DE69002183T2 - Kunststoff-Bohrungsdichtung. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ringförmige Bohrungsdichtungen für Rohrvorrichtungen und insbesondere auf solche Dichtungen, die aus Kunststoff oder anderen nichtmetallischen Zusammensetzungen aufgebaut sind, die widerstandsfähig gegen erhöhte Temperaturen und hohe Drücke sind.
• Wie durch den reichlich vorhandenen Stand der Technik angezeigt ist, sind ringförmige Dichtungen vielfältiger Gestaltungen und Zusammensetzungen zum Gebrauch beim Dichten von Bohrungen verschiedener Rohrvorrichtungen, wie z. B. Rohrverbindungseinrichtungen, Rohrgelenkverbindungen, Ventile und andere Ölquellenbohr- und Ausstattungsausrustung vorgeschlagen worden, und die damit erreichten Ergebnisse sind gleicherrnaßen variiert worden. Viele solche gegenwärtig in solchen Vorrichtungen angewendeten Dichtungen sind aus Elastomeren hergestellt, denen Begrenzungen bezüglich Extrusion, Fluidinkompatibilität, Temperaturbereich, Kriechen und explosive Dekompression innewohnen, d. h. einem Dichtungsbruch, der aus dem Entweichen von Gas resultiert, das den Elastomer bei hohem Druck und hoher Temperatur durchdrungen hat, wenn der Druck an der Dichtung schnell entspannt wird. Eine Metalldichtung wird verwendet, wenn man es mit breiten Temperaturbereichen, extremen Drücken und höchst ungünstigen Fluidumgebungen zu tun hat, solche Dichtungen sind jedoch auf statische oder im wesentlichen statische Anwendungen beschränkt. Des weiteren werden Metalldichtungen nur zufriedenstellend mit sehr glatten Dichtungsbohrungsoberflächen funktionieren und werden undicht, wenn die Oberfläche sogar nur leicht gekratzt ist. Noch ein weiterer Nachteil bei Metallbohrungsdichtungen ist, daß der Widerstand zwischen der Dichtung und der Bohrungsoberfläche viel höher ist als der von elastomeren oder Kunststoffbohrungsdichtungen, was manchmal eine Dichtungsabziehvorrichtung erfordert, um die Metalldichtung aus ihrer Kammer oder Tasche zu entfernen. Sorgfältiges Handhaben von Metalldichtungen ist erforderlich, wie z. B. während des Packens und der Installation, wobei dadurch weiter die Schwierigkeit und Kosten beim Bereitstellen eines zufriedenstellenden Produktes dieses Typs ansteigen.
• Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kunststoffbohrungsdichtung bereitzustellen, die zufriedenstellend bei hohen Drücken und Temperaturen entweder in einer statischen oder dynamischen Art in einer breiten Vielfalt von Rohrvorrichtungen funktionieren wird, die z. B. konventionelle Rohrverbindungseinrichtungen und Gelenkverbindungen einschließt. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kunststoffbohrungsdichtung bereitzustellen, die als eine Alternative zu einem Metalldichtungsgegenstück verwendet werden kann, ohne daß die Rohrvorrichtungstasche oder -kammer, in der die Dichtung sitzt, umkonstruiert werden muß.
• Die vorliegende Erfindung weist eine Kunststoffbohrungsdichtungsbaugruppe auf, die entweder in einer statischen Art, wie z. B. in nichtdrehbaren Leitungsverbindungseimichtungen, oder in einer dynamischen Art, wie z. B. in Rohrgelenkverbindungen, benutzt werden kann, um eine preiswerte, blasendichte, gegen Beschädigung widerstandsfähige Dichtung bereitzustellen, die die oben beschriebenen Nachteile von elastomeren und Metalldichtungen überwindet. Eine Dichtungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung weist besonders ein Dichtungsmuffenelement aus Kunststoff mit einer ringförmigen dichtenden Lippe an beiden Enden, einen Anti- Extrusionsring, der die Dichtungsmuffe zwischen ihren dichtenden Lippen umgibt, eine oder mehrere ringförmige muffenartige Fingerfedern, die von der Dichtungsmuffe umgeben sind, und in einigen Fällen eine Verschleißmuffe innerhalb der Bohrung der Dichtungsmuffe und Fingerfeder oder - federn auf, wobei die vorgenannten Elemente in einer sicheren Art und Weise zusammengetugt sind, um eine Baugruppe zur Installation als eine Einheit in die Dichtungskammer oder -tasche einer Rohrverbindungseinrichtung, Gelenkverbindung oder einer anderen Rohrvorrichtung darzustellen. Die Dichtungsmuffe hat eine zentral angeordnete äußere Nut, die gemäß der Konfiguration des Anti-Extrusionsringes zum Halten des Ringes in geeigneter Lage auf der Muffe geformt ist, und hat, wenn kombiniert mit einer einzelnen Fingerfeder, einen radial nach innen sich erstreckenden Flansch an beiden Enden, um die Fingerfeder gegen axiale Verschiebung aus ihrer geeigneten Lage innerhalb der Muffe zu halten. Die Verschleißmuffe hat eine axiale Länge, die der der Dichtungsmuffe entspricht, und eine zentral nach außen sich erstreckende ringförmige Rippe, die die Fingerfeder oder - federn in fest sitzender Lage gegen die Dichtungsmuffenbohrung aufnimmt.
• Die Dichtungsmuffe kann aus verschiedenen Kunststoffmaterialien, je nach dem was die Umstände des beabsichtigten Gebrauchs vorschreiben, aufgebaut sein, wie z. B. Glas-Molybdän gefülltes PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PEEK (Polyetheretherketon). Der Anti-Extrusionsring kann eine rechteckige Querschnittsanordnung mit Abmessungen haben, die von der Größe und der Form der Dichtungskamrner oder -tasche in der Rohrleitungsverbindungseinrichtung, Gelenkverbindung oder einer anderen Rohrvorrichtung abhängen, und der Anordnung der Berührungsstelle zwischen den gegenüberliegenden Rohrelementen, wo Extrusion der Dichtungsmuffe vermieden werden soll. Eine Auslührungsform der Fingerfeder hat einen ringförmigen kontinuierlichen Mittelabschnitt und eine Vielzahl von Dichtungsmuffenaufnahmefingern, die sich axial in gegenüberliegende Richtungen von umfangsmäßig beabstandeten Orten an dem zentralen Abschnitt erstrecken, um die ringförmigen dichtenden Lippen der Dichtungsmuffen in geeigneter funktionaler Lage gegen die gegenüberliegenden Bohrungsoberflächen der Rohrleitungsverbindungseinrichtung oder Gelenkverbindungselemente zu halten. Die zentrale Rippe der Verschleißmuffe, wobei die Muffe für das zuverlässige Funktionieren der Dichtungsbaugruppe dieser Erfindung nicht notwendig ist, ist aber vorzugsweise mit vorgesehen, wo Erosion der Fingerfeder oder Dichtungsmuffe durch einen Fluidstrom durch die Verbindungseinrichtung oder Gelenkverbindung ein Problem ist, ist dimensioniert und angeordnet, um fest gegen den zentralen Abschnitt der Fingerfeder zu drücken und die komplette Dichtungsbaugruppe zusammenzuhalten, während der kleinere Außendurchmesser der gegenüberliegenden Enden der Verschleißmuffe Platz für die Federfinger gewährleistet, um sich radial nach innen zu biegen, wenn die Dichtungsbaugruppe in dicht sitzender Lage in ihrer Kammer oder Tasche in der Verbindungseinrichtung, Gelenkverbindung oder einer anderen Rohreinrichtung installiert wird.
• Fig. 1, die aus den Fig. 1A und 1B besteht, ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer Kunststoffbohrungsdichtungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Querschnittsanordnung der Dichtungsmuffe, der Fingerfeder und der Verschleißmuffe zeigt.
• Fig. 2 ist eine Langsschnittansicht in einem verkleinerten Maßstab einer Rohrleitungsverbindungsvorrichtung mit der darin installierten Dichtungsbaugruppe von Fig. 1.
• Fig. 3 ist eine vergrößerte Langsschnittansicht der montierten Dichtungsbaugruppe von Fig. 1, wobei die linke Hälfte der Ansicht die Baugruppe vor der Installation in ihrer Kammer zeigt und die rechte Hälfte der Ansicht die in der Kammer installierte Baugruppe zeigt.
• Fig. 4 und 5 sind fragmentarische Langsschnittansichten der Dichtungsbaugruppe der Fig. 1 bis 3, die in mit Antiverschleiß-/Anti-Extrusionsringen ausgerüstete Rohrleitungsgelenkverbindungen installiert ist.
• Fig. 6 ist eine fragmentarische Langsschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Kunststoffbohrungsdichtungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 7 ist eine Ansicht wie Fig. 3, die jedoch noch eine weitere Ausführungsform einer Dichtungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert.
• Die Kunststoffbohrungsdichtungsbaugruppe 8, die in Fig. 1 bis 5 dargestellt ist, weist ein muffenartiges Kunststoffdichtungselement 10, einen Anti-Extrusionsring 12, eine muffenartige Fingerfeder 14 und eine Verschleißmuffe 16 auf. Diese Elemente sind in richtig zusammenmontiertem Zustand in Fig. 2 bis 5 gezeigt.
• Das Dichtungselement 10 weist einen zentralen Abschnitt 17 mit einer äußeren ringförmigen Nut 18 auf, innerhalb der (Fig. 2 bis 5) der Antiextrusionsring 12, zwei dichtende Lippen 20, 22, wobei sich jede axial von dem zentralen Abschnitt 17 zum Aufbauen einer fluiddichten Dichtung mit den gegenüberliegenden Enden 24, 26 eine Rohrleitungsverbindungsvorrichtung 27, wie z. B. in Fig. 2 gezeigt, erstreckt, und sich ein nach innen erstreckender radialer Flansch 28 an jedem Ende zum Aufnehnien der Fingerfeder 14 in geeigneter Lage in der Dichtungselementbohrung 30 sitzt. Der Anti-Extrusionsring 12 hat einen rechteckigen Querschnitt und ist angeordnet, um den Spalt zwischen den gegenüberliegenden Rohrleitungsverbindungsvorrichtungsenden 24, 26 zu überbrücken, um dadurch Extrusion des Kunststoffdichtungselementes 10 in jenen Spalt in Reaktion auf hohen Druck in der Verbindungsvorrichtungsbohrung 32 zu verhindern.
• Die Fingerfeder 14 hat einen zentralen ringförmigen kontinuierlichen Abschnitt 34 und eine Vielzahl umfangsmäßig beabstandeter Federfinger 36, die sich axial in gegenüberliegender Richtung von dem zentralen Abschnitt 34 erstrecken. Die Federfinger 36 nehmen die Dichtungsmuffenlippen 20, 22 in fluiddichtem Kontakt mit den benachbarten Bohrungsoberflächen 38 der Verbindungsvorrichtungselemente 24, 26 auf und dienen dazu, die Dichtungsmuffe mit einer Gedächtniseigenschaft zu versehen, die nicht durch hohen Druck und Temperaturwechsel beeinflußt 15wird.
• Die Verschleißmuffe 16 hat einen zentralen Abschnitt 40, der gegen den zentralen Abschnitt 34 der Fingerfeder paßt, und Endabschnitte 42 geringeren Außendurchmessers, die radial nach innen von den Federfingern 36 sitzen. Wie am besten aus der rechten Hälfte von Fig. 3 zu sehen ist, ermöglicht der ringförmige Raum zwischen den Endabschnitten 42 der Verschleißmuffen und den Federfingern 36 den Fingern, sich während der Installation der Dichtungsbaugruppe radial nach innen in ihre Kammer oder Tasche in der Rohrleitungsverbindungsvorrichtung 27 zu biegen.
• Die Dichtungsmuffenlippen 20, 22 haben vorzugsweise gekrümmte Oberflächen 44, 46, die fest gegen die benachbarten Bohrungsoberflächen 38 der Enden 24, 26 der Rohrleitungsverbindungsvorrichtung pressen. Das gewährleistet eine relativ große Lippendichtungsfläche, die eine zuverlässige nicht nachlassende druckdichte Kontaktstelle zwischen der Dichtung und der Verbindungsvorrichtungsbohrung und auch ein Minimum von nur einem potentiellen Undichtigkeitsweg nach jeder Lippe liefert.
• In den Fig. 4 und 5 ist die Dichtungsbaugruppe 8 in funktioneller Position in einer Rohrleitungsgelenkverbindung 50 mit relativ rotierbaren Elementen 52, 54 gezeigt, die durch eine Vielzahl von Lagerkugeln 56 (nur eine ist gezeigt) in der gewöhnlichen Art verbunden sind. Um Verschleißen zu reduzieren oder zu eliminieren und zusätzliche Anti-Extrusionseigenschaften zu gewährleisten, weist die Gelenkverbindung 50 einen Anti-Extrusionsring 58 auf, gegen den der Anti-Extrusionsring 12 der Dichtungsbaugruppe sitzt. Der Anti-Extrusionsring 58 kann, wie in Fig. 4 gezeigt, ein festes Element sein oder, wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann er zwei Elemente aufweisen, wobei jedes einen dreieckigen Querschnitt hat, der axial sich erweitert, wenn Druck von der Dichtungsbaugruppe 8 angelegt wird, um jeglichen radialen Extrusionsspalt zwischen den Verbindungselementen 52, 54 zu eliminieren.
• Fig. 6 stellt eine modifizierte Version 60 der Dichtungsbaugruppe 8 dar, die in funktionaler Position in der Gelenkverbindung 50 installiert ist. Die Kunststoffdichtungsmuffe 62 der Dichtungsbaugruppe 60 hat eine zentrale Rippe 64, die sich radial nach außen in den Raum erstreckt, der anderweitig durch den Anti-Extrusionsring 58 der in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen belegt ist, und einen Anti-Extrusionsring 66 mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, der den Spalt zwischen den Verbindungselementen 52, 54 überbrückt. Die Anti-Extrusionsringe können aus Kunststoff oder metallischem Material aufgebaut sein, um Schutz unter hohem Druck zu gewährleisten, falls die Hauptkunststoffdichtungsmuffe 10 durch eine hohe Temperatur beschädigt werden sollte.
• Fig. 7 stellt noch eine weitere Ausführungsform 70 einer Kunststoffbohrungsdichtungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Dichtungsbaugruppe 70 weist eine Kunststoffdichtungsmuffe 72 auf, die stark ihrem Gegenstück 10 der Fig. 1 bis 5 ähnelt, die jedoch eine radial nach innen orientierte zentrale ringförmige Rippe 74 hat und die keine sich nach innen erstreckende radialen Flansche an ihren Enden hat, wie sie die Muffe 10 bei 28 hat; in anderer Hinsicht sind die Muffen 72 und 10 im wesentlichen identisch im Aufbau. Die Dichtungsbaugruppe 70 weist des weiteren zwei identische muffenartige Fingerfedern 76 auf, im Gegensatz zu der einfachen Fingerfeder 14 der Dichtungsbaugruppe 8, wobei jede Fingerfeder 76 einen ringförmigen kontinuierlichen Abschnitt 78 und eine Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten Federfingern 80 hat, die sich axial von einem Ende des Abschnittes 78 erstrecken. Die Fingerfedern 76 sind gegen die gegenüberliegenden Enden der zentralen inneren Rippe 74 der Dichtungsmuffe angeordnet, wie in Fig. 7 zu sehen ist, und die Federfinger 80 liegen unter den Dichtungslippen 82 der Dichtungsmuffe 72 und stützen sie so, wie die Finger 36 unter den Lippen 20, 22 der Muffe 10 liegen und sie stützen. In dieser Ausführungsform nach Fig. 7 gewährleistet eine Verschleißmuffe 84 mit einem axial verlängerten zentralen Abschnitt 86, um den die kontinuierlichen Abschnitte 78 der Federn 76 sitzen, und Endabschnitte 88 mit reduziertem Außendurchmesser, über die sich die Federfinger 80 erstrecken, Schutz gegen Erosion so, wie es auch sein Gegenstück 16 der Baugruppe 8 gewährleistet. Wie in Fig. 7 gezeigt, weist die Dichtungsbaugruppe 70 auch einen Anti-Extrusionsring 90 derselben Konfiguration auf und gewährleistet dieselbe Funktion wie sein Gegenstück 12 der Baugruppe 8.

Claims (12)

1. Bohrungsdichtungsbaugruppe aus Kunststoff zum Gebrauch als eine statische/dynamische Dichtung in Rohrverbindungsvorrichtungen, Rohrgelenkverbindungen und anderen Rohrvorrichtungen, wobei die Baugruppe aufweist:

(a) eine Kunststoffdichtungsmuffe mit einer Bohrung, einem zentralen Abschnitt mit einer äußeren ringförmigen Nut und zwei gegenüberliegenden Endabschnitten, wobei jeder eine ringförmige dichtende Lippe aufweist;

(b) einen Anti-Extrusionsring, der die Dichtungsmuffe in der äußeren Nut umgibt; und

(c) mindestens eine muffenartige Fingerfeder, die in der Dichtungsmuffenbohrung sitzt, wobei die Feder einen kontinuierlichen ringförmigen Abschnitt und eine Vielzahl von Federfingern hat, die sich axiaI von dem ringförmigen Abschnitt erstrecken, wobei die Federfinger die Dichtungsmuffenlippe in ihrer funktionalen Position aulnehmen und die Iippe mit einer Gedächtniseigenschaft versehen, die nicht durch hohen Druck und Temperaturwechsel beeinflußt wird.

2. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, in der die Dichtungsmuffe auch einen ringförmigen radialen Flansch aufweist, der sich nach innen von jedem der Muffenenden erstreckt, um die Fingerfeder in geeigneter axialer Anordnung innerhalb der Muffe zu halten.

3. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, in der jede dichtende Lippe der Dichtungsmuffe eine gekrümmte Oberfläche hat zum Zusammenwirken mit der Bohrungsoberfläche einer Rohrvorrichtung, um eine flüssigkeitsdichte Dichtung dazwischen zu gewährleisten.

4. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der Anti-Extrusionsring einen rechteckigen Querschnitt hat und in der Mitte zwischen den Enden der Dichtungsmuffe angeordnet ist.

5. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der Anti-Extrusionsring einen quadratischen Querschnitt hat und an einer ringförmigen Kante des zentralen Abschnittes der Dichtungsmuffe angeordnet ist.

6. Dichtungsbaugrrippe nach Anspruch 1, bei der der zentrale Abschnitt der Dichtungsmuffe sich radial nach außen zu einem äußeren Durchmesser erstreckt, der im wesentlichen größer ist als der Aussendurchmesser der ringförmigen dichtenden Lippen der Muffe.

7. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die Federfinger um den zentralen Abschnitt der Fingerfeder umfangsmäßig beabstandet sind.

8. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 7, bei der die Federfinger voneinander durch enge axiale Schlitze in der Fingerfeder getrennt sind.

9. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, die weiterhin eine Verschleißmuffe innerhalb der Bohrung der Fingerfeder aufweist, um Erosion der Feder durch durch die Bohrung fließendes Material zu verhindern.

10. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 9, bei der die Verschleißmuffe eine zentrale sich nach außen erstreckende ringförmige Rippe hat, die die Fingerfeder in fest sitzender Lage gegen die Bohrung der Dichtungsmuffe abstützt.

11. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der ringförrnige Abschnitt der Fingerfeder in der Mitte zwischen gegenüberliegenden Enden der Feder angeordnet ist und die Federfmger sich axial in gegenüberliegenden Richtungen von dem ringförmigen Bereich erstrecken.

12. Dichtungsbaugruppe nach Anspruch 1, die zwei Fingerfedern aufweist, von denen jede mit dem kontinuierlichen ringförinigen Bereich an dessen einem Ende angeordnet ist.