DE2051981A1

DE2051981A1 - Dichtung mit induzierter Elastizität

Info

Publication number: DE2051981A1
Application number: DE19702051981
Authority: DE
Inventors: Henri Brüssel Chaumont (verstorben); Bellanger, Guy, Versailles (Frankreich)
Original assignee: SEVA SA
Current assignee: SEVA SA
Priority date: 1969-10-24
Filing date: 1970-10-22
Publication date: 1971-07-08
Also published as: GB1326754A; FR2063649A5; LU61919A1; CH528691A; NL7015014A; ES197810U; JPS4925288B1; BE757953A; ES197810Y

Description

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Frelllgralhstraße 19 . Eisenacher straße 17

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Fernsprecher: 51013 WIH¹- my». .UUdIU ΡΒΙίΙΒΓ 398012

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Dichtung mit induzierter Elastizität

Die Erfindung betrifft eine Dichtung mit induzierter Elastizität zum Abdichten zweier Rohrelsmente, oder, allgemein gesagt, zum Abdichten zweier Hohlkörper, die mit Planschen verbunden sind.

Bekanntlich geht man am häufigsten so vor, daß man zwischen zwei Dichtflächen ein Dichtelement einlegt, welches in spezieller V/eise so ausgebildet ist, daß seine Verformung zwischen den zwei Plansahen ihm eine Form und mechanische Eigenschaften verleiht, aufgrund deren es in haltbarer V/eise unter Einsatzbedingungen ein Überströmen der abzudichtenden Flüssigkeit zu verhindern vermag. Ein derartiges Spezialelement wird normalerweise Dichtung genannt.

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SOCIETE D¹ETUDES VERRIERES APPLIQUEES

62, Bd. Victor Hugo, (92) Neuilly-sur-Seine/Frankreich.

Als Ideal ist eine Dichtung anzusehen, wenn sie unter geringstem Kostenaufwand eine optimale Abdichtung unter den härtesten Betriebsbedingungen sicherstellt. Ihre Beschaffenheit und ihre Ausbildung sollten außerdem einander widersprechende Eigenschaften zulassen, nämlich Plastizität, Elastizität und mechanische sowie chemische Widerstandsfähigkeit. Mit fast allen bekannten Dichtelementen kann man nur dann eine vollständige Abdichtung erzielen.

komplizierte
wenn manVFlansche verwendet, die umfassend und genau maschinell bearbeitet,' d.h., dementsprechend teuer sind.

Das französische Patent 1 477 46o und seine Zusatzpatente bzw. -anmeldungen Nr. 9o 098, 99^194 und PV. 3 582 vom 27. November I968 beseitigen diese Nachteile. Hierzu sind sie auf eine metallische Dichtung mit induzierter Elastizität gerichtet, die aus einem Dichtelement

Metall
auseinemweicherbesteht, welches zwischen zwei elastischen

Dicke Einlegelementen eingeschlossen ist, über deren es hinausragt. Die Rückwirkung der Einlegelemente auf das Dichtelement gibt letzterem eine induzierte Elastizität; wodurch sichergestellt wird, daß diese Dichtung an Leistungsfähigkeit klassischen Dichtungen übertrifft..

Die Erfindung betrifft eine Dichtung der vorstehend genannten Art. Nach einem ersten Merkmal der Erfindung besteht die Dichtung aus einem Torus aus verformbarem, inkompressiblem Material, insbesondere aus einem weichen

Metall,

welches von einer widerstandsfähigen Umhüllung umgeben ist, die ihrerseits zwischen zwei Einlegelementen aus elastischem Metall eingeschlossen ist.

Eine derartige Dichtung paßt sich an ebene flansche an und weist Eigenschaften auf, die eine besonders genaue

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Bearbeitung überflüssig machen. Die Ausbildung der Dichtung gestattet die Aufrechterhaltung einer Dichtwirkung in einem weiten Druckbereich zwischen dem Vakuum und ™eh» trerem Kilobar sowie in einem Temperaturbereich, der sich von Tiefsttemperaturen bis zu den Schmelztemperaturen von Metallen erstreckt. Schließlich gestattet die Freizügigkeit oder Flexibilität der Wahl der Materialien die Erstellung von Dichtungen, die resistent sind gegen die chemischen Einwirkungen unterschiedlichster Wirkstoffe.

Die Einlegeelemente weisen im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt auf, jedoch müssen ihre Flanken, die mit dem Dichtelement zusammenwirken, nicht unbedingt geradlinig verlaufen. Auch können ihre Flächen, die die Flansche berühren, Rippen aufweisen, die vor allem Zentrierungen oder Querverstrebungen zwischen den Flanschen bilden.

Die Dichtung nach der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement im Querschnitt oder Radialschnitt eine korivexe Porm aufweist, die gebildet wird von zwei ohne Knickpunkte miteinander verbundenen Kurv»nbÖ£;en, welche, in dem Bereich, wo die Umhüllung mit den Planken der Sinlepreelercerrte in Kontakt steht, von zwei Streclten?bschnitten verbunden sind, deren Länge geringer ist als die Dicke der .Eihlegeelemente. Im Verspanr.ungsbereich übersteigt die Hah«= des Dichtelements, gemessen in axialer Richtung, selbstverständlich die maximale Dicke der Einlegeelemente, da dies erst eine Verspannung möglich macht.

Unter Einsatzbedingungen kann die plastische Deformation des verformbaren Materials, aus dem das Dichtelement besteht, mit der- Deformation einer Flüssigkeit verglichen werden. Die Umhüllung besteht aus einem Metall, dessen

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BAD ORiGiNAL

Elastizitätsgrenze ausreichend hoch liegt, um gute Festig keitseigenschaften mit beachtlicher Flexibilität zu verbinden. Sie hindert das verronnbare Material daran, in die Winkel hineinzufließen, und sie erfüllt ihren Zweck unabhängig von ihrer Ausführungsforra, sofern sie das Dichtelement während

des Einsatzes der Dichtung vollständig abschließt.

·· In der Praxis besteht nicht die Möglichkeit, Quersehlitze in der Umhüllung vorzusehen. Man kann jedoch so vorgehen, daß die Umhüllung beispielsweise aus einem erschlossenen Rohr besteht, oder, ira Gegensatz dazu durch

ein
zusammensetzen von Einzelelementen gebildet und durch Ver~

.·**■ schweißen, Umböräeln bzw. Verquetschen oder auf andere beliebige Weise verschlossen wird. Es besteht sogar die Möglichkeit, die Funktion des Einschließens des verformbaren Materials teilweise auf die Flansche bzw. sogar auf die Flanken der Einlegeeletaente übertragen, und zwar derart, daß die umhüllung gegebenenfalls an einem dieser Teile befestigt bzw. angesetzt wird oder in ihren torusförmigen, nicht aneinanderstoßenden Elementen verjüngt ausgebildet ist, unter der Voraussetzung, daß die so gebildeten und ausreichend schmalen Spalte sich in Längsrichtung erstrecken und vor den Flanschen oder den Einlegeelementen liegen. Man kann schließlich auch beide Möglichkeiten gleichzeitig anwenden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei auf folgende Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung verwiesen, auf der Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen: _:

Fig. 1 eine erfindungsgeraäße Dichtung mit induzierter Elastizität, die zwischen den Flanschen zweier abzudichtender Rohrstücke befestigt ist;

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Pig. 2 bis 7 verschiedene Ausführungsformen der Dichtung, wobei in jedem Pail die verformbare Seele, die Umhüllung von regelmäßiger konvexer Gestalt und die beiden elastischen Einlegeelemente gezeigt sind;

Fig. 8 einen Schnitt durch die Dichtung nach der Erfindung in Einbaustellung vor der Verspannung der Plansche;

■ Pig. 9 und Io die fortschreitende Verquetschung des Dichtelements während des Einsatzes.

pig.. I zeigt die zusammengebaute Kupplung zweier Rohre 1 und 2, die mit Flanschen 3 und 4 verbunden sind, Die Kupplung bedient sich einer Dichtung nach der Erfindung, die zwischen die Tragflächen der Flansche eingelegt ist. Die Dichtung wird von einem Dichtelement gebildet, welches eine torusförmige Metallseele 5 aufweist, die · in einer hohlen, ebenfalls torusförmigen Umhüllung 6 eingeschlossen ist. Das gesamte Dichtelement liegt zwischen zwei elastischen Einlegeelementen, und zwar einem inneren 7 und einem äußeren 8. Das Verspannen der Plansche j5 und 4 erfolgt mittels Schrauben 11 und Muttern 12 oder mittels sämtlicher anderen geeigneten Verspannungsvorrichtungen.

Die Form der neuen Dichtung kann vom Kreis bis zum Rechteck mit abgerundeten Ecken gehen, und zwar jeweils eingeschrieben innerhalb der Flansche J> und 4 sowie der Einlegelemente 7 und 8. Im Maße ihrer Verwendung neigt sie dazu, sich der letztgenannten Form anzunähern, und zwar infolge fortschreitender Verquetschung des Dichtelements während des Einsatzes und bei Demontagen, Damit die Dichtung verwendbar ist, müssen jedoch die An-

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schlußstellen oder Übergänge ohne Knicke regelmäßig gekrümmt sein. Insbesondere heilst dies, daß sich die Kriimmung tangential einerseits an die Planken Io der Einlegeelemente und das Innere ihrer Tragflächen, sowieandererseits an die innen liegenden Tragflächenbereiche der Flansche anschließt.

Die Seele besteht aus einem verformbaren, inlcompressib-

...,.,_ _Λ einem weichen Metall 1en Material, insbesondere aus ' **' " ■-*, währendaie Um? hüllung 6 aus einem Metall mit ausreichend hoher Elastizitätsgrenze hergestellt ist. Die Art der Materialien, aus denen die Dichtung besteht, wird lediglich durch die Einsatzbedingungen bestimmt. Das verformbare Material kann ebenso gut aus Blei wie aus Zink, aus Kadmium, aus Zinn oder aus Aluminium bestehen. Es besteht sogar die Möglichkeit, als Ersatz ein synthetisches Material zu verwenden und es auch bei einer Temperatur oberhalb seines Schmelzpunktes einzusetzen.

Die Ummantelung 6 soll die Zug- und Biegebeanspruchungen aufnehmen können, denen sie beim Verspannen der Flansche und bei der Deformation der Seele an den Ecken unterworfen wird. Darüber hinaus sorgt sie im.allgemeinen für die chemische Widerstandsfähigkeit. Wie im übrigen auch die Einlegeelemente, kann sie, je nach Anwendungsfall, beispielsweise aus Federstahl, aus rostfreiem Stahl, aus Berylliumbronze oder aus Aluminiuralegierungen bestehen und, gegebenenfalls, mit einem Schutzüberzug, wie beispielsweise einer Verchromung versehen sein. Die Abdichtr wirkung kann mittels der Umhüllung erzielt werden. Trotz ihrer relativ großen Härte verletzt sie in der Tat nicht die Flansche, da ihr die geringe Wandstärke eine ausreichende Flexibilität verleiht. Dieser Fall ist in den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 4 dargestellt.

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Sach Fig, 1 bestellt die Umhüllung aus einem geschlossenen ROhT₁ das die Seele 5 vollständig einschließt und das weiche Metall daran hindert, während des Einsatzes der Dichtung in aie Ecken zu fließen. Die Umhüllung gemäß Fig. 2 !»eist in dem Bereich, in dem sie mit der Flanke des inneren Einlegelements in Kontakt steht, einen Längsschlitz 13 auf« Dieser Längsschlitz kann durch Schweißen oder Löten gemäß Fig. 3 verschlossen sein. Die Umhüllung nach Fig. 4 besteht aus einem Blech, das ■ , -...-·* um den Kern herumgerollt ist und deren Kanten durch Bördeln verbunden sind. Für den Fall, daß man eine vollständige Abdichtung erzielen will, insbesondere eine Abdichtung gegen vakuum, kann die Umhüllung ihrerseits einen äußeren plastischen Überzug erhalten. Der Überzug kann ebenso gut aus Kohlenstofftetraf luorid oder aus einem Metall, wie beispielsweise Zink, bestehen.

Die Diehtwirkung kann auch durch die Seele erzielt -werden. Die Kontaktlinie ist dann so schmal, daß eine eventuell auftretende Korrosion vernachlässigbar sein sollte. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet zum Aufrechterhalten von Hochvakua "-" Es handelt sich hierbei um die Aus rührungsformen nach den Figuren 5 bis .7, bei denen die Umhüllung aus torusförmigen, nicht aneinanderstoßenden Elementen zusammengesetzt ist. Dabei wird ein abschließendes Metals sichergestellt durch die Flansche und die Flanken der Einlegeelemente, Beispielsweise setzt sich die Umhüllung gemäß Fig. 5 aus zwei Halbsehalen zusammen, nämlich aus einer oberen Halbschale lh tu«! einer unteren Halbschale I5* die zwischen sich schmale, längs laufende und auf die Einlegeelemente gerichtete Schlitze 16 bilden.

Gemäß Fig. 6 sind zwei Halbsehalen, eine äußere und eine innere, von Schlitzen YJ getrennt, die sich gegen

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die Flansche richten. Die umhüllung nach Fig. 7 schließlich wird von vier torusförmigen Elementen 18, I9, 2o und 21 gebildet, die sich nicht berühren und vier auf die Flansche und auf die Einlegeelemente gerichtete Schlitze einschließen.

Die Figuren 8 bis Io zeigen die fortschreitenden Deformationen der Seele 5 in dem Maße, in dem die Verspannung der Flansche 3 und 4 stärker wird. Gemäß Fig. 8 ist die Dichtung zwischen die ebenen Flächen der beiden Flansche eingelegt, die man einander annähert, und zwar beispielsweise mittels einer Verspannungsvorrichtung entsprechend der nach Fig. 1, um die Abdichtwirkung hervorzurufen. Die Flansche kommen zuerst mit der oberen und der unteren Fläche des Elements in Berührung und verformen letzteres. Damit ergibt sich eine Verminderung in de?.,Höhe. Das praktisch inkompressibleweicho^^e^^a^-^3orgt jedoch dafür, daß der Querschnitt des Dichtelements während der Verquetschung eine konstante Flächengröße behält. Während eines ersten Zeitabschnitts ergibt sich demnach im wesentlichen eine Veränderung der Krümmung der Umhüllung selbst, wenn die Einlegeelemente 7 und 8 bereits bereirtrs- für eine leichte Verspannung sorgen. Dieser Abschnitt ist in Fig. 9 gezeigt.

Da das Weichmetall 5 diejenigen Druckbeanspruchungen, denen es unterworfen wird, fast hydrostatisch überträgt und da die Umhüllung 6 das Weichmetall daran hindert, an den Flanschen entlangzufließen, erhöht anschließend •die Radialkraft, die sich aus den Druckkräften ergibt, fortschreitend die Beanspruchung der Einlegeelemente 7 und 8. Letztere spreizen sich elastisch auseinander, wie es aus Fig. Io hervorgeht.

- '■ Gemäß dem bereits anläßlich der Dichtung mit induzierter Elastizität erwähnten Prinzip tritt das gegen-

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teilige Phänomen auf, wsnn Si₀J₁ ^Ie axiale Beanspruchung, die von den Planschen hervorgerufen wird, vermindert.

Die Anordnung der Umhüllung gestattet es, die Kombination zwischen der Plastizität des Weichmetallsund der Elastizität der Einlegeelemente optimal auszunutzen. Diese Lösung hat es gestattet, Dichtungen herzustellen, die eine große Flexibilität aufweisen und eine beachtliche Deformation zulassen. Dies bedeutet, daß die Dichtwirkung einer .Dichtung vorgegebener Höhe aufrechterhalten wird, auch wenn der Abstand zwischen den Planschen im Rahmen zweier Grenzwerte beachtlich schwankt. Dies unabhängig davon, wodurch die AbstandsSchwankungen hervorgerufen werden, sei es durch äußere mechanische Beanspruchungen, durch Wärmedehnung.oder durch lokale Deformationen.

Die widerstandsfähige Umhüllung, die die verformbare Seele hält, gestattet es in der Tat, daß die Dichtung in ihrer Höhe die Dicke der Einlegeelernente ganz erheblich tibersteigt, ohne daß die Gefahr auftritt, daß das Weichmetallüber die Einlegeelernente fließt, anstatt sie ausein-

Es war z.B. möglich, Dichtungen mit einem, 190 ??{

Üinlegeelementen aus Berylltumbronze von

6 mm Stärke und mit einem Dichtelement von 9 mm Höhe, bestehend aus einer Bleiseele in einer Umhüllung aus Berylliumbronze von 0,3 nun Stärke, herzustellen, deren Deformationstoleranz 1 mm Überstieg.

Die Erzielung beachtlicher Flexibilität und Anpassungsfähigkeit gestattet ohne weiteres die Verwendung von Flanschen, welche nicht vollständig plan oder genau parallel sind. Dies ist insbesondere von Bedeutung und Interesse beim Zusammenbau großer Durchmesser, dessen große Teile nur unter hohem Kostenaufwand genau bearbeitet werden können,

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well es schwierig ist, die Tragflächen der Plansche vollständig von periodischen Wellen oder von Verzug zu befreien, der aus nicht homogenen Spannungen · _: - nach der Bearbeitung oder nach dem Verschweißen resultiert.

Aus dem gleichen Orund widersteht eine Anordnung mit einer derartigen Dichtung gut den beachtlichen zyklischen Veränderungen der Punktionsbedingungen, Temperaturen, Druck etc. sowie auch Vibrationen, die sich.als leichte periodische Veränderungen des Abstands zwischen den beiden Planschen bemerkbar machen.

Andererseits ist die Dichtung derart vollständig demontierbar, daß sie sehr häufig wieder Verwendung finden kann. Die Häufigkeit der erneuten Verwendung wird lediglich durch die bleibende und fortschreitende Deformation der Umhüllung oder manchmal der Einlegeelemente begrenzt. Das Weiehmetall macht keine Schwierigkeiten, sondern befindet sich in ständigem Pluß innerhalb seiner Umhüllung.

Die Dichtung nach der Erfindung ist insbesondere geeignet zur Erzielung einer Dichtwirkung unter wechselnden Druckbedingun^en bei hohen Drücken und hohen Temperaturen. In der Tat können die . _ Druckspannungen ■ , denen das Weichmetaliunterliegt, auf beachtliche V/erte gesteigert

Teil

werden, da die Belastung zu einem auf die Umhüllung übertragen wird. Die zusätzlichen Spannungen ^ ^ie durch den Druck des Pluidums aufgebracht werden, werden proportional vermindert, und die große radiale Steifigkeit der Einlegeelemente, überträgt die Belastung auf das äußere Einlegeelement und nicht auf das Dichtelement, dem es'möglich 1st, die radiale Kompression und die axiale Ausdehnung aus.zugleichen. Dabei gibt man den als Widerlager wirkenden Einlegeelementen und der Umhüllung derartige Abmessungen , daß Ihre im

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Betrieb auftretenden. Deformationen im Bereich der elastischen Deformationen bleiben.

Zur Ausführung der Erfindung umfaßt die Herstellung Ziehvorgänge, Stanzvorgänge oder Absteckdrückvorgänge, um die Umhüllung oder ihre Einzelteile auszuformen. Die Seele ausWeichmeta.il kann ebenfalls auf vielen Wegen hergestellt werden, und zwar durch-vorheriges Vergießen oder durch Eingießen des Metalls, durch Spritzgießen, durch Ziehen, sofern die Herstellungsart der Umhüllung dies gestattet, oder durch Verwendung eines Drahtstücks.

Darüber hinaus kann die neue Dichtung in montiertem Zustand oder gegebenenfalls in Form getrennter Einzelteile Verwendung finden, da die Verspannung der Plansche die' Einzelteile nach dem Einsetzen zusammenhalt·.

Selbstverständlich können zahlreiche Abwandlungen in den Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele durchgeführt werden, insbesondere durch Einsetzen technisch äquivalenter Mittel, ohne daß vom Erfindungsgedanken abgewichen wird.

Patentansprüche:

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ORiGiNAL INSPECTED ~

Claims

if ' 2Q51981

P a fc ? η t a η s ρ j¹ ü « )) e

(l.) Dichtung mit induzierter Elastizität, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Torus aus verformbarem , inkompressible!)! Material, insbesondere aus einem weichen Metall besteht,welcher von einer widerstandsfähigen Umhüllung umgeben ist, die ihrerseits zwisphen zwei Einlegeelementen aus elastisphep Metall eingeschlossen ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e ρ η zeichnet, daß die Höhe des Dichtelements, das zwischen den Einlegeelementen eingeschlossen ist, deren Höhe übersteigt.

5. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt oder Radialschnitt des Dichtelements, eine konvex gekrümmte Form aufweist, die von zwei ohne Knickpunkt? miteinander "verbundenen Kurvenbögen gebildet wird, welche in dem Bereich, in dep die Umhüllung mit der Flanke der Einlegeelemente^ in Kontakt steht1 von zwei Streckenabsyhnitten verbunden sind^'deren Käfige geringer ist als die Dicke der Einlegeeleinente.

4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß die Umhüllung mindestens einen J.& laufenden, schmalen Schlitz aufweist.

5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet* daß die Umhüllung an eines der Einlegeelemente angesetzt is£.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- ^r~"

zeichnet, daß die Umhüllung aus zwei Halbschalen, σ> nämlich aus einer unteren und einer oberen, besteht. ^

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7. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Umhüllung aus zwei Halbschalen, nämlich einer äußeren und einer inneren, besteht.

8. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus mehr als zwei torusförmigen Elementen besteht.

9, - Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine plastische Ummantellung aufweist. - ^

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