DE2431664A1

DE2431664A1 - Feuerbestaendige dichtvorrichtung

Info

Publication number: DE2431664A1
Application number: DE2431664A
Authority: DE
Inventors: Horace P Halling; Jun Bernard J Sadoff; Dudley D Taylor
Original assignee: PRESSURE SCIENCE Inc
Current assignee: PRESSURE SCIENCE Inc
Priority date: 1973-07-18
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1975-02-06
Also published as: GB1441207A; US3869132A; FR2238098B3; FR2238098A1

Description

DIPL-ING. H. FINK PATENTANWALT · 7300 ESSLINGEN{NECKAR) - HINDENBURGSTRASSE

Polentanwall FINK - 0 7300 Esslingen (Nedcor), HindenburflslrqO« 44

28. Juni 1974 By P 6207

PRESSURE SCIENCE INCORPORATED, 11 642 Old Baltimore Pike* Beltsville, Maryland, USA

"Feuerbeständige Dichtvorrichtung"

Beanspruchte Priorität: US-Patentanmeldung S.N. 380 200 vom 18. Juli 1973

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung, die zum Einschließen von Flüssigkeiten unter hohen Temperaturen und Drücken dient und die bei Feuer als ausfallsicheres Dichtsystem wirkt.

Anwendungsmöglichkeiten hierfür ergeben sich z. B. im Treibstoff- und hydraulischen Leitungssystem von Flugzeugen, Lenkwaffen oder dgl.,wo es besonders wünschenswert oder wichtig ist, mögliiiistleichtgewichtige Rohrverbindungen oder Rohrfittings zu verwenden. Statische Dichtungen und/oder Dichtvorrichtungen, welche zum Einschließen brennbarer Flüssigkeiten, z. B. Treibstoff für Flugzeugmotoren, dienen, müssen noch bei Temperaturen von 1100° C fünf Minuten lang ihre Wirkung beibehalten, was für extreme Verhältnisse beim Ausbruch eines Feuers gilt. Unter normalen Betriebsverhältnissen müssen derartige Dichtungen eine hohe Dichtigkeit aufweisen, d. h. sie dürfen bei relativ mäßigen Temperaturen und Drücken nicht lecken. Metallische Dichtungen, die diese Forderungen erfüllen können, müssen unter hohem Druck eingepreßt werden, was den Gebrauch von leichtgewichtigen Werk-

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stoffen für Rohrverbindungen oder Rohrfittings unmöglich macht. Dichtungen aus gummiartigern Werkstoff, z. B. Kautschuk erfüllen diese Forderungen und sind im allgemeinen wirksamer gegen Lecken als metallische Dichtungen unter üblichen Verhältnissen,. wenn die Fittings oder Verbindungen Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche aufweisen. Gummiartige Dichtungen sind jedoch unter Feuereinwirkung vollständig unwirksam, da sie dabei zerfallen. Bricht folglich in der Nähe einer Treibstoffleitung mit gummiartigen Dichtungen Feuer aus, verlieren diese ihre Dichtwirkung, brennbare Flüssigkeit tritt aus und speist das Feuer.

Die US-PS 3 375 016 von Jellinek et al zeigt eine konzentrische Elemente aufweisende, zweistufige Dichtung, in der ein gummiartiger O-Ring das erste Dichtelement gegen den Ausfluß von heißer Flüssigkeit bildet und ein stützender metallischer O-Ring vorhanden ist, der anfänglich nicht als Dichtung zwischen den konzentrischen Elenenten wirkt und aus einem Werkstoff mit einem größeren Wärmedehnungskoeffizienten als der für die beiden konzentrischen Elemente verwendete Werkstoff hergestellt ist. Fließt heiße Flüssigkeit durch das innere Element, dehnt sich der metallische O-Ring entsprechend aus, bis er mit beiden Elementen eine dichte Dichtung bildet, so daß, wenn der gummiartige Ring durch die heiße Flüssigkeit zerstört wird, der ausgedehnte metallische Ring als Dichtung zwischen den konzentrischen Elementen bestehen bleibt. Der metallische O-Ring kann aiit Edelgas oder einer festen Substanz gefüllt sein, die si^h bei hohen Temperaturen verflüchtigt und somit den Ring zusätzlich ausdehnt und seine Dichteigenschaften verbessert.

Die vorliegende Erfindung hat deshalb eine Dichtvorrichtung zur Aufgabe, die unter üblichen Betriebsverhältnissen nicht leckt und deren Dichtigkeit unter der Einwirkung von Feuer bestehen bleibt.

Insbesondere besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen metallischen und einen gummiartigen Dichtring so zu

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kombinieren, daß die in der abzudichtenden leitung fließende Flüssigkeit möglichst wenig mit dem gummiartigen Werkstoff in Berührung kommt und daß unter Feuereinwirkung die metallische Dichtung in eine ein Lecken verhindernde Dichtlage gegenüber der abzudichtenden Leitung gedrückt wird, bevor die gummiartige Dichtung unter der Einwirkung des Feuers zerfällt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Nut zwischen zwei gegenseitig beweglichen Flanschteilen, auf die hohe Temperaturen und Drücke wirken können, eine primäre gummiartige Dichtung vorgesehen ist, die unter normalen Verhältnissen abdichtet. In der Nut befindet sich auch ohne Berührung mit der unter Druck stehenden eingeschlossenen Flüssigkeit ein zweiter metallischer Dichtring mit gewölbten seitlichen Armteilen, die mindestens teilweise den gummiartigen Dichtring umfassen. Ein zusätzlicher metallischer Trennring, z. B. ein von den die zur Aufnahme der Dichtringe dienende Nut bildende Flanschen getrennter oder mit einem der Flansche verbundener Metallring, befindet sich angrenzend an den gummiartgen Ring auf der dem ersten metallischen Dichtring gegenüberliegenden .Seite in der Nut, d. h. an einer Stelle, die in Berührung mit der unter Druck stehenden einschlossenen Flüssigkeit steht. Die gummiartige Dichtung dehnt sich unter extrem hohen Temperaturen, wie sie unter der Wirkung eines Feuers entstehen, anfänglich aus und der metallische Ring innerhalb des pummiartigen Ringes, der mit der abzudichtenden Flüssigkeit in berührung steht, verhindert, daß sich der gummiartige Ring in Richtung der eingeschlossenen Flüssigkeit ausdehnt. Der gummiartige Ring kann sich somit nur in Richtung des metallischen Dichtrinres ausdehenen, wodurch auf diesen eine Kraft ausgeübt wird, die die seitlichen Arnteile des metallischen Dichtringes auseinanderdrückt, bis eie dicht an den Nutwänden anliegen. FoIrI ich übt der gummiartige Dichtring, bevor er bei hohen Temperaturen zerfällt, durch seine anfängliche Ausdehnung genügend Kraft auf den metallischen Dichtring aus, um eine bei hohen Temperaturen leckfreie Treibstoffdichtung zu erzeuren.

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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sieh aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt einer Nut, die durch zwei relativ zueinander bewegliche Flanschteile gebildet ist und die einen gummiartigen Dichtring, einen metallischen Dichtring und einen an den Dichtteil des gummiartgien Ringes angrenzende metallischen Trennring enthält,

Fig. 2 die anfängliche thermische Ausdehnung des gummiartigen Dichtringes in Fig. 1,

Fig. 3 den metallischen Dichtring nach Fig. 1 in Dichtlage an den Wänden der Nut nach dem Zerfa"! 1 des gummiartigen Dichtringes,

Fig. 4 die Verwendung einer anderen Art eines metallischen Dichtringes als in den Fig. 1 bis 3 dargestellt,

Fig. 5 einen anderen eine Nut bildenden Teil,

Fig. 6 und 7 jeweils den Fig. 1 und 4 ähnliche Querschnitte, jedoch ist der metallische Trennring, der den gummiartigen Ring von der eingeschlossenen Flüssigkeit trennt, Teil eines der Flansche und nicht davon getrennt.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine Rohrleitungskupplung dargestellt, wie sie bei der Kombination der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, z. B. zum Kuppeln von mit Flanschen versehenen Rohrstücken als Rohrteile einer Treitstoffleitung. Die Kupplung hat Stück und Gegenstück darstellende, mit je einem angeschweißten Flansch 10 bzw. 11 versehene Rohrstücke. Der Flansch 10 weist an seiner Vorderseite eine Ausnehmung auf, die in Verbindung mit der Vorderseite des Flansches 11 eine Ringnut 12 bildet. Die Flansche 10 und 11 sind mit Hilfe eines Gewindebolzens 13 mitein-

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ander verbunden, der in ein nicht dargestelltes Gewinde in Plansch 10 eingreift. V/ahlweise kann eine in der US-PS 3 575 432 beschriebene Kupplung mit V-fiSrmigen Flanschen verwendet werden. Bin metallischer C-Ring 14, d. h. ein Ring, der in seinem radialen Querschnitt näherungsweise nach Art eines C geformt ist, liegt derart in der Ringnut 12, daß die Arme des C-Ringes an den Wänden der Ringnut 12 anstehen.

Der metallische Dichtring 14 kann aus beliebigem dünnem Metall, z. B. rostfreiem Stahl, bestehen und kann mit verschiedenen Werkstoffen, z. B. Silber, Gold, Blei, Indium usw., überzogen sein.

In der Ringnut 12 befindet sich auch ein aus Gummi oder einem anderen gummiartigen Werkstoff hergestellter gummiartiger Dichtring 15, der einen inneren oder Dichtteil 16 mit einer Dicke aufweist, die anfänglich etwas größer als die Breite der Ringnut 12 ist, so daß er in der Ringnut 12 zusammengedrückt wird und eine im wesentlichen leckfreie Dichtung bildet. Ein zwischen den seitlichen Armen des metallischen Dichtringes 14 liegender schmälerer Teil 17 hat eine Dicke, die kleiner als die des Dichtteiles 16 ist. Ein davon getrennter metallischer Trennring 18 wird an die Innenseite des Umfanges des gummiartigen Ringes 15 durch Druck oder Kleben angelegt. Einige Flüssigkeiten greifen gummiartige Werkstoffe an und zersetzen sie. Um dies zu verhindern, bildet der metallische Trennring 18 ein metallisches Trennglied zwischen der Flüssigkeit in der Leitung und dem gumraiartigen Dichtring 15. tinter normalen Betriebsverhältnissen bildet der gurarciartige Dichtring 15 eine primäre spaltlose Dichtung.

Eine sekundäre Dichtung bildet der metallische G-Ring 14 durch eine Ketall-Ketallberührung mit den Wänden der Nut 12. Wegen evtl. Rauheiten oder Kratzern an den Wänden der Nut 12 ist die metallische Dichtung nicht vollständig spaltlos. Unter normalen Verhältnisses hat dies keine Folgen, da die primäre Dichtung

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spaltlos ist und die sekundäre metallische Dichtung nicht unter Druck steht. Ist die Kupnlung jedoch einer Flamme ausgesetzt, so dehnt sich die gummiartige Dichtung anfänglich, z. B. bis zu 5 Volumenprozent aus, wobei der metallische Trennring 18 eine Ausdehnung des Gummis in. Richtung der eingeschlossenen Flüssigkeit verhindert und eine Ausdehnung in Richtung des metallischen C-Ringes verursacht. Daraus resultiert eine beträchtliche Verformungsenergie, die als sehr hoher Druck von

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z. B. 285 p/cm bis 570 p/cm auf den C-Ring wirkt, obwohl der

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Flüssigkeitsdruck in der Leitung nur 2,85 p/cm bis 4,25 p/cm beträgt. Dadurch werden die seitlichen Arme des C-Ringes mit zu dessen Festsetzen ausreichender Kraft auseinander und an die Metallflächen der Wände der Ringnut 12 gedruckt, wodurch eine spaltlose Metalldichtung entsteht.Brennbare Flüssigkeit kann dadurch nicht mehr zwischen den Flanschen heraussprühen und das Feuer speisen. Bei Einwirkung eines Feuers verhindert der innere metallische Trennring 18 ein Eintreten des Zerfallsproduktes des Grummis in den Treibstoffluß in dem Rohr und unter normalen Verhältnissen ein Zerfressen der gummiartigen Dichtung durch den Treibstoff.

Fig. 2 zeigt den ausgedehnten gummiartigen Dichtring 15 und Fig. 3 den zerfallenen Dichtring. Das Zerfallsprodukt ist mit 19 bezeichnet. Die seitlichen Arme des Ringes 14 befinden si^r-h in Dichtlage an den Wänden der !Tut 12.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 besteht der metallische Dichtring 20 aus einem einteiligen, im radialen Querschnitt nahezug E-förmigen Stück aus elastischem Metall. Die seitlichen Arme des E sind nach Art einer Sinuskurve gewölbt und enden in nach innen gerichteten Teilen. Der mittlere Arm des E bildet eine offene Schleife. Derartige Ringe sind in den US-PSen 3 192 690 und 3 575 432, auf die' hiermit Bezug genommen wird, näher beschrieben. Metallische Ε-Dichtungen, insbesondere wenn sie an jedem seitlichen Arm mehrfache Wölbungen haben, sind

als
elasiLscher'C-Dichtungen, wodurch die für eine zufriedenstellende

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Dichtung beim Befestigen des Bolzens 13 notwendige Druckkraft vermindert wird, was die Verwendung von Planschen aus leichtgewichtigen Werkstoffen ermöglicht. Außerdem kann sich eine gewölbte Ε-Dichtung durch Feuer hervorgerufenen Verziehungen des Flansches besser anpassen.

Fig. 5 zeigt jeweils eine ebene Oberfläche aufweisende Flansche

21 und 22. Eine Ringplatte 23 mit einer V-förmigen Aussparung an ihrer Innenseite befindet sich zwischen den Flanschen 21 und

22 und dient als Haltevorrichtung für die Dichtringe. Die Flansche 21 und 22 und die Rin_L?platte 23 werden eine Nut 25 bildend durch einen Gewindebolzen 24 zusammengehalten. Die C-Dichtung 26, die gummiartige Dichtung 27 und der Metallring 18 befinden sich in der durch die sich gegenüberliegenden Flächen der Flansche 21 und 22 und den V-förmigen inneren Durchmesser der Ringplatte 23 begrenzten Nut 25. Vorzugsweise ist die G-Dichtung im Querschnitt leicht elliptisch geformt und ihr durchschnittlicher Außendurchraesser kleiner als der Innendurchmesser der Ringplatte. Wird die C-Dichtung 26 beim Festziehen des Bolzens 24 zusammengedrückt,so vergrößert sich ihr Durchmesser derart, daß sie in die V-Nut der Ringplatte 23 zu liegen kommt. Zum Zusammendrücken der Dichtung 26 ist weniger Druck notwendig als bei einer nicht V-förmigen Nut.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Flanschteile 31 und 32, die zusammengesetzt eine ringförmige Nut 33 bilden. Ein gummiartiger Dichtring 34 befindet sich mit einem metallischen C-Ring 35 (Fig. 6) oder einem metallischen E-Ring 36 (Fig. 7) in der Nut. Ein vorstehender Trennring 37, der Teil des Flanschteiles 31 ist, schließt den unteren Teil der Vertiefung 33 ab, steht mit dem gummiartigen Ring in Berührung und ist wirkungsgleich mit dem vorher mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschriebenen metallischen Ring 18.

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Claims

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Patentansnrüche

1. Dichtvorrichtung mit zwei gegenseitig beweglichen Flansehteilen, die zwischen sich eine Nut bilden, welche hohen Drücken und Temperaturen ausgesetzt sein kann, mit einem primären, in der Nut befindlichen elastischen Dichtring, der unter normalen Betriebsverhältnissen eine leckfreie Dichtung bildet, und mit einem sekundären, in der Nut befindlichen metallischen Dichtring, der ohne Berührung mit der eingeschlossenen und unter Druck stehenden Flüssigkeit ist, dadurch geken nzeichnet, daß der metallische Dichtring (14, 20, 26, 35, 36) gewölbte seitliche Armteile aufweist, die mindestens teilweise den gummiartigen Dichtring (15, 27, 34) umfassen,uad da8 sich ein metallischer Trennring (18, 37) in der Nut (12, 25, 33) befindet und mit dem gummiartigen.Dichtring (15, 27, 34) auf der vom metallischen Dichtring (14, 20, 26, 35, 36) abgewandten Seite in Berührung steht, wodurch der metallische Trennring eine wesentliche Ausdehnung des gummiartigen Dichtringes (15, 27, 34) in Richtung zu der eingeschlossenen Flüssigkeit verhindert, so daß, wenn sich der gummiartige Dichtring (15, 27, 34) unter dem Einfluß hoher Temperatur ausdehnt, er sich in Richtung zum metallischen Dichtring (14, 20, 26, 35, 36) ausdehnt und diesen in eine engere Dichtlage mit den Wänden der Nut (12, 25,

33) zwingt.

2. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennring (18, 37) so ausgebildet und angeordnet ist, daß der gummiartige Dichtring (15, 27,

34) praktisch von der Berührung mit der eingeschlossenen Flüssigkeit frei ist..

3. Dichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ eichnet , daß der gummiartige Dichtring (15, 27, 34) einen Dichtteil aufweist, dessen Dicke vor dem Zusammendrücken

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etwas größer als die Breite der ihn aufnehmenden Nut (12, 25,

33) ist, und einen engeren Teil, der sich zwischen den Armteilen des metallischen Dichtringes (14, 20, 26, 35, 36) befindet.

4. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Trennring (18, 37) mit dem breiteren Teil des gummiartigen Dichtringes (15, 27,

34) verklebt ist;

5. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet., daß der metallische Dichtring (14, 20, 26, 35, 36) einen C-förmigen Querschnitt aufweist.

6. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der metallische Dichtring (14, 20, 26, 35, 36) einen etwa E-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die seitlichen Arme des E nach Art einer Sinuskurve geschwungen sind und in nach innen gerichteten Teilen enden.

7. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (12, 25, 33) durch die sich gegenüberliegenden ebenen Flächen der beiden Flansche (21, 22) begrenzt ist, die durch eine Platte (23) mit einer V-förmigen Nut an ihrer Innenfläche getrennt sind, in die der metallische Dichtring (26) eingedrückt ist.

8. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Trennring (37) mit einem der Flansche (31, 32) einstückig ausgebildet ist.

9. Dichtvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dal? der Trennring (18, 37) ein von den beiden Flanschen (10, 11, 21, 22) getrennter Teil ist.

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