DE102009016552A1

DE102009016552A1 - Ring-shaped sealing element made of polytetrafluoroethylene (PTFE)

Info

Publication number: DE102009016552A1
Application number: DE200910016552
Authority: DE
Inventors: Ralf Breihan; Peter Dipl.-Ing. Voetter
Original assignee: Tectrion GmbH
Current assignee: Tectrion GmbH
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2010-10-21
Also published as: WO2010115547A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft profilierte, ringförmige Dichtungselemente aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Verfahren zur Herstellung dieser Dichtungselemente sowie die Verwendung von profilierten, ringförmigen Dichtungselementen zur Abdichtung von Rohrflanschen von Kunststoffleitungssystemen.The present invention relates to profiled, annular sealing elements made of polytetrafluoroethylene (PTFE), methods for producing these sealing elements and the use of profiled, annular sealing elements for sealing pipe flanges of plastic piping systems.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft profilierte, ringförmige Dichtungselemente aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Verfahren zur Herstellung dieser Dichtungselemente sowie die Verwendung von profilierten, ringförmigen Dichtungselementen zur Abdichtung von Rohrflanschen von Kunststoffleitungen und anderen Flanschsystemen mit geringer Flächenpressung.The The present invention relates to profiled, annular Sealing elements made of polytetrafluoroethylene (PTFE), process for Production of these sealing elements and the use of profiled, annular sealing elements for sealing pipe flanges of plastic pipes and other flange systems with less Surface pressure.

Zur Beförderung von Medien werden häufig Rohrleitungssysteme aus Kunststoff oder Stahl eingesetzt. Stahlrohrleitungssysteme haben auch bei guter Qualität das Problem sich beim Transport von korrosiven oder abrasiven Medien zu zersetzen. Dies kann zum Versagen der Rohrleitungen führen, so dass diese erneuert werden müssen. Kunststoffleitungssysteme sind daher unter Umständen für solche Medien besser geeignet. Kunststoffleitungssysteme bringen jedoch wiederum andere Probleme wie beispielsweise die Schwierigkeit der Gewährleistung einer über lange Zeit andauernden Abdichtung der Flanschelemente des Kunststoffleitungssystems mit sich.to Transportation of media often become piping systems made of plastic or steel. Steel piping systems have even with good quality, the problem during transport from corrosive or abrasive media. This can be for Failure of the piping lead, so that renewed Need to become. Plastic piping systems are therefore under Circumstances better suited for such media. Plastic piping systems However, in turn bring other problems such as the difficulty ensuring a long-lasting one Sealing the flange of the plastic pipe system with yourself.

Profildichtungen aus Elastomer sind im Stand der Technik beschrieben, können aber für Kunststoff Verbundleitungssysteme wegen den teilweise unzureichenden Materialeigenschaften und der dadurch verursachten schnellen Alterung und Versagen (durch chemischen Angriff oder Sprödbruch) nicht häufig eingesetzt werden.gaskets made of elastomer are described in the prior art can but for plastic composite piping systems because of the partial inadequate material properties and the resulting rapid aging and failure (due to chemical attack or brittle fracture) not used frequently.

PTFE-Dichtungen ohne Profilierung sind auch bekannt. Auf Grund der chemischen Beständigkeit sowie der langen Lebensdauer und der damit verbundenen Langzeitsicherheit wird bevorzugt PTFE mit oder ohne Füllstoff als Dichtungsmaterial in Kunststoffleitungen (besonders in ausgekleideten Kunststoffleitungen, sogenannten Kunststoffverbundsystemen) verwendet. Anders als in Stahlleitungen stellt jedoch die sehr geringe maximale Flächenpressung der Kunststoffflansche für die PTFE-Dichtung ein Problem dar.PTFE seals without profiling are also known. Due to the chemical resistance as well as the long service life and the associated long-term safety PTFE with or without filler is preferred as the sealing material in plastic pipes (especially in lined plastic pipes, so-called Plastic composite systems) used. Unlike in steel pipes However, the very low maximum surface pressure the plastic flanges for the PTFE seal a problem represents.

Die bekannten Dichtungen sind demnach für die Abdichtung von Rohrflanschen eines Kunststoffleitungssystems nicht geeignet, da die zum sicheren Betrieb benötigte Restflächenpressung besonders bei höheren Temperaturen und Lastwechsel nicht sichergestellt werden kann. Diese Dichtungen haben deshalb generell den Nachteil, dass sie Kunststoffleitungssysteme nicht mit hoher Sicherheit abdichten.The known seals are therefore for the sealing of Pipe flanges of a plastic pipe system not suitable because the residual surface pressure required for safe operation not guaranteed at higher temperatures and load changes can be. These seals therefore generally have the disadvantage that they do not seal plastic piping systems with high safety.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, Dichtungen für Kunststoffleitungen zur Verfügung zu stellen, die mit hoher Sicherheit die Abdichtung eines Kunststoffleitungssystems gewährleisten können.The Object of the present invention was therefore, seals for To provide plastic pipes with high Safety to ensure the sealing of a plastic piping system can.

Die Aufgabe wurde nun durch ein ringförmiges Dichtungselement (1) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Oberseite (2), einer Unterseite (3), einem Innenrand (4) und einem Außenrand (5), wobei die Ober- und Unterseite jeweils in Kontakt mit einem abzudichtenden Element kommen und die Ober- und Unterseite bei ansonsten flacher Ausgestaltung jeweils auf jeder Seite über mindestens zwei konzentrische Stege (z. B. 6a, 6c, 7a, 7c) verfügt und die Stege sich auf der Ober- und der Unterseite jeweils gegenüberliegen, gelöst.The object has now been achieved by an annular sealing element ( 1 ) of polytetrafluoroethylene (PTFE) with a top side ( 2 ), a bottom ( 3 ), an inner edge ( 4 ) and an outer edge ( 5 ), wherein the top and bottom are each in contact with a sealed element and the top and bottom in otherwise flat configuration each on each side via at least two concentric webs (eg. 6a . 6c . 7a . 7c ) and the webs are located on the top and bottom, respectively, solved.

Das erfindungsgemäße ringförmige Dichtungselement zeichnet sich durch eine deutlich höhere Betriebsflächenpressung bei hohen Temperaturen und Drücken (wie beispielsweise 90°C und 10 bar) und einer hervorragenden Dichtigkeit bei den gering erlaubten Flächenpressungen in Kunststoffleitsystemen (insbesondere Kunststoff Verbundleitungssystemen) aus.The inventive annular sealing element is characterized by a significantly higher operating surface pressure at high temperatures and pressures (such as 90 ° C and 10 bar) and an excellent tightness the low permissible surface pressures in plastic control systems (especially plastic composite piping systems).

Anders als in Stahlleitungen ist in Kunststoffleitungen die sehr geringe maximale Flächenpressung ein Problem für diese Dichtungstechnik. Kunststoffleitungen können in der Regel nur in etwa 50% der für diese Dichtungsmaterialien optimalen Mindestflächenpressungen aufbringen. Die vorliegende Erfindung beruht nun auf dem Prinzip der Reduzierung der zu verpressenden Fläche der Dichtung um 30 bis 80%, vorzugsweise 40 bis 60% bzw. um etwa 50% (d. h. 45–55%). Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft deshalb ein erfindungsgemäßes ringförmiges Dichtungselement (1), wobei die Oberfläche aller vorhandenen konzentrischen Stege (6, 7) 30% bis 80% und vorzugsweise 40% bis 60% und besonders bevorzugt etwa 50% (d. h. 45–55%) der gesamten Oberfläche der Ober- und Unterseite (2, 3) des ringförmigen Dichtungselements (1) ausmachen.Unlike steel pipes, the very low maximum surface pressure in plastic pipes is a problem for this type of sealing technology. As a rule, plastic pipes can only provide about 50% of the minimum surface pressure required for these sealing materials. The present invention is based on the principle of reducing the area of the gasket to be compressed by 30 to 80%, preferably 40 to 60% or by about 50% (ie 45-55%). A preferred embodiment of the invention therefore relates to an inventive annular sealing element ( 1 ), wherein the surface of all existing concentric webs ( 6 . 7 ) 30% to 80% and preferably 40% to 60%, and more preferably about 50% (ie 45-55%) of the total surface of the top and bottom ( 2 . 3 ) of the annular sealing element ( 1 ) turn off.

Durch die Reduzierung der Dichtungsfläche erhöht sich, bei gleichem Anzugsmoment der Schrauben, die tatsächliche Flächenpressung auf optimale Werte. Hierzu wird die Dichtung bei der Herstellung beispielsweise so verpresst, das umlaufende, sich auf beiden Seiten der Dichtung gegenüberstehende Stege, stehen bleiben. Die erfindungsgemäßen Dichtungselemente können auch durch andere Herstellungsmethoden wie beispielsweise direktem Pressen und Sintern aus PTFE Pulver hergestellt werden.By reducing the sealing surface increases, with the same tightening torque of the screws, the actual surface pressure on optimal values. For this purpose, the seal is pressed in the production, for example so that the circumferential, on both sides of the seal opposite webs, stop. The sealing elements according to the invention can also by other manufacturing methods such as for example, direct pressing and sintering are made of PTFE powder.

Die erfindungsgemäß ringförmigen Dichtungselemente (1) bestehen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit oder ohne Füllstoffe, bevorzugt aus PTFE mit Füllstoffen. Als mögliche Füllstoffe für die erfindungsgemäßen Dichtungselemente können anorganische bzw. organische Füllstoffe mit hoher Temperaturbeständigkeit eingesetzt werden. Geeignete anorganische hochtemperaturbeständige Füllstoffe sind beispielsweise Glasfasern, Kohle (Pulver/Fasern), Grafit, Bronze, Molybdändisulfit, Stahlpulver, Aluminiumoxid, Calciumfluorid und Glimmer. Organische Füllstoffe mit hoher Temperaturbeständigkeit sind beispielsweise Polyimid (PI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyamidimid (PAI), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfon (PPSO₂) Aromatischer Polyester und Aramid.The annular sealing elements according to the invention ( 1 ) consist of polytetrafluoroethylene (PTFE) with or without fillers, preferably of PTFE with fillers. As possible fillers for the sealing elements according to the invention inorganic or organic fillers can be used with high temperature resistance. Suitable inorganic high-temperature resistant fillers are, for example, glass fibers, carbon (powder / fibers), graphite, bronze, molybdenum disulfite, steel powder, aluminum oxide, calcium fluoride and mica. Organic fillers with high temperature resistance are, for example, polyimide (PI), polyphenylene sulfide (PPS), polyamide-imide (PAI), polyether-ether-ketone (PEEK), polyphenylene-sulfone (PPSO ₂ ) aromatic polyester and aramid.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtungselemente besteht darin, dass der Wartungsaufwand von Kunststoffleitungssystemen durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Dichtungselemente verringern werden kann. So ist es beispielsweise nicht mehr so häufig erforderlich zu überprüfen, ob Schrauben der Rohrflansche des Systems aufgrund der geringen Restflächenpressung der Dichtungselemente nachgezogen werden müssen, um den sicheren Betrieb zu gewährleisten.One Advantage of the sealing elements according to the invention is that the maintenance of plastic piping systems through the use of the sealing elements according to the invention can be reduced. For example, it is not that common anymore required to check if screws of pipe flanges of Systems due to the low residual surface pressure of the sealing elements must be tightened to ensure safe operation.

Die Dicke des ringförmigen Dichtungselements spielt hierbei eine untergeordnete Rolle und könnte beispielsweise 2 mm, 3 mm oder 6 mm betragen. Auch andere Dicken sind möglich. Die Nennweite der ringförmigen Dichtung ist nicht entscheidend. Aufgrund des ungünstigen Verhältnisses von Dichtfläche zu Schraubenzahl sind die erfindungsgemäßen Dichtungselemente insbesondere für die kritischsten Nennweiten von DN50 und DN200 getestet worden. Die erfindungsgemäßen Dichtungselemente sind deshalb für diese Nennweiten besonders bevorzugt.The Thickness of the annular sealing element plays here a minor role and could for example 2 mm, 3 mm or 6 mm. Other thicknesses are possible. The nominal size of the annular seal is not critical. Due to the unfavorable ratio of sealing surface To screw number are the sealing elements according to the invention especially for the most critical nominal diameters of DN50 and DN200 has been tested. The sealing elements according to the invention are therefore particularly preferred for these nominal diameters.

Die Ober- bzw. Unterseite (2, 3) des ringförmigen Dichtungselements kommen jeweils in Kontakt mit einem abzudichtenden Element. Das abzudichtende Element ist dabei in der Regel ein Flansch einer Rohrleitung. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft deshalb ein ringförmiges Dichtungselement (1), wobei die abzudichtende Elemente Rohrflansche eines Kunststoffleitungssystems, insbesondere eines Kunststoff Verbundleitungssystems sind.The top or bottom ( 2 . 3 ) of the annular sealing member each come in contact with a member to be sealed. The sealed element is usually a flange of a pipeline. A preferred embodiment of the invention therefore relates to an annular sealing element ( 1 ), wherein the elements to be sealed pipe flanges of a plastic pipe system, in particular a plastic composite pipe system.

Erfindungswesentlich ist, dass die Ober- und die Unterseite des Dichtungselements jeweils über mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, konzentrische Stege (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) verfügen. Das Dichtungselement kann auch vier oder mehr konzentrische Stege jeweils auf einer Seite aufweisen. Die Tiefe der gepressten Bereiche kann beispielsweise 0,2 bis 1 mm betragen und hängt insbesondere auch von der Dicke der Dichtungselemente ab (die Tiefe kann also – je nachdem wie dick die Dichtungselemente sind – auch mehr oder weniger als die oben genannte Tiefe betragen). Die Breite (15, 3) der Stege ist beliebig, sofern insgesamt mit den mindestens vier, vorzugsweise mindestens sechs, vorhandenen Stegen auf der Ober- und der Unterseite des Dichtungselements (1) eine Reduzierung der zu verpressenden Fläche des Dichtungselements um 30 bis 80% erreicht wird.It is essential to the invention that the upper side and the lower side of the sealing element each have at least two, preferably at least three, concentric webs (FIG. 6a . 6b . 6c . 7a . 7b . 7c ) feature. The sealing member may also have four or more concentric ridges on each side. The depth of the pressed areas can be, for example, 0.2 to 1 mm and in particular also depends on the thickness of the sealing elements (the depth can therefore - depending on how thick the sealing elements are - also more or less than the above-mentioned depth). The width ( 15 . 3 ) of the webs is arbitrary, if a total of the at least four, preferably at least six, existing webs on the top and the bottom of the sealing element ( 1 ) a reduction of the surface to be pressed of the sealing element is achieved by 30 to 80%.

Die Ausgestaltung der Stege ist beliebig. Besonders geeignet sind beispielsweise Stege mit einem rechteckigen Querschnitt (10), einen Querschnitt (11) mit konvex gekrümmten Längsseiten, einen trapezförmigen Querschnitt (12), bei dem die lange Seite des Trapezes jeweils mit der Ober- bzw. der Unterseite (2, 3) verbunden ist und einen Steg (13) mit zwei abgerundeten Längskanten. Die Stege können innerhalb eines erfindungsgemäßen ringförmigen Dichtungselements auch unterschiedlich ausgestaltet sein. Die Oberseite (14a) bzw. die Unterseite (14b) der Stege ist (im Querschnitt) halbkreisförmig vorzugsweise jedoch leicht gekrümmt oder flach.The design of the webs is arbitrary. For example, webs having a rectangular cross section ( 10 ), a cross section ( 11 ) with convexly curved longitudinal sides, a trapezoidal cross-section ( 12 ), in which the long side of the trapezoid with the top and the bottom ( 2 . 3 ) and a bridge ( 13 ) with two rounded longitudinal edges. The webs can also be designed differently within an annular sealing element according to the invention. The top ( 14a ) or the underside ( 14b ) of the webs is (in cross-section) semicircular but preferably slightly curved or flat.

Ein weiteres wichtiges Erfindungsmerkmal ist, dass sich die Stege auf der Ober- und der Unterseite jeweils gegenüberliegen (siehe beispielsweise 1 und 3), vorzugsweise genau gegenüberliegen (d. h. Abweichung von höchstens 1 mm, vorzugsweise von höchstens 0,05 mm); d. h. an der Stelle wo es auf der Oberseite des Dichtungselements ein Steg hat, befindet sich auf der Unterseite des Dichtungselements auch ein Steg. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die sich gegenüberliegenden Stege bezüglich des Querschnitts gleich ausgestaltet.Another important feature of the invention is that the webs on the top and the bottom opposite each other (see, for example 1 and 3 ), preferably exactly opposite (ie deviation of at most 1 mm, preferably of at most 0.05 mm); ie at the point where it has a web on the top of the sealing element, located on the underside of the sealing element and a web. In a preferred embodiment of the invention, the opposing webs are designed the same with respect to the cross section.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft das erfindungsgemäße ringförmige Dichtungselement (1), wobei sich die Stege (6a, 7a) auf der Ober- und Unterseite (2, 3) sich direkt an den Innenrand (4) des ringförmigen Dichtungsrings (1) anschließen und zumindest ein Teil der Längskanten (9a, 10a) der Stege ein Teil des Innenrands (4) bilden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das erfindungsgemäße ringförmige Dichtungselement (1) jeweils auf der Ober- und Unterseite (2, 3) jeweils mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei Stege, wobei jeweils der zu dem Außenrand (5) nächstgelegene Steg (in 1, 6c) auf der Oberseite und der zu dem Außenrand (5) nächstgelegene Steg auf der Unterseite (in 1, 7c) sich direkt an den Außenrand (5) des ringförmigen Dichtungselements (1) anschließen und zumindest ein Teil der Längskanten dieser Stege (in 1, 9b und 10b) ein Teil des Außenrands (5) des Dichtungselements bilden.A further preferred embodiment of the invention relates to the annular sealing element according to the invention ( 1 ), whereby the webs ( 6a . 7a ) on the top and bottom ( 2 . 3 ) directly to the inner edge ( 4 ) of the annular sealing ring ( 1 ) and at least part of the longitudinal edges ( 9a . 10a ) of the webs a part of the inner edge ( 4 ) form. In a further preferred embodiment of the invention, the annular sealing element according to the invention ( 1 ) on the top and bottom ( 2 . 3 ) each at least two, preferably at least three, webs, each of which extends to the outer edge ( 5 ) nearest jetty (in 1 . 6c ) on the top and the outer edge ( 5 ) nearest jetty on the bottom (in 1 . 7c ) directly to the outer edge ( 5 ) of the annular sealing element ( 1 ) and at least a part of the longitudinal edges of these webs (in 1 . 9b and 10b ) a part of the outer edge ( 5 ) of the sealing element.

Die Ober- und die Unterseite (2, 3) eine bevorzugten erfindungsgemäßen ringförmigen Dichtungselements (1) haben bis auf die vorhandenen Stege (mindestens 6a, 6b, 7a, 7b) eine flache Ausgestaltung, so dass es sich bei dem vorliegenden Dichtungselement bis auf die Profilierung durch die vorhandenen Stege vorzugsweise um eine Flachdichtung handelt.The top and the bottom ( 2 . 3 ) a preferred annular sealing element according to the invention ( 1 ) except for the existing bridges (at least 6a . 6b . 7a . 7b ) is a flat configuration, so that it is in the present sealing element except for the profiling by the existing webs preferably a flat gasket.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein ringförmiges profiliertes Dichtungselement aus Polytetrafluorethylen (PTFE), welches bei einem Druck von 10 bar, einer Temperatur von 90°C, einer Flächenpressung von 10 MPa (N/mm²) und einer Nennweite des Dichtungselements von DN50 eine spezifische Leckrate von weniger als 10^–4 mbar·l/s·m) vorzugsweise 2,3·10^–5 mbar·l/(s·m) und eine Restflächenpressung von 4 bis 5 MPa (N/mm²) erreicht. Das profilierte Dichtungselement ist vorzugsweise ringförmig und (bis auf die vorhandenen Profile) eine Flachdichtung. Die Profilierung des Dichtungselements ergibt sich wie oben beschrieben vorzugsweise durch das Vorhandensein von jeweilig mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, konzentrischen Stegen auf der Oberseite und auf der Unterseite des Dichtungselements. Die Ausgestaltung des ringförmigen profilierten Dichtungselements und der Stege ist vorzugsweise so wie in dieser Anmeldung ausführlich beschrieben wird. Das ringförmige profilierte Dichtungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Flachdichtung mit Stegen bei der die gesamte Stegoberfläche 30% bis 80% und vorzugsweise 40% bis 60% und besonders bevorzugt etwa 50% (d. h. 45–55%) der gesamten Oberfläche des Dichtungselements ausmacht.A further embodiment of the invention relates to an annular profiled sealing element of polytetrafluoroethylene (PTFE), which at a pressure of 10 bar, a temperature of 90 ° C, a surface pressure of 10 MPa (N / mm ² ) and a nominal diameter of the sealing element of DN50 a specific leakage rate of less than 10 ^-4 mbar · l / s · m), preferably 2.3 · 10 ^-5 mbar · l / (s · m), and a residual surface pressure of 4 to 5 MPa (N / mm ² ). The profiled sealing element is preferably annular and (except for the existing profiles) a flat gasket. The profiling of the sealing element results, as described above, preferably by the presence of respectively at least two, preferably at least three, concentric webs on the upper side and on the underside of the sealing element. The configuration of the annular profiled sealing element and the webs is preferably as described in detail in this application. The annular profiled sealing element according to the present invention is preferably a flat gasket with webs in which the entire web surface constitutes 30% to 80% and preferably 40% to 60% and most preferably about 50% (ie 45-55%) of the total surface area of the sealing element ,

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen, ringförmigen Dichtungselements aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit oder ohne Füllstoff (vorzugsweise mit Füllstoff), wobei

a) ein ringförmiges Dichtungselement aus PTFE mit oder ohne Füllstoff (vorzugsweise mit Füllstoff) derart verpresst wird, dass jeweils mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, konzentrischen Stege auf der Oberseite (2) und der Unterseite (3) (d. h. die Profilierung) des ringförmigen Dichtungselements entstehen, oder
b) PTFE-Pulver mit oder ohne Füllstoff (vorzugsweise mit Füllstoff) direkt. gesintert und verpresst wird, so dass jeweils ein ringförmiges Dichtungselements mit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, konzentrischen Stege auf der Oberseite (2) und der Unterseite (3) (d. h. die Profilierung) des ringförmigen Dichtungselements entsteht.

Another object of the invention relates to a method for producing an inventive annular sealing element made of polytetrafluoroethylene (PTFE) with or without filler (preferably with filler), wherein

a) an annular sealing element made of PTFE with or without filler (preferably with filler) is pressed such that in each case at least two, preferably at least three, concentric webs on the top ( 2 ) and the underside ( 3 ) (ie the profiling) of the annular sealing element arise, or
b) PTFE powder with or without filler (preferably with filler) directly. is sintered and pressed, so that in each case an annular sealing element with at least two, preferably at least three, concentric webs on the top ( 2 ) and the underside ( 3 ) (ie the profiling) of the annular sealing element is formed.

Für die Herstellmethode a) werden vorzugsweise bekannte Flachdichtungen aus PTFE mit oder ohne Füllstoff in einem Stahlwerkzeug unter einer Presse in kaltem Zustand bei Raumtemperatur verpresst. Eine Verpressung mit aufgeheizten Werkzeugen und/oder vorgeheizten Dichtungen ist auch möglich. Für die oben genannte Herstellmethode b) wird PTFE-Pulver mit oder ohne Füllstoffe im beheizten Presswerkzeug direkt gesintert. Vorzugsweise wird auch durch die Herstellmethode b) eine ringförmige profilierte Flachdichtung hergestellt. Mit den oben genannten Methoden ist es möglich die in dieser Anmeldung beschriebenen Dichtungselemente herzustellen.For the production method a) are preferably known flat gaskets made of PTFE with or without filler in a steel tool Pressed under a press in a cold state at room temperature. Pressing with heated tools and / or preheated Seals are also possible. For the above Manufacturing method b) is PTFE powder with or without fillers sintered directly in the heated pressing tool. Preferably, too by the manufacturing method b) an annular profiled Flat gasket produced. It is with the above methods possible the sealing elements described in this application manufacture.

Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen ringförmigen Dichtungselements zur Abdichtung von Rohflanschen eines Kunststoffleitungssystems, insbesondere eines Kunststoff Verbundleitungssystems.The The invention also relates to a use of an inventive annular sealing element for sealing raw flanges a plastic piping system, in particular a plastic composite piping system.

Wie die nachfolgenden Beispiele exemplarisch zeigen, führt der Einsatz der erfindungsgemäßen Dichtungselemente zu hervorragenden Dichtungsergebnissen in Kunststoffleitungen, die in einer bestandenen Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA-Luft) Prüfung in Kunststoffverbundleitungen beim TÜV-Süd (Deutschland) resultierten. Der geprüfte Bereich ging über die normalerweise maximalen Einsatzmöglichkeiten (80°C/6 bar bzw. 50°C/10 bar) der Kunststoffleitungen hinaus (90°C/10 bar). Diese erfindungsgemäßen Dichtungselemente eröffnen völlig neue Möglichkeiten und Sicherheiten für Kunststoffverbundleitungssystem bzw. für Flanschsysteme mit geringer maximaler Flächenpressung.As The examples below show by way of example the use of the sealing elements according to the invention to excellent sealing results in plastic pipes, the in a passed technical manual to keep the air clean (TA-Luft) Testing in plastic composite pipes at TÜV-Süd (Germany) resulted. The tested area went over the normally maximum possible applications (80 ° C / 6 bar or 50 ° C / 10 bar) of the plastic lines (90 ° C / 10 bar). These sealing elements according to the invention open up completely new possibilities and Collateral for plastic composite piping system or for Flange systems with low maximum surface pressure.

Figuren:Characters:

1: Querschnitt eines erfindungsgemäßen bevorzugten ringförmigen Dichtungselements (1) mit drei Stegen jeweils auf der Oberseite (6a, 6b und 6c) und der Unterseite (7a, 7b, 7c). Die Stege (6a, 7a) auf der Ober- und Unterseite (2, 3) schließen sich direkt an den Innenrand (4) des ringförmigen Dichtungsrings (1) an. Die Längskanten (9a, 10a) der Stege bilden dabei ein Teil des Innenrands (4). Die Figur zeigt weiter, dass ein Steg (6c) auf der Oberseite und ein Steg auf der Unterseite (7c) sich direkt an den Außenrand (5) des ringförmigen Dichtungsrings (1) anschließen und die Längskanten der Stege (9b, 10b) ein Teil des Außenrands (5) bilden. 1 : Cross section of a preferred annular sealing element according to the invention ( 1 ) With three bars each on the top ( 6a . 6b and 6c ) and the underside ( 7a . 7b . 7c ). The bridges ( 6a . 7a ) on the top and bottom ( 2 . 3 ) close directly to the inner edge ( 4 ) of the annular sealing ring ( 1 ) at. The longitudinal edges ( 9a . 10a ) of the webs form a part of the inner edge ( 4 ). The figure further shows that a bridge ( 6c ) on the top and a bridge on the bottom ( 7c ) directly to the outer edge ( 5 ) of the annular sealing ring ( 1 ) and the longitudinal edges of the webs ( 9b . 10b ) a part of the outer edge ( 5 ) form.

2: Draufsicht (Ober- oder Unterseite) auf ein erfindungsgemäß bevorzugtes ringförmiges Dichtungselement (1) mit drei Stegen (6a bzw. 7a, 6b bzw. 7b und 6c bzw. 7c, je nachdem ob man das Dichtungselement von der Ober- oder der Unterseite betrachtet). Dargestellt sind auch der Innen- (4) und der Außenrand (5) des erfindungsgemäß bevorzugten ringförmigen. Dichtungselements (1). 2 : Top view (top or bottom) of an inventively preferred annular sealing element ( 1 ) with three webs ( 6a respectively. 7a . 6b respectively. 7b and 6c respectively. 7c depending on whether the sealing element is viewed from the top or the bottom). Also shown are the interior ( 4 ) and the outer edge ( 5 ) of the inventively preferred annular. Sealing element ( 1 ).

3: Stege mit einem rechteckigen Querschnitt (10; 3a), einem Querschnitt mit konvex gekrümmten Längskanten (11; 3b), einem trapezförmigen Querschnitt (12; 3c), bei dem die lange Seite des Trapezes jeweils mit der Ober- bzw. Unterseite (2, 3) verbunden ist und einen Steg (13; 3d) mit zwei abgerundeten Längskanten. Die Oberseite (14a) bzw. die Unterseite (14b) der Stege ist (im Querschnitt) flach dargestellt. Längskanten (16) von Stegen sind illustrativ für die Stege mit rechteckigem Querschnitt (10) und für denjenigen mit konvex gekrümmten Längskanten (11) dargestellt. 3 : Webs with a rectangular cross-section ( 10 ; 3a ), a cross section with convexly curved longitudinal edges ( 11 ; 3b ), a trapezoidal cross section ( 12 ; 3c ), in which the long side of the trapezoid with the top or bottom ( 2 . 3 ) and a bridge ( 13 ; 3d ) with two rounded longitudinal edges. The top ( 14a ) or the underside ( 14b ) of the webs is shown (in cross section) flat. Longitudinal edges ( 16 ) of webs are illustrative of the webs of rectangular cross-section ( 10 ) and for those with convexly curved longitudinal edges ( 11 ).

Beispiele:Examples:

1. Herstellung der ringförmigen Dichtungselemente1. Preparation of the annular sealing elements

Zwei erfindungsgemäße PTFE-Dichtungen mit Nennweite DN50 (Abmessungen: Außendurchmesser 108 mm, Innendurchmesser 68 mm und einer Dicke von 3 mm) und Nennweite von DN200 (Abmessungen: Außendurchmesser 274, Innendurchmesser 218 mm und einer Dicke von 3 mm) wurden so verpresst, dass jeweils auf jeder Seite (Ober- und Unterfläche) genau gegenüberliegend drei definierte konzentrische Stege (bei DN50, siehe 1 oder 2) bzw. vier definierte konzentrische Stege (bei DN200) die ca. 50% der gesamten Ober- und Unterseitenfläche ausmachen, entstanden. Jeweils der erste Steg (6a, 7a) auf der Ober- und Unterseite (2, 3) schließt sich dabei direkt an den Innenrand (4) des ringförmigen Dichtungsrings (1) an, so dass zumindest ein Teil der Längskanten (9a, 10a) des Steges ein Teil des Innenrandes (4) bilden. Der jeweils letzte Steg (6c bei DN50; für DN200 nicht dargestellt) auf der Oberseite und der letzte Steg (7c bei DN50; für DN200 nicht dargestellt) auf der Unterseite schließen sich direkt an den Außenrand (5) des ringförmigen Dichtungsrings (1) an und zumindest ein Teil der Längskanten der Stege (9b, 10b bei DN50; für DN200 nicht dargestellt) bilden ein Teil des Außenrands (5).Two PTFE seals according to the invention with nominal diameter DN50 (dimensions: outer diameter 108 mm, inner diameter 68 mm and a thickness of 3 mm) and nominal diameter of DN200 (dimensions: outer diameter 274, inner diameter 218 mm and a thickness of 3 mm) were pressed in such a way that on each side (top and bottom) exactly opposite three defined concentric bars (for DN50, see 1 or 2 ) or four defined concentric webs (in DN200) which make up about 50% of the total upper and lower surface area. In each case the first bridge ( 6a . 7a ) on the top and bottom ( 2 . 3 ) closes directly to the inner edge ( 4 ) of the annular sealing ring ( 1 ), so that at least a part of the longitudinal edges ( 9a . 10a ) of the bridge a part of the inner edge ( 4 ) form. The last bridge ( 6c at DN50; for DN200 not shown) on the top and the last bridge ( 7c at DN50; for DN200 not shown) on the bottom close directly to the outer edge ( 5 ) of the annular sealing ring ( 1 ) and at least part of the longitudinal edges of the webs ( 9b . 10b at DN50; not shown for DN200) form part of the outer edge ( 5 ).

2. Prüfungsaufbau2. Examination structure

Aufgrund des ungünstigen Verhältnisses von Dichtfläche zu Schraubenzahl und Größe wurden die kritischsten Flanschverbindungen der Nennweite DN50 und DN200 für die Leckagemessung verwendet und um die Restflächenpressung zu ermitteln.by virtue of the unfavorable ratio of sealing surface to screw number and size were the most critical Flange connections of nominal width DN50 and DN200 for the Leakage measurement used and around the residual surface pressure to investigate.

Die Dichtungselemente wurden entsprechend DIN 28090-2 (Sept. 1995) mit einem handelsüblichen GFK-Flanschpaar DN50 bzw. DN200 PN10, eine Flachdichtung für statischen Einsatz auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE) und den zugehörigen kalibrierten Messschrauben in einem Kunststoff-Verbund-Rohrsystem (Material PVDF/GFK stellvertretend für alle Kunsstoffverbundsysteme; Innenliner aus Polyvinylidenflourid mit glasfaserverstärkten Kunststoff als Verstärkungsummantelung; Flansche ebenfalls aus GFK) eingebaut. Die Oberflächen der Flanschdichtflächen sind glatt. Die Dichtoberflächen (Ober- und Unterseite der Dichtungselemente sowie die Oberflächen der Flanschdichtflächen) wurden nicht nachgearbeitet. Die Flanschverbindung wurde mit Luft mit einer Temperatur von ca. 90°C durchströmt. Die Temperaturmessung erfolgte direkt am Flansch mit einer Temperaturmessung der Firma Ahlborn (System Almend^®) Die Montage der Flanschverbindung erfolgte nach bekannten Methoden. Alle Messschrauben wurden vor Beginn der Prüfungen und zwischen deren Verlauf kalibriert. Die Kalibrierung der Messschrauben erfolgte in einer Universalprüfmaschine (Zwick 1485) mittels einer geeigneten Vorrichtung, die es ermöglicht, die Messschrauben mit Messuhr und Adapter in der Universalprüfmaschine aufzunehmen. Die Vorrichtung wurde in Anlehnung an ASTM F38 (Korrekturlinie der Standfestigkeit der Zugprüfmaschine der Firma Zwick/Software TEST EXPERT) erstellt. Bei der Kalibrierung selbst waren die Schrauben so eingebaut, dass sie bei Zugbeanspruchung nicht verkanten können. Anschließend wurden die Schrauben stufenweise jeweils um 5 μm gedehnt und die entsprechenden Kräfte aufgezeichnet. Für jede Schraube wurden drei Messreihen aufgenommen und für die Erstellung der Kalibrierkurven die Mittelwerte verwendet.The sealing elements were correspondingly DIN 28090-2 (Sept. 1995) with a commercially available GRP flange pair DN50 or DN200 PN10, a flat gasket for static use based on polytetrafluoroethylene (PTFE) and the corresponding calibrated micrometers in a plastic composite pipe system (PVDF / GFK material representative of all plastic composite systems; fiberglass-reinforced plastic as reinforcing coating, flanges also made of GRP) installed. The surfaces of the flange sealing surfaces are smooth. The sealing surfaces (top and bottom of the sealing elements as well as the surfaces of the flange sealing surfaces) were not reworked. The flange connection was traversed with air at a temperature of about 90 ° C. The temperature was measured directly at the flange with a temperature measurement by the company Ahlborn (System Almend ^® ). The flange connection was assembled by known methods. All micrometers were calibrated prior to testing and between its course. The calibration of the micrometers was carried out in a universal testing machine (Zwick 1485) by means of a suitable device, which makes it possible to record the micrometers with dial indicator and adapter in the universal testing machine. The device was based on ASTM F38 (Correction line of the stability of the Zwick tensile testing machine / TEST EXPERT software). During the calibration itself, the screws were installed so that they can not tilt when subjected to tensile stress. Subsequently, the screws were stretched in stages by 5 microns and recorded the corresponding forces. For each screw, three series of measurements were taken and the mean values were used for the preparation of the calibration curves.

Weiter wurde ein Kraft/Dehnungs-Diagramm erstellt, mit dessen Hilfe für jede gewünschte Schraubenvorspannung die äquivalente Schraubenlängung abgelesen werden kann. Das Anziehen der Schrauben erfolgte hierbei mit einem Drehmomentenschlüssel. Da die Gewinde, Köpfe und Unterlegscheiben sämtlicher Schrauben vor jedem Versuch sorgfältig gereinigt und geschmiert wurden, ist davon auszugehen, dass die Schraubenkraft der mit und ohne Messuhr verwendeten Schrauben annähernd gleich ist. Die ermittelte Schraubenkraft der Messschrauben mit Messuhr wurde daher entsprechend auf sämtliche Schrauben umgelegt.Further A force / strain diagram was created, with the help of which any desired bolt preload the equivalent Screw elongation can be read. Attracting the Screws were made with a torque wrench. Since the threads, heads and washers of all screws were carefully cleaned and lubricated before each experiment, It can be assumed that the screw force of the with and without dial gauge used screws is approximately equal. The determined bolt force The micrometer with dial gauge was therefore corresponding to all Put down the screws.

Nach dieser Temperaturauslagerung wurde die Flanschverbindung mit dem Heliummassenspektrometer (Alcatel, ASM 120 h) auf Leckage geprüft.To This temperature outsourcing became the flange connection with the Helium mass spectrometer (Alcatel, ASM 120 h) tested for leakage.

3. Messung der Flächenpressung und Leckagerate3. Measurement of the surface pressure and leakage rate

Die Prüfung der Leckagemenge wurde mit dem Heliummassenspektrometer gemäß der VDI2440 (Richtlinie Verein Deutscher Ingenieure; Emissionsminderung – Mineralölraffinerien, Ausgabedatum November 2000, siehe insbesondere Kapitel 3.3.1.4.; Flanschverbindungen) und Auslagerung der Flansche bei maximaler Betriebstemperatur (90°C) durchgeführt. Danach wurde das Flanschsystem auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Flansch wurde evakuiert und mit Helium auf 10 bar gefüllt und geprüft. Das Prüfmedium war Helium. Während der Prüfung fand ein Lastwechsel von 3–4 Stunden über einen Zeitraum von 4 Tagen zwischen Raumtemperatur und 90°C statt. Nennweite Flächenpressung [N/mm²] Temperatur [°C] Druck [bar] Leckagerate [mbar·l/(s·m)] DN50 10 90 10 2,3·10^–5* DN200 10 90 10 8,7·10^–5* Tabelle 1: Ergebnis der Prüfung in Anlehnung an VDI2440 [s. o.] The leakage quantity was tested with the helium mass spectrometer according to the VDI2440 (Guideline Association of German Engineers, Emission Reduction - Mineral Oil Refineries, Issue date November 2000, see in particular chapter 3.3.1.4, flange connections) and flanges are removed at maximum operating temperature (90 ° C). Thereafter, the flange system was cooled to room temperature. The flange was evacuated and filled with helium to 10 bar and tested. The test medium was helium. During the test, there was a load change of 3-4 hours over a period of 4 days between room temperature and 90 ° C. nominal width Surface pressure [N / mm ² ] Temperature [° C] Pressure [bar] Leakage rate [mbar · l / (s · m)] DN50 10 90 10 2,3 · 10 ^-5 * DN200 10 90 10 8.7 · 10 ^-5 * Table 1: Result of the test in accordance with VDI2440 [see above]

* = Average of 3 measurements

Es zeigte sich schon beim Einbau, dass die Dichtung aufgrund der Geometrie eine für diese Art der Dichtung gute Vorspannung aufzeigt. Der Flanschverbund zeigte unter der aufgebrachten Temperatur eine wesentlich höhere Restflächenpressung 4–5 N/mm² als Erfahrungswerte aus dem Stand der Technik (PTFE Dichtungen aus dem Stand der Technik erreichen 1 bis 2 N/mm² unter gleichen Bedingungen). Die Schraubenverbindungen wurden während des gesamten Versuchs nicht nachgezogen. Die Leckagemessung zeigte, dass die Dichtungen aufgrund der Geometrie und der Profilierung eine ausgezeichnete Rückstellkraft im geprüften Temperaturprofil bis 90°C aufweist.It was already apparent during installation that due to the geometry the seal shows a good preload for this type of seal. The flange assembly exhibited a significantly higher residual surface pressure of 4-5 N / mm ² under the applied temperature than prior art experience (prior art PTFE gaskets reach 1 to 2 N / mm ² under the same conditions). The screw connections were not tightened throughout the experiment. The leakage measurement showed that the seals have an excellent restoring force in the tested temperature profile up to 90 ° C due to the geometry and the profiling.

Dadurch wurde erstmalig die TA-Luft-Zertifizierung ( VDI2440 ) für ein Kunststoffverbundsystem erreicht.This was the first time TA-Luft certification ( VDI2440 ) achieved for a plastic composite system.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- DIN 28090-2 (Sept. 1995) [0030]
ASTM F38 [0030]
- VDI2440 (Guideline Association of German Engineers, Emission Reduction - Mineral Oil Refineries, Issue date November 2000, see in particular Chapter 3.3.1.4, Flanged joints) [0033]
- VDI2440 [0036]

Claims

Ring-shaped sealing element made of polytetrafluoroethylene (PTFE) with a top, a bottom, an inside edge and an outer edge, with the top and bottom respectively come into contact with an element to be sealed and the upper and bottom in otherwise flat design each on each Side over at least two concentric webs and the webs are opposite each other on the top and the bottom.

Annular sealing element according to claim 1, wherein the elements to be sealed pipe flanges of a plastic pipe system, in particular a plastic composite pipe system.

Ring-shaped sealing element after a of the preceding claims, wherein the surface all existing concentric ridges 30% to 80% and preferably 40% to 60% of the total surface of the top and bottom make the sealing element.

Ring-shaped sealing element after a the previous claims, wherein the webs on the upper and Bottom directly to the inner edge of the annular Connect sealing ring and at least part of the longitudinal edges the webs form part of the inner edge.

Ring-shaped sealing element after a the previous claims, wherein the top and bottom respectively over have at least two bars and each to the outer edge nearest footbridges on the top and bottom directly to the outer edge of the annular sealing element connect and at least part of the longitudinal edges this webs a part of the outer edge of the sealing element form.

Ring-shaped sealing element after a the previous claims, wherein the opposite Webs on the top / bottom of the sealing element with respect Their cross-section are the same.

Ring-shaped sealing element after a the previous claims, wherein the annular Sealing element is a flat gasket.

Ring-shaped sealing element after a the previous claims wherein the top and bottom at otherwise flat design on each side over have at least three concentric bars and the bars are opposite each other on the top and bottom.

Ring-shaped sealing element after a of the preceding claims made of polytetrafluoroethylene (PTFE) with fillers.

Polytetrafluoroethylene ring-shaped profiled sealing element (PTFE) with a specific leak rate of less than 10 ^-4 at a pressure of 10 bar, a temperature of 90 ° C, a surface pressure of 10 MPa (N / mm ² ) and a nominal diameter of the sealing element of DN50 mbar · l / s · m) preferably 2.3 · 10 ^-5 mbar · l / (s · m) and a residual surface pressure of 4 to 5 MPa (N / mm ² ).

Annular profiled sealing element according to claim 10, wherein the annular profiled sealing element according to an annular sealing element is configured according to one of claims 1 to 9.

Annular sealing element according to claim 10, wherein the annular profiled sealing element a flat gasket with webs is and the entire web surface 30% to 80% and preferably 40% to 60% of the total surface area make the sealing element.

Process for producing an annular Sealing element of polytetrafluoroethylene (PTFE), wherein a) an annular sealing element made of PTFE optionally with a filler is compressed such that in each case at least two, preferably at least three, concentric webs on the Top and bottom of the annular sealing element arise, or b) PTFE powder optionally with a filler directly sintered and pressed, so that in each case an annular sealing element with at least two, preferably at least three, concentric Webs on the top and bottom of the sealing element arises.

Use of an annular sealing element according to one of claims 1 to 12 for sealing raw flanges a plastic piping system, in particular a plastic composite piping system.