DE9211661U1

DE9211661U1 - Sealing ring with residual stress

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Publication number: DE9211661U1
Application number: DE9211661U
Authority: DE
Original assignee: SPECIALIST SEALING Ltd ST HELIER KANALINSELN/CHANNEL ISLANDS GB
Current assignee: SPECIALIST SEALING Ltd ST HELIER KANALINSELN/CHANNEL ISLANDS GB
Priority date: 1991-09-02
Filing date: 1992-08-29
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2002-08-30
Also published as: GB9118823D0; NO180395B; GB9218660D0; NO923401D0; NL9201529A; GB2259121A; NO923401L; NO180395C; CA2077266A1; GB2259121B

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring mit Eigenspannung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The invention relates to a sealing ring with residual stress according to the preamble of claim 1.

Er ist insbesondere ein hohler, aus Metall bestehender Dichtring der Gattung,der bei niedriger Belastung eine statische Eigenspannung aufweist. Solche Dichtringe werden z. B. bei Ventilen, Pumpen, Motoren und sonstigen Apparaturen eingesetzt, um eine lecksichere Dichtung zwischen gegenüberliegenden, insbesondere ebenen Flächen zu schaffen.It is in particular a hollow metal sealing ring of the type that has a static residual stress under low load. Such sealing rings are used, for example, in valves, pumps, motors and other equipment to create a leak-proof seal between opposing, particularly flat surfaces.

Es ist bereits ein Dichtring, der im Querschnitt eine C-Form aufweist bekannt, wobei die offene Seite des C-Ringes der Ringmitte gegenüberliegt. Ein weiterer Dichtring mit dem handelsüblichen Namen "Ellipseal", vgl. GB-Patentanmeldung 218 7805, zeigt eine hiervon im radialen Querschnitt abgeänderte parabolische Form mit konvergierenden Kanten auf. Ebenfalls ist bekannt, vgl. GB-PS 203 89 61, daß die Schenkel des Dichtringes, im Querschnitt gesehen, nach außen weisende Nasen besitzen, so daß etwa eine Omega-förmige Gestalt gegeben ist.A sealing ring is already known that has a C-shape in cross-section, where the open side of the C-ring is opposite the center of the ring. Another sealing ring with the commercial name "Ellipseal", see GB patent application 218 7805, shows a parabolic shape with converging edges that is modified in radial cross-section. It is also known, see GB-PS 203 89 61, that the legs of the sealing ring, seen in cross-section, have outward-pointing noses, so that an omega-shaped shape is created.

Vorbezeichnete Dichtringe sind zwar erfolgreich bei vielen Fällen der statischen Anwendung eingesetzt worden, sind jedoch nicht immer und nicht vollständig einzusetzen, wenn es um die Dichtapparatur und Rohrleitungen bei der Förderung von Erdgas geht, bei denen Drücke von in der Größenordnung von 10.000 PSI bzw. 703 kg/cm²
und bis zu 30.000 PSI bzw. 2.100 kg/cm²
vorliegen kann.Although the above-mentioned sealing rings have been used successfully in many cases of static application, they are not always and not fully applicable when it comes to sealing equipment and pipelines in the production of natural gas, where pressures of the order of 10,000 PSI or 703 kg/cm ²
and up to 30,000 PSI or 2,100 kg/cm ²
may be present.

Ein Grund, warum vorbezeichnete Dichtringe nicht bei extrem hohen Drücken hinreichend abdichten, besteht darin, daß sie keine hinreichende Formfestigkeit, bezogen auf die Bügel- bzw. Omega-Form, haben. Ausgesetzt dem inneren Fluiddruck können diese Dichtringe zunächst expandieren, bis sie nicht mehr expandieren können, weil dies durch den Dichtringsitz inOne reason why the above-mentioned sealing rings do not seal adequately at extremely high pressures is that they do not have sufficient dimensional stability, related to the bow or omega shape. When exposed to the internal fluid pressure, these sealing rings can initially expand until they can no longer expand because this is prevented by the sealing ring seat in

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Form einer Vertiefung beschränkt wird. Während dieser Durchmesseränderung des Dichtringes wird die Ringfläche, die in Kontaktberührung mit den abzudichtenden Flächen ist , einerArt Freßeinwirkung unterworfen, welche die Oberflächen rauh macht, und in verschiedenen Fällen ist es unmöglich, eine brauchbare Abdichtung zu erlangen. Wenn aber die Metalldicke des Dichtringes vergrößert wird, um die Formfestigkeit der Bügelform zu vergrößern, wird die Flexibilität der Dichtung wesentlich verringert, da die Dichtungen aus Metall konstanter Dicke hergestellt werden. Dabei benötigt man größere Bolzen und eine größere Torsion zum Pressen der Dichtung und macht die Dichtung weniger geeignet, der Rotationsbewegung der abzudichtenden Flansche zu genügen, d. h. man verliert die parallele Ausrichtung, was eben unter der Einwirkung des in einem geschlossen System bzw. Behälter enthaltenden Fluiddruckes eintritt.shape of a recess. During this change in diameter of the sealing ring, the ring surface in contact with the surfaces to be sealed is subjected to a kind of galling which roughens the surfaces and in some cases it is impossible to obtain a usable seal. However, if the metal thickness of the sealing ring is increased in order to increase the dimensional stability of the bracket shape, the flexibility of the seal is significantly reduced since the seals are made of metal of constant thickness. This requires larger bolts and a greater torsion to press the seal and makes the seal less able to cope with the rotational movement of the flanges to be sealed, i.e. it loses parallel alignment, which occurs under the effect of the fluid pressure contained in a closed system or container.

In der älteren Anmeldung GB-A-22 39 496 (8928648.8) ist eine Metalldichtung angegeben, die einen vorbezeichneten Nachteil überwindet und es ermöglicht, eine sichere Abdichtung bei sehr hohen Drucken ausgesetzten Fluids zu erreichen.In the earlier application GB-A-22 39 496 (8928648.8) a metal seal is specified which overcomes the above-mentioned disadvantage and makes it possible to achieve a secure seal when fluids are exposed to very high pressures.

In dieser älteren GB-Anmeldung ist der aus Metall bestehende Dichtring im Querschnitt hohl und an seiner radial inneren Seite offen und hat an dieser Seite konvergierende Schenkel, während der radial am äußerstenIn this older GB application, the metal sealing ring is hollow in cross-section and open on its radially inner side and has converging legs on this side, while the radially outermost

ist außenliegenden Bereich verstärkt ausgebildet und hier die Formfestigkeit erhöht. Vorzugsweise ist der verstärkte Bereich hier größer als die Materialdicke, verglichen mit den radial innenliegenden Schenkelbereichen; welche im Einsatz an die abzudichtenden Flächen angedrückt sind.The outer area is reinforced and the dimensional stability is increased. Preferably, the reinforced area is larger than the material thickness compared to the radially inner leg areas; which are pressed against the surfaces to be sealed during use.

Die vergrößerte Materialdicke im Außenbereich und die vergrößerte Formfestigkeit stehen dem Vermögen, daß der Dichtring im Gebrauch expandieren kann, entgegen; dagegen ermöglicht die kleinere Dicke der inneren Bereiche, welche die biegsamen in Kontaktberührung mit den abzudichtenden Flächen liegenden Schenkel aufweist, hinreichende Flexibilität (Biegsamkeit). Eine relative Bewegung der Dichtung und der abzudichtenden Oberfläche ist deshalb verringert oder sogar eliminiert, so daß die Dichtung nicht der sog. Freßeinwirkung und Bildung rauher Oberflächen ausgesetzt wird, jedoch ist die zum Komprimieren der Dichtung erforderliche Last nicht wesentlich vergrößert und die Dichtung bleibt hinreichend flexibel, um ein Nichtfluchten und mangelnde Parallelität der Oberflächen, die abzudichten sind, auszugleichen bzw. diesen zu genügen. In dieser BeziehungThe increased thickness of the outer material and the increased dimensional stability prevent the sealing ring from expanding in use; on the other hand, the smaller thickness of the inner regions, which have the flexible legs in contact with the surfaces to be sealed, allows sufficient flexibility (flexibility). A relative movement of the seal and the surface to be sealed is therefore reduced or even eliminated, so that the seal is not subject to so-called scuffing and the formation of rough surfaces, but the load required to compress the seal is not significantly increased and the seal remains sufficiently flexible to compensate for or satisfy misalignment and lack of parallelism of the surfaces to be sealed. In this respect

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unterscheidet sich die vorstehende Ausführung wesentlich von bekannten Dichtungen, die aus Metall konstanter Dicke bestehen.The above design differs significantly from known seals made of metal of constant thickness.

Man kann die Formfest!gkeit des Dichtringes weiter durch Vergrößerung der Breite (in axialer Richtung) des äußeren absatzförmigen Randes oder Bereiches des Dichtringes vergrößern, d. h. durch die Vergrößerung der radialen Dicke.The dimensional stability of the sealing ring can be further increased by increasing the width (in the axial direction) of the outer shoulder-shaped edge or area of the sealing ring, i.e. by increasing the radial thickness.

Dabei kann die Formfestigkeit und Schenkelflexibilität, unabhängig voneinander, im weiten Bereich vorgewählt werden.The shape stability and leg flexibility can be preselected independently of each other within a wide range.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Druckschrift GB-A 22 39 496 sind dieser Metalldichtring und sein Sitz komplementären Querschnittsformen versehen, welche im Sinne der Rotationsbegrenzung des Dichtringquerschnittes zusammenwirken, wenn sie der Kompression unterliegen.According to a further aspect of the document GB-A 22 39 496, this metal sealing ring and its seat are provided with complementary cross-sectional shapes, which cooperate in the sense of limiting the rotation of the sealing ring cross-section when they are subject to compression.

Der Erfindung gemäß vorliegender Weiterentwicklung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hohlen Metalldichtring anzugeben, der bei außerordentlich hohen Drucken hinreichend abdichtet, wobei auch größere Abstände der abzudichtenden Flansche sicher abgedichtet werden.The invention according to the present further development is based on the object of specifying a hollow metal sealing ring which seals sufficiently at extremely high pressures, whereby even larger distances between the flanges to be sealed are reliably sealed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Schutzanspruch 1 angegebene Maßnahmen gelöst.This object is achieved according to the invention by the measures specified in claim 1.

Ausgehend vom Dichtring gemäß GB-A 89 28 648.8 wird die Verstärkung des radial am weitesten außenliegenden Bereiches durch Vergrößerung der Dicke des Ringmaterials in diesem Bereich erreicht; dieser dickere Bereich hat eine Form, um in axialer Erstreckung einen breiten äußeren Rand bzw. Absatz mit zugehöriger Randfläche zu schaffen, der im wesentlichen parallel zur Achse des Dichtringes verläuft; die radial am weitesten innenliegenden Enden der Schenkelbereiche haben axial nach außen vorstehende Nasen (bzw. Lippen, Spitzen), welche in axialer Richtung einen maximalen Höhenwert des Dichtringes im entspannten Zustand be-Based on the sealing ring according to GB-A 89 28 648.8, the reinforcement of the radially outermost area is achieved by increasing the thickness of the ring material in this area; this thicker area has a shape to create a wide outer edge or shoulder with associated edge surface in the axial extension, which runs essentially parallel to the axis of the sealing ring; the radially innermost ends of the leg areas have axially outwardly projecting noses (or lips, tips), which in the axial direction determine a maximum height value of the sealing ring in the relaxed state.

&Lgr;/orzuqsweise&Lgr;/orzuqweise &igr;&igr;

stimmen; die Schenkelbereiche habenYin radialer Richtung nach außen, bezogen auf diese Nasen, Teile von verringerter axialer Dicke, an denen Stellen gebildet sind, die in Form zugehöriger Einschnürung bevorzugtethe leg areas haveYin the radially outward direction, relative to these lugs, parts of reduced axial thickness, at which points are formed which, in the form of associated constriction, preferential

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Biegestellen für die Schenkel, während axialer Kompression des Dichtringes, bilden.Form bending points for the legs during axial compression of the sealing ring.

Vorzugsweise ist der maximale Wert des Dichtringes in axialer Richtung nicht größer, vorzugsweise kleiner, als der Wert der radialen Erstreckung des Ringes, im Querschnitt gesehen, zwischen seinen radial äußersten und innersten Flächen.Preferably, the maximum value of the sealing ring in the axial direction is not greater, preferably smaller, than the value of the radial extension of the ring, seen in cross section, between its radially outermost and innermost surfaces.

Bei einer Ausführungsform des Dichtringes sind die Schenkelbereiche auf ihren axial äußeren Flächen konvergierend ausgebildet, z. B. entlang kreisförmiger oder in anderer Weise bogenförmiger Zusammenführung, in dem Bereich kleinster Dicke, während das innere Profil des Dichtringes, im Querschnitt, axial innenliegende Schenkelflächen aufweist, die beim entspannten Dichtring im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und an ihren radial äußeren Seiten durch sanft zusammengeführte Kreisabschnitte oder andere Bögen in Verbindung stehen.In one embodiment of the sealing ring, the leg regions are designed to converge on their axially outer surfaces, e.g. along a circular or otherwise arcuate junction in the region of smallest thickness, while the inner profile of the sealing ring, in cross section, has axially inner leg surfaces which, in the relaxed sealing ring, run essentially parallel to one another and are connected on their radially outer sides by gently converging circular sections or other arcs.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend lediglich als ein Beispiel beschrieben wird, ist in der Zeichnung dargestellt, die den Dichtring im Querschnitt angeordnet auf einer radialen und einer axialen Fläche zeigt mit Sitz in einer Vertiefung.An embodiment of the invention, which is described below purely as an example, is illustrated in the drawing, which shows the sealing ring in cross section arranged on a radial and an axial surface with a seat in a recess.

In der Zeichnung ist ein Teil des abzudichtenden unteren Flansches 3 gezeigt, der zu einem nicht dargestellten oberen Flansch abzudichten ist, z. B. Endflansche in der Rohrleitung für ein Erdgassystem. Der obere Flansch hat eine ebene Fläche, der untere Flansch eine rechteckige Ausnehmung 5 am Ende einer Bohrung 1 der Rohrleitung, wobei ein hohler, aus Metall bestehender Dichtring 7 in der Vertiefung sitzt. Die weiteste axiale Höhe A des Dichtringes, im entspannten Zustand, ist größer als die axiale Tiefe der Ausnehmung, so daß die eine axiale Seite des Dichtringes über die Flanschfläche vorsteht, wird jedoch, im Einsatz durch den gegenüberliegenden Flansch komprimiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Tiefe der Ausnehmung 0,88 mal A. The drawing shows a part of the lower flange 3 to be sealed, which is to be sealed to an upper flange (not shown), e.g. end flanges in the pipeline for a natural gas system. The upper flange has a flat surface, the lower flange has a rectangular recess 5 at the end of a bore 1 in the pipeline, with a hollow metal sealing ring 7 sitting in the recess. The greatest axial height A of the sealing ring, in the relaxed state, is greater than the axial depth of the recess, so that one axial side of the sealing ring protrudes beyond the flange surface, but is compressed by the opposite flange in use. In the embodiment shown, the depth of the recess is 0.88 times A.

Mit der Ausnahme der radialen Erstreckung, nachfolgend Breite B, des Ringquerschnitts, sind alle Werte bzw. Abmessungen des Ringquerschnittes auf den maximalen Höhenwert A bezogen, und eine bevorzugte Anzahl vonWith the exception of the radial extension, hereinafter width B, of the ring cross-section, all values or dimensions of the ring cross-section are related to the maximum height value A, and a preferred number of

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Ringwerten zueinander, ist in der Zeichnung veranschaulicht. Der Wert B kann gleich dem Wert A sein, oder größer als A, wenn größere Festigkeit im Einzelfall angestrebt wird.Ring values to each other are shown in the drawing. The value B can be equal to the value A, or greater than A if greater strength is desired in the individual case.

Der dargestellte Dichtring zeigt einige Gesichtspunkte der in Fig. 4 und 9 der GB-A 22 39 496 dargestellten Dichtringe, ist aber abgeändert, um höheren Drücken und größeren Flanschabständen gerecht zu werden.The sealing ring shown shows some aspects of the sealing rings shown in Fig. 4 and 9 of GB-A 22 39 496, but is modified to accommodate higher pressures and larger flange distances.

Der Dichtring besteht aus Metall mit einem hohlen Querschnitt, an der radialen inneren Seite geöffnet, mit anderen Worten, in Richtung der Bohrung im Rohr, z. B. der Erdgasleitung, so daß das geförderte Fluid Zugang zum Inneren in Querschnitt des Ringes hat und der Fluiddruck deshalb auf das Innere des Ringes wirkt und die Schenkel 9 in Kontaktberührung mit den Flanschflächen zwingt. Die Schenkel 9 weisen bogenförmige konvergierende äußere Randbereiche, nachfolgend Bogenfläche 11 bezeichnet, auf, so daß die Außenfläche des Dichtringes dort konvex ausgebildet ist, wo es auf die Flanschflächen trifft.The sealing ring is made of metal with a hollow cross-section, open on the radially inner side, in other words, towards the bore in the pipe, e.g. the natural gas pipeline, so that the fluid being conveyed has access to the interior in the cross-section of the ring and the fluid pressure therefore acts on the interior of the ring and forces the legs 9 into contact with the flange surfaces. The legs 9 have arcuate converging outer edge regions, hereinafter referred to as arcuate surface 11, so that the outer surface of the sealing ring is convex where it meets the flange surfaces.

Die Innenoberfläche des Ringquerschnittes ist U-förmig mit parallel verlaufenden Schenkelflächen 21 ausgebildet, die durch eine etwa halbkreisförmige Bodenfläche 23 vereinigt wird. Die Außenfläche des Ringquerschnittes ist nicht kreisförmig als auch so ausgebildet, daß die DickeThe inner surface of the ring cross-section is U-shaped with parallel leg surfaces 21, which are united by an approximately semicircular bottom surface 23. The outer surface of the ring cross-section is not circular and is designed so that the thickness

(progressiv)y des Metallmaterials des Dichtringes sich fortschreitend^ dem radial am weitesten liegenden Randteil 13 vergrößert. (progressive)y of the metal material of the sealing ring increases progressively^ towards the radially furthest edge part 13.

Der dickere Bereich nahe dem Randteil 13 gestattet die Formfestigkeit (des bügel- bzw. omega-förmigen) Dichtringes zu erhöhen, ohne daß die Flexibilität der Schenkel 9 herabgesetzt würde.The thicker area near the edge part 13 allows the dimensional stability (of the bow-shaped or omega-shaped) sealing ring to be increased without reducing the flexibility of the legs 9.

Das gegenseitige Verhältnis in Bezug auf die Dicke des Randteiles bei der Randfläche und der Schenkel wird in Abstimmung mit der geforderten Formfestigkeit und Flexibilität zueinander,abhängig vom jeweiligen Anwendungszweck, vorbestimmt.The mutual relationship in terms of the thickness of the edge part of the edge surface and the legs is predetermined in coordination with the required dimensional stability and flexibility to each other, depending on the respective application.

Der verdickte Randbereich 13 hat eine am weitesten außenliegende als Dichtung wirksame Zylinderfläche 15, die sich an die Bogenflächen 11 der Schenkel anschließt, indem dazwischen kegel stumpfförmige Flächen 17,The thickened edge area 13 has a cylindrical surface 15 located at the outermost edge, which acts as a seal and is connected to the curved surfaces 11 of the legs by truncated cone-shaped surfaces 17 between them.

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etwa tangential zu den Schenkeln verlaufend, gebildet sind, während der unmittelbare Übergang von der Zylinderfläche 15 zu diesen Flächen 17 durch gekrümmte Übergangsflächen 19 gebildet wird. Durch ein derartiges Profil des Dichtringes wird die Formfestigkeit des bügeiförmigen Dichtringes im Bereich des absatzförmigen Randteilsl3 erhöht. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die axiale Erstreckung der Zylinderfläche 15 den Wert 0,6 mal A.running approximately tangentially to the legs, while the immediate transition from the cylinder surface 15 to these surfaces 17 is formed by curved transition surfaces 19. Such a profile of the sealing ring increases the dimensional stability of the bow-shaped sealing ring in the area of the shoulder-shaped edge part 13. In a preferred embodiment, the axial extension of the cylinder surface 15 is 0.6 times A.

Es ist erforderlich, daß eine Rotationsbewegung des Dichtring-Querschnittes in seinem Sitz verhindert wird. Die am weitesten außen liegende Zylinderfläche 15 wirkt unmittelbar mit der radialen äußeren Zylinderfläche der Ausnehmung 5, d. h. des Sitzes zusammen, um die Rotation zu unterdrücken.It is necessary that a rotational movement of the sealing ring cross-section in its seat is prevented. The outermost cylindrical surface 15 interacts directly with the radially outer cylindrical surface of the recess 5, i.e. the seat, in order to suppress the rotation.

Die inneren Enden der Schenkel haben axial nach außen gebogene Teile in Form von Nasen odgl. 31, so daß das Profil im wesentlichen dem griechischen Buchstaben Omega entspricht.The inner ends of the legs have axially outwardly bent parts in the form of noses or the like 31, so that the profile essentially corresponds to the Greek letter Omega.

Durch diese Nasen wird eine Rotation des Dichtringes in seinem Sitz ebenfalls unterdrückt.These lugs also prevent the sealing ring from rotating in its seat.

Die Nasen 31 haben axial weisende ebene Flächen 25, die in Richtung nach radial außen zueinander konvergieren. Wenn deshalb die Nasen zwischen den Flanschen einer Kompression ausgesetzt sind, kommen zunächst die Ränder oder Winkelbereiche der Nasen 31, die in radialer Richtung am weitesten innen, d. h. im Bereich der Bohrung 1, unter Druck, wobei diese Stellen, auch die maximale Höhe A des Dichtringes in axialer Richtung bestimmen.The lugs 31 have axially facing flat surfaces 25 which converge towards one another in the radially outward direction. Therefore, when the lugs between the flanges are subjected to compression, the edges or angular areas of the lugs 31 which are furthest inside in the radial direction, i.e. in the area of the bore 1, are the first to come under pressure, these locations also determining the maximum height A of the sealing ring in the axial direction.

Da die inneren Schenkelflächen 21 des Ringquerschnittes als ebene radiale Flächen ausgebildet sind, während die äußeren Bogenflächen 11 (der Schenkel) konvergierende Flächen sind, werden eingeschnürte Bereiche 27 (Einschnürungen) von minimaler Dicke an den Schenkeln gebildet, die, vgl. die Fig., unmittelbar nach radial auswärts von den Nasen 31 vorhanden sind.Since the inner leg surfaces 21 of the ring cross-section are designed as flat radial surfaces, while the outer arc surfaces 11 (of the leg) are converging surfaces, constricted regions 27 (constrictions) of minimal thickness are formed on the legs, which, see the figure, are present immediately radially outward from the lugs 31.

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Wird der Dichtring einer axialen Kompression ausgesetzt, werden die Hauptstellen E der Flächen 25 an den Nasen, die radial am weitesten innen liegen, zuerst in Kontaktberührung mit zugehörigen Stirnflächen der Flansche kommen. Durch diesen Druck werden die Nasen 31 komprimiert, biegen sich um die eingeschnürten Bereiche 27 kleinster Dicke, und zwar bis die Flansche in Kontaktberührung mit dem am nächsten liegenden breiten Teil des Ringquerschnittes kommen, was die zweiten Stellen C am konvexen Teil des Ringprofiles sind. Zu diesem Zeitpunkt liegen die ebenen Flächen 25, die unter Einwirkung der Erstkompression eine Schwenkoder Rotationsbewegung ausgeführt hatten, im wesentlichen flach an den ebenen Flächen des unteren Flansches 3 und des oberen Flansches an.When the sealing ring is subjected to axial compression, the main points E of the surfaces 25 on the lugs, which are located radially innermost, will first come into contact with corresponding end faces of the flanges. This pressure compresses the lugs 31, bending around the constricted areas 27 of smallest thickness, until the flanges come into contact with the closest wide part of the ring cross-section, which are the second points C on the convex part of the ring profile. At this point, the flat surfaces 25, which had performed a pivoting or rotational movement under the action of the initial compression, lie essentially flat against the flat surfaces of the lower flange 3 and the upper flange.

Folglich ist zu diesem Zeitpunkt die Hauptabdichtung an den Hauptdichtstellen E bzw. den ebenen Flächen 25 geschaffen und eine Zweitabdichtung an den Stellen C. Da die Schenkeldicke an den Stellen C größer als an den Bereichen ist, welche von diesen Punkten sich nach radial einwärts erstrecken, und da sich diese Dicke von den Punkten C radial nach auswärts fortschreitend vergrößert, ist die Kontaktanpressung an den Punkten C viel größer als an den Punkten E. Während fortschreitender Kompression des Dichtringes, bei dem nunmehr effektive Kompression an den Punkten C anliegt, biegen sich die Schenkel um die gekrümmte Bodenfläche 23 der Innennut 29 des Dichtringes. Um Extrembedingungen bei der Trennung oder Rotation der Flansche zu begegnen, wie bei Druckbehältern möglich, kann je nach Einzelfall der radiale Abstand zwischen den Punkten C und E vergrößert werden.Consequently, at this point the main seal is created at the main sealing points E or the flat surfaces 25 and a secondary seal at the points C. Since the leg thickness at the points C is greater than at the areas which extend radially inward from these points, and since this thickness increases progressively radially outward from the points C, the contact pressure at the points C is much greater than at the points E. During progressive compression of the sealing ring, with effective compression now applied at the points C, the legs bend around the curved bottom surface 23 of the inner groove 29 of the sealing ring. In order to meet extreme conditions during separation or rotation of the flanges, as is possible in pressure vessels, the radial distance between the points C and E can be increased depending on the individual case.

Aus vorstehendem ist erkennbar, daß der anmeldungsgemäße Dichtring eine zweistufige Dichtwirkung herbeiführt, wobei eine Abdichtung zunächst nur an den relativ flexiblen Nasen 31 unter Bildung einer Erstdichtung, erfolgt und nach dieser ursprünglichen Kompression eine zweite unter höherem Druck sich befindliche Abdichtung an der Dichtstelle C gebildet wird. Diese Ausbildung, zusammen mit der größeren radialen Erstreckung des Ringquerschnittes und besonders in Verbindung mit dem abgeflachten oder absatzförmigen Randbereich, schafft einen Dichtring, der unter den meisten extremen Abdichtungsbedingungen die größte Sicherheit gewährleistet.From the above it can be seen that the sealing ring according to the application brings about a two-stage sealing effect, whereby sealing initially only takes place at the relatively flexible noses 31 to form an initial seal, and after this initial compression a second seal under higher pressure is formed at the sealing point C. This design, together with the larger radial extension of the ring cross-section and especially in conjunction with the flattened or stepped edge area, creates a sealing ring that ensures the greatest safety under most extreme sealing conditions.

Dadurch, daß die ersten (bzw. Haupt-) Dichtflächen 25 tangential zu den zweiten Dichtflächen laufen, wird sichergestellt, daß ein Optimum an fortschreitender Abdichtungswirkung erreicht wird, und zwar beginnend an den Ecken der dichtenden ebenen Flächen 25, bis zu dem Dichtzustand, in welchem diese ebenen Flächen 25 flach an den abzudichtenden Oberflächen liegen und die nachfolgenden bzw. zweiten Dichtbereiche in Kontaktberührung mit den abzudichtenden Flächen sind. Hierdurch wird insbesondere eine gute Abdichtung in der letzten Druckposition erreicht.The fact that the first (or main) sealing surfaces 25 run tangentially to the second sealing surfaces ensures that an optimum progressive sealing effect is achieved, starting at the corners of the sealing flat surfaces 25, up to the sealing state in which these flat surfaces 25 lie flat on the surfaces to be sealed and the subsequent or second sealing areas are in contact with the surfaces to be sealed. This achieves, in particular, a good seal in the last pressure position.

Wie der Zeichnung zu entnehmen, haben die Schenkel des Dichtringquerschnittes eine relativ minimale Dicke im Einschnürbereich 27, der unmittelbar an den nach auswärts weisenden Nasen (oder Endstücken) 31 haben. Dies bringt insoweit einen wichtigen Vorteil, als daß die Nasenbereiche um die Bereiche, die relativ minimale Dicke haben, sich biegen bzw. deformieren, und zwar relativ zu den Schenkelteilen, die einen größeren radialen Abstand vom Zentrum des Dichtringes haben.As can be seen from the drawing, the legs of the sealing ring cross-section have a relatively minimal thickness in the constriction region 27, which is immediately adjacent to the outwardly pointing noses (or end pieces) 31. This provides an important advantage in that the nose regions bend or deform around the regions which have a relatively minimal thickness, relative to the leg parts which have a greater radial distance from the center of the sealing ring.

Durch die Ausführungsform, bei der die Nabenbereiche der Schenkel vorzugsweise nahe an dem benachbarten Einschnürbereich 27 flexibel sich biegen oder deformieren können, gestatten vorteilhaft ein spezifisch hohes Elastizitätsvermögen, d. h. die Rückführung in den Anfangszustand nach der Kompression, wobei für den in der Zeichnung dargestellten Ringquerschnitt der Koeffizient der Rückführung in den Ursprungszustand etwa 43 % beträgt, wodurch gewährleistet ist, daß der Dichtring sicher wieder bzw. weiterbenutzt werden kann.The embodiment in which the hub areas of the legs can bend or deform flexibly, preferably close to the adjacent constriction area 27, advantageously allows a specifically high elasticity, ie the return to the initial state after compression, whereby for the ring cross-section shown in the drawing the coefficient of return to the original state is approximately 43 % , which ensures that the sealing ring can be safely reused or continued to be used.

Jedoch ist es ebenfalls möglich, anmeldungsgemäß einen Dichtring einzusetzen, bei dem eine konstante Schenkeldicke in dem Bereich zwischen den Nasen 31 und den weiteren Dichtbereichen vorgesehen ist. In diesem Falle liegen die inneren Schenkelflächen 21 nicht parallel zueinander, sondern stattdessen liegen sie jeweils parallel zur jeweiligen äußeren Fläche bzw. Bogenfläche 11 des gleichen Schenkels. Bei einem derartigen Dichtringquerschnitt wird jedoch, nachdem die Kompression aufhört, kein so großer Koeffizient der Rückführung in den Anfangszustand erreicht, oder mit anderen Worten: Es findet ein relativ größeres "Setzen" statt, verglichen mit dem Querschnitt gemäß Zeichnung; ferner wird eineHowever, it is also possible to use a sealing ring according to the application, in which a constant leg thickness is provided in the area between the lugs 31 and the other sealing areas. In this case, the inner leg surfaces 21 are not parallel to each other, but instead they are each parallel to the respective outer surface or arc surface 11 of the same leg. With such a sealing ring cross-section, however, after the compression stops, not such a large coefficient of return to the initial state is achieved, or in other words: a relatively larger "settling" takes place, compared to the cross-section according to the drawing; furthermore, a

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relativ kleinere abdichtende Anpressung erreicht und letztere Ausführungsform ist nicht dann brauchbar, wenn vorbezeichnete hohe Anforderungen gestellt werden, denen erst im wesentlichen der in der Zeichnung dargestellte Dichtring genügt.a relatively smaller sealing contact pressure is achieved and the latter embodiment is not usable if the high requirements described above are imposed, which can only essentially be met by the sealing ring shown in the drawing.

Vorzugsweise sind die ebenen Flächen 25 der Nasen tangential ausgerichtet zu den bogenförmigen zweiten Dichtbereichen, wenn der Dichtring entspannt ist; dies ist gestrichelt in der Zeichnung dargestellt. Die Flächen 25 haben eine tangentiale Anordnung zu den zweiten Stellen C nach der Kompression, wenn Sie an den abzudichtenden Flächen anliegen.Preferably, the flat surfaces 25 of the lugs are aligned tangentially to the arcuate second sealing areas when the sealing ring is relaxed; this is shown in dashed lines in the drawing. The surfaces 25 have a tangential arrangement to the second locations C after compression when they rest against the surfaces to be sealed.

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Es ist vorteilhaft, den ebenen Flächen 25 ein hohes Oberflächenfinish und enge Toleranzen zu geben, z. B. durch Schleifen und Läppen.It is advantageous to give the flat surfaces 25 a high surface finish and close tolerances, e.g. by grinding and lapping.

Die Dichtringe können z. B. aus festem Material gefräst odgl. werden; die Herstellung kann durch die Verbindung von Fräsen odgl. und Walzen erfolgen; oder dadurch, daß man ursprünglich zwei Ringhälften maschinell fertigstellt und diese dann an der radialen Flächen, senkrecht zur Dichtringachse, verschweißt.The sealing rings can, for example, be milled or similar from solid material; they can be manufactured by combining milling or similar and rolling; or by initially machining two ring halves and then welding them on the radial surfaces, perpendicular to the sealing ring axis.

Falls ein verschweißter Dichtring verwendet wird, können die einzelnen Ringhälften maschinell aus einer Platte, durch Stanzen oder in ähnlicher Weise hergestellt werden.If a welded sealing ring is used, the individual ring halves can be machined from a plate, by punching or in a similar manner.

Das Verschweißen kann durch das TIG- oder Mikroplasma-Schweißverfahren ausgeführt werden; vorzugsweise wird aber das Elektronenstrahl-Schweißverfahren wegen niedrigeren Energieaufwandes eingesetzt, was es möglich macht, ohne Schwierigkeiten Randbereiche 13 mit einer Dicke bis 35 mm herzustellen.Welding can be carried out using the TIG or microplasma welding process; however, the electron beam welding process is preferably used due to lower energy consumption, which makes it possible to produce edge areas 13 with a thickness of up to 35 mm without difficulty.

Besonders wenn gemäß letzterem Verfahren gearbeitet wird, kann es im Einzelfall vorteilhaft sein, nach dem Schweißen den Dichtring einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, z. B. in einer die Wärme ausgleichenden Flüssigkeit (temperieren), bevor er nachfolgend einer Härtung unterworfen wird.Particularly when working according to the latter method, it can be advantageous in individual cases to subject the sealing ring to a heat treatment after welding, e.g. in a heat-compensating liquid (tempering), before it is subsequently subjected to hardening.

Eines der geeigneten Metalle für den Dichtring ist insbesondere eine, einen hohen Nickelanteil aufweisende Legierung, z. B. Nimonic und Inconel. Für Unterwasser-Schweißverfahren soll vorzugsweise die Legierung Inconel Nr. 718 eingesetzt werden.One of the suitable metals for the sealing ring is an alloy with a high nickel content, e.g. Nimonic and Inconel. For underwater welding processes, the alloy Inconel No. 718 should preferably be used.

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Die Federkennlinie des Dichtringes und deshalb seine Fähigkeit, nach der Kompression das Setzen der Feder zu überwinden, soll vorteilhaft durch Zeithärten verbessert werden.The spring characteristic of the sealing ring and therefore its ability to overcome the setting of the spring after compression should be advantageously improved by time hardening.

Die Dichtringe können vor Einsatz mit einer Schutzschicht und/oder einer, einen niedrigen Reibwert gewährleistenden Schicht,vorzugsweise aus Blei, Silber, Gold, Nickel, Polytetrafluorathylen (PTFE) oder einer Kombination aus Nickel und einem anderen Metall und PTFE überzogen werden. Die zuletzt genannte Kombination ist dann vorteilhaft, wenn das Anfressen während der Kompression verringert werden soll, wenn der aus Inconel bestehende Dichtring zwischen abzudichtenden Flanschen, die aus dem Material Inconel bestehen, verwendet wird und im einzelnen dann, wenn Dichtringe aus Nickel-Legierung in Verbindung mit abzudichtenden Flanschen, denen Nickel zulegiert ist oder die mit Nickel beschichtet sind, verwendet werden.The sealing rings can be coated before use with a protective layer and/or a layer ensuring a low coefficient of friction, preferably made of lead, silver, gold, nickel, polytetrafluoroethylene (PTFE) or a combination of nickel and another metal and PTFE. The latter combination is advantageous when the seizure during compression is to be reduced, when the sealing ring made of Inconel is used between flanges to be sealed which are made of Inconel material and in particular when sealing rings made of nickel alloy are used in conjunction with flanges to be sealed which are alloyed with nickel or which are coated with nickel.

Claims

1.) Specialist Sealing Limited 25 August 1992 03892 IG/ag

2.) Terence Peter Nicholson

Protection claims

1. Sealing ring with residual stress, which has an approximately C-shaped shape in axial cross section, open on the radially inner side and whose radially outermost relatively thick area has a step-shaped edge surface, running approximately parallel to the sealing ring axis, characterized in that

that the radially inward-pointing free ends of the ring legs (9), seen in cross-section, each have noses (31) bent axially outwards, the maximum value (A) of the ring height in the axial direction being given when the sealing ring is relaxed.

2. Sealing ring according to claim 1, characterized in that the legs (9) extending radially inwards from the noses (31) have constricted regions (27) of reduced axial thickness, which serve as preferred or predetermined bending points for the inner end regions (at 11) of the legs (9) under axial compression.

3. Sealing ring according to claim 1 or 2, characterized in that the maximum ring height (A) in the axial direction, seen in cross section, is not greater than the maximum value of the ring width (B), seen in cross section.

4. Sealing ring according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the inner profile of the sealing ring, seen in cross section, has axially extending, axially inward-pointing leg surfaces (21) which, when the sealing ring is relaxed, extend approximately parallel to one another and are connected at their radially outer side regions by a base surface (23) in the form of a gently converging surface in the form of a circular section or arc.

5. Sealing ring according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outwardly extending lugs (31) have axially flat end surfaces (25) which, when the sealing ring is relaxed, extend obliquely to the

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extend radially and converge in the radially outward direction.

6. Sealing ring according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lugs (25) are positioned tangentially to the convex outer surfaces of the legs.