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Elastisch allseitig geschlossene, mit einer Füllung versehene Hohlringdichtung
Als Dichtung für Flanschverbindungen, Muffenverbindungen, Stopfbuchspackungen u.
dgl. sind besonders gut Materialien geeignet, die in zusammengedrücktem Zustande
eine gewisseFederkraft ausüben, d. h. das Bestreben haben, wieder in die Form zurückzugehen,
welche sie vor ihrerDeformation durch das Anziehen der Flanschverbindung ö. dgl.
besaßen. Eine besonders ideale Dichtung stellt daher die Gummidichtung dar, deren"
Anwendung jedoch auf hierfür geeignete Medien und Temperaturen beschränkt ist. Andererseits
hat man bei hohen Temperaturen und bei Medien, für die aus anderen Gründen nachgiebige
Dichtungen, wie insbesondere Gummi u. dgl., nicht in Frage kommen, @ l@2etalldichtungen
schon seit langer Zeit verwandt. Je nach dem Verwendungszweck werden hierbei Metalle
von verschiedener Verformbarkeit gewählt, wie Blei, Nickel, Weichkupfer, Weicheisen,
sowie - für höchste Drücke und Temperaturen Stahl, z. B. für Dampfleitungen. Der
Nachteil der bekannten Metalldichtungen besteht jedoch darin, daß sie überhaupt
nicht oder nur in geringem Maße die obenerwähnte federnde Eigenschaft des Gummis
besitzen, unter Ausübung einer entsprechenden Dichtungskraft infolge inneren Überdrucks
in die Ausgangsform zurückzustreben. Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen,
unter Beseitigung der vorerwähnten Nachteile auch anderen Dichtungen als Gummi,
insbesondere Metalldichtungen, den Vorzug der Gummidichtung zu verleihen. Die Erfindung
betrifft eine allseitig geschlossene, mit einer Füllung versehene Hohlringdichtung
und besteht darin, daß als Füllung ausschließlich eine Mischung von Wasser und Wasserdampf
verwandt wird, und zwar in einer solchen Menge Dampf-Wasser-Gemisch, daß bei der
Betriebstemperatur der abzudichtenden Teile. z. B. Rohrleitungsflanschen,
ein
bestimmter gewünschter Innendruck entsprechend der Zustandsänderung des eingefüllten
Dainpf-`Wasser-Geinisches erreicht wird.
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Die Erfindung betrifft ferner ein ``erfahren zur Herstellung einer
solchen Hohlringdichtung und besteht darin, daß die Füllung der Hohlringdichtung
auf einem Punkt der Sattdampflinie derart erfolgt, daß die Hohlring= dichtungganz
oder teilweise mit Wasser gefüllt und bei Atmosphärendruck so lange erhitzt wird,
bis von der Wasserfüllung so viel verdampft und aus dem Hohlraum der Dichtung entwichen
ist, daß der gewünschte Füli lungsgrad erreicht ist, worauf das Verschliehen der
Hohlringdichtung erfolgt. Hohlringdichtungen mit Füllungen sind an sich bekannt.
So wurde bereits vorgeschlag g 11, e die Holilringdichtung vor ihrer Verwendung
mit einem hochgespannten Gas zu füllen. Nach einem anderen Vorschlag wird Flüssigkeit
zur Füllung =der Hohlringdichtung benutzt, die durch Aufpumpen den erforderlichen
Druck erhält. Ein weiterer Vorschlag benutzt Flüssigkeiten mit einem genügend hohen
Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie Petroleum, Alkohol oder Wasser, und beeinflußt
den Druck in der Hohlringdich-- tung durch Erwärmen oder Abkühlung. Diesen beiden
Vorschlägen ist gemeinsam, daß die Hohlringdichtung durch die Flüssigkeit vollständig
ausgefüllt wird. Endlich ist es auch, bekannt, Hohlringdichtungen mit leicht siednden
Flüssigkeiten, wie Äther oder Alkohol, zu füllen und dann die Füllöffnung dicht
zu verschließen. Eine vorherige Bestimmung der einzufüllenden Menge der Flüssigkeiten,
um bei einer ganz bestimmten Temperatur einen ganz bestimmten Druck in der Hohlringdichtung
zu erhalten, ist hierbei jedoch nicht möglich.
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Die -Möglichkeit, bei einer ganz bestiniinten Temperatur einen ganz
bestimmten Innendruck in der Hohlringdichtung zu erhalten, ist nur bei der erfindungsgemäßen
Verwendung einer Füllung gegeben, die ausschließlich aus einer Mischung von Wasser
und Wasserdampf besteht, cla z. Z. nur die IS.-Tafel für Wasserdampf die erforderlichen
Unterlagen sowohl über das Gebiet des gesättigten als auch über dasjenige des überhitzten
Dampfes bietet. Hat inan die Dichtung mit der erforderlichen Menge Wasser und Wasserdampf
gefüllt und dann verschlossen, so erfolgt .bei Erwärmung der Hohlringdichtung der
Druck und Temperaturanstieg -zunächst auf der Sattdanipfkurve. bis der gesamte Wasserinhalt
in Wasserdampf überführt ist. Der weitere Druck- und Temperaturanstieg erfolgt darin
auf der Linie konstanten Volumens. Will inaii nun das erforderliche Gewicht des
in der 1-Iolilringdichtung einzufüllenden Wassers und Wasserdampf-Gemisches bestimmen,
so geht man von dem gewollten Temperatur- und Druckzustand bei der Betriebstemperatur
der Hohlringdichtung aus, d. h. von dem Schnittpunkt der Temperaturlinie und der
Drucklinie in der IS.-Tafel für Wasserdampf, und geht von dieseln aus auf der Linie
konstanten Vokilnens,bis zur Sattdampflinie. Auf Grund des dort vorhandenen Druckes
oder der dort vorhandenen Temperatur des Sattdanipfes ist der Tafel für gesättigten
Wasserdampf das spezifische Gewicht des Sattdampfes zu entnehmen, d. h. das Gewicht
des in die Hohlringdichtung einzufüllenden Gemisches von Wasser und Wasserdampf
je in' Hohlraum der Hohlringdichtung.
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Handelt es sich z. B. um eine Anlage, deren Betriebsdruck ioo at und
deren Betriebstemperatur d8o° beträgt, und soll der Druck in der Hohlringdichtung
den doppelten Wert des Betriebsdrucke:, d. h. Zoo at, betragen, so geht man in der
IS.-Tafel für Wasserdampf von dem Schnittpunkt der 2oo-.-it-Linie und der 48o'-Linie
aus. Dieser liegt etwa auf der Linie o,oi5 de: konstanten Volumens. Geht man dann
auf dieser Linie (res konstanten Volumens bis zur Sattdainpflinie, so stellt man
für den Sattdampf eine Temperatur von etwa 323 und einen Druck von etwa 12o
at fest. In diesem Zustand beträgt das spezifische Gewicht des Sattdampfes etwa
o,oh8 kg/m3. Demnach beträgt die Füllung für jedes din3 Hohlraum der Hohlririgdichtung
etwa 68 g des Gemisches von Wasser und Wasserdampf.
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In der Abb. i- ist als Ausführtuigsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung
eine Flansch- i verbindung mit hohler Linsendichtung dargestellt. Hierbei sind die
Dichtung mit i un(l die zu verbindenden Flanschen bzw. Bunde mit 2 bezeichnet. In
der Hohlringdichtung i herrscht der Innendruck p, des hüllinittels, innerhalb der
Rohrleitung o. dgl. der wesentlich niedrigere Druck p., des Betriebsmittels. Während
die konischen Flächen 3 derFlansc lie il bzw. Bunde gerade ausgebildet sind,. sind
<lic korrespondierenden Anlageflächen der I_ilise i schwach gewölbt ausgeführt.
Da der H<ililrauin der Linse nicht kreisförmig ist, also nicht den größtmöglichen
Querschnitt besitzt, fzomint infolge des inneren = Cberdrucks p, minus p. die Dichtung
zurn Anliegen und Ablichten etwa in der Linie -1-4, «-elche je nach Zen Verhältnissen
bei steigendem Innendruck weiter nach aufien und bei sinkendem Innenlrucl, weiter
nach innen rückt. 13ine u nzuässige Beanspruchung der Dichtung infolge ,ußerer Einwirkung,
z. 1-'). zti starken An-:iehens der Flanschverbindungen, ist dur. h
die
Form der Dichtung selbst verhindert, da die Abdichtung im Grenzfall etwa in die
Linie 5-5 fällt, wobei ein weiteres Zusammendrücken der Dichtung nicht möglich ist.
Eine unzulässige Ausdehnung der Dichtung und eine Zerstörung derselben infolge des
Innendrucks des Füllmittels kann, soweit die inneren und äußeren Wandstärken der
Hohlringdiehtung dafür nicht an sich schon ausreichend groß gemacht sind, noch durch
Begrenzungsringe 6 o. agl. verhindert werden, was bei dem Ausführungsbeispiel der
Abb. i weniger nach innen als nach außen erforderlich sein kann.
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Die Abb. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für
eine Flanschverbindung. Die, Hohlringdichtung und die zu verbindenden Flansch- bzw.
Bundenden sind @vieder mit i und 2 bezeichnet. In diesem Falle ist die 1-Iolilringdichtung
als allseitig runde Hohlringdichtung ausgeführt, die in eingebautem Zustande einen
eiförmigenQuerschnitt besitzt.
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Der Einbau einer solchenDichtung ist ohne weiteres an Stelle einer
normalen Linsendichtung möglich. Unzulässige Beanspruchung der Dichtung infolge
zu starken Anziehens der Verbindung oder infolge des inneren Überdrucks des Füllmittels
werden in diesem Falle durch innen und außen um die Dichtung herumgelegte Begrenzungsringe
6 und 7 verhindert.
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In Abb. 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Flanschverbindung
dargestellt mit Vor- und Rücksprung, wobei. die Dichtung i als Membrandose ausgebildet
ist. Unzulässige Überbeanspruchungen der Dichtung werden hier nach außen - durch
den Flanschvorsprung g, nach innen z. B. durch einen in die Hohldichtung eingelegten
Begrenzungsring 9 verhindert.
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In den Abb. 4., 5 und 6 sind Ausführungsbeispiele von Muffenverbindungen
dargestellt, die 'sich durch die verschiedene Ausführung der Hohlringdichtungen
unterscheiden. In Abb. q. ist die Hohlringdichtung wie in Abb. 3 als Membrandose
ausgebildet,. in Abb, 5 als Hohldraht öder in Schlauchform, wobei die Hohlringdichtung
beispielsweise schraubenförmig verlegt sein kann. In der Abb. 6 sind mehrereHohlringe
hintereinander angeordnet.
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Je nach Erfordernis können die nach dem Erfindungsgedanken ausgeführten
Hohlringdichtungen auch in Verbindung mit anderem, insbesondere plastischem Dichtungsmaterial
verwandt werden. So können z. B. die Hohlräume io der Abb. 3 und .1 bei membranförmigen
Dichtungen o. dgl. mit plastischem Dichtungsmaterial ausgefüllt werden, ferner die
Hohlräume i i gemäß Abb. 5, welche sich an den Enden einer schraubenförmig verlegten
Hohldrahtdichtung ergeben. ' In den Ausführungsbeispielen der Abb. q. bis 6 sind
die Hohlringdichtungen allseitig umschlossenund daher durch Führungen und Anschläge
gegen Überbeanspruchung undZerstörung gesichert., In diesen Abbildungen sind die
Muffenhälften mit 12, die eingebauten Grundringe mit 13 und die Muffenverschraubungen
mit 1q. bezeichnet.
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Die- erfindungsgemäße Hohlringdichtung hat den Vorteil, daß unter
Einwirkung der Betriebstemperatur die Füllung jeweils einen höheren Druck annimmt,
als der Druck des abzudichtendenBetriebsmittels beträgt. Durch diesen inneren Überdruck
erfolgt die Abdichtung in der Weise, daß die Hohlringdichtung das Bestreben hat,
den größtmöglichen, in dem eingebauten Zustand j edochnicht erreichbaren Querschnitt
anzunehmen. Ein weiterer Vorteil des Gegenstandes der Erfindung ist der folgende:
Bei den für Höchstdruckanlagen üblichen Flanschverbindungen mit aus vollem Material
bestehenden Stahllinsen als Dichtung rechnet man normalerweise mit einem Anpreßdruck
gleich- dem Vierfachen des Betriebsmitteldruckes. Die Beanspruchung der Schraubenbolzen
ist demnach namentlich bei hohen Betriebstemperaturen und Betriebsdrücken sehr hoch,
so daß die Wahl des Schraubenmaterials und die Frage des richtigenAnziehens der
Schrauben zwecks Vermeidung von Überbeanspruchungen große Schwierigkeiten bereitet.
Bei der erfindungsgemäßen Hohlringdichtung kann jedoch die Beanspruchung der Verbindung
auf ein Maximalmaß begrenzt werden, das wesentlich niedriger ist, da die Dichtung
nachgibt und beispielsweise auch bei Temperaturschwankungen und den dadurch oder
aus anderen Gründen verursachten Bewegungen der Verbindung immer ihre Abdichtungskraft
behält. Es ist ferner von Vorteil, daß der Innendruck der Dichtung überhaupt erst
durch Inbetriebnahme entsteht und erst mit zunehmender Erwärmung wächst.