DE3318149C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen angegebene Verfahren zur Herstellung von spiralgewickelten Dichtungen. Solche Dichtungen sind wohlbekannt. Sie bestehen aus einem profilierten Metallstreifen, der zu einer Spirale gewickelt ist und einen zwischengelegten Streifen eines Dichtungsmaterials, wie PTFE (Polytetrafluorethylen), Papier oder Graphitfolie aufweist. Zu typischen Profilen gehören zumindest eine Nut oder ein Kanal, die sich in Längsrichtung des Streifens erstrecken und durch eine Walzoperation gebildet werden.

Eine derartige spiralgewickelte Dichtung wird zwischen zu verbindenden Teilen eingeklemmt, so daß die Kanten des profilierten Metallstreifens die abzudichtenden Teile berühren. Die Klemmkraft wird in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Spirale angelegt, so daß die Spirale in der gleichen Richtung durch elastische Deformation des Streifens um die Nut oder den Kanal komprimiert wird, welche das Dichtungsprofil ausmachen. Bei der Anwendung bewirken wechselnde thermische und/oder Druckbelastungen der Verbindungsstelle Veränderungen in der Klemmkraft. Die Elastizität der spiralgewickelten Dichtung ist gewöhnlich so, daß diese Veränderungen ohne Schwierigkeit aufgenommen werden, wenigstens bei herkömmlichen Leitungsdichtungen.

Wo es sich um komplizierte Anordnungen handelt und der Bereich der Wechselbewegung durch thermische Belastung und/oder Druck verhältnismäßig groß ist, weisen übliche bekannte spiralgewickelte Dichtungen oftmals keinen genügend hohen Grad an elastischer Erholung auf. Elastische Erholung bedeutet in diesem Zusammenhang das Ausmaß bis zu welchem die spiralgewickelte Dichtung axial komprimiert werden kann, ohne eine permanente Deformation zu erleiden. Sie ist ein Maß für die Fähigkeit einer spiralgewickelten Dichtung, eine Relativbewegung zwischen den durch die Dichtung verbundenen Teilen auszuhalten.

Die Verbesserung des elastischen Verhaltens spiralgewickelter Dichtungen erfolgt gemäß DE-OS 31 17 933 dadurch, daß ein kaltverfestigter Streifen aus warmhärtbarem Metall hoher Zugfestigkeit zunächst profiliert und dann zur Form einer spiralig gewickelten Dichtung gewickelt wird. Aus der DE-OS 19 28 323 ist es bekannt, zwischen den spiraligen Windungen eines profilierten Metallstreifens in üblicher Weise ein Dichtungsmaterial vorzusehen.

Es wurde auch schon versucht, spiralgewickelte Dichtungen in Tandem-Anordnung zu verwenden mit dem Ziele, das Problem mäßiger elastischer Erholung zu überwinden.

Wenn jedoch die Bewegung durch thermische Belastung und/oder Druck extrem ist, besteht nach wie vor ein Bedürfnis nach spiralgewickelten Dichtungen mit einer höheren Fähigkeit zur eleastischen Erholung als bisher üblich.

Es gibt zwar Metalle mit hoher elastischer Erholung, doch sind diese der Herstellung von üblichen Dichtungen an sich nicht zugänglich, da die Eigenschaften der hohen elastischen Erholung nur dadurch entwickelt werden können, daß das Metall Wärmebehandlungen unterzogen wird, welche für die verwendeten Dichtungsmaterialien zu hart und demzufolge unverträglich sind. Bedauerlicherweise ist es nicht zu bewerkstelligen, die Wärmebehandlung vor dem Profilieren und dem Wickeln des Metallstreifens zu einer Dichtung vorzunehmen, da das behandelte Metall sehr schwer zu bearbeiten ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein in einfacher und vorteilhafter Weise durchzuführendes Verfahren zur Herstellung selbst großer spiralgewickelter Dichtungen mit mehreren Metern Durchmesser auszugeben, die sich auch unter extremen Bedingungen und nicht nur bei großen, sondern auch bei rasch erfolgenden Temperaturänderungen durch eine verbesserte elastische Erholung auszeichnen.

Erfindungsgemäß wird eine spiralig gewickelte Dichtung dadurch hergestellt, daß ein getemperter hitzehärtbarer Metallstreifen hoher Zugfestigkeit zunächst profiliert, dann zu seiner Härtung wärmebehandelt und schließlich zusammen mit einem Streifen eines Dichtungsmaterials zur Form einer spiralig gewickelten Dichtung gewickelt wird. Der Streifen kann nach dem Profilieren lose spiralig gewunden werden, um die Größe der nötigen Wärmebehandlungskammer zu vermindern. Die Wärmebehandlung wird vorteilhafterweise in einem Vakuumofen durchgeführt, so daß die Größe desselben ein wichtiger Faktor für die praktische Durchführung des Verfahrens ist. Besonders bevorzugte Metalle sind Legierungsstähle des wärmehärtbaren Typs, wie Inconel X 750 oder Armco 17/7 (fällungsgehärtet) aus rostfreiem Stahl.

Die erfindungsgemäße Verwendung von hochzugfesten wärmehärtbarem Material ergibt eine spiralig gewickelte Dichtung mit ausgezeichneter elastischer Erholung, verbunden mit hoher Beständigkeit gegen Kompression. Sie ermöglicht die Herstellung von Dichtungen mit verhältnismäßig großen Durchmessern, beispielsweise solcher von einem Meter oder mehreren Metern Durchmesser. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß das Verfahren der Erfindung die Wärmebehandlung des Metallstreifens in Form einer gewundenen Spirale von relativ geringen Durchmesser ermöglicht, was keine sehr große Vakuumkammer erfordert, die normalerweise zur Aufnahme des Dichtungsmaterials notwendig wäre, selbst wenn dieses einer Wärmebehandlung, die zur Härtung des Metallstreifens ausreicht, widerstehen könnte.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel näher erläutert. Eine spiralig gewickelte Dichtung wurde hergestellt, indem ein schmaler Streifen von getempertem (Zustand "A") ARMCO 17/7 PH Edelstahl zu einem falschen V-Querschnitt profiliert wurde (in Längsrichtung des Streifens).

Der profilierte Streifen wurde lose spiralförmig gewickelt und in einen Vakuumofen eingebracht und einer Standardwärmebehandlung unterworfen, welche das kontrollierte Erhitzen und Abkühlen umfaßte, gefolgt von weiterem Erwärmen zur Ausfällungshärtung des Streifens (zur Kondition TH1050). Die Konditionen "A" und "TH1050" sind Ausdrücke, welche von den Herstellern benutzt werden, um die physikalischen Eigenschaften des Metalls zu beschreiben.

Nach Abkühlen an Luft wurde der profilierte Streifen mit einem Streifen von Graphitfolie gewickelt, um eine spiral­ gewickelte Standarddichtung von 4 Zoll (10 cm) nominaler lichter Weite Klasse 600 zu bilden, in welcher die Graphitfolie das zwischengelegte Dichtungsmaterial bildete.

Die erhaltene Dichtung wurde zu einem herkömmlichen Führungsring zusammengebaut und auf elastische Erholung unter Bedingungen von thermischer und Druckzyklisieren auf einem üblichen Dichtungsprüfgerät untersucht. Es wurde festgestellt, daß die elastische Erholung beträchtlich größer war als die einer entsprechenden Dichtung, welche durch herkömmliche Methoden hergestellt war unter Verwendung gewöhnlichen rostfreien Stahls der Sorte 316-L. In beiden Fällen wurde das Dichtungsverhalten der Dichtung sorgfältig überwacht, um die Vergleichbarkeit der Prüfungen zu gewährleisten.

Das Prüfprogramm bestand zu allererst darin, die Dichtung bis zur Dicke ihres stützenden äußeren Führungsringes herunterzupressen. Das Innere der Dichtung wurde ebenfalls auf 104 kg/cm² gemäß ANSI Grundspezifikation B 16.5 komprimiert. Die Belastung, die hierzu erforderlich war, betrug 120 t für die herkömmliche Dichtung und 140 t für die Dichtung gemäß der Erfindung. Die Belastung wurde dann progressiv auf 10 t vermindert, während auf Leckagen und auf elastische Erholung, bezogen auf die ursprünglich nicht-komprimierte Dicke, überprüft wurde. Die herkömmliche Dichtung erholte sich um 7 Tausendstel Zoll (0,1778 mm), während sich die Dichtung gemäß der Erfindung um 10 Tausendstel Zoll (0,254 mm) erholte. Die Verbesserung in der Erholung betrug somit über 40%, was ein überaus zufriedenstellendes Ergebnis darstellt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung spiralgewickelter Dichtungen, wobei man einen Streifen aus wärmehärtbarem Metall hoher Zugfestigkeit zunächst profiliert und dann zur Form einer spiralig gewickelten Dichtung wickelt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man einen Streifen aus getempertem wärme­ härtbarem Metall verwendet und nach dem Profilieren den Streifen wärmebehandelt und ihn danach mit einem Streifen eines Dichtungsmaterials zur Form einer spiralig ge­ wickelten Dichtung wickelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der profilierte Streifen vor der Wärmebehandlung lose spiralig gewickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in einem Vakuumofen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungsmaterial PTFE, Papier oder eine Graphitfolie eingesetzt wird.