DE3103551C2

DE3103551C2 - Dichtungsanordnung für Flanschdichtungen

Info

Publication number: DE3103551C2
Application number: DE19813103551
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Ing. 4330 Mülheim Tückmantel
Original assignee: Kempchen & Co 4200 Oberhausen De GmbH
Current assignee: Kempchen & Co 4200 Oberhausen De GmbH
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1986-09-11
Also published as: DE3103551A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für Flanschdichtungen mit Dichtungsring aus Metall mit octogonalförmigem Ringquerschnitt und angepaßten, im Querschnitt als Trapez ausgeführten Dichtungsnuten in den Flanschen. Der Dichtungsring liegt beidseits eines mittleren Dichtungsdurchmessers an umlaufenden Schrägflächen der Dichtungsnuten an. Um zu erreichen, daß auch bei nicht genau eingehaltenen Toleranzen und bei radialen Verschiebungen die Dichtwirkung sicher und langfristig eingehalten wird, weisen die Dichtflächen erfindungsgemäß im Querschnitt eine nach außen konvexe Bogenform auf, die vorzugsweise einen einheitlichen Krümmungsradius besitzt.

Description

r = F£/{200 ,τ d s² sin a).

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für Flanschdichtungen mit Dichtungsring aus Metall mit oktogonalförmigem Ringquerschnitt, zumindest einer Ausgleichsbohrung, dem Ringquerschnitt angepaßten, im Querschnitt als Trapez ausgeführten Dichtungsnuten in den Flanschen, wobei der Dichtungsring beidseits eines mittleren Dichtungsringdurchmessers an umlaufenden Schrägflächen der Dichtungsnuten unter dem Einfluß der Schraubenkraft von Flanschschrauben bei vorgegebener Flächenpressung mit seinen Dichtflächen anliegt.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist bekannt (US-PS 27 53 197). Sie wird auch als Ring-Joint-Dichtung bezeichnet. Bei einer solchen Dichtungsanordnung ist der oktogonalförmige Ringquerschnitt in geometrischer Strenge oktogonal und mit geraden Oktogonseiten versehen. Solche Dichtungsanordnungen funktionieren, wenn der oktogonale Ringquerschnitt einerseits und der trapezförmige Querschnitt der Nuten andererseits mit engen Toleranzen, die im Bereich von einigen hundertstel Millimetern liegen, ineinanderpassen. 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 bei der bekannten Ausführungsform der Dichtungsring, und es entstehen zwischen dem Dichtungsring einerseits und den zugeordneten Dichtungsnuten andererseits im Eckbereich des oktogonalen Ringquerschnittes so hohe Flächenpressungen, daß plastische Verformung durch Fließerscheinunmit F = gesamte Schraubenkraft, E = Elastizitätsmodul des Dichtungsringwerkstoffes bei .der Betriebstemperatur der Dichtungsanordnung, d = mittlerer Dichtungsringdurchmesser, s = die für die Betriebstemperatur der Dichtungsanordnung optimale Flächenpressung des Dichtungsringwerkstoffes und a = Winkel, der die Trapezform der Dichtungsnuten bestimmt, und daß der Dichtungsringwerkstoff eine kleinere, höchstens aber die gleiche Festigkeit aufweist als bzw. wie der Werkstoff der Flansche.

Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird bei nicht genau eingehaltenen Toleranzen und bei radialen Flanschverschiebungen, wie sie beispielsweise durch unterschiedliche Wärmedehnungen auftreten können, die Dichtwirkung sicher und langfristig eingehalten. Plastische Verformungen sind nicht zu befürchten, weil der Krümmungsradius unter Berücksichtigung nicht nur der Schraubenkraft und des Elastizitätsmoduls des Dichtungsringwerkstoffes bei der Betriebstemperatur, sondern auch unter Berücksichtigung weiterer konstruktiver und betrieblicher Parameter, nämlich unter Berücksichtigung des mittleren Dichtungsringdurchmessers, der für die Betriebstemperatur der Dichtungsanordnung optimalen Flächenpressung des Dichtungsringwerkstoffes und des Winkels, der die Trapezform der Dichtungsnuten bestimmt, ermittelt wird. Im Ergebnis erreicht man dadurch, daß die Spannungsverhältnisse, insbesondere die Flächenpressung im Bereich der gekrümmten Dichtflächen, stets unterhalb der kritischen Werte bleiben mit der Folge, daß auch bei Auftreten von Toleranzen oder Ungenauigkeiten stets die gewünschte Dichtwirkung erreichbar ist.

£ im folgenden wird die Erfindung anhand einer ledig-

¹Si Hch ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung

VS ausführlicher erläutert Es zeigt in schematischer Dar-

5;j stellung

if: F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemä-

~ΐί Be Dichtungsanordnung,

?i F i g. 2 in gegenüber der F i g. 1 wesentlich vergrößer-

ΐ;5 tem Maßstab Hen Ausschnitt A aus dem Gegenstand

^i nach Fig. 1.

'ii Die in den Figuren dargestellte Dichtungsanordnung

A^; ist für Flanschdichtungen bestimmt Zum grundsätzli-

1-. \ chen Aufbau gehören

ein Dichtungsring 1 aus Metall mit oktogonalförmi- ;■· gern Ringquerschnitt2und

?; dem Ringquerschnitt angepaßte, im Querschnitt al&_

t- Trapez ausgeführte Dichtungsnuten 3 in den Flans';' sehen 4.

ψ; Der Dichtungsring ί liegt beidseits eines mittleren

p Dichtungsringdurchmessers d an umlaufenden Schräg-

g flächen 5 der Dichtungsnuten 3 mit seinen Dichtflächen

f 6 an, und zwar unter dem Einfluß der Schraubenkraft

ρ der Flanschschrauben 7 vorgegebener Flächenpres-

Il sung.

I? Insbesondere aus der Fig.2 erkennt man, daß die

I« Dichtflächen 6 des Dichtungsringes 1 im Querschnitt

^l nach außen konvexe Bogenform aufweisen. Nach der

jJJ Erfindung besitzt die nach außen konvexe Bogenform

ψ> einen einheitlichen Krümmungsradius r. Dieser Krüm-

u mungsradius r ist regelmäßig um so größer, je größer

fiv die Sch rauben kraft der Flanschschrauben 7 und je grö-

;; ßer der Elastizitätsmodul des Dichtungsringwerkstoffes

M ist. Er ist umgekehrt regelmäßig um so kleiner, je größer

i-'- der mittlere Dichtungsringdurchmesser dund je größer

;S das Quadrat der Flächenpressung des Dichtungsring-

"' Werkstoffes ist. — Eine Ausgleichsbohrung 8 wurde in

f F i g. 1 angedeutet. Ferner zeigt F i g. 2, daß der Krümmungsradiub r im Ausführungsbeispiel größer als b/2 gewählt ist, wobei b die Breite des Ringquerschnittes

: bezeichnet.
■ In Fig.2 wurde der Winkel a eingetragen, der die

' Trapezform der Dichtungsnuten 3 bestimmt. Man er-

;.·.; kennt in F i g. 2 außerdem den einheitlichen KrOm-

i' mungsradius rsowie den mittleren Dichtungsringdurch-

λ messer d. Eingezeichnet wurden außerdem die beiden

P Komponenten F/2 der gesamten Schraubenkraft Fso-

K wie die Normalkraft N auf den Schrägflächen bzw.

'ß Dichtflächen, die sich in Abhängigkeit von dem genann-

|i ten Winkel nach der Formel N = F/2 sin a ergibt. Be-

|| zeichnet £ den Elastizitätsmodul des Dichtungsring-

£] Werkstoffes bei der Betriebstemperatur der Dichtungs-

fß. anordnung und s die für diese Temperatur optimale Flä-

|| chenpressung des Dichtungsringwerkstoffes unter der

|:j Voraussetzung, daß dieser eine kleinere, höchstens aber 5S

ff die gleiche Festigkeit aufweist wie der Flanschwerk-

«i^; stoff, so kommt man im Rahmen der Erfindung zu dem

;$.· dargestellten einheitlichen Krümmungsradius r, wenn

% dieser der Formel

f>

iif r = FE/{200 π d s² sin a)

·' entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen t<5

Claims

Patentanspruch:

Dichtungsanordnung für Flanschdichtungen mit Dichtungsring aus Metall mit oktogonalförmigem Ringquerschnitt, zumindest einer Ausgleichsbohrung, dem Ringquerschnitt angepaßten, im Querschnitt als Trapez ausgeführten Dichtungsnuten in den Flanschen, wobei der Dichtungsring beidseits eines mittleren Dichtungsringdurchmessers an umlaufenden Schrägflächen der Dichtungsnuten unter dem Einfluß der Schraubenkraft von Flanschschrauben bei vorgegebener Flächenpressung mit seinen Dichtflächen anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (6) des Dichtungsringes (1) im Querschnitt eine nach außen konvexe Bogenform aufweisen, die einen einheitlichen Krümmungsradius (r) besitzt, der bestimmt ist durch die Formel

r = F&'(2öö rtdsr sin a),

mit F = gesamte Schraubenkraft, E = Elastizitätsmodul des Dichtungsringwerkstoffes bei Betriebstemperatur der Dichtungsanordnung, d = mittlerer Dichtungsringdurchmesser, s = die für die Betriebstemperatur der Dichtungsanordnung optimale Flächenpressung des Dichtungsringwerkstoffes und a = Winkel, der die Trapezform der Dichtungsnuten (3) bestimmt,

und daß der (Nchtungsringwerkstoff eine kleinere, höchstens aber die gleiche Festigkeit aufweist als bzw. wie der Werkstoff der Flansche (4).

gen und Kriecherscheinungen auftritt. Gehen die radialen Verschiebungen zurück oder verändern sie sich, so sind folglich 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 als Folge ungleichmäßig angezogener Flanschschrauben unter-

!0 schiedlich sind. Durch Nachspannen der Flanschschrauben lassen sich solche Undichtigkeiten für lange Betriebsdauer nicht beseitigen.

Daneben gibt es Dichtungsanordnungen (FR-PS 15 83 060), bei denen der Dichtungsring einen ovalen Querschnitt aufweist und dementsprechend mit gekrümmten Dichtflächen an den zugeordneten Schrägflächen der Dichtungsnuten anliegt Auch dabei kann plastische Verformung durch Fließerscheinungen und Kriecherscheinungen auftreten. Ungleichmäßig angezogene Flanschschrauben begünstigen diese unerwünschten Wirkungen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung so weiter auszubilden, daß auch bei nicht eingehaltenen Toleranzen und bei radialen Verschiebungen plastische Verformungen vermieden und die Dichtwirkung sicher und langfristig eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dichtflächen des Dichtungsringes im Querschnitt eine nach außen konvexe Bogenform aufweisen, die einen einheitlichen Krümmungsradius besitzt, der bestimmt ist durch die Formel