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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Gegenstand der Erfindung ist auf das Gebiet der Röhren- oder
Rohrverbindungen und Kupplungen gerichtet, und spezieller auf eine
Röhrenverbindung
vom Flanschtyp, die eine verbesserte Beziehung zwischen der Gleitringdichtung
und einer zugehörigen
Dichtung beinhaltet.
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Röhrenverbindungen
des Flanschtyps besitzen Dichtungen aus weichem Material, z. B.
gummiartig, Kunststoff, usw., die zu Abdichtzwecken zwischen gegenüber liegenden
Stirnflächen
von Flanschen festgeklemmt werden. Diese Röhrenverbindungen werden ständig in
hygienischen Verarbeitungssystemen verwendet, bei denen die Zurückhaltung
von Fluiden äußerst unerwünscht ist.
Diese Systeme sind normalerweise mit Neigungen kleiner Winkel der
Größenordnung
von 2° hinsichtlich
der Rohrleitungslängen
aufgebaut und nutzen Abflüsse
mit Gefälle.
Deshalb ist es aufgrund der Neigung mit kleinem Winkel notwendig,
das Potenzial zur Zurückhaltung
von Fluid zu begrenzen, in dem man sich auf Bereiche konzentriert,
in denen eine Zurückhaltung von
Fluid auftreten kann. Es ist zum Beispiel bekannt, die Dichtung
und dazugehörige
Flansche so auszulegen, dass bei Fertigstellung der Verbindung die
radial innere Fläche
der Dichtung eine im Wesentlichen bündige oder glatte Fortsetzung
zwischen den Innenflächen
der verbundenen Röhren
bildet. Verbindungen dieses allgemeinen Typs sind zum Beispiel in Patenten
der Patent-Nr.
US 3 775 832 ,
US 4 735 445 ,
CH 674764 A5 und DE-C-947
034 gezeigt.
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Im
Stand der Technik wurden verschiedene Verfahren oder Konstruktionen
vorgeschlagen, um zu gewährleisten,
dass keine übermäßige Pressung oder
zu geringe Pressung der Dichtung auftreten kann. Dessen ungeachtet
wurde herausgefunden, dass beide Situationen auftreten können, was
zu vielfältigen
Prozessproblemen führt,
die bedeutend sind und oft nicht erkannt werden. Wenn Dichtungen übermäßig gepresst
werden, wird das Dichtungsmaterial in den Strömungsweg des Röhren- oder
Rohrleitungssystems herausgepresst. Dies kann während des ersten Aufbaus der
Röhrenverbindung
oder nach einer Periode erhöhter
Prozesstemperaturen wie zum Beispiel bei einem Dampf sterilisationszyklus passieren,
wenn die thermische Ausdehnung der Dichtung zu einem übermäßigen Herauspressen
führen
wird. Das übermäßige Herauspressen
verursacht mehrere primäre
Probleme einschließlich
Durchflussbegrenzung, Beanspruchung von Zellen, Kontaminierung des
Systems und Zurückhaltung
von Fluid. Durchflussbegrenzung kann zum Beispiel auftreten, wenn
der innere Umfang der Dichtung übermäßig in den
Strömungsweg
ragt, was somit eine Drosselwirkung erzeugt. Hygienische Systeme
werden durch die FDA für
spezifische Reinigungsverfahren bewertet, einschließlich minimaler
Durchflussgeschwindigkeiten, die benötigt werden, um die turbulenten
Strömungsbedingungen
zu erzeugen, die erforderlich sind, um den Reinigungsprozess zu
bewirken. Eine Dichtung, die sich in einem den Durchfluss einschränkenden
Zustand befindet, kann verursachen, dass das System die geforderten
Fluidgeschwindigkeiten und folglich die staatlichen Vorschriften
nicht erfüllt.
Ein zweites Problem, die Beanspruchung von Zellen, wird durch empfindliche
Mikroorganismen verursacht, die auf die herausgepresste Dichtung auftreffen,
was zur Zerstörung
der Zelle führt,
die das Zielprodukt des biologischen Prozesses ist. Ein anderes
Problem, die Kontaminierung des Systems, kann sich ergeben, wenn
eine herausgepresste Dichtung über
die Zeit solchen Prozessbedingungen, insbesondere Dampf, ausgesetzt
wird, bei denen diese brüchig
werden kann und in Stücke
zerbricht, womit eine Kontaminierung des Systems verursacht wird. Ein
viertes Problem, die Zurückhaltung
von Fluid, tritt auf, wenn das System geleert wird, um das Produkt zurück zu gewinnen.
Die herausgepressten Dichtungen führen zu einer Zurückhaltung
von beträchtlichen Mengen
von Prozessfluid im System. Dies ist ein signifikantes Problem in
Systemen, die einen hohen Reinheitsgrad und/oder leichtes Spülen und
Umschalten zwischen Prozessfluiden erfordern.
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Im
Falle von zu geringer Pressung treten zwei primäre Probleme auf, die Einschließung von Fluid
und Undichtigkeit. Zu geringe Pressung kann aus einer ungenauen
Montage oder als Ergebnis von thermischen Zyklen herrühren. Wenn
eine Dichtung unter Temperatur hervorgepresst wird wie oben erörtert, wird
sie sich nicht in ihre ursprüngliche
Lage in den herkömmlichen
hygienischen Röhrenverbindungen
zurück
bewegen, wenn sie auf normale Temperatur oder Prozessumgebungstemperatur
abgekühlt wird.
Wenn dieser Zustand auftritt, ist eine kleine Druckkraft auf das
restliche Dichtungsmaterial innerhalb der Röhrenverbindung vorhanden, die
verursachen kann, dass sich die Röhrenverbindung löst. In einigen
Fällen
kann nur ein einziger thermischer Zyklus zum Verlust der Abdichtung
an der Bohrungslinie führen,
der es ermöglicht,
dass das Prozessfluid in den Abdichtungsbereich eintritt und eingeschlossen wird.
Das isolierte Fluid kann nicht ohne Demontage gereinigt werden und
kann eine Kontaminierung desselben oder nachfolgender Chargen verursachen.
In einigen Fällen
erreicht das Prozessfluid die Umgebung, und es tritt eine Undichtigkeit
auf.
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Abriss der
Erfindung
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Der
Gegenstand der Erfindung sieht die Konstruktion einer Röhrenverbindung
des oben erörterten
Typs vor, die so ausgelegt ist, um das Herauspressen einer Dichtung
auszuschliessen oder außerordentlich
zu reduzieren, eine Durchflussbegrenzung, Kontaminierung und Zurückhaltung
von Fluid zu reduzieren sowie verbesserte Axialität während der
Montage zu bewirken
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Insbesondere
enthält
eine Röhrenverbindungs-Baugruppe
des erörterten
allgemeinen Typs ein Paar von zylindrischen Röhrenenden in axial ausgerichteter
berührender
Beziehung. Jedes Röhrenende
besitzt eine zylindrische Innenfläche mit dem gleichen Durchmesser
in ausgerichteter Beziehung zu der zylindrischen Innenfläche des
gegenüber
liegenden Röhrenendes.
Von jedem Röhrenende nach
außen
gerichtet erstrecken sich Verbindungsflansche in radialer Richtung
mit axial gegenüber
liegenden Flächen,
die eine über
den Umfang fortlaufende Packungsnut einschließlich eines ersten axial schmalen
Abschnitts definieren, der durch axial gegenüber liegende Dichtflächen gebildet
ist. Der erste axial schmale Abschnitt öffnet sich zu den zylindrischen
Innenflächen.
Ein zweiter, axial weiterer Abschnitts der Nut ist von dem ersten
Abschnitt nach außen
gerichtet radial angeordnet und besitzt eine radiale Außenfläche, die über dem
ersten axial schmalen Abschnitt liegt und zu diesem ausgerichtet ist.
In der Packungsnut ist eine Dichtung aus weichem Material angeordnet.
Die eine Ausführung
der Dichtung besitzt einen schmalen Abschnitt oder eine Rippe, die
so bemessen und dimensioniert ist, um den ersten axial schmalen
Abschnitt der Packungsnut vollständig
auszufüllen
und mit den axial gegenüber
liegenden Dichtflächen
mit erheblichem Dichtungsdruck in Eingriff zu kommen.
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Ein
integraler, zweiter Abschnitt oder eine Krone der Dichtung ist so
bemessen und dimensioniert, dass er sich in den zweiten Abschnitt
der Packungsnut hinein erstreckt. Der zweite Abschnitt weist eine
innere Abmessung auf, die einen Presssitz mit den Röhren enden
zu Erleichterung der Montage und eine ausreichende Masse bildet,
um die Röhrenenden
in einer gewünschten,
ausgerichteten Beziehung während
der Bildung der Verbindung festzuhalten. Diese baulichen Merkmale
tragen somit zu einer verbesserten Ausrichtung der Bauteile in dem montierten
Fluidsystem zur Erleichterung der Montage bei.
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Eine
solche Konstruktion der Röhrenverbindung
ist durch die Druckschrift DE-A-4 201 535 bekannt, die den ersten
Abschnitt von Anspruch 1 darstellt. Das Problem, das Herauspressen
einer Dichtung zu verringern, die Durchflussbegrenzung, Verunreinigung
und Zurückhaltung
von Fluid zu reduzieren, wird durch die kennzeichnenden Merkmale
der Ansprüche
gelöst.
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Der
zweite Abschnitt der Dichtung besitzt ebenfalls eine radiale Abmessung,
die groß genug ist,
um sich in radialer Richtung über
dem zweiten Abschnitt der Packungsnut und in einem zusammengedrückten Eingriff
mit der radialen äußeren Umfangsfläche zu erstrecken,
wenn die Verbindung fertig gestellt ist. Der axiale Umfang der Packungsnut
ist groß genug,
um einen Ausdehnungsraum zur Verfügung zu stellen, in den sich
die Dichtung ausdehnen kann, wenn sie Temperaturerhöhungen ausgesetzt ist.
Die Bereitstellung des Ausdehnungsraumes verringert dadurch das
radial nach innen gerichtete Herauspressen der Dichtung über die
zylindrischen Innenflächen
der Röhrenenden
hinaus.
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Die
Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, ergibt sich daraus, dass
herausgefunden wurde, dass für
solche Dichtungen verwendete Werkstoffe das Herauspressen entweder
infolge eines ersten Aufbaus der Verbindung oder als Ergebnis erhöhter Temperatur
zulassen. Dadurch, dass ein Ausdehnungsraum an einer Stelle, die
radial nach außen
von dem schmalen inneren Dichtungsabschnitt der Dichtung angeordnet
ist, ergibt sich eine bedeutende Verringerung der Dichtungsausdehnung
in den Strömungsweg
der Röhrenenden.
Der schmale innere Dichtungsbereich der Dichtung wird radial belastet, weil
der zweite Abschnitt der Dichtung so bemessen ist, dass er sich
in radialer Richtung über
dem zweiten Abschnitt der Packungsnut in zusammenpressendem Eingriff
mit der radialen Außenfläche des zweiten
Abschnitts der Packungsnut erstreckt. Außerdem bildet der zusammenpressende
Eingriff eine von der primären
Abdichtung radial nach außen
gerichtete sekundäre
Abdichtung.
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Der
Eingriff zwischen dem zweiten Abschnitt der Dichtung und der radialen
Außenfläche der
Packungsnut bewirkt zusätzlich
eine radiale Kompression oder Spannung in Umfangsrichtung, die die
Ausdehnung der Dichtung in den Ausdehnungsraum erlaubt, während die
Dichtung gegen eine unerwünschte
radiale Verschiebung des schmalen inneren Dichtungsabschnitts aus
ihrer dem Strömungsweg
benachbarten gewünschten
Stelle festgehalten wird.
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Wie
aus dem Vorhergehenden ersichtlich wird, ist eine primäre Aufgabe
der Erfindung die Bereitstellung einer Röhrenverbindung mit Dichtung
ist, bei der das Herauspressen der Dichtung in den Strömungsweg
wesentlich reduziert ist und eine glatte Fortsetzung der Innenwandflächen der
verbundenen Röhre
aufrechterhalten wird, wodurch die Zurückhaltung von Fluid, die Durchflussbegrenzung
und eine Kontaminierung des Systems reduziert wird.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der verbesserten Ausrichtung
der Bauteile der Verbindungsbaugruppe.
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Eine
noch andere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Rohr- oder Röhrenverbindungsgruppe,
die eine sekundäre
Abdichtung bewirkt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen,
bevorzugten Ausführungen und
einem Verfahren dafür,
die in dieser Patentbeschreibung ausführlich beschrieben werden und
in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil davon bilden, dargestellt
sind, reale Form annehmen, wobei:
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1 ist
eine Ansicht im quer verlaufenden Schnitt durch eine bevorzugte
Form der entsprechend dem Gegenstand der Erfindung gebildeten Rohr-
oder Röhrenverbindungskonstruktion;
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2 ist
eine stark vergrößerte Ansicht
der Dichtungsaussparung der aufgebauten Verbindung von 1 zur
vollständigeren
Darstellung der Beziehungen zwischen der Dichtung und der Dichtungsaussparung;
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3 ist
eine stark vergrößerte Querschnittansicht
durch die Dichtung;
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4 ist
eine Querschnittansicht der Dichtung in ihrer nicht zusammengedrückten Form,
die über
die Dichtungsaussparung gelegt ist, um ein besseres Verständnis der
damit verbundenen relativen Beziehungen zu bewirken;
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5 ist
eine Querschnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführung nach
der Erfindung;
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6 veranschaulicht
das Hinzufügen
von Kanälen
in der Verbindungsbaugruppe, um die Unversehrtheit der Abdichtung
der Bohrungslinie und eine potenzielle Kontaminierung zu erfassen
und zu überwachen;
und
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7A bis 7E veranschaulichen
alternative beispielhafte Ausführungen
und Formen für eine
erfindungsgemäße Dichtung;
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Mit
Bezug jetzt auf die Zeichnungen wird mit deren Darstellungen nur
bezweckt, bevorzugte Ausführungen
nach der Erfindung zu veranschaulichen und diese nicht einzuschränken. 1 zeigt
ein Paar von axial ausgerichteten, zylindrischen Röhren- oder Rohrenden 10, 12,
die durch eine Flanschverbindungsbaugruppe 14 in abgedichteter
Beziehung verbunden werden. Die Röhrenenden 10, 12 besitzen gleichförmige Innenöffnungsdurchmesser
D1 bzw. D2, die den gleichen Durchmesser aufweisen und in eng ausgerichteter
Beziehung angeordnet sind. An den Enden von jedem Röhreennde 10, 12 sind
jeweils über
den Umfang fortlaufende, sich in radialer Richtung erstreckende
Flansche 16, 18 ausgebildet. Die Flansche ermöglichen
es, die Röhrenenden
im zusammengebauten Zustand, der durch einen normalen Klemmring 15 gezeigt
und in der Zeichnung nur schematisch dargestellt ist, festzuklemmen.
Obwohl die Flansche 16, 18 als getrennte Elemente ausgebildet
sein können
und mit den Röhrenenden geeignet
verbunden werden können,
sind sie in der vorliegenden Ausführung so dargestellt, als wären sie
an den entsprechenden Röhrenenden 10,12 einstückig angeformt.
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Jeder
der Flansche 16, 18 enthält eine abdichtende Stirnfläche, die
vorzugsweise in er ner Ebene senkrecht zur mittleren Achse 20 liegt.
Die Stirnflächen 22, 24 der
Flansche 16, 18, die an die radialen Stirnwände 27a,
b angrenzen, wirken zusammen, um eine über den Umfang fortlaufende,
eine Packung aufnehmende Aussparung oder Nut 30 zu bilden.
In der vorliegenden Ausführung
ist die eine Packung aufnehmende Nut 30 so angebracht,
dass diese Nut 30 einen radialen inneren ersten Abschnitt 32 (siehe 2)
aufweist, der verhältnismäßig schmal
ist und sich zum Inneren des mittleren Durchflusskanals hin öffnet, wenn
die Flansche 16, 18 in der in 1 dargestellten
Beziehung festgeklemmt werden. Die Nut enthält des Weiteren einen zweiten, axial
werteren Abschnitt 34, der radial nach außen von
dem ersten Abschnitt 32 angeordnet und über dessen Umfang fortlaufend
ist. Die Kontrolle der Breite der Packungsnut 30 wird durch
formfeste Verlängerungen 16a, 18a jeweils
an der radialen Außenkante
der Flansche 16, 18 bewirkt, um eine Bewegung
der Flansche in axialer Richtung zueinander zu beschränken.
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Innerhalb
der Nut 30 ist eine aus einem geeigneten weichen Werkstoff
gebildete Dichtung 38 angeordnet, die eine wirksame Abdichtung
bilden wird, wenn sie zwischen den Flanschen zusammengedrückt wird.
Es können
viele unterschiedliche Dichtungswerkstoffe einschließlich Ethylenpropylene,
Fluorkohlenwasserstoffe, Silicongummis, Nitrile, Neoprene, Polyethylen
und Tetrafluorethylene verwendet werden. In dieser Ausführung weist
die Dichtung 38 einen bevorzugten Querschnitt wie in 3 dargestellt
auf. Wie anschließend
beschrieben wird, kann die Form der Dichtung 38 unterschiedliche
Ausführungen
und Aussehen haben, während
sie doch die Nutzen und Vorteile der Erfindung erfüllt. Ein
radial innerer Abschnitt 40 der Dichtung bildet eine Rippe,
die im Wesentlichen eine gleich bleibende axiale Abmessung aufweist,
die im nicht komprimierten Zustand etwas größer ist als die axiale Abmessung
des radial inneren Abschnitts der Nut (siehe die überlagerte
Darstellung von 4). Beim Zusammenbau wird der
radiale Innenabschnitt zwischen den Flächen 22, 24 zusammengedrückt, um
eine erste oder primäre
Abdichtung zu bilden, die den durch den inneren schmalen Abschnitt
der Nut gebildeten Hohlraum ausfüllt.
Außerdem
ist der radiale Innendurchmesser der Dichtung in der dargestellten
Ausführung von 4 im
nicht zusammengedrückten
Zustand etwas größer als
der Durchmesser des Strömungsweges.
Somit wird der Innendurchmesser der Dichtung, wenn die Verbindung
vollständig
zusammengebaut ist, in einer im Wesentlichen bündigen Beziehung mit dem Durchmesser
des Strömungsweges verschoben,
der eine Abdichtung der Bohrungslinie erzeugt, die eine Zurückhaltung
von Fluid reduziert und einen Einschluss von Fluid auch bei erhöhten Prozesstemperaturen
des Systems verhindert. In anderen Ausführungen kann die nicht zusammengedrückte Rippe 40 jedoch
einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als der, größer als
der oder gleich dem Durchmesser des Strömungsweges in Abhängigkeit
von der dazugehörigen
Ausführung
der Rohrverbindung ist, um nach dem Aufbau eine bündige oder
im Wesentlichen bündige
Abdichtung der Bohrungslinie zu erzeugen. In einigen Ausführungen
wird es wünschenswert
sein, geringes Herauspressen der Dichtungsrippe 40 in den
Strömungsweg
nach dem Aufbau zuzulassen wie es in 2 in übertrieben dargestellter
Weise veranschaulicht wird. In diesen Fällen wird es speziell für hygienische
Anwendungen erwünscht
sein, dass der dritte Rippenabschnitt, der sich in den Strömungsweg
hinein erstreckt, nach außen
gewölbt
ist, um den Einfluss von Fluid zu verringern. Die vorliegende Erfindung
kann mit einer solchen Ausführung
verwendet werden, weil die Erfindung Merkmale zur Verfügung stellt,
die das weitere Herauspressen bei erhöhten Prozesstemperaturen des
Systems reduzieren wie es im Folgenden beschrieben werden wird.
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Der
radiale äußere Abschnitts 42 der
Dichtung besitzt eine vergrößerte, axiale
und radiale Abmessung im Verhältnis
zu der Rippe 40, der in der Ausführung von 3 einen
pilzförmigen
Aufsatz oder Krone 42 bildet, die sich einstückig von
dem inneren Abschnitt 40 der Dichtung erstreckt. Wiederum mit
Bezug auf 4 ist die axiale Abmessung des Aufsatzes
an seinem weitesten Abschnitt) im nicht zusammengedrückten Zustand
größer als
die axiale Abmessung der Nut in der fertig gestellten Verbindung.
Auf diese Weise wird die Dichtung in abdichtenden Kontakt mit den
radialen Flächen
des vergrößerten Abschnitts
der Nut (siehe 1 und 2) zusammengedrückt. Die
sich aus diesen dimensionalen Beziehungen ergebende Kompression
verschiebt außerdem
das Dichtungsmaterial radial nach außen, so dass es mit der radialen
Außenwand
der Nut an den formfesten Verlängerungen 16a, 18a in Eingriff
kommt. Dieser Eingriff bildet eine sekundäre Abdichtung, die den Nenndruck
der Baugruppe erheblich erhöhen
kann. Darüber
hinaus stellt die sekundäre
Abdichtung eine Sperre zur Umgebung außerhalb der hygienischen Rohrverbindung
dar. Zum Beispiel dient die sekundäre Abdichtung dazu, die hygienische
Rohrverbindung spritzwassergeschützt zu
machen.
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Der
Eingriff hat auch den zusätzlichen
Vorteil, die Umfangsspannung (d. h. eine Spannung in Umfangsrichtung)
zu bewirken, die verhindert, dass sich die Rippe der Dichtung als
Reaktion auf Druck in dem Fluidsystem radial nach außen bewegt.
Anordnungen im Stand der Technik, die axiale Kompression nutzen
und einen Spalt zwischen der äußeren radialen
Kante der Dichtung und der Nutwand umfassen (hier durch die formfesten
Verlängerungen
gebildet) sind in einigen Anwendungen potenziell einer radialen
Verschiebung der Dichtung als Reaktion auf den Druck in der Fluidleitung
ausgesetzt. In solchen Ausführungen
nach dem Stand der Technik ist somit die gesamte Dichtung für eine radiale
Verschiebung empfindlich, was zum Verlust einer effektiven Abdichtung
der Bohrungslinie und den damit verbundenen Problemen von Fluidzurückhaltung,
Kontaminierung, usw. führt.
So wird in der vorliegenden Erfindung durch den radialen Eingriff
zwischen den formfesten Verlängerungen 16a, 18a und
dem zweiten Abschnitt der Dichtung 42 diese unerwünschte Wirkung
unterdrückt,
während
eine sekundäre
Abdichtung oder Sperre bewirkt wird.
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Der
abgerundete, kegelförmige, äußere, radiale
Bereich des Aufsatzes 42 mit dem inneren Abschnitt 40 bewirkt
die charakteristische Pilzform für die
Dichtung. Der glatte Übergang
und die Reduzierung der axialen Abmessung der Dichtung, die sich von
der Röhrenbohrung
radial nach außen
erstreckt, sorgt für
Ausdehnungsräume 44, 46.
Der zweite, axial weitere Abschnitt 34 der Nut 30 ist
so bemessen, um eine erwartete Ausdehnung der Dichtung als Reaktion
auf erhöhte
Temperaturen aufzunehmen, wobei nicht beabsichtigt ist, dass er
bei Umgebungstemperatur durch die Dichtung völlig ausgefüllt wird. Obwohl sich die Dichtung
mit den formfesten Verlängerungen
in Eingriff befindet, um die sekundäre Abdichtung wie oben beschrieben
zu bilden, werden die Zwischenräume 44, 46 so
zwischen der Nutwand und dem verringerten oder kegelförmigen Bereich
der Dichtung gebildet.
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Die
vergrößerte Masse
des Aufsatzes 42, die durch die bevorzugte Ausführung vorgesehen
ist, besitzt außerdem
den Vorteil, die Axialität
der Verbindungsteile zu verbessern, während auch ein Ausdehnungsraum
und die radiale Kompression ermöglicht werden.
Das heißt,
weil die Dichtung so dimensioniert ist, dass sie mit der Nut an
der Übergangsfläche des
ersten und des zweiten Abschnitts der Nut einen Presssitz bildet,
wird die Dichtung auf einem ersten Flansch in derselben Lage bleiben,
während
der gegenüber
liegende Flansch zum ersten Aufbau der Verbindung positioniert wird,
und die gegenüber
liegenden Röhren
in zeitweiliger Ausrichtung gehalten werden, während die Verbindung fertig
gestellt wird. Die vergrößerte Masse
der Dichtung bewirkt außerdem
einen sicheren Ausrichtungsbezug in der Gestalt eines „Sitzes", der tastbar gefühlt wird,
wenn die Flansche über
der Dichtung zusammengebracht werden, und es unterstützt, die
Flansche und Röhren während des
Aufbauvorgangs ausgerichtet zu halten. Dies ermöglicht es dem Benutzer, die
Verbindungsanordnung fertig zu stellen, ohne die Axialität der Röhrenenden
einzustellen. Ebenso wird die Axialität der Röhrenleitung verbessert, weil
der erste Aufbau der Röhren
genauer ist und durch die Montage der Verbindung beibehalten wird.
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Wie 5 dargestellt,
ist eine weitere bevorzugte Ausführung
der die Merkmale der Erfindung beinhaltenden Dichtung veranschaulicht.
Insbesondere wird ersichtlich, dass die Dichtung nicht symmetrisch
um eine radiale Achse herum ausgebildet sein muss. Hierbei weist
die rechte Fläche
der Dichtung die normalerweise Pilzform der Dichtung auf, die in Verbindung
mit der Ausführung
von 1 bis 4 beschrieben wurde. Es ist
jedoch nicht beabsichtigt, dass der äußere radiale Abschnitt der
Dichtung mit den formfesten Verlängerungen
in Eingriff kommt und eine sekundäre Abdichtung bildet, weil
ein ringförmiger
Metallring 50 zur Aufnahme zwischen den formfesten Verlängerungen
eingesetzt wird. Der Eingriff zwischen dem Metallring 50 und
den Flächen
der formfesten Verlängerungen
begrenzt die axiale Kompression, die auf die Dichtung aufgebracht
werden kann. Die anderen Merkmale nach der vorliegenden Erfindung
wie (i) das Bilden einer wirksamen Abdichtung der Bohrungslinie
und (ii) das Ausbilden eines Ausdehnungsraumes beim Aufbau der Verbindung bei
Bedingungen erhöhter
Temperatur werden auch bereitgestellt. Die gegenüber liegende Fläche oder linke
Fläche
der Dichtung ist eine herkömmliche
Ausführung
und beinhaltet daher nicht alle Merkmale nach der Erfindung. Sie
veranschaulicht jedoch, dass die Dichtung eine Anzahl von unterschiedlichen
Ausführungen
annehmen kann, ohne vom gesamten Umfang und der Absicht der Erfindung
abzuweichen. Daher ist die Baugruppe 38, 50 in
Form einer Adaptervorrichtung, die es ermöglicht, dass zwei unterschiedliche
Flanschausführungen
verbunden werden, während
gleichzeitig eine wirksame Abdichtung der Bohrungslinie und des
Ausdehnungsbereichs beibehalten werden.
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Wie 5 dargestellt
ist, umhüllt
eine dünne Schicht 38a aus
dem Material der Dichtung 38 den Metallring 50.
Dies kann zum Beispiel während
eines Formungsvorgangs für
die Dichtung 38 ausgeführt werden.
Es muss nicht der gesamte Ring umhüllt werden.
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6 ist
eine weitere Modifizierung nach der Erfindung, die die Fähigkeit
zum Fühlen
oder Überwachen
der Verbindung einschließt.
Insbesondere können
die Flasche so modifiziert werden, dass sie Kapillarkanäle 52a, 52b enthalten,
die mit den Ausdehnungsräumen 44, 46 in
Verbindung stehen, wenn eine sekundäre Abdichtung durch den Aufsatz
oder sekundären
Abschnitt der Dichtung gebildet wird. Mit den Kanälen werden
geeignete Sensoren (nicht gezeigt) in Verbindung stehen und eine
Anzeige der Unversehrtheit der Abdichtung der Bohrungslinie zur Verfügung stellen.
Dies verschafft der Bedienperson des Systems die Fähigkeit,
die Unversehrtheit der primären
Abdichtung durch die Ausdehnungsräume 44, 46 genau
zu überwachen,
während
die sekundäre
Abdichtung noch den Systemdruck enthält, wenn eine Abdichtung der
Bohrungslinie versagt. Außerdem
kann die Überwachungsanordnung
an beiden Seiten der Dichtung einbezogen oder nur auf einer Seite
verwendet werden, wenn eine modifizierte Form der Dichtung (z. B.
wie in 5 dargestellt) verwendet wird.
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2 und 3 stellen
die Beziehungen der bevorzugten Nennmaße für die Nut 30 bzw.
die Dichtung 38 dar. Insbesondere besitzt die Abdichtungsfläche des
Flansches die allgemeinen Abmessungen, die für Röhren mit einem Nennaußendurchmesser von
25,4 mm (1,00 Zoll) und einem Innendurchmesser von 22,1 mm (0,87
Zoll) gezeigt werden, wobei jedoch die allgemeinen Beziehungen für einen
Bereich von Röhrengrößen gültig sind.
Bei Überprüfung dieser
Maße und
Vergleichen der Nutmaße
mit den Dichtungsmaßen
wird ersichtlich, dass der schmalere Innenabschnitt der Dichtung
in der axialen Dimension um etwa 20 bis 30% zusammengedrückt ist, während der
weitere äußere Abschnitt
um etwa 15 bis 20% zusammengedrückt
ist. Dies führt
natürlich zu
erheblich höheren
Dichtungsdrücken
zwischen der Rippe 40 und den radialen Innenflächen der
Nut. Es wird außerdem
ersichtlich, dass der weitere Abschnitt der Dichtung 38 jedoch
in axialer Richtung zusammen gedrückt wird, bis er sich so bewegt,
dass die radiale Außenfläche der
Dichtung in einen zusammenpressenden Eingriff mit der radialen Außenfläche der
Nut gesetzt wird und die sekundäre
Abdichtung gebildet wird.
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Dem
Fachmann wird außerdem
verständlich,
dass die Ausdehnungsräume 44, 46 nicht
auf die oben dargestellte und beschriebene Ausführung beschränkt sind.
Es kann jede beliebige geeignete Dimensionierung von Dichtung und
Nut verwendet werden, die die gewünschte Ausdehnung erlaubt.
Außerdem
wird auch in Erwägung
gezogen, dass die Dichtung in ihrem zweiten Abschnitt Hohlraumbereiche einschließt, die
dem gleichen Zweck dienen können. So
können
zum Beispiel an beabstandeten Umfangsstellen des zweiten Dichtungsabschnitts
Aussparungen ausgebildet sein, wobei Durchgangslöcher im zweiten Dichtungsabschnitt
die gleiche Aufgabe erfüllen
können.
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Dem
Fachmann wird sich erschließen,
dass das Material der Dichtung 38 einige der funktionellen Aspekte
der Dichtung beeinflussen wird. Wenn zum Beispiel die Dichtung aus
einem elastomeren Material wie Silicongummis und Fluorkohlenwasserstoffen hergestellt
ist, um zwei Beispiele zu nennen, wird der vergrößerte Aufsatz 42 zusammengedrückt, wenn die
Baugruppe 14 hergestellt wird, um an den Verlängerungen 16a und 18a die
radiale Kompression und sekundäre
Abdichtung zu erzeugen. Wenn die Dichtung 38 aus einem
verhältnismäßig härteren Material (obwohl
weiches geeignet ist, um die primäre Abdichtung der Bohrungslinie
an den Flächen 22, 24 zu
bilden) wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE) hergestellt ist,
erstreckt sich der vergrößerte Aufsatz 42 nicht
erheblich in radialer Richtung, um mit den Verlängerungen 16a und 18a in
Eingriff zu kommen. So ist zum Beispiel im Falle von PTFE das pilzförmige Aussehen
des Aufsatzes 42 dekorativ, obwohl doch ein Presssitz und
eine vergrößerte Masse
genutzt werden, um die Axialität
während
des ersten Aufbaus aufrecht zu erhalten. Werkstoffe wie zum Beispiel PTFE
besitzen eine ausreichende Spannung in Umfangsrichtung, um die Abdichtung
der Bohrungslinie bei den beabsichtigten Drücken ohne die ergänzte Unterstützung der
radialen Kompression aufrecht zu erhalten.
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Es
soll außerdem
angemerkt werden, dass in der beschriebenen Ausführung wie 2,
zum Beispiel die Stirnflächen 22, 24,
die den vergrößerten Abschnitt 34 der
Nut bilden, mit den axialen, äußeren Abschnitten
des Aufsatzes 42 in Eingriff kommen, bevor die Rippe 40 in
Eingriff gebracht wird. Dies erzeugt eine anfängliche Kompression am Aufsatz 42, die
eine radiale Ausdehnung der Rippe unterstützt und hilft, sie zu kontrollieren,
wenn die Rippe beim Aufbau der Röhrenverbindung
zusammengedrückt wird.
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Mit
Bezug auf die 7A bis 7E sind auf
beispielhafte Art und Weise unterschiedliche Formen und Ausführungen
der Dichtung 38 insbesondere die Querschnittsformen veranschaulicht
(in 7A bis 7E ist
nur die Hälfte
von jedem Querschnitt der Dichtungen 38 dargestellt). Zum
Beispiel ist in 7A der radiale Kegel in der
axialen Abmessung der Dichtung konisch, um eine flache Kante 38a zu
bilden (im Schnitt gesehen). Die beispielhaften Formen in 7A bis
einschließlich 7E können den
Presssitz und die Merkmale einer vergrößerten Masse gegenüber der
Packungsnut 30, wie es hier zuvor beschrieben ist, enthalten.
Darüber
hinaus werden die Dichtungen von 7A bis 7E, wenn
sie aus einem Elastomer hergestellt sind und geeignete Abmessungen
im Verhältnis
zu der Nut 30 aufweisen, zusammengedrückt und sich in radialer Richtung
erstrecken, um die radiale Kompression an den Verlängerungen 16a, 18a zu
bilden. Diese unterschiedlichen Ausführungen sind vorgesehen, um
zu verstärken,
dass die Form und Ausführung
des Dichtungsaufsatzes 42 unter dem Aspekt seiner Erscheinung
weitgehend dekorativ ist, und dass die verschiedenen gewünschten
funktionalen Aspekte der Dichtung 38 entsprechend der Erfindung
mit einer beliebigen Anzahl von Ausführungen und Formen erreicht
werden können.
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Nach
einer weiteren Ausführung
der Erfindung wird aus den vorhergehenden Beschreibungen deutlich,
dass die Dichtung 38 drei radiale Maße am Innenring der Rippe 40 an
unterschiedlichen Punkten beim Aufbau der Anordnung 14 annehmen
kann. Zum Beispiel wird der Innendurchmesser der Rippe 40 die
Abmessung X besitzen, wenn die Dichtung zum Beispiel frei stehend,
noch nicht an einem Flansch angebracht ist, wobei X zum Beispiel
größer ist
als der Innendurchmesser der Röhre 10, 12.
In anderen Ausführungen
kann die Abmessung X kleiner als der oder gleich dem Innendurchmesser
der Röhre sein.
Wenn die Dichtung auf die zylindrische Senkbohrung 104,
die die Übergangsfläche zwischen
dem inneren radialen Abschnitt 32 und dem radialen nach außen gerichteten
Abschnitt 34 der Nut 30 bildet, geschoben wird,
wird der Innendurchmesser der Rippe wegen des Presssitzes die Abmessung
X + Y haben. Drittens wird, nachdem die Anordnung 14 aufgebaut worden
ist, die durch Kompression der Rippe 40 verursachte radiale
Verlängerung
der Rippe 40 den Innendurchmesser der Rippe 42 verändern, der
im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Röhre 10, 12 entspricht,
um die bündige
Abdichtung der Bohrungslinie zu erzeugen. In einigen Anwendungen
wird die Kompression auf die Rippe 40 wiederum so ausgelegt
sein, um ein leichtes Herauspressen, das vorzugsweise nach außen gewölbt ist
(siehe 1) in den Bereich des in neren Röhrendurchmessers
zu erzeugen, damit eine Aussparung vermieden wird, die an der Verwendungsstelle
schwierig zu reinigen sein könnte.
In allen Zeichnungen wurden hier der Deutlichkeit halber und zur
Erleichterung der Darstellung einige relative Abmessungen wie zum
Beispiel das relative Quetschen auf die Rippe und den Aufsatz oder
die dargestellte Größe des Herauspressens
in den Strömungsweg übertrieben
dargestellt.