DE4137475C2 - Flachringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachringdichtung aus kompressiblem Dichtungswerkstoff für Flanschverbindungen mit hohen Dichtigkeits­ anforderungen, welche mehrere Bereiche unterschiedlicher Dichte aufweist.

Flachringdichtungen für Rohrleitungsflansche und Behälter bestehen in der Regel aus plastisch und/oder elastisch verformbaren Weichstoff- Dichtungswerkstoffen oder Kombinationen von metallischen Träger-, Verstärkungs- oder Kammerungselementen mit Weichstoffauflagen bzw. -einlagen.

Kennzeichnend für die überwiegende Anzahl der verwendeten Flachringdichtungen ist es, daß diese in der Regel aus großformatigem Plattenmaterial ausgestanzt sind. Diese so hergestellten Dichtungen mit flachen oder weitgehend planparallelen Dichtoberflächen werden zwischen den Dichtflächen von Flanschen mit Hilfe von Schrauben so verpreßt, daß eine möglichst ganzflächige Anpassung der Weichstoff­ oberflächen an die Oberflächenunebenheiten, wie Bearbeitungsriefen und Welligkeiten der Flanschdichtflächen erfolgt, so daß keine Spalte mehr vorhanden sind, welche ein Austreten von Betriebsstoffen ermöglichen könnten.

Die Flachringdichtungen erfahren beim Anziehen der Schrauben eine von der Flanschblattsteifigkeit abhängige, annähernd planparallele Dicken­ verringerung.

Flachringdichtungen aus Weichstoff-Dichtungswerkstoffen, wie z. B. faserverstärkten kautschukgebundenen Materialien, ungesintertem PTFE, porösen Elastomeren oder flexiblem Graphit, sind in der Regel nicht vollkommen dicht, sondern haben eine von der anstehenden Flächen­ pressung abhängige Restporosität und damit verbunden eine Restdurchlässigkeit für die Betriebsstoffe. Diese, als Leckage bezeich­ nete Durchlässigkeit, ist bei unterschiedlichen abzudichtenden Betriebs­ stoffen verschieden groß und von einigen Parametern, wie z. B. Molekülgröße, Viskosität oder Polarität des Mediums abhängig. Am größten ist sie bei niedermolekularen Gasen.

Die Leckage, insbesondere von gasförmigen Betriebsstoffen, wird bei Weichstoff-Flachringdichtungen sowohl von der bei der Montage aufge­ brachten, wie auch von der während des Betriebes einer Flansch­ verbindung auf den Dichtflächen anstehenden Flächenpressung beeinflußt. Je höher die Flächenpressung, desto geringer ist normalerweise die Leckage.

Leider ist es in der Praxis oft nicht möglich, die für eine geforderte Dichtigkeit benötigte Flächenpressung aufzubringen. Die Gründe liegen zum einen oft in einer nicht ausreichenden Druckfestigkeit des Dichtungswerkstoffes, zum anderen aber meistens darin, daß mit dem abzudichtenden Flansch aus Festigkeitsgründen die erforderliche Flächenpressung nicht aufgebracht werden werden kann. Begrenzendes Element können sowohl die Schrauben als auch die Flansche selber sein.

In DE 29 06 127 A1 wird am Beispiel einer Zylinderkopfdichtung beschrieben, sowohl einen hohen Schutz als auch eine optimale Pressung der Dichtung am eingefaßten Dichtungsrand dadurch zu erzielen, daß eine Einfassung vorgesehen ist, welche aus mindestens zwei übereinanderliegenden U-förmigen Einfassungsblechen mit unter­ schiedlichen Schenkellängen besteht, wobei der Bereich unterhalb der Einfassungen mit Weichstoff voll ausgefüllt ist. Der Dichtungswerkstoff soll vorzugsweise imprägniert sein. Es liegt auf der Hand, daß die Herstellung einer solchen Dichtung schwierig und aufwendig ist. Zur eigentlichen Abdichtung trägt nur der Bereich der Einfassungen wesentlich bei, so daß schon bei einer leichten Beschädigung der Einfassungen die Dichtigkeit nicht mehr gewährleistet ist.

Aus DE 37 22 561 A1 (entspr. FR 26 18 515 A1) ist ebenfalls eine Zylinderkopfdichtung bekannt. Sie ist aus übereinander angeordneten, miteinander verpreßten Lagen unterschiedlicher Ausdehnung aufgebaut, so daß Zonen unterschiedlicher Dichte und/oder Dicke vorhanden sind. Da die Lagen nur durch die Verpressung miteinander verbunden sind, besteht die Gefahr, daß Betriebsstoffe zwischen diese Lagen bzw. zwischen die Dichtung und die Dichtflächen eindringen und die Dichtung durch Korrosion zerstört wird.

Eine Zylinderkopfdichtung gemäß DE 34 03 875 A1 weist Außenschichten aus flexiblem Graphit auf, welche zwischen Öffnungen aufweisenden Dichtflächen einspannbar ist, wobei jene Teile der Graphitschichten, die dazu bestimmt sind, unabgedeckt im Bereich einer Öffnung einer Dichtfläche zu verlaufen oder den Rand einer Öffnung zu begrenzen, relativ zu den abdichtenden Teilen der Graphitschichten vorverdichtet sind. Beim Spannen dieser Dichtung kann man nicht beobachten, ob der vorverdichtete Bereich überhaupt mit den Dichtflächen in Berührung kommt. Auch hier können zwischen Dichtflächen und Dichtung eindringende Betriebsstoffe die Dichtstellen durch Korrosion zerstören.

DE 84 23 563 U1 bezieht sich auf eine durch mindestens einen Wellring verstärkte Flachringdichtung, wobei wenigstens eine Kante des Wellringes von Graphitfolien überlappt wird, welche einen unverstärkten Saum bilden, dessen Breite wenigstens 25% der Gesamtdichtungsbreite beträgt. Dieser Saum bzw. seine zum Medienbereich weisende Kante ist der Delaminationsgefahr und damit der Korrosionsgefahr durch den Betriebsstoff ausgesetzt.

Schließlich beschreibt DE 22 62 431 A1 eine Flachdichtung aus kompressiblem, einheitlichem Dichtungswerkstoff mit einem Dichtungs­ wulst von geringerer Dichte als die innen und außen angrenzenden Bereiche. Die Korrosionsgefahr durch Eindringen von Betriebsstoffen zwischen Dichtung und Dichtflächen in den dem Wulst zur Durchtrittsöffnung hin vorgelagerten Bereichen ist auch hier gegeben. Abgesehen davon ist diese Dichtung schon von der Gattung her nicht zum Abdichten hoher Drücke geeignet.

Allen diesen bekannten Dichtungen ist mehr oder weniger gemeinsam, daß ihr Anwendungsbereich hinsichtlich der Drücke der abzudichtenden Medien begrenzt ist und daß Korrosionsgefahr an der Dichtungsstelle besteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flachringdichtung für einen erweiterten Einsatzbereich durch verbesserte Abdichtungswirkung auch bei höheren Drücken des abzudichtenden Betriebsstoffes zu schaffen, wobei die Korrosionsgefahr an der Dichtstelle ausgeschaltet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch zwei konzentrische, ringförmige und flächige Bereiche, von denen der äußere Bereich gegenüber dem inneren Bereich eine Vorverdichtung (Flächenpressung) von mindestens 50 N/mm² bei geringerer Dicke besitzt, dessen Breite 30 bis 70% der Breite beider Bereiche beträgt, und durch einen inneren Bereich mit einer Kompressibilität des Dichtungswerkstoffes von mindestens 10%, und wobei der innere Rand des inneren Bereiches eine Einfassung aus Blech einer Dicke von 0,05 bis 0,3 mm aufweist.

Dadurch wird erreicht, daß ohne Veränderung der Flanschverbindung unter Verwendung gebräuchlicher Dichtungswerkstoffe beim Abdichten erheblich höhere Flächenpressungen aufgebracht werden können. Die standardisierten Außenabmessungen der Flachringdichtungen brauchen nicht geändert zu werden, obwohl die wirksame Dichtungsfläche gegenüber herkömmlichen Flachringdichtungen erheblich verringert ist. In Kombination mit der Einfassung aus Blech des inneren Bereiches wird eine unerwartet hohe Dichtwirkung insbesondere gegenüber gasförmigen Betriebsstoffen und hohe Korrosionsstandfestigkeit erzielt.

Entsprechend der Verringerung der Dicke des äußeren Bereiches erhöht sich die Flächenpressung des inneren Bereiches und die Querschnitts­ dichtigkeit ist wesentlich verbessert. Beide Bereiche der neuen Flachring­ dichtung bestehen aus einem Stück gleichen Dichtungswerkstoffes. Deshalb ist die Fertigung besonders einfach und rationell: Entweder werden die Flachringdichtungen aus einer Platte von Dichtwerkstoff­ material ausgestanzt und in einem zweiten Arbeitsgang der äußere Bereich mittels eines Preßwerkzeuges in der gewünschten Weise vorverpreßt oder man verwendet ein kombiniertes Stanz- und Preßwerkzeug, so daß die Herstellung insoweit in einem einzigen Arbeitsgang geschieht. In einem weiteren Arbeitsgang wird die metallische Einfassung vorgenommen.

Vorzugsweise besitzt der äußere Bereich eine Vorverdichtung von 100 bis 200 N/mm².

Dadurch wird eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten auf höhere Betriebsdrücke erzielt.

Die Schenkel der Einfassung decken vorzugsweise 30 bis 70% der Breite des inneren Bereiches ab.

Der Dichtungswerkstoff besteht vorzugsweise aus Graphit.

Es eignen sich zwar auch die anderen bekannten Weichstoff- Dichtungswerkstoffe für die meisten Anwendungsfälle; flexibles Graphit jedoch erlangt bei einer Vorverdichtung auf eine Rohdichte von 1,6 bis 1,8 g/cm² eine wesentliche Erhöhung der Festigkeit.

Für besondere Einsatzgebiete weist die neue Flachringdichtung metallische Einlagen auf.

Solche sind an sich bekannt. Sie bestehen in der Regel aus glatten, strukturierten und/oder gelochten Blechen oder Folien.

In der Zeichnung ist die neue Flachringdichtung in einem Ausführungsbeispiel im Schnitt rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert:
Die Flachringdichtung besteht aus Graphit als Dichtungswerkstoff und enthält eine metallische Einlage aus einem gelochten strukturierten Blech 1 von 0,15 mm Dicke. Sie ist aufgeteilt in einen äußeren Bereich 2 und einen inneren Bereich 3, welche zueinander konzentrisch sind und über Anfasungen 4 ineinander übergehen. Die Breite des äußeren Bereiches 2 beträgt etwa 50% der Breite beider Bereiche 2, 3. Der äußere Bereich hat eine Vorverdichtung mit einer Flächenpressung von 150 N/mm² erfahren und besitzt gegenüber dem inneren nicht vorverdichteten Bereich 3 eine dementsprechend höhere Dichte bei geringerer Dicke. Der innere Bereich 3 weist eine Kompressibilität von 20% auf. Die Kompressibilität wurde nach ASTM F36, Methode A ermittelt. Der innere Rand 5 der Flachringdichtung ist mit einer metallischen Einfassung 6 aus Blech von 0,15 mm Dicke versehen, wobei die Schenkel 7 dieser Einfassung 6 etwa 45% der Breite des inneren Bereiches 3 abdecken.

Claims (5)

1. Flachringdichtung aus kompressiblem Dichtungswerkstoff für Flansch­ verbindungen mit hohen Dichtigkeitsanforderungen, welche mehrere Bereiche unterschiedlicher Dichte und Dicke, aber gleichen Dichtungs­ werkstoffes aufweist, gekennzeichnet durch zwei konzentrische, ringförmige und flächige Bereiche (2, 3), von denen der äußere Bereich (2) gegenüber dem inneren Bereich (3) eine Vorverdichtung (Flächenpressung) von mindestens 50 N/mm² bei geringerer Dicke besitzt, und dessen Breite 30 bis 70% der Breite beider Bereiche (2, 3) beträgt, und durch einen inneren Bereich (3) mit einer Kompressibilität des Dichtungswerkstoffes von mindestens 10%, und wobei der innere Rand (5) des inneren Bereiches (3) eine Einfassung (6) aus Blech einer Dicke von 0,05 bis 0,3 mm aufweist.

2. Flachringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverdichtung des äußeren Bereiches (2) 100 bis 200 N/mm² beträgt.

3. Flachringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung (6) Schenkel (7) aufweist, welche 30 bis 70% der Breite des inneren Bereiches (3) abdecken.

4. Flachringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungswerkstoff Graphit ist.

5. Flachringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine metallische Einlage (1).