedrückt wird, und man erhält eine sich in der Umfangsrichtung zwischen der Basis des Dichtungsrings und der Basisfläche 26 erstreckende vorgespannte Dichtung, deren Dichbungswirkung mit höher werdendem Außendruck zunimmt.

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Ferner bezeichnen in Mg. 1 Pfeile 45 eine Kraft, die auf Undichtigkeiten im Bereich der äußeren Teile der Stoßflächen zurückzuführen ist und bestrebt ist, den Steg 35 gegen die Stoßfläche 21 zu drücken, so daß die Dichtungswirkung um so größer wird, je höher der Druckunterschied ist«

Man erkennt somit, daß auch beim !Fehlen eines Druckunterschiedes eine anfängliche Dichtungswirkung erzielt wird, die teilweise auf die mechanische Keilwirkung zurückzuführen ist, da die ^eilfläche 34 die Brsis 31 des Dichtungsrings gegen die B;sisfläche 26 drückt, sowie teilweise auf die Durchbiegung des Steges 35· Wenn sich dann der Druckunterschied erhöht, vergrößern sich die in Fig. 1 durch die Pfeile β needeuteten Kräfte entsprechend.

Die ldn^nut 25 läßt sich am Lnde eines Rohrs leicht durch eine maschinelle Bearbeitung herstellen, und auch der Dichtungsring 30 ist ohne Schwierigkeiten im Wege eher maschinellen Bearbeitung oder auf andere Weise herstellbar. Die erfindungsfeinäße Dichtungskonstruktion ist einfach und zuverlässig. Solion wenn beim Zusammenbau nur kleine Kräfte aufgebracht werden, wird eine gute Dichtungswirkung erzielt, und diese Dichtungswirkung verstärkt sich noch bei einer Zunahme des LruckunterschiedeSo

Ansprüche;

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Claims

ANSPRÜCHE

1.' Abdichtungskonstruktion für eine Rohrverbindung zwischen zwei Körpern mit sich in der Umfangsrichtung um gleichachsig angeordnete Kanäle herum erstreckenden Stoßflächen, wobei die Abdichtung entgegen einem Druckunterschied in Richtung von einer einem höheren Druck ausgesetzten Zonezu einer einem niedrigeren Druck ausgesetzten Zone bewirkt wird, wobei eine dieser Zonen durch die Kanäle und die andere Zone durch die Umgebung der Körper gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Stoßfläche (20) der beiden Stoßflächen (20, 21) eine Ringnut (25) ausgebildet ist, die eine Basisfläche (26) aufweist, welche u ter einem Winkel zu der zugehörigen Stoßfläche (20) verläuft, ferner eine in einem Abstand von der zugehörigen Stoßfläche angeordnete Stützfläche (28), welche die -^csisfläche schneidet, sowie eine der Stützfläche benachbarte Iialtelippe (29), die gegenüber mindestens einem Teil der Ringnut überhängt, und daß in der Ringnut ein Dichtungsring (30) liegt, der eine Besis (31) besitzt, die flach und lückenlos an der Basisfläche der Ringnut anliegt, ferner ein der Stützfläche und der Haltelippe benachbartes Widerlager (32), eine Keilfläche (34), die die Basis des Dichtungsrings schneidet und einen Kegelwinkel aufweist, der im esentlichen gleiöh dem Kegelwinkel der Stoßflächen ist, so daß die Keilfläche zusammen mit der Basis des Dichtungsrings einen Keil (38) bildet, der mit der Basisfläche der Ringnut und der ihr gegenüber liegenden Stoßfläche (21) mit einer Keilwirkung zusammenarbeitet, sowie einen der ^eilfläche benachbarten, nach außen ragenden ringförmigen Steg (35), der in seinem entspannten Zustand über die Keilfläche hinausragt und durch eine erste Nut (36) und eine zweite Nut (37) abgegrenzt ist, daß die erste Nut genügend breit ist, um den Steg aufzunehmen, wenn dieser bei seiner

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Berührung mit einer der Stoßflächen in diese Nut hinein umgebogen wird, was geschieht, wenn die Stoßflächen zur Anlage aneinander gebracht werden, und daß eine Vorrichtung (14, 15) vorgesehen ist, um die beiden Körper (11, 12) in axialer Richtung gegeneinander zu ziehen, wobei der Dichtungsring aus einem elastischen Werkstoff besteht, so daß dann, wenn der Druckunterschied zur Wirkung kommt, wobei das Widerlager der dem höheren Druck ausgesetzten Zone zugewandt und der Steg in Richtung auf das Widerlagerumgebogen ist, eine Kraft ausgeübt wird, die den Steg gegen eine der Stoßflächen zu drücken, damit die Basis des Dichtungsrings gegen die B sisfläche der Ringnut gedruckt wird, und damit der Keil in Richtung auf die Schnittlinie (27) zwischen der Basisfläche und der zugehörigen Stoßfläche vorgespannt wird, um eine vollständige Abdichtung der Rohrverbindung zu bewirken, wobei die Ringnut und die Stoßflächen durch Rotationsflächen gebildet sind und der Dichtungsring ein Rotationskörper ist, wobei alle diese Flächen und Teile auf einer gemeinsamen Achse liegen.

2. Abdichtungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß die Vorrichtung eine mit dem einen Körper (12) zusammenarbeitende Mutter (14) und ein mit dem anderen Körper (11) zusammenarbeitendes Gewinde umfaßt.

3. Abdichtungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (30) aus einem Fluorelastomer besteht.

4. Abdichtungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch

ge kennzeichne t, daß der Dichtungsring (30) aus Polytetrafluoräthylen besteht.

5· Abdichtungskonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß die Stoßflächen (20, 21) Kegelstumpfflächen sind.

6. Abdichtungskonstruktion nach Anspruch 5» dadurch g e kennzeichne t , daß die Vorrichtung eine mit dem einen Körper (12) zusammenarbeitende Mutter (14) und ein mit dem anderen Körper "(11) zusammenarbeitendes Gewinde (15) umfaßt.

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Le e rs e i t e