DE2703156A1

DE2703156A1 - Dichtungsgarnitur mit radialer kompression

Info

Publication number: DE2703156A1
Application number: DE19772703156
Authority: DE
Inventors: Georges Bram
Original assignee: Pont a Mousson SA
Current assignee: Pont a Mousson SA
Priority date: 1976-03-03
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2703156C2; JPS52106054A; BE852009A; GB1537203A; FR2343191B1; CA1060498A; ES238782Y; JPS589874B2; NL178445C; ES238782U; CH609435A5; US4078813A; NL7701831A; FR2343191A1; BR7700693A; IT1071587B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsgarnitur mit radialer Kompression für Rohrleitungen, mit einem ringförmigen aktiven Teil aus einem elastomeren Material, das zwischen der Außenfläche eines Einsteckendes und der Wand eines zylindrischen Sitzes in der Einfassung radial komprimierbar angeordnet ist, in die das Einsteckende eindringt, und mit einer Verankerungseinrichtung in der Einfassung, wobei das aktive Teil eine ringförmige Außenfläche, eine ringförmige Innenfläche und eine Außenseite aufweist und in der Ruhestellung der Garnitur einen größeren minimalen Innendurchmesser als der Außendurchmesser des glatten Endes und einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der den minimalen Innendurchmesser um einen größeren Betrag überschreitet als der radiale Abstand zwischen dem Sitz und dem Einsteckende ausmacht.

Eine Dichtung dieser Art, wie sie beispielsweise aus der FR-PS 1 562 486 bekannt ist, läßt sich leicht montieren, gewähr-

709836/0620

leistet eine gute Dichtigkeit und hat zumindest in der Zeit ein zufriedenstellendes Verhalten, wo das transportierte Fluid nicht aggressiv gegenüber dem Elastomeren ist.

Wenn es sich hingegen um ein agressives Fluid handelt, so beobachtet man eine Zerstörung bestimmter Bereiche derjenigen Außenseite der Garnitur, die dem Boden der Einfassung zugewandt ist und sich in Kontakt mit dem Fluid befindet, und es hat den Anschein, als ob sämtliche auf diese Weise zerstörten Bereiche sich im Betrieb unter Zug befinden. Anscheinend beruht das Unvermögen der Dichtungsgarnitur, dem chemischen Angriff gegenüber Widerstand zu leisten, auf der Tatsache, daß bei der aus der FR-PS 1 562 486 bekannten Dichtungsgarnitur die Außenseite des aktiven Teiles schlecht definiert ist und an die ringförmigen Außen- und Innenseiten dieses aktiven Teiles über Abrundungen anschließt.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Dichtungsgarnitur mit radialer Kompression anzugeben, die von selbst aggressiven Fluiden gegenüber Widerstand leisten kann.

Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Dichtungsgarnitur der oben bezeichneten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche an die jeweiligen ringförmigen Flächen des aktiven Teiles über eine kreisförmige scharfe Kante anschließt und daß die Durchbiegung des die Außenfläche erzeugenden Bogens im axialen Schnitt und in freiem Zustand der Dichtungsgarnitur höchstens gleich einem Fünftel der Länge der dazugehörigen Sehne ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung mit einem axialen Halbschnitt, einer Verbindung zwischen zwei Rohren, die mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsgarnitur ausgestattet ist;

709836/0620

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 wiedergegebene Verbindung längs der Linie 2-2 der Fig. 1; und in

Fig. 3 einen axialen Halbschnitt der erfindungsgemäßen Dichtungsgarnitur in freiem Zustand und in vergrößertem Maßstab.

Die in den Figuren 1 und 2 wiedergegebene Verbindung verbindet zwei Rohrleitungselemente oder Rohre 1 und 2, die ungefähr koaxial zur Achse X-X angeordnet sind. Das erste Rohr 1 endet in einer Einfassung oder Muffe 3, in die das glatte Einsteckende 4 des zweiten Rohres 2 eindringt. Eine Dichtungsgarnitur 5 aus einem elastomeren Material ist radial zwischen der Muffe 3 und dem Einsteckende 4 komprimiert.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß der Klarheit halber in den Figuren 1 und 2 die radialen Abmessungen der verschiedenen Komponenten der Verbindung beziehungsweise der Dichtung gegenüber dem Durchmesser der Rohrleitung stark übertrieben dargestellt sind.

Die Muffe 3 ist, ausgehend von ihrem Boden 6, mit einer ersten zylindrischen Kammer 7 mit größerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Einsteckendes 4, dann mit einer ungefähr radial angeordneten Schulter 8 und einer zweiten zylindrischen Kammer 9 mit größerem Durchmesser als der Durchmesser der ersten Kammer versehen und durch einen nach innen gerichteten radialen Bund oder Flansch 1o begrenzt, der die Einfassung oder Muffe mter Freilassung einer kreisförmigen öffnung 11 mit ungefähr dem gleichen Durchmesser wie der der Kammer 7 abschließt. Eine dem Flansch 1o benachbarte kreisförmige Kehle 12 ist in die Wand der zweiten Kammer 9 eingearbeitet.

Das glatte Einsteckende 4 besitzt konstanten Außendurchmesser und ist an seinem Ende mit einer kegelstumpfförmigen Schräge 13 versehen, um seinen Eintritt in die Muffe 3 während der Montage der Verbindung zu erleichtern.

Die einstückig ausgebildete Dichtungsgarnitur 5 weist ein aktives

709836/0620

Teil 14, das zv/ischen der Wand der zweiten Kammer 9 der Muffe 3 und der Außenoberfläche des Einsteckendes 4 radial stark zusammengedrückt ist, und einen direkt neben diesem aktiven Teil 14 angeordneten Verankerungsansatz 15 auf, dessen radialer äußerer Teil 16 in der Kehle 12 der Muffe 3 aufgenommen ist. Der Verankerungsansatz 15 weist eine radial verlaufende plane Außenfläche 17 auf, die sich gegen die Innenseite des Flansches 1o abstützt, während das aktive Teil 14 der Dichtungsgarnitur eine bogenförmig gewölbte und im Abstand vom Boden 8 der Kammer 9 angeordnete Endfläche 18 aufweist, so daß die Kompression der Dichtungsgarnitur ausschließlich in radialer Richtung erfolgt. Im Be- ^ trieb ist diese Endfläche 18 der einzige Teil der Dichtungsgarnitur, der dem in der Rohrleitung transportierten Fluid ausgesetzt ist.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt der Dichtungsgarnitur 5 in freiem beziehungsweise entspanntem Zustand. Dieser Schnitt weist die folgenden geometrischen Charakteristika auf:

Das aktive Teil 14 hat eine zylindrische Innenoberfläche 19 mit größerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Einsteckendes 4; seine Außenfläche 2o weist eine zum Eingang der Muffe, d.h. zum Verankerungsansatz 15 hin konvergierende kegelstumpfförmige Form auf. Der minimale Durchmesser dieser Außenfläche 2o ist an seiner Verbindungsstelle 21 mit dem Verankerungsansatz 15 ebenso groß wie derjenige der zweiten Kammer 9, und sein maximaler Durchmesser, der demjenigen einer kreisförmigen scharfen Kante 22 an der Verbindung mit der Außenoberfläche 18 entspricht, ist größer als der Durchmesser der Kammer 9, und zwar um einen geeigneten Betrag unter Berücksichtigung der Kompressionsgesetze des verwendeten Elastomeren.

Die Endfläche 18 besitzt ungefähr die Form eines Kreisbogens und schließt sich einerseits über die Kante 22 an die Außenfläche 2o und andererseits über eine weitere kreisförmige scharfe Kante 22a — an die Innenfläche 19 an.

709836/0620

Der Querschnitt des Verankerungsansatzes 15 weist in freiem Zustand die Form eines Rechteckes auf, dessen äußerer Teil 16 mit einer Verjüngung 23 zur exakten Einpassung in die Kehle 12 der Muffe 3 versehen ist. Der Außendurchmesser des Verankerungsansatzes 15 und seine axiale Länge I^ sind jeweils ebenso groß wie der Durchmesser des Bodens der Kehle 12 beziehungsweise deren axiale Abmessung.

Die Innenfläche 15a (in radialer Richtung gesehen) des Verankerungsansatzes 15 schließt direkt an die Innenfläche 19 des aktiven Teiles 14 an, wobei die beiden Durchmesser gleich groß sind. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Innenfläche dieses Verankerungsansatzes anstatt zylindrisch, wie in den Zeichnungen dargestellt, auch leicht konisch ausgebildet und in diesem Falle vorzugsweise in Richtung des Eintritts der Muffe divergierend ausgebildet sein, um das Eindringen des glatten Einsteckendes in die Muffe zu begünstigen; in sämtlichen Fällen bleibt jedoch ihr Innendurchmesser in jedem Punkt mindestens ebenso groß wie der Außendurchmesser des glatten Einsteckendes.

Die Sehne 24, welche unter der Durchbiegung beziehungsweise dem Bogen verläuft, der durch Drehung um die Achse X-X die Endfläche 18 der Dichtungsgarnitur 5 erzeugt, d.h. die die beiden Kanten und 22a verbindende Sehne 24 verläuft radial. Bei einer anderen Ausführungsform kann diese Sehne jedoch auch in der einen oder anderen Richtung geneigt sein, wie es mit den strichpunktiert gezeichneten Sehnen 24a und 24b angedeutet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Endfläche 18 auch plan oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein, wobei sie in diesem Falle im Schnitt mit der entsprechenden Sehne zusammenfließt; die Endfläche 18 kann aber auch konkav ausgebildet sein, wie es strichpunktiert bei 'I8a angedeutet ist, so daß auf diese Weise zwei Lippen auftreten, die zur Andrückung gegen die Kammer 9 der Muffe und das Einsteckende 4 dienen und dem Boden der Muffe 3 zugewandt sind.

709836/0620

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Innenfläche 19 ausgehend vom Verankerungsansatz 15 konvergieren oder divergieren, beispielweise in kegelstumpfförmiger Ausbildung, wie es strichpunktiert bei 19a und 19 b angedeutet ist. Das gleiche gilt für die Außenfläche 2o.

Allgemeiner ausgedrückt kann das aktive Teil 14 der Dichtungsgarnitur sehr verschiedene Formen aufweisen und auch die Verankerungseinrichtung der Dichtungsgarnitur in der Muffe kann beliebige Gestalt aufweisen, vorausgesetzt daß die vier folgenden Bedingungen erfüllt sind:

(a) Der minimale Durchmesser Dm ihrer Innenfläche ist größer als der Außendurchmesser d^ des glatten Einsteckendes, auch wenn diese Fläche gegenüber dem Eintrittsende kegelstumpfförmig und divergierend ausgebildet ist, wie es bei der Innenfläche 19a der Fall ist;

(b) Ihr maximaler Durchmesser DM ist größer als der Durchmesser d der Kammer 9 und übertrifft den Durchmesser Dm um einen größeren

2 1

Betrag als d minus d■;

(c) In dem Falle , wo die Endfläche 18 konvex oder konkav ausgebildet ist, ist die maximale Durchbiegung f dieser Endfläche 18 im axialen Schnitt höchstens gleich einem Fünftel der Länge e_ der dazugehörigen Sehne, wenn letztere wie die Sehne 24 genau radial oder wie die Sehnen 24 a 'beziehungsweise 24 b geneigt verlaufen. Letztere Bedingung ist offenbar dann erfüllt, wenn die Endfläche 18 plan ausgebildet ist, weil dann die Durchbiegung Null ist;

(d) Im Axialschnitt trifft die Endfläche 18 auf die Innenfläche beziehungsweise die Außenfläche der Dichtungsgarnitur unter Bildung scharfer Kanten.

Die drei ersten Bedingungen hinsichtlich der Abmessungen lassen

709836/0620

auch folgendermaßen schreiben:

(a) D_m> d¹;

<^b> ^DM - ^Dm > ^d2 - ^d1 '·
(C) f ^ e/5.

Die beiden Bedingungen (a) und (b) werden anhand der Fig. 2 verdeutlicht, wo die Dichtungsgarnitur in freiem Zustand strichpunktiert wiedergegeben ist. Man erkennt, daß die Begrenzung der Größe der Durchbiegung f_ zu einer Begrenzung für die Winkel χ und xj_ führt, die von den beiden Flächen 19 und 2o und den beiden Tangenten t und t_^ an den Bogen 18 an seinen beiden Enden gebildet werden. Es darf darauf hingewiesen werden, daß der Durchmesser D des Anschlußkreises des aktiven Teiles 14 an den Verankerungsansatz 15 stets größer als d ist, da ja die Innenfläche dieses Verankerungsansatzes in sämtlichen Punkten einen größeren Durchmesser als d aufweist. Der Durchmesser D ist selbstverständlich ebenso groß wie der Durchmesser Dm, wenn die Innenfläche 19 zylindrisch ausgebildet oder wie die Innenfläche 19b ausgehend vom Verankerungsansatz 15 divergiert. Im entgegengesetzten Falle mit der Innenfläche 19a ist der Durchmesser Dm derjenige der Kante 22a.

Die Montage einer Verbindung der oben beschriebenen Art bietet keinerlei Schwierigkeit und erfolgt in üblicher Weise, in-dem zunächst die Dichtungsgarnitur in ihren Sitz in der Muffe eingesetzt wird und dann das glatte Einsteckende durch die Dichtungsgarnitur hindurch in die Muffe eingesetzt wird, wobei der Verankerungsansatz 15 dann in der Kehle 12 verankert ist.

Die Dichtigkeit dieser Verbindung beziehungsweise Dichtung resultiert aus der Reduzierung der radialen Dicke des aktiven Teiles der Dichtungsgarnitur aus elastomerem Material zwischen ihrem freien und ihrem komprimierten Zustand. Beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel wird diese Reduzierung vollständig auf die Außenseite der Dichtungsgarnitur übertragen. Damit diese Reduzierung

709836/0620

-F-

in wirksamer Weise stattfindet, muß selbstverständlich die Differenz zwischen den Durchmessern DM und d ausreichend groß gegenüber der Differenz zwischen den Durchmessern Dm und d^ sein. Der einzige Teil der Dichtungsgarnitur, der mit dem transportierten Fluid in Berührung steht, ist die Endfläche 18, die von den beiden kreisförmigen Kanten 22 und 22a begrenzt ist, welche deutlich das mit den beiden Rohren 1 und 2 in Berührung stehende elastomere Material begrenzen.

Man stellt fest, daß eine Dichtungsgarnitur der oben beschriebenen Art folgende Eigenschaften aufweist: Wenn die vier oben erläuterten Bedingungen (a), (b), (c) und (d) erfüllt sind, so ist die radiale Entwicklung beziehungsweise Abwicklung der Außenfläche der Dichtungsgarnitur, d.h. die entsprechende Länge des Bogens im Schnitt gesehen_/ in der Ruhestellung größer als seine radiale Abwicklung nach der Kompression.

Dies hat zur Folge, daß die Endfläche 18 der einmal eingebauten Dichtungsgarnitur nur noch unter Kompression stehende Punkte aufweist, und zwar sowohl in ümfangsrichtung, als auch in radialer Richtung; die Erfahrung zeigt, daß die Agenzien, die normalerweise schädlich für das gute Verhalten des die Dichtungsgarnitur bildenden elastomeren Materials sind, unter diesen Bedingungen ohne Wirkung bleiben. Dabei handelt es sich beispielsweise um Agenzien, die bestimmte Fluide und insbesondere Gase enthalten, die mit aromatischen und aliphatischen Kondensaten beladen sind, aber auch um Kohlenwasserstoffe, wässerige, kunstharzhaltige, sau-re und salzige Lösungen.

Dieser beträchtliche, oben erläuterte Vorteil wird ohne jegliche Modifikation der Rohre oder ihres Zusammenbaues und ohne jegliche Hinzufügung von Hilfselementen zu den üblichen Verbindungen beziehungsweise Dichtungen erhalten.

- Patentansprüche: -

709836/0620

Leerseite

Claims

Patentansprüche

!1.) Dichtungsgarnitur mit radialer Kompression für Rohrleitungen mit einem ringförmigen aktiven Teil aus einem elastomeren Material, das zwischen der Außenfläche eines Einsteckendes und der Wand eines zylindrischen Sitzes in der Einfassung radial komprimierbar angeordnet ist, in die das Einsteckende eindringt, und mit einer Verankerungseinrichtung in der Einfassung, wobei das aktive Teil eine ringförmige Außenfläche, eine ringförmige Innenfläche und eine Außenseite aufweist und in der Ruhestellung der Garnitur einen größeren minimalen Innendurchmesser als der Außendurchmesser des glatten Endes und einen maximalen Außendurchmesser aufweist, der den minimalen Innendurchmesser um einen größeren Betrag überschreitet als der radiale Abstand zwischen dem Sitz und dem Einsteckende ausmacht, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (18, 18a) an die jeweiligen ringförmigen Flächen (19, 19a, 19b - 2o) des aktiven Teiles (14) über eine kreisförmige scharfe Kante (22 - 22a) anschließt und daß die Durchbiegung (f_) des die Außenfläche erzeugenden Bogens im axialen Schnitt und in freiem Zustand der Dichtungsgarnitur (5) höchstens gleich einem Fünftel der Länge (e) der dazugehörigen Sehne (24, 24a, 24b) ist.
2. Dichtungsgarnitur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehne (24) , die unter dem die Endfläche (18) erzeugenden Bogen verläuft, radial angeordnet ist.
3. Dichtungsgarnitur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehne (24a, 24b), die unter dem die Endfläche erzeugenden Bogen verläuft, gegenüber der radialen

- 1o -

709836/0620

ORIGINAL INSPECTED

Richtung geneigt angeordnet ist.
4. Dichtungsgarnitur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Endfläche erzeugende Bogen mit der Sehne (24, 24a, 24b), die unter dem Bogen verläuft, zusammenläuft.
5. Dichtungsgarnitur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (18) gebogen ist.
6. Dichtungsgarnitur nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (18a) konkav ausgebildet ist und zwei Lippen bildet.
7. Dichtungsgarnitur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Teil (14) der Dichtungsgarnitur im Schnitt die Form eines Trapezes aufweist.
8. Dichtungsgarnitur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungseinrichtung einen Verankerungsansatz (15) in einer Kehle (12) der Muffe (3) aufweist, der direkt an das aktive Teil (14) anschließt.
9. Dichtungsgarnitur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (2o) des aktiven Teiles (14) kegelstumpf förmig ausgebildet ist und ausgehend von dem Verankerungsansatz (15) divergiert.
10. Dichtungsgarnitur nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verankerungsansatz (15) in radialer Richtung eine Innenfläche (15a) aufweist, die an die Innenfläche (19) des aktiven Teiles (14) anschließt, wobei der

- 11 -

709836/0620

minimale Innendurchmesser des Verankerungsansatzes (15) größer als der Außendurchmesser (d ) des Einsteckendes (2, 4) ist.