DE20008526U1

DE20008526U1 - Dichtungsanordnung

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Publication number: DE20008526U1
Application number: DE20008526U
Authority: DE
Original assignee: Xomox International GmbH and Co OHG
Current assignee: Xomox International GmbH and Co OHG
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2010-05-12
Also published as: DE50104388D1

Description

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REBLE & KLOSE
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Anmelderin:

XOMOX International GmbH & Co. Von-Behring-Str. 15

D-88131 Lindau / Bodensee Dichtungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Derartige Dichtungsanordnungen enthalten einen in einer Kammer zwischen zwei miteinander verbindbaren Bauteilen angeordneten ersten Dichtring aus einem Dichtungswerkstoff, insbesondere einem Hochtemperatur-Dichtungswerkstoff wie z.B. Graphit. Die Verbindung der Bauteile, welche einen von einem Medium durchströmbaren Innenraum enthalten, kann bevorzugt mittels einer Flanschverbindung einer Schraubverbindung oder dergleichen erfolgen. Regelmäßig ist der erste Dichtring unter Vorspannung in der Kammer angeordnet, welche zweckmäßig als ein allseitig gekammerter Dichtungsraum ausgebildet ist. Insbesondere bei feuersicherer oder sogenannter "Fire Safe" Ausbildung kann der Dichtring ferner als Metall-Graphit-Dichtung ausgeführt sein. Um der Anforderung dahingehend zu entsprechen, daß der zumindest teilweise aus Graphit oder einem vergleichbaren Hochtemperatur-Dichtungswerkstoff bestehende erste Dichtring nicht mit dem durch die Bauteile strömende Medium in Berührung gelangen kann, wird zur Seite des Mediums hin eine zweite Dichtung vorgesehen, wodurch ein hoher Platzbedarf bedingt ist. Desweiteren können

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zuätzliche metallische Dichtungen vorgesehen sein, welche einen erheblichen Aufwand erfordern und eine relativ hohe Leckrate aufweisen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Dichtungsanordnung der genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit geringem Fertigungsaufwand und/oder Montageaufwand eine funktionssichere Abdichtung gewährleistet ist. Die Dichtungsanordnung soll einen geringen Platzbedarf aufweisen und keine zusätzlichen Teile oder Bearbeitungsvorgänge erfordern. Ferner soll die Dichtungsanordnung sowohl die Anforderungen an die Feuersicherheit erfüllen als auch hinsichtlich Einwirkungen des durch die Bauteile strömenden Mediums resistent, vor allem chemisch-resistent sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordung zeichnet sich bei einfacher Konstruktion durch eine hohe Funktionssicherheit aus und erfordert einen extrem geringen Platzbedarf. Dem ersten Dichtring ist zur Mediumseite hin ein zweiter weichdichtender Dichtring zugeordnet, wobei zwischen den genannten Dichtringen eine Trennwand, insbesondere in Form eines Metallringes, angeordnet ist. Es ist somit ein Dichtelement in Sandwich-Bauform geschaffen, welches bevorzugt als Flachdichtung ausgebildet ist und einbaufertig in die Kammer einsetzbar ist, wobei die Trennwand bei der Herstellung der Verbindung zwischen den Bauteilen eingespannt und derart deformiert wird, daß auf den ersten Dichtring eine Volumenreduzierung und somit eine Verpressung und Kammerung des ersten Dichtringes erfolgt. Die Trennwand weist eine wesentlich größere Steifigkeit als der erste Dichtring auf, welcher somit unabhängig von dem zweiten weichdichtenden Dichtring immer funktionssicher von der Trennwand abgestützt ist und in der erforderlichen Weise in der mittels der Trennwand abgetrennten Teilkammer vorgespannt und/oder verpreßt ist. Die Verformung der Trennwand bzw. des Metallringes während der Montage wird dadurch erreicht, daß Anlageflächen der Trennwand sowohl an einer Kammerwand des einen Bauteils als auch an einer Kammerwand des anderen Bauteils anliegen, wobei der Abstand dieser Kammerwände während der Montage und/oder der Herstellung der Verbindung der Bauteile reduziert wird. Die Trennwand ist in zweckmäßiger Weise derart vorgeformt, daß der den ersten Dichtring enthaltene Kammerteil während der

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Montage auch mittels der Trennwand in seinem Volumen verändert und vorzugsweise zur Verpressung des ersten Dichtringes reduziert wird. Das erfindungsgemäße Dichtelement besitzt eine Doppelfunktion, nämlich feuersichere und chemisch resistente Abdichtung. Es wird ein extrem geringer Platzbedarf benötigt und femer eine kostengünstige Lösung erreicht, ohne zusätzliche Teile oder Bearbeitungsvorgänge.

Auf der anderen Seite der Trennwand ist der weichdichtende zweite Dichtring angeordnet, welcher insbesondere aus PTFE, Elastomer oder einem ähnlichen Werkstoff besteht. Das erfindungsgemäße Dichtelement ist als ein vorgefertigtes Bauteil ausgebildet und ist in ein und derselben Kammer angeordnet, welche aus Vorsprüngen, Nut-Feder-Anordnungen oder dergleichen der beiden Bauteile gebildet wird. Bezogen auf den ersten Dichtring und die Trennwand ist der zweite weichelastische Dichtring mediumseitig angeordnet und verhindert somit eine Mediumberührung der Trennwand sowie des ersten Dichtrings. Wird der erste Dichtring durch Feuereinwirkung oder andere äußere Einflüsse zerstört, so wird erfindungsgemäß mittels der zwischen den Bauteilen eingespannten, ringförmigen Trennwand die Kammerung des ersten Dichtringes gleichwohl aufrechterhalten und somit auch dann eine sichere Abdichtung nach außen gewährleistet. Im normalen Betriebszustand verhindert der zweite Dichtring aus PTFE oder einem anderen Weichdichtungswerkstoff den Mediumkontakt mit dem ersten Dichtring aus Graphit oder einem anderen Hochtemperatur-Dichtungswerkstoff. Die drei Ringe bilden in vorteilhafter Weise ein vorgefertigtes und/oder integrales Dichtelement, welches zur Montage in eine einzige Kammer eingesetzt wird, wobei die zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtring liegende ringförmige Trennwand bei der Montage und Verbindung der Bauteile zwischen diesen eingespannt und derart weiterverformt wird, daß eine Verpressung und gleichzeitig eine komplette Kammerung des ersten Dichtringes erfolgt. Zur Erhöhung der Steifigkeit enthält die Trennwand bevorzugt eine Rippe, welche insbesondere in die Teilkammer des ersten Dichtringes hineinragt. Die Rippe ist bevorzugt durch die Verformung der Trennwand, insbesondere durch Ausbeulen und/oder Stauchen beim Einbau gebildet. Die Rippe ist integraler Bestandteil der Trennwand, welche in Richtung der Längsachse in bevorzugter Weise eine im wesentlichen gleichbleibende Dicke aufweist und/oder näherungsweise dreieckartig deformiert ist.

In der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung sind die genannten drei Ringe in vorteilhafter Weise koaxial zueinander angeordnet, wobei der erste Dichtring als

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Außenring und der zweite Dichtring als Innenring ausgebildet ist, zwischen welchen die vorteilhaft vorgeformte Trennwand angeordnet ist. Hierbei ist die axiale Breite des zweiten Dichtringes oder Innenringes in vorteilhafter Weise kleiner als die axiale Breite des Metallringes und/oder des ersten Dichtringes oder Außenringes. Während der Montage wird der Abstand zwischen den axial einander gegenüberliegenden Kammerwänden der beiden Bauteile reduziert und nach Abschluß der Montage sind die beiden Dichtringe fest in der Kammer unter Vorspannung eingepreßt, wobei die Trennwand mit den oben erwähnten Anlageflächen unter Vorspannung an den axial gegenüberliegenden und/oder im wesentlichen in Radialebenen liegenden Kammerwänden dicht und/oder unter Vorspannung anliegt.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angegeben. Es sei festgehalten, daß die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung für Bauteile unterschiedlicher Ausgestaltung, zum Einsatz gelangen kann, seien es Bohrteile, Gehäuseteile oder dergleichen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines besonderen als Kugelhahn ausgebildeten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne daß insoweit eine Beschränkung erfolgt. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Kugelhahn mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung zwischen den als zwei Gehäuseteilen ausgebildeten Bauteilen,

Fig. 2 vergrößert das Detail X gemäß Fig. 1,

Fig. 3 teilweise einen axialen Schnitt durch das erfindungsgemäße integrale

Dichtelement vor der Montage bzw. vor dem Einspannen zwischen die Bauteile,

Fig. 4 das Dichtelement nach der Montage.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Bauteile 2, 4 beispielhaft als Gehäuseteile eines Kugelhahns, enthaltend einen von einem Medium durchströmbaren Innenraum 5 ausgebildet und

über eine Flanschverbindung 6 miteinander verbunden, wobei in bekannter Weise über den Umfang verteilt, und zwar bezogen auf eine Längsachse 8, eine Anzahl von Schrauben 10 vorgesehen ist. Im Gehäuseteil 4 ist eine Ventilkugel 12 mit einer Durchgangsöffnung 14 mittels eines Schaftes 16 um eine Drehachse 18 drehbar gelagert. Zur Betätigung des Kugelventils ist mit dem Schaft 16 ein Hebel 19 drehfest gekoppelt, wobei durch Drehung des Hebels um 90° die Ventilkugel 12 aus der dargestellten Durchgangsposition in die Absperrposition drehbar ist, in welcher die Achse der Durchgangsöffnung 14 quer zur Längsachse 8 angeordnet ist. Im Verbindungsbereich 20 der beiden Gehäuse- bzw. Bauteile 2, 4 ist ein ringförmiges Dichtelement 22 in einer Kammer zwischen den beiden Bauteilen 2, 4 angeordnet.

Gemäß Fig. 2 wird die Kammer 24 einerseits durch eine Ringnut 24 im Bauteil 4 und andererseits durch einen Ringbund im Bauteil 2 gebildet. Die Kammer 24 besitzt einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt, wobei zwei diametrale und axial beabstandete Kammerwände 26, 28 vorhanden sind. Desweiteren wird die Kammer 24 von zwei diametralen und radial beabstandeten Kammerwänden der Bauteile 2 bzw. 4 begrenzt. Im montierten Zustand der Bauteile 2, 4 weisen die Kammerwände 26, 28 einen axialen Abstand 30 zueinander auf. In der Kammer 24 ist das als Flachdichtung in Sandwich-Bauform ausgebildete, erfindungsgemäße Dichtelement angeordnet, welches einen ersten Dichtring 32, eine als Metallring 34 ausgebildete Trennwand und einen zweiten Dichtring 36 enthält. Der erste Dichtring 32 besteht insbesondere aus Graphit odereinem vergleichbaren Hochtemperatur-Dichtungswerkstoff und der zweite Dichtring 36 ist als Weichdichtung, insbesondere aus PTFE, Elastomer oder einem anderen Weichdichtungswerkstoff. Der zweite Dichtring 36 ist in Richtung zur Kugel 12, welche dem vom Medium des Kugelventils durchströmbaren Innenraum 5 zugeordnet ist, vor dem Metallring 34 und/oder dem ersten Dichtring 32 angeordnet. Mittels des zweiten Dichtringes 36 wird folglich der erste Dichtring 32 ebenso wie die Trennwand 34 bzw. der Metallring vor dem Einwirken des Mediums sicher geschützt. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel sind der erste Dichtring 32, der Metallring 34 und der zweite Dichtring 36 koaxial, und zwar bezogen auf die Längsachse 8 der beiden Bauteile 2, 4 bzw. des Kugelventils angeordnet. Der erste Dichtring 32 bildet einen Außenring und der zweite Dichtring 36 einen Innenring, wobei radial dazwischen der Metallring 34 angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt das Dichtelement vor der Montage bzw. vor dem Einspannen in die oben erläuterte Kammerzwischen den Bauteilen. Im Vergleich mit der axialen Breite 38 des ersten Dichtringes 32 ist die axiale Breite 40 des Innenringes oder zweiten Dichtringes 36 um einen vorgegebenen Betrag kleiner. Die radiale Dicke des Metallrings 34 ist über die axiale Länge im wesentlichen konstant. Der Metallring 34 ist V-förmig vorgeformt und besitzt eine insbesondere radial nach außen weisende Rippe 43 mit einer Spitze oder Abrundung 42, welche dem ersten Dichtring 32 zugewandt ist. Ferner enthält der Metallring 34 diametral angeordnete, axial voneinander beabstandet angeordnete Anlageflächen 44, 46 zur Anlage an die oben erwähnten, axial gegenüberliegenden Kammerwände der beiden Bauteile. Zur Montage wird das erfindungsgemäß einbaufertig vorgeformte, integrale Dichtelement in die Kammer eingesetzt und während der Montage bzw. beim Herstellen der Verbindung der beiden Bauteile wirken axiale Kräfte in Richtung der Pfeile 48, 50 auf den Metallring 34. Hierbei erfolgt eine weitere Verformung des Metallringes 34 derart, daß die Spitze oder Abrundung 42 sowie die axial zu beiden Seiten anschließenden Teilbereiche des Metallringes 34 radial nach außen deformiert wird. Bei der Montage erfolgt somit eine Vorspannung bzw. Verpressung des ersten Dichtringes 32 und darüber hinaus erfindungsgemäß eine Kammerung mittels des Metallringes 34. Bei der Montage werden die genannten Kammerwände soweit aufeinander zubewegt, daß schließlich auch der weichdichtende zweite Dichtring 36 dichtend, vorteilhaft unter Vorspannung, an den genannten axial gegenüberliegenden Kammerwänden anliegt. Es sei ausdrücklich festgehalten, daß die Kammer derart dimensioniert ist, daß nach Abschluß der Montage die beiden Dichtringe 32, 36 in radialer Richtung in vorteilhafter Weise auch an den radial gegenüberliegenden Kammerwänden der Bauteile anliegen.

Fig. 4 zeigt das Dichtelement nach Abschluß der Montage, wobei im Vergleich mit Fig. 3 die Deformation des im Querschnitt V-förmigen Metallringes 34 gut zu erkennen ist. Ersichtlich liegt der Metallring 34 mit seinen Anlageflächen 44, 46 unter axialer Vorspannung dicht an den axial gegenüberliegenden Kammerwänden an, wobei die axiale Breite des Dichtelements dem anhand von Fig. 2 erläuterten Abstand 30 der genannten Kammerwände entspricht. Der Metallring 34 bildet für den ersten Dichtring 32 die Trennwand zur Mediumseite hin, so daß bei einer Beschädigung oder Zerstörung des zweiten Dichtringes 36, insbesondere infolge einer Feuereinwirkung, die Kammerung des ersten Dichtringes 32 unverändert aufrechterhalten bleibt und folglich die sichere Abdichtung nach außen gewährleistet ist.

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Bezugszeichen

2,	4	Bauteil, Gehäuseteil
5		Innenraum
6		Flanschverbindung
8		Längsachse
10		Schraube
12		Ventilkugel
14		Durchgangsbohrung
16		Schaft
18		Drehachse
19		Hebel
20		Verbindungsbereich
22		Dichtelement
24		Kammer
26,	28	Kammerwand
30		Abstand zwischen 26 und 28
32		erster Dichtring / Außenring
34		Metal I ring
36		zweiter Dichtring / Innenring
38		Breite von 32
40		Breite von 36
42		Spitze / Abrundung von 34
43		Rippe
44,	46	Anlagefläche von 34
48,	50	Pfeil

Claims

1. Dichtungsanordnung, enthaltend einen ersten Dichtring (32), insbesondere aus einem Hochtemperatur-Dichtungswerkstoff, insbesondere Graphit, und eine Kammer (24) zwischen zwei miteinander verbindbaren Bauteilen (2, 4), welche einen von einem Medium durchströmbaren Innenraum (5) enthalten und welche bevorzugt über eine Flanschverbindung miteinander verbunden sind, wobei der genannte Dichtring (32) in der Kammer (24) unter Vorspannung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (24) in Richtung zum Innenraum (5) vor dem ersten Dichtring (32) eine Trennwand (34) angeordnet ist, an deren vom Innenraum abgewandten Seite der erste Dichtring (32) abgestützt ist und daß in Richtung zum Innenraum vor der Trennwand (34) ein zweiter Dichtring (36) aus einem Weichdichtungswerkstoff, insbesondere PTFE, angeordnet ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) eine im Vergleich mit dem Werkstoff des ersten Dichtringes (32) wesentlich höhere Steifigkeit aufweist und/oder als Metallring ausgebildet ist und/oder daß mittels der Trennwand (34) eine Kammerung des Dichtringes (32) vorgegeben ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) zwischen zwei diametral angeordneten Kammerwänden (26 bzw. 28) der beiden Bauteile (2 bzw. 4) eingespannt ist, wobei während der Herstellung der Verbindung zwischen den beiden Bauteilen (2, 4) der Abstand zwischen den beiden Kammerwänden (26, 28) reduziert worden ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Verbindung zwischen den Bauteilen (2, 4) die Trennwand (34) derart verformt wurde, daß infolge einer Volumenänderung, bevorzugt einer Volumenreduzierung des den ersten Dichtring (32) enthaltenen Kammerteils eine Verpressung des ersten Dichtringes (32) vorgegeben ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) als ein über den Umfang geschlossener Ring ausgebildet ist und/oder eine Rippe (43) zur Aussteifung aufweist und/oder mit bevorzugt ringförmigen Anlageflächen (44 bzw. 46) an den Kammerwänden (26 bzw. 28) der Bauteile (2 bzw. 4) anliegt.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) eine im ersten Dichtring (32) zugewandte Spitze oder Abrundung (42) aufweist, welche insbesondere Bestandteil der Rippe (43) ist.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtring (32), die Trennwand (34) und der zweite Dichtring (36) ein vorgefertigtes Dichtelement (22) in Sandwich-Bauform bilden und/oder daß das Dichtelement (22) als Flachdichtung ausgebildet ist und/oder daß das Dichtelement (22) einbaufertig vorgeformt ist.

8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (34) zwischen dem ersten Dichtring (32) und dem zweiten Dichtring (36) angeordnet ist.

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtring (32), die Trennwand (34) und der zweite Dichtring (36) als koaxiale Ringe ausgebildet sind und/oder daß der erste Dichtring (32) als Außenring und der zweite Dichtring (36) als Innenring ausgebildet ist.

10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mediumseitig angeordnete zweite Dichtring (36) vor dem Herstellen der Verbindung eine axiale Breite (40) aufweist, welche um einen vorgegebenen Betrag kleiner ist als die axiale Breite des ersten Dichtringes (32) und/oder der Trennwand (34) und/oder dem Abstand (30) der Kammerwände (26, 28) nach dem Herstellen der Verbindung der beiden Bauteile (2, 4).