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Verschlußdichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Stopfencliclitung
und zielt allgemein auf eine Stopfendichtung zum Abdichten von Druckkesseln.
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Bisher wurden die in Druckkesseln und Druckleitungen vorhandenen Handlöcher,
Mannlöcher, Reinigungsöffnungen u. dgl. und auch die Öffnungen in Riicklaufkrüinmern
und anderen Verbindungsstücken besonderer Form, die einem Innendruck ausgesetzt
wurden, im allgemeinen auf dreierlei Art und Weise abgedichtet.
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Bei der ersten Bauart ,wurde die Öffnung finit einer @ce;,eligen Kante
versehen, die eine nach dem Innern des Kessels zu sich verjü=ngende Sitzfläche bildet.
Ein ähnlich ausgebildeter kegeliger Stopfen wurde dann auf diese Sitzfläche aufgelegt
und mittels 1ileininvorriclitungen oder anderen Aufbauten, die am Kessel um die
Außenseite der Üfrntui- herum befestigt waren, an seiner Stelle festgehalten. Ein
derartiger Aufbau iritiß notgedrungen dann sehr schwer sein, wenn die Drücke groß
sind. Es bereitet auch Schwierigkeit, den die Stopfen haltenden Außenaufbau zu gießen
oder anderweitig herzustellen. Außerdem besteht der schwerwiegende Nachteil, daß
der Stopfen unter hohen Temperaturen und Drücken nach außen gepreßt und infolgedessen
von seiner Sitzfläche gelockert wird, so daß sich Sickerbahnen bilden.
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Bei der zweiten Art des bisher verwendeten Aufbaus hat die Öffnung
einen ovalen Außenumril3. und der Deckel weist die gleiche Form auf, ist jedoch
etwas größer als die Öffnung, so daß der Deckel durch die Öffnung hindurch eingeschoben
werden kann. Irgendein weiches Abdichtungsmaterial wird dann zwischen den Deckel
und die Innenkante der Öffnung gelegt, und der Deckel wird dicht gegen diese Dichtung
angezogen. Dieser Aufbau hat ebenfalls zahlreiche Nachteile, vor allein, daß der
Aufbau nicht leicht zu bearbeiten ist, weil der Deckel und die Öffnung ovale Umrisse
haben, uiid clal.der . tifl#au unter hohem Druck und hohen
Temperaturen
nicht hält, weil es unmöglich ist, den Aufbau so zu bearbeiten, daß er unter gegenseitiger
Berührung der Metallflächen genau abgedichtet und deshalb die Verwendung eines weichen
Abdichtungsmatetials zur Bildung einer Sitzfläche erforderlich ist. Ein derartiger
Aufbau ist deshalb kostspielig herzustellen und hält nicht unter hohen Temperaturen
und Drücken: Die dritte Bauart ist diejenige, bei der ein geflanschter Ring um die
Öffnung herum durch Aufschweißen od. dgl. befestigt und der Deckel an diesem geflanschten
Ring verschraubt wird, wobei Abdichtungsmittel zwischen diese Teile gelegt werden,
um eine Abdichtung zu erzielen. Ein derartiger Aufbau wird für hohe Drücke und Temperaturen
so außerordentlich schwer, daß seine Verwendung besonders hei der heutigen Knappheit
an geeigneten Stoffen sich fast verbietet. Bezeichnend ist hierbei hinsichtlich
der beiden erst erwähnten Bauarten, daß diese teuerste und am schwierigsten von
allen drei Arten herzustellende dritte Bauart, .insbesondere für hohe Drücke und
Temperaturen, am meisten verwendet wird. Die Ursache hierfür liegt darin, daß die
beiden ersten Arten verhältnismäßig wenig leistungsfähig und in ihrer Anwendung
viel begrenzter sind als die dritte Bauart.
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Außerdem ist schon vorgeschlagen worden, die Kanten der erwähnten
Öffnungen nicht nach einwärts gegen die Innenseite des Kessels, sondern nach auswärts
gegen die Außenseite des Kessels hin konvergieren zu lassen, einen in gleicher Weise
spitz zulaufenden Pfropfen runden Querschnitts und von so kleinem Durchmesser, daß
er durch die obenerwähnte Öffnung hindurchtreten kann, herzustellen und dann zwischen
die Außenkante des Pfropfens und die Innenkante der Öffnung einen Ring aus biegbarem
Metall einzusetzen, der ein Ausstoßen des Pfropfens aus der Öffnung heraus verhindert.
Sobald der Stopfen unter Druck gesetzt wird, breitet sich dieser Ring aus biegbarem
Metall aus und erzeugt dadurch eine Abdichtung zwischen Stopfen und COffnung. Ein
derartiger Aufbau kann jedoch nicht für hohe Drücke und Temperaturen verwendet werden,
weil der Abdichtungsring unter hohen Temperaturen sehr schwach wird oder überhaupt
schmilzt und dann der Stopfen aus der Öffnung herausgedrückt wird. Derartige Abdichtungsstoffe
sind für gewöhnlich so weich, daß das Material allein schon unter demDruck zu fließen
anfängt und der Stopfen aus der Öffnung herausgedrückt werden kann. Außerdem weisen
üblicherweise die kegeligen Öffnungen und Stopfen an ihren Kegelteilen so kleine
Durchmesser auf, daß die in Druckkesseln vorgesehene Öffnung unter hohem Druck sich
weit ausdehnt und den Durchtritt des Stopfens durch die Öffnung hindurch ermöglicht.
Auf jeden Fall erzeugt der durch den Stopfen auf den weichen Abdichtungsring zur
Einwirkung gebrachte Druck eine sehr hohe Ringspannung in dem um die Öffnung herumliegenden
Metall des Druckkessels.
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In der Theorie ist diese Art Stopfen zwar die billigste und die am
leichtesten einzubauende Art, wird jedoch in der Praxis nicht verwendet, da sie
in der vorgeschlagenen Form unter einem höheren Druck nicht betriebsfähig ist. Der
Grund liegt einfach darin, daß der Stopfen so klein sein muß, daß er durch die Öffnung
eingeschoben werden kann, und daß der Kegelwinkel des Stopfens und der Öffnung nicht
größer als oben angedeutet gemacht werden kann, denn je größer der Winkel, desto
größer der Abstand zwischen dem Pfropfen und der Seitenwand der Öffnung, desto größer
aber auch die notwendige Dicke des Abdichtungsringes. Mit zunehmender Dicke des
Abdichtungsringes verringert sich aber sehr schnell dessen Scher- öder Schubfestigkeit,-
vor allem dann, wenn die Temperatur wesentlich über der Außentemperatur liegt.
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Ein Ziel der Erfindung ist ein Verschlüß für Stopfen u. dgl. zum Schließen
von Druckkesseln, wobei der Verschlüß sehr einfach herzustellen, verhältnismäßig
billig und sehr leistungsfähig ist: Ein anderes Ziel ist ein Aufbau, bei dem der
Druck zum Spannen oder Beaufschlagen der Teile und zur Herstellung eines dichten
Abschlusses verwendet, gleichzeitig jedoch die Wirkung dieses Druckes so begrenzt
wird, däß keine unerwünschten Wirkungen, wie Brüche oder übermäßige Beanspruchungen,
auftreten..
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Weiteres Ziel ist ein Aufbau, dessen Gewicht viel geringer ist als
die vergleichbaren, bisher verwendeten Ausrüstungen; der keinen verwickelten Gieß-
oder Bearbeitungsvorgang erfordert; der kräftiger ist als bekannte ähnliche Aufbauten
und unter hohen Temperaturen und Drücken nahezu sickerdicht ist; der eine vorgeformte
und vorbestimmte Abdichtungsfläche hat, die dem Druck angepaßt ist, gegen den eine
Abdichtung hergestellt werden soll; bei dem die Größe der Ringspannung . in dem
die abzudichtende Öffnung des Druckkessels umgebenden Material genau vorbestimmt
und geregeltwerdenkann; bei dem der abgedichteteDruck zur Herstellung und Beibehaltung
einer zwischen den Teilen vorhandenen Abdichtungsberührung verwendet wird, wobei
jedoch die Größe der Ringspannung in dem die abzudichtende Öffnung des Druckkessels
umgebenden Material genau vorbestimmt und geregelt werden kann; bei dem die Abdichtungskraft
genau vorbestimmt und geregelt werden kann; bei dem die Ringspannung und die Abdichtungskraft
einzeln und für sich mit Bezug aufeinander geregelt und geändert werden können;
bei dem das Verhältnis von den auf die Abdichtungsfläche wirkenden Gesamtkräften
zu dem durch den Aufbau gehaltenen Druck während des Steigens und Fallens des gehaltenen
.Druckes _ im wesentlichen auf gleicher Höhe bleibt; bei dem die Teile leicht zusammengebaut,
auseinandergenommen und wieder verwendet werden können; der das Metall des Druckkessels
gegen eine Dingspannung sichert, sobald der erfindungsgemäße Aufbau unter Druck
gesetzt wird, und bei dem der verwendete Abdichtungsring unter Druck nicht verformt
wird.
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Das Ziel der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer
Abdichtung oder eines Ver-
Schlusses einer in einem Druckkessel
vorhandenen Öffnung.
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Andere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung an Hand der Zeichnungen, in denen als Erläuterung und Beispiel eine
Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. In den Zeichnungen ist Fig. i ein
in Zusammenhang mit der Erfindung verwendeter und einen Teil der Erfindung bildender
Abdichtungsring, wobei die Art und Weise zu ersehen ist, in der dieser Abdichtungsring
beim Einschieben in eine Öffnung oder beim Herausnehmen aus einer Öffnung verformt
wird, Fig. 2 ein Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckkessels mit einer
Öffnung, die durch die erfindungsgemäße Stopferdichtung geschlossen werden soll,
wobei der i'#,bdichtungsring gerade am Zeitpunkt seiner Einführung durch die Öffnung
hindurch dargestellt ist, Fig. 3 ein Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig.
d. eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, die den Abdichtungsring nach seinem Einschieben
in den Druckkessel und den nach auswärts in Berührung mit den Abdichtungsring gezogenen
Deckel oder Stopfen gerade an dem Zeitpunkt zeigt, an dem der Stopfen den Abdichtungsring
in die Öffnung hineinpressen will, F ig. 5 eine der Fig. :I ähnliche Ansicht, die
die Teile in der Stellung zeigt, die sie einnehmen, nachdem der Stopfen nach auswärts
gezogen ist, um den Abdichtungsring in die Öffnung und den Stopfen. teilweise in
den Abdichtungsring hineinzudrücen, jedoch ehe der Stopfen so weit in den _1,bdichtungsring
eingepreßt wird, daß eine endgültige Abdichtung entstanden ist, Fig. 6 eine der
Fig. 5 ähnliche Ansicht, die den Stopfen nach seinem Einpressen in den Abdichtungsring
zeigt, so daß eilte endgültige Abdichtung zwischen dem Stopfen und dem Abdichtungsring
und zwischen dem Abdichtungsring und. dem Innern der Öffnung hergestellt ist, und
Fig. 7 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, aus der ersichtlich ist, wie ein Abdichtungsring,
der durch die Einwirkung des Stopfens nach Fig..1, 5 und 6 eitle runde oder im wesentlichen
runde Form artgenommen hat, entfernt wird.
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In der Zeichnung ist ein Druckkessel i dargestellt, der jede Große
oder Form haben kann und für irgendeinen Zweck bestimmt ist, für den Druckkessel
gebraucht werden. Der hier verwendete Ausdruck Druckkessel soll jeden Aufbau irgeltdwelcher
Art umfassen, der eitlen unter Druck stehenden Stoff zurückzuhalten vermag. Die
Erfindung bezieht sich nicht auf den Aufbau oder den Zweck des Kessels, sondern
nur auf eine Einrichtung und ein Verfahren, um eine in einem solchen Kessel vorhandene
Öffnung zu verschließen.
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Die durch den erfindungsgemäßen Verschluß zu schließende Öffnung hat
in der Darstellung einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und ist kegelartig
oder kegelig ausgebildet, d. h. ihre Seitenwandungen konvergieren voll der Innenseite
des Kessels in Richtung nach außen, wie bei 2 dargestellt. Der Verschluß für diese
Öffnung hat die Form eines Stopfens 3 mit Umfangsflächen d., die in der gleichen
Richtung wie die Innenfläche 2 der Öffnung konvergieren, jedoch unter einem kleineren
Winkel mit Bezug auf die Achse der Kappe oder der Öffnung. Dieser Stopfen oder Verschluß
besitzt in wenigstens einer Ebene einen Außendurchmesser, der etwas kleiner ist
als der kleinste Durch-' messet der Öffnung an dem Randabschnitt 5, so daß der Stopfen
3 durch diese Öffnung hindurch nach innen geschoben werden kann. Der den größten
Außendurchmesser aufweisende Abschnitt des Stopfens 3 wird durch einen Flansch 6
gebildet, der aus einem Stück mit dem Stopfen besteht und nach dem Innenraum des
Kessels i zu von dem auf dem Stopfen vorgesehenen kegeligen Abschnitt .I liegt.
Der Zweck dieses Flansches wird später beschrieben.
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Ein Abdichtungsring 7 ist vorgesehen, um eine Sitzfläche für den Stopfen
3 zu bilden und den Zwischenraum, der zwischen der auf dem Stopfen 3 vorhandenen
Kegelfläche .4 und der in der Öffnung befindlichen Kegelfläche 2 vorhanden ist,
zu überbrücken und dadurch ein Durchdrücken des Stopfens durch die Öffnung 2 hindurch
nach außen zu verhüten. Dieser Ring ist anfänglich rund und ist mit vorgeformten
Sitzflächen 2 und d' an der Außenseite und Innenseite versehen, die gegen die in
der Üffnung vorgesehene kegelige Innenfläche 2 und gegen die an dem Stopfen 3 befindliche
kegelige Außenfläche :l anliegen. Die Außenseite 2' und die Innenseite d' haben
verschiedene Schräglagen, so daß die äußere Stirnfläche 7' und die innere Stirnfläche
7" gebildet werden. Die Stirnfläche 7" hat eine größere Breite oder einen größeren
Flächenraum als die Stirnfläche 7' und bietet dem Innendruck eine größere Fläche
dar, um die Herstellung und Aufrechterhaltung einer Abdichtung zu begünstigetn.
Im Querschnitt hat der Abdichtungsring die Form eines Trapezoids oder eines Trapezes
(Fig. 5 und 6). Der Ring besteht aus einem nicht plastischen Material einer Festigkeit,
die mit der Festigkeit des Kessels i und des Stopfens 3 vergleichbar ist, hat aber
solche Abmessungen und eine solche Federung, daß er zeitweilig verformt oder so
ausgebogen werden kann, daß sein Einschieben durch die Öffnung hindurch an deren
kleinstem Durchmesser 5 in der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Weise möglich ist.
Der so verformte Ring hat natürlich zeitweilig elliptische Form, wie dies in Fig.
i dargestellt ist. Außerdem haben die Sitzflächen. -2' und a' dieses Ringes 7 so
große Durchmesser, daß sie nach dem Einschieben in die >ffnung und nach dem vollständigen
Anlegen gegen den Kegelsitz 2 zwischen den inneren und äußeren Enden des Sitzes-2
innerhalb der Öffnung liegen. Ebenso hat die auf der Innenseite des Ringes befindliche
Sitzfläche d' solche Durchmesser, daß nach dem Einpressen des Stopfens in den Ring
hinein die am Stopfen befindliche Kegelfläche im Ring so liegt, daß die am Ring
befindliche Sitzfläche .4' zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende der auf
dem Stopfen befindlichen Kegelfläche, nicht aber in Berührung mit dem auf dem Stopfen
vorgesehenen
Flansch 6 liegt, sobald der Ring zuerst auf dem Stopfen
aufsitzt (Fig. 5).
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Der Stopfen besitzt einen nach außen gerichteten, mit Gewinde versehenen
Schaft 8, der sich in der Darstellung der Fig. 5 und 6 durch die Öffnung 9 eines
Deckels io hindurch erstreckt, der über die im Druckkessel befindliche Öffnung 2
gelegt ist. Auf das herausragende Ende des Schaftes 8 wird eine Mutter i l aufgeschraubt.
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Der Deckel io hat längs seines Randes einen einwärts gerichteten Flansch
12, der um die Außenseite des axial -gerichteten; die Druckkesselöffnung umgebenden
Vorsprunges 13 herumliegt.
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Durch Anziehen der auf dem Schaft io befindlichen Mutter z i wird
der Stopfen 3 in die Öffnung gezogen und bildet eine Abdichtung zwischen dem Stopf
en und .dem Ring bzw. zwischen (dem Ring und dem Sitz.
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In den Fällen, in denen der Querschnitt des Ringes im Verhältnis zu
seinem Durchmesserdünn ist; kann der Ring von Hand leicht so weit verformt werden,
daß er durch die Öffnung hindurch eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck werden
die Kräfte an den in Fig, i dargestellten Stellen iq. und 15 zur Einwirkung gebracht.
Der Ring federt dann. infolge seiner eigenen. Federungskraft in seine Lage zurück,
worauf er ohne- weitere Verformung in seinen Sitz geschoben werden kann.
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Es gibt jedoch auch Fälle, in denen der Querschnitt des Ringes im
Verhältnis zu seinem Durchmesser so dick ist, daß die Steifigkeit des verwendeten
Ringes sein Verbiegen von Hand unmöglich macht, um den Ring in die im Druckkessel
vorgesehene Öffnung einzupressen: In allen Fällen ist die Form des Ringes zuerst
rund, und der Ring wird dann verformt: In denjenigen Fällen, in denen die Dicke
des Ringes zu groß ist, als daß ein Verformen von Hand stattfinden kann, können
mechanische Kräfte an den Stellen 14 und 15 zur Einwirkung gebracht werden, um dem
Ring eine elliptische @Fom zu geben, so daß er in der in Fig. 2 dargestellten Stellung
eingeschoben werden kann. Nachdem der Ring gerichtet und in das untere Ende der
Öffnung eingelegt worden ist, wird der Ring durch Anziehen des vorher in die Öffnung
eingelegten Stopfens 3 in seinen Sitz hineingepreßt. Das erste Anziehen des Stopfens
erfolgt entweder auf mechanischem Wege oder von Hand, während der letzte Abschnitt
der Verschiebung des Stopfens in dem Ring und in dem Sitz des Ringes hinein mittels
der Brücke oder Kappe io und der Mutter i i erfolgt, wie Fig. 5 und 6 zeigen. Beim
Anziehen der Mütter i i wird der Ring 7 zuerst gegen seinen innerhalb der Druckkesselöffnung
liegenden Sitz (Fig,. 5) bewegt und auf diese Weise gezwungen, seine kreisrunde
Ausgangsform wieder anzunehmen. Gleichzeitig wird der Stopfen 3 in den Ring 7 hineingedrückt,
so daß er die in Fig. 5 dargestellte Lage einnimmt; in der der Stopfen in voller
Berührung mit dem Ring 7 liegt.
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Damit der Ring 7 innerhalb der Öffnung und der Stopfen 3 innerhalb
des Ringes 7 einwandfrei sitzen, so daß eine Abdichtung zwischen den in Frage stehenden
Flächen erfolgt, muß die .Mutter i i noch weiter angezogen werden öder Druckströmungsmittel
muß dem Kessel zugeleitet und der Kesseldruck gesteigert werden, um den Stopfen
und den Ringvollständig ineinanderzüschieben. Die Mutter i r kann dann von Hand
angezogen werden. Da der Winkel des in der Öffnung 2 befindlichen Kegels größer
ist als der Winkel des auf dem Stopfen 3 befindlichen Kegels, verschiebt sich bei
einem derartigen weiteren Anziehen der Mutter ii öder bei der Zuführung von Druckströmungsmittel
der Stopfen 3 in den Ring 7 hinein, da sich wegen des größeren mechanischen Wirkungsgrades
der kleinere Kegel weiter in die Öffnung hineinbewegt als der Ring 7. Bei der Bewegung
des finit verhältnismäßig spitzem Kegel ausgerüsteten Stopfens 3 in den Ring 7 hinein
keilt der Stopfen 3 den Ring zur Bildung einer Abdichtung dicht zwischen den Stopfen
3 und die Kegelwand der Öffnung 2. Diese Keilwirkung des verhältnismäßig spitzen
Kegels des Stopfens 3 wird jedoch unterbrochen, sobald der Flansch 6 sich an den
Ring 7 anlegt. Jede weitere Verschiebung des Stopfens 3 in die Öffnung 2 hinein
hat dann zur Folge, daß sich der Stopfen 3 und der Ring 7 als ein einziges Gebilde
bewegen. Bei dieser Bewegung wirkt dieser gemeinsame Aufbauteil 3, 7 als ein Keil,
dessen stumpferer Kegelwinkel an der Wandung der Öffnung :2 anliegt.
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Für den vorstehend beschriebenen Aufbau ist der Umstand wesentlich,
daß die seitliche oder radiale Komponente der auf den Stopfen und innerhalb des
Kessels auftretenden Kraft in radialer Richtung durch den Stopfen ausgeübt wird;
damit der Stopfen eine Abdichtung mit dem Ring und der Ring eine Abdichtung mit
der Innenseite der in dem Druckkessel vorhandenen Öffnung bildet, daß es jedoch
unerwünscht ist, daß diese Kraft sich mit steigendem Druck im Kessel weiter erhöht,
weil beim Ansteigen dieser Kraft eine sehr große Ringspannung in dem die Kesselöffnung
umgebenden Metall erzeugt wird: Diese Spannung würde, wenn sie mit dem im Kessel
ansteigenden Druck unbegrenzt sich erhöhen dürfte, entweder ein Reißen des Kessels
zur Folge haben öder einen Kessel mit sehr viel stärkeren Wandungen um die Öffnung
herum erfordern. Wenn also genügend Kraft durch den einen verhältnismäßig spitzen
Kegel aufweisenden Stopfen ausgeübt worden ist, wird die Wirkung dieses verhältnismäßig
spitzen Kegels durch den mit dem Ring in Berührung tretenden Flansch 6 unterbrochen.
Jeder weitere Druck auf den Stopfen 3 wird dann durch den in der Öffnung liegenden
verhältnismäßig stumpfen Kegel aufgenommen. Der mechanische Wirkungsgrad und die
Keilwirkung dieses stumpfen Kegels sind sehr viel kleiner als bei dem spitzen Kegel,
so däß also die erhöhte Ringspannung entsprechend kleiner sein wird.
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Um jede übermäßige Ringspannung in dem um die Kesselöffnung herum
liegenden Metall noch weiter aufzuheben, liegt der Deckel io dicht um den die Öffnung
umgebenden vorstehenden Flansch 13
herum, wodurch die Festigkeit
des Kessels um die Öffnung weitgehend erhöht und das Metall des Druckkessels verstärkt
wird, so daß das Metall von jeder entwickelten übermäßigen Ringspannung entlastet
wird.
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Die Winkel der innerhalb der Öffnung 2 vorhandenen und auf dem Stopfen
3 befindlichen Schrägflächen sind so groß gewählt, daß weder der Stopfen 3 in dem
Ring 7 noch der Ring 7 in der Öffnung 2 als selbsthemmender Keil wirkt. Die Größe
dieser Winkel ist bekannt. Wenn bei V erwendung von Stahl der zwischen den gegenüberliegenden
Flächen eines Keils vorhandene Winkel kleiner als i8°' ist, ist der Keil wahrscheinlich
selbsthemmend. Ist der Winkel jedoch gleich oder größer als i8'°, so findet keine
Selbsthemmung statt, und der Keil kann leicht gelöst werden. Da es ein Ziel der
Erfindung ist, einen Verschluß zu schaffen, der nötigenfalls leicht entfernt werden
kann und %-on dem die Teile dabei nicht beschädigt werden, sondern wieder verwendet
werden können, werden die in Frage stehenden Winkel so groß gewählt, daß kein selbsthemmender
Keil geschaffen wird.
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Besteht der Ring 7 aus einem Material, das nicht genügend elastisch
ist oder nicht genügend ausfedert, um die zeitweilige Verformung des Ringes zu ermöglichen,
so wird der Ring zuerst verformt, indem er über seine Elastizitätsgrenze hinaus.
durch 17ei 1q. und 15 einwirkende Kräfte eingebogen wird, damit er durch
die Öffnung 2 hindurch in den Druckkessel in der in Fig.2 dargestellten Weise eingeschoben
werden kann. Der Ring 7 wird dann zur Bildung des Verschlusses durch den Stopfen
3 zu einem Kreis zurückgeformt. Der Ring muß jedoch eine so große Federungskraft
haben, daß er beim Zurückbiegen in die Kreisform nicht über seine Elastizitätsgrenze
hinaus verformt wird, sondern daß er wieder seine elliptische Form annimmt, sobald
er durch Lösen der Mutter i i aus der Öffnung 2 herausfällt oder von dem Stopfen
herunterschlüpft. Er kann dann aus dem Druckkessel in der gleichen Weise wieder
herausgenommen werden, wie er eingesetzt worden ist. Ist der Ring jedoch aus einem
Material, daß eine solche Nachgiebigkeit oder Federung nicht besitzt, so wird der
Ring, sobald er durch den Pfropfen in seinen Sitz hineingepreßt worden ist, um ihm
seine kreisförmige Ursprungsform zu geben, eine Verformung erleiden und wird nach
dem durch Lösen der Mutter i i erfolgenden Freigeben seine ihm gegebene elliptische
Form nicht wieder annehmen. Gemäß der Erfindung hat nun der Ring einen größten Außendurchmesser,
der so klein ist, daß der Ring in den unteren oder inneren Abschnitt der in dem
Druckkessel vorhandenen Öffnung einzutreten vermag, auch dann, wenn der Ring eine
Kreisform hat. Wird dann von der Außenseite des Kessels her ein Zug auf den Ring
7 ausgeübt, so wirken die gegenüberliegenden Seiten der in dem Druckkessel beindlichen
Öffnung als Keilebenen, um im wesentlichen an den Stellen 1q. und 15 Kräfte zur
Ein-«-irl;ung zu bringen und auf diese Weise den Ring 7 so weit zusammenzudrücken,
daß er aus dem Kessel herausgenommen werden kann. Würde der Ring einen größeren
Außendurchmesser haben, so daß er in die Öffnung nicht in der dargestellten Weise
eintreten könnte, so würde er an die verhältnismäßig scharfen, an dem Innenende
der Öffnung liegenden Kanten anstoßen, und bei dem Versuch, den Ring zu entfernen,
würden die Keilebenen der Seiten-; Wandung der Öffnung den Ring nicht zusammenpressen.
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Das Arbeiten der Vorrichtung dürfte wohl aus der vorstehenden Beschreibung
ersichtlich sein, jedoch soll nachstehend noch eine kurze Beschreibung der Handhabung
der Vorrichtung beim Verschließen und beim Öffnen eines Druckkessels folgen.
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Der Ring 7 wird zuerst in die in Fig. r dargestellte elliptische Form
von Hand gepreßt, oder es wird ihm diese Form durch eine mittels mechanischer Mittel
erzielte Dauerverformung gegeben. Der Stopfen 3 wird dann durch die Öffnung .2 hindurch
in den Innenraum des Druckkessels i ein-' geschoben, ebenso der nunmehr verformte
Ring. Der Ring wird dann auf den Stopfen 3 aufgelegt. Ist der Ring 7 von Hand verformt
worden und besitzt er genügend Federungskraft, um seine Kreisform wieder anzunehmen,
so wird er über den Stopfen geschoben und kann mittels des Stopfens in die Druckkesselöffnung
gezogen werden, wie Fig. 5 zeigt. Ist dem Ring jedoch eine Dauerverformung gegeben
worden, so wird er wahrscheinlich nicht über den Stopfen geschoben werden können,
sondern liegt auf dem Außenrand des Stopfens auf. Der Außenabschnitt des Ringes
7 ist jedoch so klein, daß er gerade in die Druckkesselöffnung eintreten kann. Ein
von außen her auf den Stopfen 3 ausgeübter Zug drängt dann den Ring 7 in die öffnung
2 hinein, so daß er seine ursprüngliche Kreisform wieder annimmt. Sobald er diese
Kreisform angenommen hat, läßt die in dem Ring vorhandene Öffnung ein Abwärtsgleiten
des Ringes auf dem Stopfen 3 zu. Der Stopfen tritt dann in den Ring 7 ein, und die
Teile bewegen sich in die in Fig. 5 dargestellte Lage. Der Deckel io wird dann aufgesetzt
und die Mutter ii auf den Schaft 8 aufgeschraubt und festgezogen. Dies kann geschehen,
bevor der Ring 7 in seine Kreisform zurückgedrückt worden ist. Durch Anziehen der
Mutter ri kann das Rückverformen des Ringes 7 auf seine Kreisform unterstätzt werden.
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Die Mutter i i wird so lange festgezogen, bis der Stopfen 3 in den
Ring 7 genügend weit hineingezogen worden ist und der Flansch 6 den Ring 7 berührt.
Während dieses Zeitabschnittes ist genügend Kraft auf den zwischen dem Stopfen 3
und dem Innern der Öffnung 2 liegenden Ring 7 ausgeübt worden, um eine Abdichtung
zwischen diesen Teilen herbeizuführen.
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Wird nunmehr der Kessel unter Druck gesetzt, so wirkt dieser Druck
auf Stopfen und Ring wie auf ein einziges Gebilde und drückt dieses nunmehr dicht
abschließende Gebilde in der Öffnung 2 nach außen. Dieses Gebilde wirkt jedoch wie
ein Keil mit einem verhältnismäßig großen Anzugswinkel, so daß die auf dieses Gebilde
ausgeübte Kraft auf
diese Weise auf das die Druckkesselöffnung umgebende
Material übertragen wird: Der innerhalb des Kessels herrschende Druclc wird auf
den Betriebsdruck des Kessels erhöht, wodurch der Stopfen und der Ring genau so
weit eingepreßt werden, wie es bei Betriebsdruck geschieht. Bei der Festlegung des
Betriebsdruckes werden mögliche Druckspitzen: nicht berücksichtigt, obwohl diese
Druckspitzen weit oberhalb des normalen Betriebsdrucks liegen können. Bei normalem
Betriebsdruck im Kessel wird die Mutter zi in der üblichen. Weise festgeschraubt,
bis sie den Deckel io berührt, so daß die Mutter den Stopfen und .den Ring im wesentlichen
in der' Stellung hält, die sie bei Betriebsdruck einnehmen. Gewünschtenfalls kann
damv der Kesseldruck auf Probe-, Prüf- oder Abnahmedruck erhöht werden, der durch
die Verwendung angezeigt :erscheint, zu der der Kessel bestimmt ist. Dieser Priüfdruck,
der natürlich höher als der Betriebsdruck ist, treibt den Stopfen weiter hinein;
beim Ablassen. des Prüfdruckes lockert sich jedoch der Stopfen, bis er durch die
Mutter ii in derjenigen 'Stellung angehalten wird, die er bei normalem Betriebsdruck
einnimmt. Der Deckel io hält und verstärkt die umliegenden Abschnitte des Druckkessels
gegen die Ringspannung, die in diesen Abschnitten durch die Wirkung des Verschlusses
erzeugt wird, der in der Öffnung wie ein Keil arbeitet.
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Es sei hier darauf hingewiesen, daß die ganze Außenfläche des Ringes
7 die Sitzfläche berührt, weil der größte Durchmesser des in Kreisform befindlichen
Ringes etwas kleiner als der größte Durchmesser der Öffnung :2 ist und weil die
axiale Abmessung des Ringes 7 kleiner ist als die axiale Größe der für den Ring
7 bestimmten, innerhalb der Öffnung :2 liegenden Sitzfläche. Dieser Aufbau ermöglicht
die genaue Bestimmung der Größe der zwischen dem Ring 7 und der Innenfläche der
Öffnung 2 vorhandenen Sitzfläche und ermöglicht auch, den Ring so zu formen, daß
er dem auf ihn ausgeübten Druck widersteht. Ebenso ist die innere Sitzfläche des
Ringes 7 kleiner als die auf dem Stopfen 3 befindliche Sitzfläche, so daß ohne Rücksicht
auf den auf den Stopfen ausgeübten Druck die Beriwhrungskegelfläche zwischen dem
Ring und dem Stopfen sowie zwischen dem Ring und der Innenwandung der Öffnung 2
immer die gleiche Größe hat und entsprechend den zu erwartenden Drücken genau vorbestimmt
werden kann. Soll der Verschluß herausgenommen werden, so wird die Mutter i i gelöst.
Da der Kegelwinkel der Öffnung und der Kegelwinkel des Stopfens größer als der Winkel
eines aus dem verwendeten Material bestehenden selbsthemmenden Keiles sind, kann
der Ring aus der Öffnung und der Stopfen auf dem Ring leicht herausgenommen werden.
Nachdem der Deckel io entfernt worden ist, fällt der Stopfen in das Innere des Druckkessels.
Der Ring 7 wird seitwärts gedreht, um ihn aus der Öffnung 2 in der gleichen Weise
herauszunehmen; wie er eingesetzt worden ist. Bestand der Ring aus genügend federndem
oder :elastischem Material und -war ihm eine vorübergehende Verformung gegeben,
um ihn in die Öffnung 2 einzuschieben, so wird er nach seinem Lösen aus der Öffnung
und von dem Stopfen seine elliptische Form wieder annehmen, so daß er leicht aus
der Öffnung herausgezogen werden kann. Besteht der Ring jedoch aus einem nicht so-
elastischen Material, so wird er seine ungefähr kreisförmige Gestalt nach dem Lösen
aus der Öffnung und von dem Stopfen wieder haben. In diesem Falle kann jedoch der
Ring ohne Verformung so bewegt werden, bis seine Randabschnitte die innere Kegelflache
der Öffnung berühren. Bei einem Aufwärtszug auf den Ring schieben sich dann diese
gegenüberliegenden Abschnitte des Ringes in die Kegelöffnung, und die gegenüberliegenden
Seiten der Öffnung wirken dann als Keilflächen, die den Ring so weit zusammenpressen,
daß er durch die Öffnung hindurchzutreten vermag.
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Nachdem der Ring entfernt worden ist; kann der Stopfen leicht herausgezogen
werden.
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Bei -der hier beschriebenen Ausführung wird der Stopfen nicht nur
mit einer dem Abdichtungsdruck proportionalen Abschlußdichte beim Ansteigen des
(Druckes gedrückt, sondern der Stopfen und der Ring werden auch, da die in' der
Öffnung und auf dem Stopfen vorhandenen Kegelwinkel infolge ihrer Größe keine selbsthemmenden
Keile sind, auf ihren Sitzen gelockert, sobald der in dem Kessel vorhandene Druck
absinkt. Die Teile werden also niemals größeren Beanspruchungen unterworfen als
notwendig ist, um denjenigen Druck auszuhalten, den sie gerade aushalten sollen.
Dies ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, weil es bei den bisher bekannten Verschlüssen
notwendig ist, die Abdichtungsteile unter so große Druckspannungen zu stellen, daß
die höchsten Drücke, d.li. die Prüfungsdrücke, denen der Kessel unterworfen wird,
gehalten werden. Derartige Druckspannungen sind natürlich viel größer als notwendig
sein würde, um den in dem Kessel herrschenden normalen Betriebsdruck auszuhalten,
und unter derartig hohen Druckspannungen geschieht es oft, daß die Stoffe der verschiedenen
Aufbauteile nachgeben und das einwandfreie Arbeiten des Verschlusses stören oder
schädigen. Andererseits werden die Abdichtungsteile des erfindungsgemäßen Verschlusses
nur so weit beaufschlagt, daß sie gegen den innerhalb des Kessels auftretenden normalen
Betriebsdruck abdichten, wobei sie unter diesen verminderten Druckspannungen während
langer Zeitabschnitte betriebsfähig bleiben. Treten im Kessel Druckspitzen auf,
so ziehen sich der Stopfen. und der Ring selbsttätig fest, um diese höheren Drücke
abzudichten, jedoch bewegen sich der Stopfen und der Ring urmittelbar nach dem Fallen
des Druckes auf den normalen Betriebsdruck wieder zurück, bis die auf die Abdichtungsteile
einwirkenden Druckkräfte wieder so groß sind; daß ein Abdichten bei normalem Betriebsdruck
erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verschluß verändern sich daher die auf den verschiedenen
Teilen liegenden Druckkräfte in. einem gleichbleibenden Verhältnis zu dem durch
den Verschluß zu haltenden Druck, und zwar nicht nur
während des
Steigens, sondern auch während des Fallens des Kesseldruckes.
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Verglichen mit anderen für ähnliche Zwecke bestimmten Aufbauten kann
bei der erfindungsgemäßen Ausführung ein großer Teil des Gewichts der erforderlichen
Stoffe entfallen. Da alle Teile außerdem im Ouerschnitt kreisförmig sind, können
sie leicht auf genauen Paßsitz hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten
und die Materialkosten vermindert werden und auch viel Abfallverlust bei der Herstellung
vermieden wird.
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Der beschriebene Verschluß läßt sich einfach bedienen und kann immer
wieder ohne Beschädigung oder Zerstörung der Teile verwendet werden.
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Je größer die aufzunehmenden Drücke sind, desto dichter sitzt der
Verschluß und desto besser arbeitet er und wird durch Temperaturänderungen nicht
wesentlich beeinflußt. Angemessene Mittel sind vorgesehen worden, um diejenigen
Teile des Druckkessels zu verstärken, die durch den innerhalb des Verschlusses herrschenden
Druck unter Druckbeanspruchungen gesetzt würden. Die neue Anordnung ergibt einen
Aufbau, in dem die Abdichtungsdrücke leicht erreicht werden. Sobald diese Abdichtungsdrücke
aber erreicht sind, können weitere Kräfte, die übermäßige Spannungen in den Wandungen
des Druckkessels erzeugen würden, nicht auftreten. Es ist also auf diese Weise eine
Einrichtung geschaffen, die alle durch die Erfindung erstrebten Ziele sicher und
einwandfrei erreicht.