DE4238669A1 - Dichtungsring, insbesondere Hochtemperatur-Dichtungsring, und Dichtungsanordnungen mit entsprechenden Dichtungsringen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring, insbesondere einen Hochtemperatur-Dichtungsring für Absperrorgane und Flanschdich­ tungen, der eine Mehrzahl von Wellringscheiben aus Stahlblech aufweist, die, in einem Radialschnitt betrachtet, im wesentlichen sinusförmig mit Wellenbergen und Wellentälern geformt sind. Solche Dichtungsringe sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.

Bei den aus der Praxis bekannten Dichtungsringen, von denen die Erfindung ausgeht, sind die Wellringscheiben nicht unmittelbar gegeneinandergesetzt. Es sind vielmehr zwischen den einzelnen Wellringscheiben Scheiben aus einem Weichdichtungswerkstoff an ge­ ordnet, z. B. Scheiben aus Dichtungsgraphit oder aus Polytetra­ fluorethylen. Diese Maßnahme hält man für erforderlich, um zu verhindern, daß das fluide Medium zwischen den Wellenscheiben in radialer Richtung nach Maßgabe der Druckdifferenz diffundieren kann oder ausströmt. Trotz der Scheiben aus Weichdichtungswerkstoff läßt sich diese Diffusion nicht verhindern, was wegen der Gefahr des Auswaschens bzw. des Ausblasens in erheblichem Maße stört. Im übrigen beeinträchtigen die Scheiben aus Weichdichtungswerkstoff den Einsatzbereich der bekannten Dichtungsringe, und zwar insbe­ sondere dann, wenn das fluide Medium mit hohen Temperaturen strömt und Sauerstoff mitführt, so daß Oxidationserscheinungen nicht auszuschließen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtungsring des eingangs beschriebenen Aufbaus zu schaffen, der alle Dichtungs­ funktionen, insbesondere bei hohen Temperaturen, erfüllt, bei dem die Anordnung von zwischen den Wellringscheiben angeordneten Scheiben aus Weichdichtungswerkstoff jedoch nicht mehr erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung einen Dichtungsring, insbesondere einen Hochtemperatur-Dichtungsring, für Absperrorgane und Flanschdichtungen, der eine Mehrzahl von Wellringscheiben aus Stahlblech aufweist, die, in einem Radialschnitt betrachtet, im wesentlichen sinusförmig mit Wellenbergen und Wellentälern geformt sind, wobei die Wellringscheiben unmittelbar (ohne Zwischenlagen) Wellenberg gegen Wellental und im übrigen hohlringbildend gegen­ einandergesetzt und die Kontaktstellen mit Hilfe von Schweißnähten gasdicht verschweißt sind. Die Tatsache, daß die gegeneinander gesetzten Wellringscheiben auf den Kämmen der Wellungen gegenein­ andergesetzt sind, so daß zwischen den Kontaktstellen gleichsam umlaufende Hohlringe gebildet werden, bedeutet, daß die sinus­ förmigen Wellenzüge in radialer Richtung um etwa 180° phasen­ verschoben sind. Im allgemeinen hat bei einem erfindungsgemäßen Dichtungsring die beschriebene Wellenform über die gesamte radiale Erstreckung die gleiche Wellenlänge und die gleiche Amplitude. Man kann jedoch in radialer Richtung die Wellenlänge auch variieren. Wesentlich ist lediglich, daß die Kämme der Wellung benachbarter Wellringscheiben gegeneinanderliegen und gasdicht miteinander ver­ schweißt sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die Wellringscheiben und dadurch der Dichtungsring insgesamt bei axialer Kraftbeaufschlagung in radialer Richtung elastisch nachgiebig expandierbar sind.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Wellringscheiben der beschriebenen Gestaltung bei gleichsam phasenverschobener An­ ordnung der Wellenberge bzw. Wellentäler und gasdichter Ver­ schweißung der gegeneinanderliegenden Kontaktstellen benachbarter Wellringscheiben miteinander als reine Metalldichtungen eingesetzt werden können, die eine sehr sichere Abdichtung Metall gegen Metall bewirken. Das schließt nicht aus, daß in den Hohlringen komprimierbare Dichtungswerkstoffe angeordnet sind, beispielsweise in Form von Metallfasern, Kohlefasern oder dergleichen. Auf diese Weise wird der Diffusionswiderstand erhöht, wenn im Zuge einer nicht sehr sorgfältigen Fertigung beim Verschweißen der Wellring­ scheiben miteinander Undichtigkeiten bleiben oder im Betrieb auf­ treten.

Obgleich Scheiben aus einem Weichdichtungswerkstoff erfindungs­ gemäß nicht verwirklicht sind, erfüllen die erfindungsgemäßen Dichtungsringe alle Funktionen, und zwar insbesondere bei hohen Temperaturen. Dabei kann die werkstoffmäßige Auswahl ohne weiteres so getroffen werden, daß Temperaturen bis 1000° und mehr ertragen werden. Der Werkstoff der Wellringscheiben, mit denen erfindungs­ gemäß gearbeitet wird, ist grundsätzlich beliebig. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden warmfeste und ausreichend korrosionsfeste Stähle eingesetzt.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkei­ ten der weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Dichtungsringe, und zwar insbesondere auch in bezug auf die Anordnung in einem Absperrorgan. So lehrt die Erfindung, daß die im Dichtungsring außenliegenden Kämme der Wellenberge die Dichtungsflächen bilden. Es können aber nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung auch die innenseitig und/oder außenseitig den Außenumfang bzw. den Innenumfang des Dichtungsringes bildende Stirnflächen der Wellringscheiben die Dichtungsflächen bilden. Wo nicht extreme Temperaturen aufgenommen werden müssen, besteht die Möglichkeit, einen erfindungsgemäßen Dichtungsring in der Ausführungsform als Flanschring, der die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, so zu gestalten, daß auf den Wellenbergen der äußeren Wellring­ scheiben Scheiben aus einem Weichdichtungswerkstoff angeordnet sind, die in bezug auf die Masse so ausgelegt sind, daß im eingebauten Zustand der Weichdichtungswerkstoff in die Wellentäler, diese ausfüllend, eindrückbar ist. Die Scheiben aus Weichdichtungs­ werkstoff können auch im Rahmen der Erfindung beispielsweise aus Dichtungsgraphit und/oder aus Polytetrafluorethylen bestehen.

Von besonderer Bedeutung sind die erfindungsgemäßen Dichtungsringe in der Ausführungsform für Absperrklappen-Absperrorgane, bei denen die Absperrklappe eine kegelförmige Dichtfläche und der Absperr­ klappensitz eine komplementär kegelförmige Gegendichtfläche auf­ weisen sowie bei der Schließ- und Öffnungsbewegung die Dicht­ flächen praktisch reibungsfrei auf die Gegendichtfläche aufsetzbar sind bzw. von dieser abhebbar sind, wobei in dem die Dichtfläche tragenden Rand der Absperrklappe eine Vorspannut für einen Dichtungsring angeordnet ist und ein spannbarer Vorspannring zugeordnet ist und wobei der Dichtungsring, der die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, in die Vorspannut einsetzbar sowie mechanisch so ausgebildet ist, daß er nach Maßgabe der Vorspann­ kraft über den die Dichtfläche tragenden Rand der Absperrklappe, einen Labyrinthdichtungsring bildend, vordrückbar ist. Das prak­ tisch reibungsfreie Aufsetzen wird vorzugsweise mit Hilfe einer Doppelexzenteranordnung bewirkt. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Flanschdichtung nach Maßgabe des Patentanspruches 9, aber auch ein Absperrklappen-Absperrorgan nach Maßgabe des Patentan­ spruches 10.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Dichtungs­ ring, ausschnittsweise,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung AA durch den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 in gegenüber der Fig. 2 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt B aus dem Gegenstand der Fig. 2,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 3,

Fig. 5 in einem Axialschnitt eine Flanschdichtungsanordnung mit erfindungsgemäßem Dichtungsring,

Fig. 6 einen Axialschnitt durch ein Absperrorgan in Richtung der Achse des Strömungskanals mit erfindungsgemäßem Dich­ tungsring und

Fig. 7 den Ausschnitt C aus dem Gegenstand der Fig. 6.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Dichtungsring 1 ist insbe­ sondere als Hochtemperatur-Dichtungsring bestimmt. Er mag im Zusammenhang mit Absperrorganen 2 und/oder bei Flanschdichtungen 3 eingesetzt werden. Der Dichtungsring 1 weist eine Mehrzahl von Wellringscheiben 4 aus Stahlblech auf, die, in einem Radialschnitt betrachtet, im wesentlichen sinusförmig mit Wellenbergen 5 und Wellentälern 6 geformt sind, wobei die Wellringscheiben 4 unmittel­ bar, ohne Zwischenlagen, Wellenberg 5 gegen Wellental 6 gegenein­ andergesetzt sind und die Kontaktstellen gasdicht verschweißt sind. Dazu wird insbesondere auf die Fig. 3 und 4 verwiesen, die die entsprechenden Schweißnähte 7 deutlich erkennen lassen. Zwischen den miteinander verschweißten Kontaktstellen entstehen umlaufende Hohlringe 8.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die Wellringscheiben 4 und dadurch der Dichtungsring 1 insgesamt bei axialer Kraftbe­ aufschlagung in radialer Richtung elastisch nachgiebig expandierbar sind. Insoweit wird auch auf die Fig. 6 und 7 verwiesen. In der Fig. 4 erkennt man, daß in den Hohlringen 8 komprimierbare Dichtungswerkstoffe D angeordnet sind.

Bei einem erfindungsgemäßen Dichtungsring 1 können die im Dich­ tungsring 1 außenliegenden Kämme der Wellungen die Dichtungsflä­ chen bilden. Insoweit wird insbesondere auf die Fig. 5 verwiesen. Es können aber auch die innenseitigen und/oder die außenseitigen, den Außenumfang bzw. den Innenumfang des Dichtungsringes 1 bildenden Stirnflächen 9 der Wellringscheiben 4 die Dichtungsflächen bilden, wozu auf die Fig. 6 und 7 verwiesen wird. Betrachtet man die Fig. 5, so wird deutlich, daß man auf die Kämme der Wellungen der äußeren Wellenringscheiben 4 Scheiben 10 aus einem Weichdich­ tungswerkstoff anordnen könnte, die in bezug auf die Masse so ausgelegt sind, daß im eingebauten Zustand der Weichdichtungs­ werkstoff in die Wellentäler 6, diese ausfüllend, eindrückbar ist. Die Scheiben 10 aus Weichdichtungswerkstoff mögen aus Dichtungs­ graphit bestehen.

Von besonderer Bedeutung ist die Ausführungsform, die in den Fig. 6 und 7 angeordnet ist. Es handelt sich hier um einen Dichtungs­ ring 1 des beschriebenen Aufbaus in der Ausführungsform für Absperrklappen-Absperrorgane 2, bei denen die Absperrklappe 11 eine kegelförmige Dichtfläche 12 und der Absperrklappensitz 13 eine komplementär kegelförmige Gegendichtfläche 14 aufweisen sowie bei der Schließ- und Öffnungsbewegung die Dichtfläche 12 praktisch reibungsfrei auf die Gegendichtfläche 14 aufsetzbar bzw. von dieser abhebbar ist, während in dem die Dichtfläche 12 tragenden Rand der Absperrklappe 11 eine Vorspannut 15 für einen Dichtungsring 1 angeordnet ist, welcher Vorspannut 15 ein Vorspannring 16 zugeor­ dnet ist, dessen Vorspannung über Schraubenbolzen 17 einstellbar ist. Hier ist der Dichtungsring 1 mechanisch so ausgebildet, daß er nach Maßgabe der Vorspannkraft über den die Dichtfläche 12 tragenden Rand der Absperrklappe 11, einen Labyrinthdichtungsring bildend, vordrückbar ist. Dazu wird insbesondere auf eine verglei­ chende Betrachtung der Fig. 6 und 7 verwiesen. - Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt, ist Gegenstand der Erfindung auch die Verwendung der Dichtungsringe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für das Absperrklappen-Absperrorgan nach Patentanspruch 10.

Die in der Fig. 5 dargestellte Flanschdichtung 3, die einen Dichtungsring 1 mit den Merkmalen 1 bis 5 aufweist, aber auch das in den Fig. 6 und 7 dargestellte Absperrklappen-Absperrorgan 2, welches in der schon beschriebenen Weise gestaltet ist, ist mit einem Dichtungsring 1, der die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Claims (10)

1. Dichtungsring (1), insbesondere Hochtemperatur-Dichtungsring, für Absperrorgane (2) und Flanschdichtungen (3), der eine Mehrzahl von Wellringscheiben (4) aus Stahlblech aufweist, die, in einem Radialschnitt betrachtet, im wesentlichen sinusförmig mit Wellen­ bergen (5) und Wellentälern (6) geformt sind, wobei die Wellring­ scheiben (4) unmittelbar (ohne Zwischenlagen) Wellenberg (5) gegen Wellental (6) und im übrigen hohlringbildend gegeneinandergesetzt und die Kontaktstellen mit Hilfe von Schweißnähten (7) gasdicht verschweißt sind.

2. Dichtungsring (1) nach Anspruch 1, wobei die Wellringscheiben (4) und dadurch der Dichtungsring (1) insgesamt bei axialer Kraftbeaufschlagung in radialer Richtung elastisch nachgiebig ex­ pandierbar sind.

3. Dichtungsring (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in den Hohlringen (8) komprimierbare Dichtungswerkstoffe (D) angeord­ net sind.

4. Dichtungsring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die im Dichtungsring (1) außenliegenden Kämme der Wellungen die Dichtungsflächen bilden.

5. Dichtungsring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei auch die innenseitigen und/oder die außenseitigen, den Außenumfang bzw. den Innenumfang des Dichtungsringes (1) bildenden Stirnflächen (9) der Wellringscheiben (4) die Dichtungsflächen bilden.

6. Dichtungsring (1) in der Ausführungsform als Flanschdichtungs­ ring, der die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, wobei auf den Kämmen der äußeren Wellringscheiben (4) Scheiben (10) aus einem Weichdichtungswerkstoff angeordnet sind, die in bezug auf die Masse so ausgelegt sind, daß im eingebauten Zustand der Weich­ dichtungswerkstoff in die Wellentäler (6), diese ausfüllend, ein­ drückbar ist.

7. Dichtungsring (1) nach Anspruch 6, wobei die Scheiben (10) aus Weichdichtungswerkstoff aus Dichtungsgraphit oder Polytetrafluor­ ethylen bestehen.

8. Dichtungsring für ein Absperrklappen-Absperrorgan (2), bei dem die Absperrklappe (11) eine kegelförmige Dichtfläche (12) und der Absperrklappensitz (13) eine komplementär kegelförmige Gegen­ dichtfläche (14) aufweisen sowie bei der Schließ- und Öffnungsbe­ wegung die Dichtfläche (12) praktisch reibungsfrei auf die Gegen­ dichtfläche (14) aufsetzbar bzw. von dieser abhebbar ist, wobei in dem die Dichtfläche (12) tragenden Rand der Absperrklappe (11) eine Vorspannut (15), der ein spannbarer Vorspannring (16) zuge­ ordnet ist, angeordnet ist, und wobei der Dichtungsring (1), der die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, in die Vorspannut (15) einsetzbar sowie mechanisch so ausgebildet ist, daß er nach Maßgabe der Vorspannkraft über den die Dichtfläche (12) tragenden Rand der Absperrklappe (11) einen Labyrinthdichtungsring bildend, vordrückbar ist.

9. Flanschdichtung (3), deren Dichtungsring (1) nach Maßgabe der Ansprüche 6 und 7 ausgebildet ist.

10. Absperrklappen-Absperrorgan, bei dem die Absperrklappe (11) eine kegelförmige Dichtfläche (12) und der Absperrklappensitz (13) eine komplementär kegelförmige Gegendichtfläche (14) aufweisen sowie bei der Schließ- und Öffnungsbewegung die Dichtfläche (12) praktisch reibungsfrei auf die Gegendichtfläche (14) aufsetzbar bzw. von dieser abhebbar ist und wobei in dem die Dichtfläche (12) tragenden Rand der Absperrklappe (11) eine Vorspannut (15) für einen Dichtungsring (1) angeordnet ist, dem ein Vorspannring (16) zugeordnet ist und wobei fernerhin der Dichtungsring (1), der die Merkmale der Ansprüche 1 bis 5 aufweist, in die Vorspannut (15) eingesetzt sowie mechanisch so ausgebildet ist, daß er nach Maßgabe der Vorspannkraft über den die Dichtfläche (12) tragenden Rand der Absperrklappe (11) einen Labyrinthdichtungsring bildend, vordrückbar ist.