DE3103551A1

DE3103551A1 - Dichtungsanordnung fuer flanschdichtungen

Info

Publication number: DE3103551A1
Application number: DE19813103551
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Ing. 4330 Mülheim Tückmantel
Original assignee: Kempchen and Co GmbH
Current assignee: Kempchen and Co GmbH
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3103551C2

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Dichtungsanord-
nung für Flanschdichtungen mit Dichtungsring aus Metall mit octogonalförmigem Ringquerschnitt und angepaßten, im Querschnitt als Trapez ausgeführten Dichtungsnuten in den Flanschen, wobei der Dichtungsring beidseits eines mittleren Dichtungsdurchmessers an umlaufenden Schrägflächen der Dichtungsnuten unter dem Einfluß der Schraubkraft von Flanschschrauben bei vorgegebener Flächenpressung mit seinen Dichtflächen anliegt. Derartige Dichtungsanordnungen sind genormt (vgl. ...). Sie werden auch als Ring-Joint-Dichtungen bezeichnet. Bei den bekannten Dichtungsanordnungen ist der octogonalförmige Ringquerschnitt in geometrischer Strenge octogonal und daher mit geraden Octogonseiten versehen. Solche Dichtungsanordnungen funktionieren, wenn der octogonale Ringquerschnitt einerseits und der trapezförmige Querschnitt der Nuten andererseits mit engen Toleranzen, die im Bereich von einigen hundertstel Millimetern liegen, ineinander passen. Darüber hinaus müssen für das sichere Funktionieren alle Flanschschrauben ausreichend genau und gleichmäßig angezogen werden. Zwischen den Flanschen dürfen im Betriebszustand z. B.
temperaturbedingte Verschiebungen in radialer Richtung nicht auftreten. Bei radialen Verschiebungen verkantet gleichsam der Dichtungsring und es entstehen zwischen dem Dichtungsring einerseits und den zugeordneten Dichtungsnuten andererseits im Eckbereich des octogonalen Ringquerschnitts so hohe Flächenpressungen, daß plastische Verformung durch Fließerscheinungen und Kriecherscheinungen auftritt. Gehen die radialen Verschiebungen zurück oder verändern sie sich, so sind Undichtigkeiten unvermeidlich. Undichtigkeiten treten auch dann auf, wenn die für die sichere Funktion engen Toleranzen nicht eingehalten werden oder wenn die Schraubkraft der Flanschschrauben und dadurch bedingt die Verspannungsverhältnisse über den Umfang der Dichtungsanordnung in Folge ungleichmäßig angezogener Flanschschrauben unterschiedlich sind. Durch Nachspannen der Flanschschrauben lassen sich solche Undichtigkeiten auf die Dauer nicht beseitigen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eines Dichtungsanordnung der beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, daß auch bei nicht genau eingehaltenen Toleranzen und bei radialen Verschiebungen die Dichtwirkung sicher und langfristig eingehalten wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die DicRstflächen des Dichtungsringes im Querschnitt eine nach außen konvexe Bogenform aufweisen. Die Bogenform kann grundsätzlich unte::schiedlich gestaltet sein. Insbesondere kann ihr Krümmungsradius im Kontaktbereich der Dichtflächen mit den zugeordneten Schräliflächen der im Querschnitt als Trapez ausgeführten Dichtungsnuten größer sein als in den auslaufenden Bereichen. Eine bevorzugte Au#;führ#ngsform der Erfindung, die sich durch fertigungstechnische Einfachheit auszeichnet und in bezug auf die Funktionssicherheit allen Anforderungen genügt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen konvexe Bogenform einen einheitlichen Krümmungsradius besitzt. Seine Größe hängt von den speziellen Verhältnissen ab. Allgemein gilt die Regel, daß dieser einheitliche Krümmungsradius um so größer sein soll, je größer die Schraubenkraft der Flanschschrauben und je größer der Elastizitätsmodul des Dichtungsringwerkstoffes ist. Andererseits wird man im Rahmen der Erfindung diesen einheitlichen Krümmungsradius um so kleiner wählen, je größer der mittlere Dichtungsringdurchmesser und je größer das Quadrat der Flächenpressung des Dichtungsringwerkstoffes ist der eine kleinere, höchstens aber die gleiche Festigkeit aufweist, als der Werkstoff der Flansche. Auch bei einem Dichtungsring für die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung kann eine Ausgleichsbohrung vorgesehen oder können deren mehrere über den Dichtungsringumfang verteilt sein.
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung auch bei nicht genau eingehaltenen Toleranzen und bei radialen Flanschverschiebungen, wie sie beispielsweise durch unterschiedliche Wärmedehnungen auftreten können, die Dichtwirkung sicher und langfristig eingehalten wird. Auch im Rahmen der Erfindung wird man sich selbstverständlich, wie immer, bemühen, die Flanschschrauben über den Umfang gleichmäßig anzuziehen. Sollten sich Ungenauigkeiten einstellen, so wirken diese sich aber überraschenderweise mit Abstand nicht in dem Maße störend aus, wie es bei der bekannten Ausführungsform der Fall ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung, Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1.
Die in den Figuren dargestellte Dichtungsanordnung ist für Flanschdichtungen bestimmt. Zum grundsätzlichen Aufbau gehen ein Dichtungsring 1 aus Metall mit octogonalförmigem Ringquerschnitt 2 und angepaßte, im Querschnitt als Trapez ausgeführte Dichtungsnuten 3 in den Flanschen 4.
Der Dichtungsring 1 liegt beidseits eines mittleren Dichtu#.#gsringdurchmessers d an umlaufenden Schrägflächen 5 der Dichtungnuten 3 mit seinen Dichtflächen 6 an, und zwar unter dem Einfluß dr Schraubenkraft der Flanschschrauben 7 mit vorgegebener Flä.henpressung.
Insbesondere aus der Fig. 2 erkennt man, daß die Dichtflächen 6 des Dichtungsringes 1 im Querschnitt nach außen konvexe Bogenform aufweisen. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzt die nach außen konvexe Bogenform einen einheitlichen Krümmungsradius r. Dieser Krümmungsradius r ist regelmäßig um so größer, je größer die Schraubenkraft der Flanschschrauben 7 und je größer der Elastizitätsmodul des Dichtungsringwerkstoffes ist. Er ist umgekehrt regelmäßig um so kleiner, je größer der mittlere Dichtungsdurchmesser d und je größer das Quadrat der Flächenpressung des Dichtungsringwerkstoffes ist.
- Eine mögliche Ausgleichsbohrung 8 wurde in Fig. 1 angedeutet.
Ferner zeigt Fig. 2, daß der Krümmungsradius r im Ausführungsbeispiel größer als b/2 gewählt ist, wobei b die Breite des Ringquerschnittes bzeichnet.
In Fig. 2 wurde der Winkel a eingetragen, der die Trapezform der Dichtungsnuten 3 bestimmt. Man erkennt in Fig. 2 außerdem den einheitlichen Krümmungsradius r sowie den mittleren Dichtungsringdurchmesser d. Eingezeichnet wurden außerdem die beiden Komponenten F/2 der gesamten Schraubenkraft F sowie die Normalkraft N auf den Schrägflächen bzw. Dichtflächen, die sich in Abhängigkeit von dem genannten Winkel nach der Formel N=F/2 sina ergibt.
Belichtet E den Elastizitätsmodul des Dichtungswerkstoffes bei der Betriebstemperatur der Dichtungsanordnung und s die für diese Temperatur optimale Flächenpressung des Dichtungsringwerkstoffes unter der Voraussetzung, daß dieser eine kleinere, höchstens aber die gleiche Festigkeit aufweist wie der Flanschwerkstoff, so kommt man im Rahmen der Erfindung zu Optimierung für den dargestellten einheitlichen Krümmungsradius r, wenn dieser der Formel r = FE/200 # ds² sin a entspricht. - Der Rahmen der Erfindung wird nicht verlassen, wenn der octogonale Dichtungsring 1 in axialer Richtung e#twa hälftig geteilt und die Dichtungsnut 3 angepaßt wird. In der Formel für den Krümmungsradius ist dann im Nenner der Faktor 200 durch 100 zu ersetzen.
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Claims

Dichtungsanordnung für Flanschdichtungen Patentansprüche: 1. Dichtungsanordnung für Flanschjichtungen mit Dichtungsring aus Metall mit octogonalförmigem Ringquerschnitt und angepaßten, im Querschnitt als Trapez ausgeführten Dichtungsnuten in den Flanschen, wobei der Dichtungsring beidseits eines mittleren Dichtungsdurchmessers an umlaufenden Schrägflächen der Dichtungsnuten unter dem Einfluß der Schraubenkraft von Flanschschrauben bei vorgegebener Flächenpressung mit seinen Dichtflächen anliegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtflächen (6) des Dichtingsringes (1) im Querschnitt eine nach außen konvexe Bogenform aufweisen.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen konvexe Bogenform einen einheitlichen Krümmungsradius (r) besitzt.
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einheitliche Krümmungsradius (r) um so größer ist, je größer die Schraubenkraft (F) der Flanschschrauben (7) und je größer der Elastizitätsmodul (E) des Dichtungsringwerkstoffes ist.
4. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einheitliche Krümmungsradius (r) um so kleiner ist, je größer der mittlere Dichtungsringdurchmesser (d), je größer der Winkel (a) und je größer das Quadrat der Flächenpressung (s) des Dichtungsringwerkstoffes ist, der eine kleinere, höchstens aber die gleiche Festigkeit aufweist, als der Werkstoff der Flansche (4).
5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (11) eine oder mehrere über den Umfang verteilte Ausgleichsbohrungen (8) aufweist.