Metalldichtung Die Erfindung betrifft eine Metalldichtung zur Ab dichtung von Druckbehältern der chemischen Industrie, insbesondere von Druckbehältern wie beispielsweise Wärmeübertragern, Reaktoren, Autoklaven und der gleichen.
Zur Abdichtung derartig hoch beanspruchter chemi scher Apparate ist eine Hartdichtung bekannt. Die ein ander zugeordneten Dichtflächen sind als Nut und Feder ausgebildet, wobei - im Querschnitt gesehen - der Mittelpunkt der die ballig ausgebildete Dichtungsfläche der Feder bestimmenden Krümmung und der sich bil dende Dichtpunkt mit der kurvenförmig ausgebildeten Nut auf einem mit der Richtung der Anpresskraft einen Winkel bildenden Leitstrahl liegen, wobei alle Radien im Dichtungsbereich gleichsinnig verlaufen.
Das Verhältnis des Radius der Krümmungslinie der Nut zum Radius, der Krümmung der Feder beträgt 1 : 0,58.
Diese Abdichtung hat den Nachteil, dass die den Dichteffekt hervorrufende Kontaktfläche der Feder am Flansch angedreht ist. Das erfordert eine sehr präzise technologische Fertigung, damit sich die Kontaktwir kung in der vorgesehenen Weise einstellt.
Besonders schwierig ist aufgrund fertigungstechnolo gischer Bedingungen die Herstellung der Dichtflächen für grössere Behälterdurchmesser. Eine Anwendung der Dichtung für ungleiche Werkstoffpaarung ist nicht mög lich, weil durch die unterschiedlichen Ausdehnungen unkontrollierte Verspannkräfte auftreten, die eine zu sätzliche Beanspruchung der Bauteile zur Folge haben. Die erforderliche gleichmässige Kontaktpressung im Be triebszustand ist nicht gewährleistet, da die Kontakt pressung an der Innenseite der Dichtung nicht mit der an der Aussenseite der Dichtung übereinstimmt, wodurch eine einwandfreie Dichtheit nicht garantiert ist.
Eine weitere Dichtung ist unter dem Namen Ring Joint-Dichtung bekannt. Diese Dichtung besteht aus einem Ring mit rechteckigem Querschnitt, dessen Kan ten abgerundet sind und der in zwei sich gegenüber- liegenden Nuten mit trapezförmigem Querschnitt ein gespannt ist.
Trotz der Tatsache, dass hier ein loser, leicht aus- weehselbarer Dichtring vorhanden ist, der eine gewisse Drehung in den Nuten um seine tangentiale. Achse ermöglicht, tritt bei unterschiedlicher radialer Verschie bung der Nuten eine Verlagerung der Dichtflächen ein, die mit einer unkontrollierbaren Be- bzw. Entlastung der Dichtflächen verbunden ist.
Bei der auf Grund der sich gegenüberliegenden Nuten notwendigen geometri schen Form des Dichtringes, nämlich eine verhältnis mässig grosse Höhe gegenüber der Breite, neigt der Ring beim Überschreiten seiner Warmstandzeitfestigkeit zu Kriecherscheinungen, wonach im Betriebszustand die erforderliche Flächenpressung an den Dichtflächen nicht mehr vorhanden ist.
Man hat versucht, diese Nachteile mit einer so genannten Doppelkonusdichtung zu beseitigen. Der Ring der Doppelkonusdichtung hat einen trapezförmigen Querschnitt, der so zwischen den spannenden Bauteilen der Dichtung angeordnet ist, dass die Flächenpressung an den zur Behälterachse geneigten Dichtflächen bei Belastung der Dichtung durch Innendruck erhöht wird. Auf Grund der elastischen Nachgiebigkeit des Dicht ringes ist zur Erzielung der notwendigen Dichtpressung im Einbauzustand eine innere Abstützung erforderlich. Das hat zur Folge, dass für diese Abdichtung ein zu sätzlicher Materialaufwand, beispielsweise in Form eines Stützringes bzw. eines Vorsprungs an einem spannenden Bauteil, notwendig ist.
Bei unterschiedlicher Wärmeaus dehnung der verspannenden Bauteile findet eine Relativ bewegung der Dichtflächen des Ringes gegenüber der Dichtflächen der spannenden Bauteile statt, die im Sinne einer optimalen Dichtheit nicht erwünscht ist.
Eine weitere bekannte Dichtung besteht darin, dass am äusseren Umfang eines Rohrbodens an beiden Stirn seiten rechtwinklige Ausdrehungen und als Gegenstück dazu jeweils an den Flanschinnenseiten ebenfalls recht winklige Ausdrehungen gleicher Form angebracht sind, zwischen denen ovale metallische Dichtringe, deren Härte geringer als die Härte des Vorschweissflanschen- paares und des Rohrbodens ist, angeordnet sind.
Nachteilig ist, dass infolge der geometrischen Ge staltung der ebenen Kontaktflächen orthogonal zur Be hälterachse der spannenden Bauteile keine zusätzliche Erhöhung der Flächenpressung bei Belastung durch Innendruck eintritt. In Abhängigkeit von der Höhe des Dichtringes tritt eine unerwünschte Relativbewegung der Kontaktflächen und damit eine Überschreitung der zu lässigen Leckage ein.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Dich tung, die alle bei Belastung durch Innendruck und Tem peratur auftretenden Verwerfungen der spannenden Bauteile der Dichtung bei Ausnutzung des Selbstdich- tungseffektes weitestgehend auffängt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtelemente in einer geometrisch einander zugeordne ten Form zu gestalten.
Die Metalldichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtring mit konvexen Kontaktflächen zwischen zwei sich in den zusammenzuspannenden Bauteilen be findenden gegenüberliegenden Ringnuten mit konkaven Kontaktflächen eingelagert ist, wobei das Verhältnis der Krümmungsradien der konvexen Kontaktflächen des Dichtringes zu den konkaven Kontaktflächen der Nuten im Bereich von 0,5-0,85 liegt.
Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgegen standes sieht vor, dass die Härte des Dichtringes ge ringer als die Härte der zusammenzuspannenden Bau teile ist. Bei Verwendung von Werkstoffen mit gleicher Härte sowohl für den Dichtring als auch für die zu sammenzuspannenden Bauteile ist zwischen den Kon taktflächen eine Werkstoffschicht geringerer Härte an geordnet.
Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend an ei nem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen Radialschnitt durch die mit den Kon taktflächen versehenen zusammenzuspannenden Bau teile und den zwischen diesen liegenden Dichtring.
Zwischen den zusammenzuspannenden Bauteilen 1 befindet sich der Dichtring 2. An dem Dichtring 2 sind konvexe Kontaktflächen 3 angearbeitet. Entsprechend der Krümmungsgeometrie des Dichtringes 2 besitzen die zusammenzuspannenden Bauteile 1 konkave Kontakt flächen 4.
Bei Innendruckbelastung erhöht sich das Dichtungsdruckgebiet zwischen den Kontaktflächen 3, 4 durch die radiale Aufweitung des Dichtringes 2 unter Ausnutzung des Selbstdichtungseffekts. Im Falle der Verwendung unterschiedlicher Werkstoffpaarung für die zusammenzuspannenden Bauteile 2, beispielsweise bei ferritischem Flansch und austenitischem Boden, wird bei Temperaturbelastung ein radialer Dehnungsunter schied zwischen den spannenden Bauteilen 1 durch Drehung des Dichtringes 2 um seine tangentiale Achse aufgefangen.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsge mässen Metalldichtung besteht darin, dass zwischen den Kontaktflächen 3,4 eine Werkstoffschicht 5 mit geringe rer Härte gegenüber dem Dichtring 2 und den zusam menzuspannenden Bauteilen 1 angeordnet ist. Mit dieser Werkstoffschicht 5 wird die kritische Vorpresskraft an der Dichtung, die zur Einhaltung einer zulässigen Leck strömung erforderlich ist, wesentlich herabgesetzt.
Mit dieser beschriebenen Lösung wurde eine Metall dichtung geschaffen, mit der vorwiegend in der che mischen Industrie besonders schwierige Abdichtungs fälle, zum Beispiel bei häufiger Be- und Entlastung sowohl durch Druck als auch durch Temperatur, be herrscht werden können.