DE102007051921A1 - Spreizdichtung, insbesondere für Gase - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft neuartige Ringdichtungssysteme für Flanschverbindungen von Rohren, bei denen die Ringdichtung auch aus dem Material der Flansche bestehen kann. Die neuartigen Spreizdichtungen weisen um ihren äußeren Rand eine keilförmige Ausweitung auf, bei deren Kompression Durchmesser und Umfang des Ringes vergrößert werden und so einen Druck auf die senkrechten Innenwände radialer Vertiefungen der zu verbindenden Flansche ausüben, der eine praktisch absolute Abdichtung auch gegen Helium und Wasserstoff ermöglicht.

Description

  • Die EP-Anmeldung 07 019 555.7 beschreibt eine Dichtungsvorrichtung für Rohre enthaltend entsprechend flexible Weichmetalle oder Weichmetallegierungen wie Zinn, Blei, Indium, Gold, Kupfer, Aluminium, insbesondere Metallegierungen mit einer Härte nach Mohs zwischen 1 und 3 als Dichtmasse, sowie Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung, die bei abzudichtenden Rohren oder Körpern ähnlicher Art und Bauform insbesondere anstelle von Dichtungen aus Elastomer- und/oder Polymermaterialien eingesetzt werden kann.
  • Insbesondere betrifft die genannte Anmeldung eine neuartige und hochwirksame Anordnung der Dichtungselemente, die eine wesentliche Verbesserung der Dichtigkeit von Dichtungssystemen besonders gegenüber flüchtigen Medien wie Wasserstoff und Helium ermöglichen.
  • Der Vorteil einer solchen Dichtung liegt in einer wesentlichen Reduktion der Diffusion von Fremdstoffen, also Gasen mit extrem niedrigem Molekulargewicht, durch den Dichtungsbereich, und gegenüber Kunststoffdichtungen in der Erzielung von sehr viel besseren Dichtigkeitswerten durch die Verwendung von flexiblen, weichen Metallen oder Metalllegierungen als Dichtungsmaterial.
  • Eine ausreichende Dichtigkeit zwischen zwei Flächen könnte zwar im Idealfall auch ohne Zuhilfenahme von Dichtungsmaterialien erreicht werden. Dazu müssten aber die abzudichtenden Flächen eine praktisch nicht erreichbare glatte Oberfläche aufweisen, bzw. es müsste die Kraft, welche die zu dichtenden Flächen aneinander presst, so groß sein, dass sämtliche Hohlräume, die noch zwischen den Dichtflächen bestehen, so weit eingeebnet werden, dass die Moleküle des zu dichtenden Mediums die entstandenen Grenzzonen zwischen Dichtflächen und Dichtungsmaterial nicht mehr passieren können, weil deren Abstand voneinander durchweg geringer ist, als der wirksame Moleküldurchmesser des Gases. Versuche haben gezeigt, dass bei derart hohem Druck die Grenzflächen ungleichmäßig verformt werden, so dass sie nach einer Demontage der Flanschen nicht mehr abdichtbar sind.
  • Stand der Technik ist es, zwischen die zu dichtenden Flächen ein weiches Dichtmaterial einzufügen, welches sich beim Zusammenpressen der Gesamtanordnung leicht und flexibel auf die Dichtflächen drücken und in die vorhandenen Hohlräume zwischen den zu dichtenden Flächen eindrücken lässt.
  • Ein Standardprodukt des Standes der Technik sind die allseits bekannten O-Ringe, welche in der Regel aus Elastomer- und Polymerkunststoffen aber auch aus Weichmetall bestehen können. Bisher wesentlich ist, dass das Dichtungsmaterial eine geringere Mohssche Härte als die Flansche aufweist.
  • Besondere Schwierigkeiten macht verständlicherweise die Abdichtung von unter hohem Druck oder hohem Vakuum stehenden Verbindungen von Rohren mit Flanschen, wenn das abzudichtende Medium Wasserstoff oder Helium ist, da beide Elemente von allen flüchtigen Stoffen den kleinstmöglichen Moleküldurchmesser aufweisen und somit bei Druckunterschieden auch durch kleinste Undichtigkeiten entweichen können. Bei Wasserstoff ist für die Bemessung der Dichtungssysteme darüber hinaus noch die bekannte Metallpenetration zu berücksichtigen.
  • Die beschriebenen Probleme sind seit langem intensiv untersucht worden und es sind vielfältige Vorschläge zur Optimierung des Dichtungsverhaltens besonders von Flanschverbindungen von Rohren gemacht worden.
  • Die meisten Entwicklungen der Hochvakuum- oder Hochdrucktechnik bauen auf eine seit mehr als 40 Jahren bekannte Form der Flanschverbindung für Hochvakuumsysteme mit den oben beschriebenen O-Ringen auf. Diese sind aber in ihren Dichtungseigenschaften gegenüber z. B. Helium um mindestens den Faktor 10–6 schlechter als Dichtungen aus Metall.
  • Im US-Patent Nr. 3,208,758 wird Kupfer als Weichmetall in Form flacher Dichtscheiben eingesetzt, die zwischen identischen Flanschen so eingebracht wird, dass dessen überstehender Firstteil beim Zusammenpressen der Flansche durch eine entstehende Schrägfläche einen erhöhten Dichtungsdruck erzeugt (Vgl. US-A 5,640,751 , Spalte 1, Z. 8–18 und Schweizer Patent Nr. 422 448 ). Diese Art der Abdichtung wurde durch eine abweichende Gestaltung des Weichmetalls so verbessert, dass die oben beschriebene Ringdichtung durch Dichtungen mit praktisch beliebiger Oberfläche ersetzt werden kann ( US-A 5,640,751 Sp. 2, Z. 34–38).
  • Ein weiterer Lösungsansatz zur Verbesserung von Dichteigenschaften ist im GB-A 2,038,972 beschrieben. Auch hier sollen Abschrägungen und Nute, die sich beim Zusammenpressen der abzudichtenden Teile teilweise mit Dichtmasse füllen oder in diese eindringen, den wirksamen Druck in der einer vertikalen Relativbewegung ausgesetzten Dichtfläche vergrößern und so eine höhere Dichtigkeit erzeugen. Nachteilig an dieser Ausführung ist die schwierige Trennung solcher Verbindungen, etwa bei Wartungsarbeiten (vgl. S. 1, 131–37 im Zusammenhang mit S. 1 Z. 100–104).
  • Im US-Patent 2,760,673 wird versucht die Dichteigenschaften durch mindestens zwei O-Ringe mit keilförmigem Querschnitt (1, 17 und 18) zu erzielen. Dies erfordert aber zur hier spezifischen Druckerhöhung zwischen den O-Ringen einen entsprechend ausgestatteten Kanal (20, 20a) der den Abdichtungsmechanismus unnötig kompliziert und in der Praxis eher für unerwünschte Undichtigkeiten sorgen dürfte, die ebenfalls den Vorteil einer derart veränderten Dichtungsfläche besonders bei hochflüchtigen Gasen wie Helium in Frage stellen. (Sp. 1, Z. 56–64).
  • Das FR-Patent Nr. 1,044,153 beschreibt eine Art doppelwandiges Dewar-Gefäß mit innerem Kupferbehälter, das als Autoklav für Hochdruckreaktionen z. B. in flüssigem Sauerstoff verwendet werden soll. Durch keilförmige Teile des Dichtungsrings (1, 3a) wird eine besondere Druckresistenz bei plötzlichen Temperaturänderungen erreicht (S. 2, Sp. 1 vorletzter und letzter Satz) und gleichzeitig das Öffnen und Schließen des Gefäßes angeblich sehr erleichtert. Eine Verbesserung der Dichtungsqualität bei Verwendung von Weichmetalldichtmaterial ist nicht beschrieben.
  • Das FR-Patent Nr. 1,506,567 beschreibt eine linsenförmige Weichmetalldichtung, bei welcher der Druck auf das dickere Mittelstück der horizontal aufgelegten Dichtungsscheibe bei vertikaler Pressung durch Einebnung der mittigen Verdickung einen erhöhten Querdruck zur Verbesserung der Randabdichtung erzeugen soll (Sp. 2, Abs. 1–3).
  • Eine weitere Metalldichtung ist in der DE-A 24 16 808 für Vakuumzwecke beschrieben. Hier werden im wesentlichen nur zur einfacheren Handhabung zwei Dichtungsringe (ein Dichtring und ein Zentrierring), so miteinander kombiniert, dass die Dicht verbindung in besonders einfacher Weise wieder gelöst werden kann. Es ist dann auch bei starker Deformierung nur der Dichtring auszuwechseln, und der Zentrierring kann beliebig oft verwendet werden. (S. 2, Abs. 2 und 3).
  • In der DAS 1 228 871 wird eine Dichtungsanordnung für Hochvakuum-Flanschverbindungen beschrieben, bei welcher der Dichtungsring aus Weichmetall einen aus zwei gegenüberliegenden Rinnen gebildeten Hohlraum beim Zusammenpressen der beiden Flansche ausfüllt. In den 1 und 3 wird dargestellt, dass durch Gestaltung des Hohlraums mit spitzen Zacken und Abschrägungen der Wandungen eine besondere Form angestrebt wird. Die angeblichen Vorteile dieser Anordnung sind in Sp. 3 Z. 30–47 beschrieben und betreffen eine Verbesserung der Dichtigkeit kaum.
  • Das US-Patent Nr. 3,038,731 betrifft ebenfalls Weichmetalldichtungen zur Erreichung eines hohen Vakuums bei Gefäßen oder Leitungen aus Kupfer, Messing, Edelstahl, Nickel, Molybdän, Wolfram, Tantal, Glas und synthetischem MICA-Silikat, deren Dichtigkeit durch Verflüssigung der Auflagefläche des Dichtmittels beim Abpressen verbessert wird. Als Dichtmittel werden vor allem Gallium, Zinn, Indium, Wismuth und Blei und deren Legierungen vorgeschlagen. Die Verflüssigung wird durch Löten oder unmittelbares Auftragen des flüssigen Dichtmittels erreicht (Sp. 2, Z. 50–62). Hierbei ist auf eine bestimmte materialbezogene Dicke der Dichtungsschicht zu achten, die besonders bei Legierungen erfindungsgemäß einstellbar ist (Table I). Auf eine besondere Formgestaltung der Dichtungen kommt es hier nicht an, jedoch ist die Anwendung sehr aufwendig.
  • In der DE-A 1 425 429 ist eine Hochvakuumdichtung insbesondere für Ventile beschrieben, die sich besonders mit der Problematik des Kaltschweißens an Ventilflächen von Vakuumpumpen befasst. Es soll vorschlagsgemäß eine Hochvakuumdichtung geschaffen werden, bei welcher einerseits die auch bei bester Oberflächenbearbeitung verbleibenden Unebenheiten der Dichtfläche geschlossen werden, ohne dass sich die Dichtkörpermaterialien untereinander verschweißen. Eine bestimmte Dichtungsform oder Anordnung wird hier nicht vorgeschlagen (außer einer bevorzugt kegelförmigen Ausbildung der Dichtflächen).
  • Nach dem oben angeführten Stand der Technik wurden O-Ring Anordnungen mit Heliumleckraten von allenfalls < 10–6 mbar/s–1 erreicht. Dies ist gegenüber heutigen wissenschaftlichen und technischen Anforderungen jedoch nicht mehr ausreichend. Heute werden zum Teil Dichteigenschaften von mehr als 10–10 mbar/s–1 gefordert.
  • Aufgabe der Erfindung gemäß EP 07 019 555.7 war es daher, möglichst unkompliziert und kostengünstig herstellbare Dichtungsanordnungen mit sehr viel besseren Leckraten möglichst sogar unterhalb der Nachweisgrenze handelsüblicher Heliumlecksuchgeräte (etwa < 10–11 mbar/s–1) herzustellen.
  • Für Gasdichtungen musste, aufbauend auf den Stand der Technik, auf die bekannten günstigen Eigenschaften entsprechend geeigneter Weichmetallzusammensetzungen oder auf stabilen Kunststoff wie etwa hochfluorierte Kohlenwasserstoffe zurückgegriffen werden.
  • Die Lösung der Aufgabe beruhte auf der überraschenden Erkenntnis, dass sich das zwischen ebenen Dichtungsflächen wie bei Flanschen mit glatten Oberflächen in Form eines flachen Rings mit rechteckigem Querschnitt benutzte Dichtmaterial bezogen auf die Verteilung im Querschnitt unter Druck so verteilt, dass es radial nach außen „fließt". Hierbei bildet die Kreisringgeometrie unter hohem Druck einen viel größeren Außen- als Innendurchmesser des Rings. Das Volumen des im Querschnitt rechteckigen auf einer ebenen Fläche flach aufliegenden Dichtungsrings ändert sich also unter dem Druck eines Stempels mit einer zur Auflagefläche parallelen ebenen Druckfläche so, dass sich ein größerer Teil der Dichtungsmasse radial nach außen verschiebt, als durch eine geometrisch gleichmäßige Verteilung zu erwarten gewesen wäre. Diesen Effekt des radialen Flusses der Dichtungsmasse nach außen machte sich bereits Lehre der eingangs zitierten EP-Anmeldung zu Nutze, indem der ansonsten glatte Fluss des Dichtungsmaterials durch gegenläufige treppenartige Stufen zwischen den Auflageflächen so erschwert wird, dass sich an den durch die Treppen gebildeten senkrechten Sperrflächen ein unerwartet hoher Druck aufbaut, der seinerseits die Wirksamkeit des Dichtungsmaterials stark erhöht.
  • Hieraus ergibt sich auch die Kenntnis, dass die wesentliche Abdichtung durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen überraschend nicht an den Stempelflächen sondern an denjenigen Flächen stattfindet, die parallel zur Richtung des eigentlichen Pressdrucks und senkrecht auf den Stempel- oder Flanschebenen stehen. Daraus ergibt sich, dass es auf die herkömmlich als einzig wichtig angesehene Abdichtung des Zwischenraums sich gegenüberstehender Flanschebenen nur in zweiter Linie ankommt. In Anwendung dieser Erkenntnis werden überraschend auch die Ansprüche an die Glätte der Oberflächen der Dichtungselemente stark reduziert und zudem auch keine zusätzlichen Oberflächenbehandlungsmittel, wie Fette, Öle, Silikone oder ähnliche Gleitmittel zur Erzielung der gewünschten Dichtigkeit benötigt.
  • Das beschriebene zentrifugale Fließverhalten lässt sich nach der oben zitierten EP-Anmeldung am einfachsten durch mindestens eine senkrecht in die aufeinander angepassten Dichtflächen eingefügte Vertiefung in Form einer Treppenstufe erzielen, deren Stirnfläche möglichst und bevorzugt senkrecht auf den Dichtflächen steht. Die Anwendung mehrerer solcher Hindernisse gegen die radiale Ausdehnung in Treppenform erhöht die Effektivität des Dichtungsvorgangs.
  • Bei Versuchen hat sich ergeben, dass durch die oben beschriebene Ausgestaltung von Dichtungselementen eine erhebliche Verbesserung der Dichtungseigenschaften insbesondere bei hochflüchtigen Gase wie Wasserstoff oder Helium zu erreichen ist. Diese Dichtung hat nämlich gegenüber üblichen Heliumleckraten (10–6 mbar/s–1) eine Verbesserung auf zwischen 10–9 mbar/s–1 und 10–12 mbar/s–1 ergeben. Selbst unter weniger aufwendiger Gestaltung der Vorrichtung sind immer noch mühelos 10–11 mbar/s–1 erreichbar. Als Dichtungsmaterial eignen sich besonders Zinn, Blei, Indium, Gold, und andere Weichmetalle wie Kupfer und Aluminium, besonders wenn sie vorher bewährten zusätzlichen Vorbehandlungen, wie z. B. „Weichglühen" unterzogen werden. Auch entsprechend weiche Legierungen von Metallen sind geeignet. Die Metalle und Legierungen sollten eine Härte nach Mohs zwischen 1 und 3 aufweisen, bevorzugt zwischen 2 und 3. Besonders wichtig ist es, dass sich bei der geschlossenen Dichtung die sich gegenüberliegenden Flansche kraftschlüssig mechanisch berühren und somit fest aneinander liegen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Dichtung selbst völlig frei gehalten wird von von außen wirkenden Kräften, die die Dichtungsqualität stark verschlechtern können.
  • Es wurde nun gefunden, dass sich durch eine besondere Gestaltung von Dichtungsringen und Flanschen eine noch bessere, beinahe absolute Dichtigkeit erzielen lässt, die völlig überraschend sogar dann ohne Abstriche wirksam ist, wenn der Dichtungsring aus demselben Material wie das der Flansche (also z. B. Edelstahl) besteht. Bisher wurde eine derartige Möglichkeit von der Fachwelt noch nicht einmal in Erwägung gezogen.
  • In Anlehnung an die eingangs zitierte EP-Anmeldung wird aber auch hier das Prinzip der ungleichen Materialverteilung in einem O-Ring unter Druck genutzt. Auch hier wird der zur Abdichtung wirksame Materialschluss an den etwa senkrecht zum Pressdruck stehenden Innenflächen der in einem Flansch angebrachten Vertiefung (V) ausgenutzt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass eine Ringdichtung (O-Ring) um deren äußeren Umfang einen radialen Einschnitt (E) erhält, der dann keilförmig so weit gespreizt wird, dass der anfangs in Bezug auf die Vertiefung des Flansches, in das sie eingesetzt werden soll, geringfügig zu groß bemessene Radius bzw. Umfang des Dichtrings so weit verringert wird, dass der Ring bündig in die für ihn vorgesehene Vertiefung (V) dieses Flansches passt. Der Dichtring erhält so an dessen äußerem Rand eine seitlich gesehen Y-förmige gleichmäßige Weitung, nach oben und unten und erhält so eine Form, die etwa mit einer Radfelge vergleichbar ist. Die Form dieser Art ist schematisch in 1 dargestellt. Der Y-förmige Einschnitt (E) ist auch in der 1B im Schnitt erkennbar.
  • Die Erfindung betrifft neuartige Ringdichtungssysteme für Flanschverbindungen von Rohren, bei denen die Ringdichtung auch aus dem Material der Flansche bestehen kann. Die neuartigen Spreizdichtungen weisen um ihren äußeren Rand eine keilförmige Ausweitung auf, bei deren Kompression Durchmesser und Umfang des Ringes vergrößert werden und so einen Druck auf die senkrechten Innenwände radialer Vertiefungen der zu verbindenden Flansche ausüben, der eine praktisch absolute Abdichtung auch gegen Helium und Wasserstoff ermöglicht.
  • Als besonders günstig hat sich gemäß 3 eine Anordnung der Schenkel (13) erwiesen, bei der deren Achse vor dem Pressvorgang mit der Innenwand (W) des Flansches einen Winkel von 45° bilden. Diese Anordnung ist besonders bevorzugt, weil die sich beim Pressvorgang ausbildenden Kräfte sich dadurch gleichmäßig auf die beiden Schenkel verteilen und somit senkrecht zueinander zwei Dichtzonen ausbilden, die beide eine besonders gute Dichtigkeit aufweisen. In 1a stehen in diesem Fall die beiden den Schenkeln der 1b entsprechenden Scheiben in einem Winkel von 90° zueinander.
  • Eine verdrehungssichere Flanschverbindung zur besseren Handhabung wird dadurch erreicht, dass gemäß 3 der in 1b mit xx bezeichnete Freiraum vor dem Pressvorgang unsymmetrisch, d. h. auf jedem Halbkreis des Umfangs in unterschiedlicher Höhe, angebracht ist.
  • Betrachtet man die Bewegung der gebildeten Schenkel (13) als einen sich um den ortsstabilen Ursprung (11) bewegenden Vektor, so ergeben sich beim Zusammenpressen Verkürzungen der horizontalen bzw. Verlängerungen der vertikalen Vektoranteile.
  • Wie oben beschrieben ist dieser Effekt Basis der erzielten außergewöhnlichen Dichtwirkung.
  • Diese wird mit anderen Worten erreicht, indem die Schenkelenden (7) durch die zu dichtenden Komponenten an einer vertikalen Ortsveränderung gehindert werden. Oben und unten in Bezug auf vertikale Ausdehnung ortsfest, erfahren die Schenkel (7) eine Stauchung. Diese Stauchkraft und die daraus resultierende innere Spannkraft der gestauchten Metallscheiben erzeugen die Dichtkraft zwischen der Dichtung und den zu dichtenden Komponenten.
  • Dieses Dichtungsprinzip wurde bei Versuchen als Rohrleitungssystem mit Dichtflanschen beispielhaft homogen in Edelstahl ausgeführt.
  • Die erzielten Dichtigkeiten lagen weit unterhalb der zuverlässigen Nachweisgrenze handelsüblicher Heliumlecksucher von < 10–11 mbar/s–1.
  • Alle weiteren Eigenschaften der Dichtung aus dem Material der Rohrleitung wurden durch den Dichtungsvorgang nicht verändert. Ein bisher nicht erreichbarer Vorteil der Materialhomogenität von Flansch und Dichtmittel besteht in der Korrosionsfestigkeit des Dichtungsbereichs, in dem sich keine Lokalelemente mehr ausbilden können, die immer erhöhter Korrosion ausgesetzt sind.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine O-ringartige Spreizdichtung (1) aus festem flachem Dichtungsmaterial, die um ihren gesamten äußeren Umfang parallel zu der oberen (So) und unteren (Sa) Oberfläche der Dichtung einen keilförmigen Einschnitt (E) mit V-Profil aufweist, so dass ein senkrecht zu den genannten Oberflächen von außen nach innen durch die Dichtung geführter Querschnitt, auf eine Zone der Dichtung bezogen, die Form eines liegenden Y aufweist.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Dichtungsvorrichtung für Rohre enthaltend mindestens zwei um die zu verbindenden Rohrenden angeordnete und etwa senkrecht zur Rohrachse flach miteinander verbindbare Flansche (20, 23, 24, 27) mit entsprechenden Dichtflächen und zwischen den Dichtflächen in einer um den inneren Rand der Flansche angebrachten Vertiefung (V) der Flanschebene mit etwa senkrechten Innenwänden (W) jeweils mindestens eine planar um den Rohrdurchlass angeordnete O-ringartige Dichtung (12), die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dichtung passgenau in die Vertiefungen (V) der Flansche einfügbar ist und um ihren gesamten äußeren Umfang einen keilförmigen Einschnitt (E aufweist, durch welche der Abstand der oberen (So) von der unteren (Su) Dichtungsoberfläche so weit vergrößert ist, dass der Umfang der Dichtung, wenn der genannte Abstand durch senkrechte Druckeinwirkung (F) auf die Dichtung (3, 8) verkleinert wird wodurch hoher Dichtungsdruck an den Kontaktzonen (3, 4, 7, 8) erzeugt wird, weil die Ausdehnung der Dichtung zu deren Rand hin vergrößert würde, wenn diese Ausdehnung nicht durch die etwa senkrecht stehende Innenwand W) verhindert würde.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird durch die Beschreibung, Beispiele und die zugehörigen Abbildungen näher erläutert.
  • Beschreibung der Abbildungen:
  • 1: Funktion und Wirkungsweise der Spreizdichtung
  • 2: Einfache Spreizdichtung – vor (links) und nach der Pressung (rechts)
  • 3: Spreizdichtung mit zusätzlicher Zentrierhilfe vor (links) und nach der Pressung (rechts)
  • 1a zeigt in dreidimensionaler Darstellung schematisch die Spreizdichtung mit der Symmetrieachse (14). Funktion und Wirkungsweise werden anhand der Schnittzeichnung 1a erläutert.
  • Die Dichtung besteht aus keilförmig gespreizten Schenkeln (13), die im gemeinsamen Querschnitt (12) enden.
  • Dargestellt ist die Dichtung in vormontiertem Zustand zu den angrenzenden Dichtflanschen (2, 9). Diese liegen zunächst ungepresst an den Außenpunkten (3 + 8) an und werden gleichzeitig von den senkrecht dazu angeordneten Grenzflächen (W) an den Stellen (4 + 7) zentriert, wobei die Außendurchmesser der beiden Schenkel (10 + 13) und die Innendurchmesser der zuletzt genannten Flanschflächen als Spielpassung dimensioniert werden.
  • Durch Einwirkung der durch (F) angedeuteten Kräfte bewegen sich die Flansche aufeinander zu, bis sie an den Stirnflächen (5 + 6) in Deckung gelangen. Die dabei zu rückgelegte Strecke = 2 mal X hat bei Bewegung der Scheiben (1013) um den ortsstabilen Ursprung (11) [nur an Scheibe (10) eingezeichnet, gleiches gilt auch für Scheibe (13)] zur Folge, dass die Scheiben (10 + 13) zwischen den tangentialen Berührungspunkten (4 + 7) und dem ortsstabilen Ursprung (11) um die aufgezeigte Strecke (Y) gestaucht werden. Aus dieser Stauchwirkung resultiert die Dichtkraft an den sich berührenden Dichtstellen der Punkte (4 + 7). Zusätzlich entsteht an den Berührungspunkten (3 + 8) durch die Presskraft (F) eine weitere Dichtstelle.
  • Die dichtenden Enden der Schenkel (10 + 13) – die gemäß 1a Scheiben darstellen – besitzen einen kreisförmigen Querschnitt. Sie liefern mit den aufgezeigten Dichtkräften die geringsten Oberflächenverformungen an den Dichtstellen. Untersuchungen zeigen Veränderungen im mikroskopischen Bereich, die auf die flachen Flanschflächen oberflächenglättend wirken und somit noch bessere Voraussetzungen für sich wiederholende Dichtungsvorgänge schaffen.
  • Der ortsstabile Ursprung [Bereich (12)] kann in einer rotationssymmetrischen Anordnung sehr materialsparend ausgeführt werden, da der durch die aufgezeigte Stauchkraft hervorgerufene Materialfluß der Schenkel (10 + 13) vornehmlich in Richtung der Dichtflächen wirkt und durch den Gewölbeeffekt des Bereichs (12) statisch besonders gut abgestützt wird.
  • Die Verformung der Spreizdichtung ist insofern irreversibel als nach Demontage der Flansche beim erneuten Zusammenfügen neue Dichtungen eingesetzt werden müssen.
  • Zur besseren Demontierbarkeit der „Gleichmetalldichtung" nach dem Lösen der Verbindung können die Flanschflächen an den Dichtungsstellen (4 + 5) mit einer geringen Neigung in Richtung der Flanschstirnseiten (5 + 6) versehen werden.
  • 2a zeigt eine Rohrverbindung mit zwei baugleichen Flanschen (20 + 23) und eingelegter Spreizdichtung (22) im Querschnitt.
  • In 2b ist die Flanschverbindung in funktionstüchtigem Zustand dargestellt. Die Presskraft (F) wird durch die Schraubverbindung (21) erzeugt.
  • Dieselbe Funktionsweise ist in 3a und 3b aufgezeigt. Sie weist mit einer zusätzlich an der Spreizdichtung angebrachten Zentrierhilfe (26) und den dafür in den Flanschen vorgesehenen Aussparungen (V) eine erhöhte Sicherheit bei der Montage auf.
  • Die Bezugszahlen 20, 22 in 2 entsprechen den Zahlen 24, 25 in 3. In beiden Fällen wird ersichtlich, dass der Dichtungsvorgang ausschließlich durch das Aufeinandertreffen der Stirnflächen (W) der beiden Flansche abgeschlossen wird.
  • Die dichten Flansche haben überraschend eine besonders gewünschte und wichtige Eigenschaft. Sie sind auch unter Belastung (heftige Bewegung des Rohrsystems beispielsweise durch Maschinen) unerwartet beständig und weisen auch bei starker Belastung kaum Verschlechterungen des Dichtungssystems auf. Im Falle der Homogenität, d. h. bei besonders gleichartigem Flansch- und Dichtungsmaterial ist die Stabilität erreichbar, die Schweißverbindungen gleicht. Dies gilt sowohl für Torsions- als auch Biegebelastungen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 07019555 [0001, 0020]
    • - US 3208758 [0010]
    • - US 5640751 A [0010, 0010]
    • - CH 422448 [0010]
    • - GB 2038972 A [0011]
    • - US 2760673 [0012]
    • - FR 1044153 [0013]
    • - FR 1506567 [0014]
    • - DE 2416808 A [0015]
    • - US 3038731 [0017]
    • - DE 1425429 A [0018]

Claims (6)

  1. O-ringartige Spreizdichtung (1) aus festem flachem Dichtungsmaterial, die um ihren gesamten äußeren Umfang parallel zu der oberen (So) und unteren (Sa) Oberfläche der Dichtung einen keilförmigen Einschnitt (E) mit V-Profil aufweist, so dass ein senkrecht zu den genannten Oberflächen von außen nach innen durch die Dichtung geführter Querschnitt, auf eine Zone der Dichtung bezogen, die Form eines liegenden Y aufweist.
  2. Dichtungsvorrichtung für Rohre enthaltend mindestens zwei um die zu verbindenden Rohrenden angeordnete und etwa senkrecht zur Rohrachse flach miteinander verbindbare Flansche (20, 23, 24, 27) mit entsprechenden Dichtflächen und zwischen den Dichtflächen in einer um den inneren Rand der Flansche angebrachten Vertiefung (V) der Flanschebene mit etwa senkrechten Innenwänden (W) jeweils mindestens eine planar um den Rohrdurchlass angeordnete O-ringartige Dichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung passgenau in die Vertiefungen (V) der Flansche einfügbar ist und um ihren gesamten äußeren Umfang einen keilförmigen Einschnitt (E aufweist, durch welche der Abstand der oberen (So) von der unteren (Su) Dichtungsoberfläche so weit vergrößert ist, dass der Umfang der Dichtung, wenn der genannte Abstand durch senkrechte Druckeinwirkung (F) auf die Dichtung (3, 8) verkleinert wird wodurch hoher Dichtungsdruck an den Kontaktzonen (3, 4, 7, 8) erzeugt wird, weil die Ausdehnung der Dichtung zu deren Rand hin vergrößert würde, wenn diese Ausdehnung nicht durch die etwa senkrecht stehende Innenwand W) verhindert würde.
  3. Spreizdichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen von der Kreisform abweichende Form.
  4. Spreizdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Seiten der Dichtung oval, rechteckig, quadratisch oder x-förmig (sogenannte X-Dichtung) sind.
  5. Spreizdichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Winkel des V-Profils von 70 bis 100 Grad.
  6. Spreizdichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Winkel des V-Profils von 90 Grad.
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