DE3023045C2

DE3023045C2 - Elastisch gelagertes Sichtfenster

Info

Publication number: DE3023045C2
Application number: DE19803023045
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7520 Bruchsal Ihle; Horst 7504 Weingarten Kreuzinger; Herbert 7514 Leopoldshafen Schneider
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1985-11-21
Also published as: DE3023045A1; FR2485078A1; FR2485078B1

Description

a) die Dichtung ist ein wärmebeständiger Dichtungsring (8),

b) auf den Dichtungsring (8) drückt senkrecht zur Scheibenebene und umlaufend der Bund (9) eines Druckringes (10),

c) auf die Sichtscheibe (6) drückt senkrecht zu ihrer Ebene an ihrem Umfang ein Gegenhalter (14) als weiterer Druckring, zwischen dem und der Scheibe (6) ein weiterer Dichtungsring (16) aus elastischem Graphitmaterial angeordnet ist, und

d) der Bund (9) des Druckringes (10) und/oder die der Stirnseite (17) der Scheibe (6) gegenüberliegende Fläche (5) weisen Mittel zum radialen Verspannen des Dichtungsringes (8) in Richtung zur Stirnfläche (17) der Scheibe (6) auf.

2. Sichtfenster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (17) konvex oder konkav gewölbt ist.

3. Sichtscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Fläche (5) konisch, kugelig oder auf ähnliche Art nach innen der Stirnfläche (17) annähert.

4. Sichtfenster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (9) des Druckringes (10) nach innen konisch, kugelig oder ähnlich ausgebildet ist

5. Sichtfenster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (8) dicker als die Fläche (5) tief ist und daß um den aus der Ausnehmung (5) nach oben herausragenden Teil des Dichtungsringes (8) ein Stützring (13) angeordnet ist, in dessen Innenraum der Außenrand des Bundes (9) eingreift und somit auf den Dichtungsring (8) zur Anlage kommt.

6. Sichtfenster nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenhalter (14) mit seinem auf die Scheibe (6) drückenden Bund (15) konzentrisch in den freien Querschnitt des Druckringes (10) ragt und daß beide auf gemeinsamen Bolzen (18), die im Gehäuse (1) fest verschraubt sind, unabhängig voneinander gegenüber dem Gehäuse (1) bzw. der Scheibe (6) verspannbar sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elastisch gelagertes Sichtfenster nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein unter Innendruck stehendes metallisches Gehäuse, das im Betriebszustand auf ca. 600° C aufgeheizt und anschließend innen von Wasser unter 100⁰C durchströmt wird bis es auf dessen Temperatur abgekühlt ist, soll mit einem oder mehreren Sichtfenstern ausgerüstet werden. Die Sichtfenster müssen in allen Phasen intakt und dicht bleiben, obwohl das Metallgehäuse vorübergehende und bleibende geometrische Veränderungen erfährt, die yorwiegend durch Wärmedehnungen und Wärmespannungen verursacht werden.

Zur Lösung ähnlicher Probleme, z. B. bei Schauglasabdichtungen in Armaturen werden Flachdichtungen eingesetzt, wobei die Dichtungskraft senkrecht zur Fensterebene aufgebracht wird und die Sichtscheibe zwisehen dem anpressenden Teil und dem Gehäuse liegt. Soll dabei die Innenfläche der Sichtscheibe und die Innenfläche des Gehäuses in einer Ebene liegen, so muß der Scheibenrand mit einem Falz entsprechender Tiefe versehen sein. Solche Konstruktionen erlauben nun Gehäuseverformungen nur in der Scheibenebene. Verwerfungen dieser Ebene durch Temperaturschocks oder mechanische Verbiegung führen zu Undichtheit des Fensters und bei stärkerer Verformung zum Bruch der Sichtscheibe. Darüber hinaus ist die Herstellung von gefalzten Scheiben mit erheblichen Mehrkosten verbunden.

Aus der DE-OS 23 45 680 ist ein elastisch gelagertes Sichtfenster für eine Gehäusewandung bekannt, bei welchem in einem Zwischenraum zwischen der Stirnfläehe der Sichtscheibe und dem Gehäuse eine Dichtung umläuft und die Fläche der Gehäuseöffnung kleiner ist als die Sciieibenfläche. Die Sichtscheibe liegt dabei jedoch rnit dem Außenrand ihrer einen Scheibenfläche am Gehäuse bzw. einer Metallfassung an und steht mit diesem in direktem Kontakt. Diese Scheibenausführung erlaubt jedoch nur Gehäuseverformungen in der Scheibenebene, Verformungen senkrecht zu dieser Ebene durch thermische Beanspruchungen zum Beispiel können zur Undichtigkeit oder zum Bruch der Sichtscheibe führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sichtfenster der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches größere Gehäuseverformungen zuläßt, ohne undicht zu werden oder infolge unzulässiger Biegespannungen in der Sichtscheibe zu Bruch zu gehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale auf, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegeben sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche angegeben.

Die erfindungsgemäße Sichtscheibe ist somit vollständig in elastischem Graphitmaterial gelagert, wodurch bei einer Verformung des Gehäuses keine Spannung mehr auf die Sichtscheibe übertragen werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Dichtkraft in Scheibenebene wirkt und dadurch lediglich die zur Aufnahme des Differenzdruckes zwischen den zu trennenden Drucksystemen notwendige Kraft senkrecht auf die Scheibenebene ausgeübt werden muß. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht somit in einer elastischen Lagerung der Sichtscheibe gegen das Gehäuse mit von der Dichtungsart getrennter Fixierung in justierbarer Lage. Gehäuseverwerfungen verändern die lokale Dichtungskraft in geringerem Maße als bei den bekannten Lösungen und üben erheblich kleinere Biegespannungen auf die Sichtscheibe aus.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt zwei einander gegenüberliegende Sichtfenster eines Druckgehäuses,
F i g. 2 den Schnitt A -B der F i g. 1 und

F i g. 3a bis e alternative Dichtungsringe.

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein der Länge nach geteiltes, unter Innendruck stehendes Gehäuse 1, dessen Trennfuge 2 abgedichtet ist und das auf nicht näher dargestellte Weise verschraubt ist Im Innenraum 3 des Gehäuses 1 sind Heizstäbe 4 vorhanden, mittels weichen das Gehäuse 1 bis auf 600⁰C aufgeheizt wird. Anschließend wird der Innenraum 3 von Wasser mit 100° C durchströmt, bis das Gehäuse 1 auf dessen Temperatur abgekühlt ist In die Wand des Gehäuses 1 sind nun ein bzw. zwei einander gegenüberliegende Ausnehmungen mit Stirnflächen 5 eingelassen, in welche das bzw. die Sichtscheiben 6 als Quarzglasfenster aufgenommen werden.

Die Sichtscheibe 6 ist dabei in der größeren Durchmesser als sie aufweisenden Fläche 5 so gehalten, daß ein Spalt 7 zwischen Gehäuse 1 bzw. Fläche 5 und Sichtscheibe 6 gebildet ist, d. h. die Sichtscheibe 6 berührt das Gehäuse 1 nicht. Wesentliches Element dieser Aufnahme ist dabei der wärmebeständige Dichtungsring 8 aus porösem, elastischem Graphit, der entlang der Fläche 5 um die Scheibe 6 herum gelegen ist Der Dichtungsring 8 wird nun durch den zu ihm hin abgewinkelten Bund 9 eines Druckringes 10, dessen Fläche der axialen Dichtungsoberfläche angepaßt ist, axial gepreßt, so daß er, da er nicht ausweichen kann, einen radialen Druck auf die Sichtscheibenstirnfläche 17 ausübt und diese somit im Gehäuse 1 bzw. der Fläche 5 abdichtet Zur Unterstützung dieser radialen Druckbildung ist die Fläche 5 an ihrem Grund an der Stelle 12 konisch, kugelig oder auf ähnliche Art ausgebildet wodurch der Dichtungsring 8 in Richtung Scheibe 6 gedrückt wird. Verschiedene Arten der Druckerzeugung sind in den F i g. 3a bis 4 dargestellt

Umlaufend auf der Fläche 5 ist auf dem Gehäuse 1 noch ein Stützring 13 befestigt der den oberen Teil des Dichtungsringes 8 umfaßt, in dessen Innenraum der Bund 9 hineinragt und so zur Anlage an den Dichtungsring 8 mit der Fläche 11 kommt Der Stützring 13 soll ein radiales Ausweichen des Dichtungsringes 8 verhindern. Ist die Fläche 5 jedoch tiefer als die Höhe des Ringes 8, so kann auf den Stützring 13 auch verzichtet werden (siehe die F i g. 3a bis e).

Zur Aufnahme des Druckes im Innenraum 3 muß nun die Sichtscheibe 6 von außen gehalten werden. Dies erfolgt durch den, in den freien Querschnitt des Druckringes 10 ragenden Gegenhalter 14 als weiterer Druckring, dessen nach innen abgewinkelter Bund 15 von außen her auf die Sichtscheibe 6 drückt, wobei zwischen der Sichtscheibe 6 und dem Bund 15 ein weiterer Dichtungsring 16 gelegen ist, der aus demselben Material wie der Dichtungsring 8 besteht. Damit ist die Sichtscheibe 6 unter Gehäuseinnendruck praktisch vollständig in elastischem Graphitmaterial gelagert, so daß vom Gehäuse 1 aus keine Verwerfungsspannungen übertragen werden können.

Wie bereits erwähnt, werden die beiden Ringe 10 und 14 gegen das Gehäuse 1 bzw. in Richtung auf die Scheibe 6 hin verspannt Dies erfolgt mit Hilfe der vier sich jeweils paarweise pro Scheibe 6 aneinander gegenüberliegenden Bolzen 18, die in das Gehäuse 1 eingeschraubt sind. Die Bolzen 18 durchdringen den Druckring 10 in der Bohrung 19. Darüber ist eine Mutter 21 auf den Bolzen 18 geschraubt, die mittels Tellerfedern 20 bei ihrem Anziehen auf den Ring 10 drücken und ihn gegen den Dichtungsring 8 spannen. Die Teile übergreifend ist der Gegenhalter 14 mit der Öffnung 22 auf Bolzen 18, Federn 20 und Muttern 21 gesteckt und wird mit der weiteren Spannmutter 23 gegen den Bolzen 18 bzw. das Gehäuse 1 gespannt, so daß auf die Sichtscheibe 6 mit Hilfe des Bundes 15 eine Gegenkraft zu dem Druck im Innenraum 3 ausgeübt und die Sichtscheibe 6 in ihrer Lage genau justiert werden kann.

Alternative VerspannungsmöglicbJkeiten für den Dichtungsring 8 sind in den F i g. 3a bis e dargestellt

3a: Zwischen Gehäuse 1 und Sichtscheibe 6 ist ein weiterer Dichtungsring 24 aus elastischem Graphitmaterial angebracht

3b: Der Bund 9 des Druckringes IO ist anstelle der Fläche 5 angeschrägt

3c: Fläche 5 und Bund 9 sind beide angeschrägt

3d und e: Die Sichtscheibe 6 liegt plan mit der Innenfläche 25 des Gehäuses 1 und ihre Stirnfläche 17 ist konvex oder konkav gewölbt

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Trennfuge

3 Innenraum

4 Heizstäbe

5 Stirnfläche der Ausnehmung

6 Sichtscheibe

7 Spalt

8 Dichtungsring

9 angewinKelter Bund

10 Druckring

11 Fläche des Bundes

12 Verjüngung

13 Stützring

14 Gegenhalter

15 Bund des Gegenhalters

16 Dichtungsring

17 Scheibenstirnfläche

18 Bolzen

19 Bohrung

20 Tellerfedern

21 Mutter

22 Öffnungen

23 Spannmutter

24 weiterer Dichtring

25 Innenfläche dös Gehäuses

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elastisch gelagertes Sichtfenster für eine Gehäusewandung, insbesondere eines Gehäuses unter hohem Innendruck und hoher Innentemperatur, mit einer im Zwischenraum zwischen der Stirnfläche einer Sichtscheibe und dem Gehäuse umlaufenden Dichtung, wobei die Fläche der Gehäuseöffnung kleiner als die Scheibenfläche istgekennzeichnetdurch folgende Merkmale