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Dichtung.
Die Erfindung betrifft Dichtungen mit einer einzigen kreisförmigen Anstreiilippe, die sich unter Vorspannung gegen eine Berührungsfläche legt, um einen dichten Abschluss zwischen zwei benachbarten Räumen herzustellen.
Dichtungen dieser Art sind bekannt und können zufriedenstellende Ergebnisse liefern, wenn sie zwischen zwei gegenseitig in Ruhe befindlichen Organen eingesetzt sind. Dagegen versagen sie vollkommen, wenn sie zwischen Organen angeordnet sind, die sich in rascher Bewegung zueinander befinden ; denn da die Anstreiflippe sich fast auf ihrer ganzen Höhe gegen die Berührungsfläche legt, entstehen sehr hohe Reibwirkungen, die den relativen Bewegungen dieser Organe einen erheblichen Widerstand bieten und rasche Erhitzungen hervorrufen, so dass die Wirksamkeit der Dichtungen sehr schnell abnimmt und ihre Lebensdauer sehr herabgesetzt ist.
Man hat daher auch bereits vorgeschlagen, die Anstreiflippe von ihrer Wurzel an auf fast ihrer
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Kontakt mit der Berührungsfläche bildet. Bei derartigen Dichtungen tritt zwar eine geringere Reibwirkung auf ; dafür sind diese Dichtungen aber mit andern schweren Mängeln behaftet, die namentlich darin bestehen, dass beim Auftreten erheblich er Druckunterschiede zwischen den beiden dicht zu trennenden Räumen die Anstreiflippen durch den Druck an einem zwischen ihrem Ende und ihrer Wurzel liegenden Teil eingedrückt oder anders verformt werden können, derart, dass sich das Lippenende, an welchem gerade die dichtende Wirkung erzielt werden soll, von der Berührungsfläche abbiegt oder mit einem verminderten Druck an diese anlegt. Es ist ohne weiteres klar, dass dadurch die abdichtende Wirkung sehr verschlechtert werden würde.
Anderseits sind auch die bei dieser letzteren Art von Dichtungen auftretenden Reibungen und die mit ihnen verbundenen Nachteile immer noch recht erheblich, so dass die Lebensdauer solcher Dichtungen nur gering sein wird, wenn sie zwischen Teilen vorgesehen werden, die rasche Bewegungen zueinander ausführen.
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beseitigt, dass Anstreiflippen vorgesehen werden, deren Biegsamkeit von ihrer Wurzel bis zu ihrem Ende fortschreitend zunimmt, wobei das Lippenende in eine wie eine Schneide ausgebildete scharfe Kante ausläuft und eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt besitzt. Es ist ersichtlich, dass auf diese
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zentriert ist, die so ausserordentlich fest gegen die Berührungsfläche gepresst wird.
Bei Zunahme der Druckunterschiede zwischen den dicht gegeneinander abzuschliessenden Räumen wird dieser Berührungspunkt gerade an den Lippenenden verstärkt werden, da die Lippen an dieser Stelle am elastischsten und nachgiebigsten sind. Auch die Reibungswiderstände werden, falls es sieh um eine Dichtung zwischen
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sein, da das als scharfe Kante ausgebildete Lippenende einen fast linearen Kontakt herstellt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird derHalbwinkel am Scheitel des kegelstumpfförmigen freien Endes der Lippe derart gewählt, dass er zwischen 30 und 600 liegt. Dadurch erhält das eine Schneide bildende Lippenende einen derart abgeschrägten Querschnitt, dass sieh der Angriffswinkel dieser Schneidekante trotz des Verschleisses während der Benutzung nicht ändert und gleich dem halben Scheitelwinkel des erwähnten Kegels bleibt.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung an Hand der lediglich als Beispiel dienenden schematischen Zeichnung hervcrgehen. Auf der Zeichnung stellen dar :
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Fig. 1 im grossen Massstabe einen radialen Schnitt durch eine mit Anstreiflippen versehene Dichtung (Kalotte, Scheibe oder Segment) gemäss der Erfindung ;
die strichpunktierten Linien veranschaulichen hier die Stellung, die der Dichtungskörper einnimmt, wenn seine Schneide sieh mit der Oberfläche in Berührung befindet, an welcher sie federnd anliegt, Fig. 2 und 3 Schnitte durch abge- änderte Ausführungsformen der Dichtungseinlage gemäss der Erfindung, Fig. 4 im Schnitt eine weitere Ausführungsform mit zwei entgegengesetzten Sehneiden, Fig. 5 einen Schnitt durch ein Ventil mit einer Anstreifdichtung gemäss der Erfindung, Fig. 6,7 und 8 ähnliche Schnitte durch eine Kugelgelenkverbindung und durch zwei Stopfbüchsen, die mit einer derartigen Dichtung versehen sind.
Gemäss demAusführungsbeispiel nach Fig. l soll die nur im radialen Schnitt dargestellte Anstreif- dichtung mit ihrer rechten Seite an einer zylindrischen Fläche 2 (a-b) reiben. Diese Fläche 2 kann hohl (Innenwand eines Zylinders) oder erhaben (Oberfläche einer Stange) sein. Je nach dem einen oder andern Falle zeigt die Fig. 1 mithin den Querschnitt der rechten oder der linken Seite des Kranzes oder Ringes, den der ganze Dichtungskörper bildet.
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aufweist, deren Höhe A-t, die mit der Fläche 2 in Berührung kommen soll, sehr klein ist, z.
B. in der Grössenordnung eines Millimeters oder noch weniger (selbst praktisch nullwertig) bei einem Durchmesser von weniger als 50 nein. Die Oberseite it des freien Randes 4 des Dichtungskörpers wird von
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auf die Mittellinie des Dichtungskörpers, d. h. in bezug auf a-b derart geneigt, dass die Lippe vom Zentrierabsatz zum freien Rande 4 des Dichtungskörpers sich immer mehr verjüngt.
Der Halbmesser der Absatzfläche d-e entspricht bis auf ein sehr geringes Spiel x für den Einbau
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der Halbmesser der Fläche h-i des Randes 4 kleiner (falls die Fläche 2 erhaben ist) oder grösser (falls die Fläche 2 hohl ist) als der Durchmesser dieser Fläche, u. zw. um eine bestimmte Menge y, z. B. einige Zehntel eines Millimeters bei einer Fläche 2 mit einem Durchmesser von 50 mw.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass der Maschinenteil, dem die Fläche 2 angehört, in den
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die die strichpunktierte Stellung einnimmt, wobei der Rand 4 nach 4'gelangt. Natürlich darf die Verformung 4-4'die Elastizitätsgrenze des Metalls nicht überschreiten.
Wie ersichtlich ist, liegt der Rand 4 mit seiner Fläche h-i federnd an der Wand 2 mit umso grösserer Kraft an. je grösser die elastische Verformung 4-4'beim Einbau ist.
Der Rand 4 des Dichtungskörpers bildet bei i eine regelrechte Sehneide, die die Fläche 2 während der Längsverschiebungen dieser Fläche und der Anstreifkalotte in bezug aufeinander bestreicht und auf diese Weise eine vollkommene Abdichtung zwischen beiden Maschinenteilen gewährleistet.
Ausserdem ist zu ersehen, dass die Verformung 4-4'zwischen dem Dichtungskörper und der Wandung 2 (a-b) bei h', g',/', e eine Aushöhlung bildet. Die Durehsehnittstiefe z dieser Aushöhlung und die Starrheit der Lippe müssen ausreichend sein, um ein sehr leichtes Gleiten bei den stärksten Betriebsdrücken zu gewährleisten, d. h. bei den stärksten Drücken darf die Lippe mit ihrem entsprechenden Teil die Fläche a-b nicht oder schlimmstenfalls nur mit sehr geringem Druck berühren.
Die Aushöhlung mit der Tiefe z kann auf Wunsch vergrössert werden, u. zw. durch eine vom Zentrierabsatz ausgehende, nur in der Ruhestellung bestehende, leichte Aushöhlung 3, wie es die Fig. 2 zeigt. Die Tiefe s dieser Aushöhlung kann von der Grössenordnung einiger Hundertstel eines Minimeters oder etwas grösser sein.
Natürlich sind die Abmessungen a, 8 1 ion den Fig. 1 und 2 zwecks besserer Lesbarkeit der Zeichnung beträchtlich vergrössert.
Der Zentrierabsatz des Dichtungskörpers braucht nicht aus einem Stück mit diesem zu bestehen. sondern kann auf diesen durch Aufschrauben oder in anderer Weise angesetzt werden, wodurch es möglich wäre, diesen Zentrierabsatz aus jedem andern Metall, Legierung oder geeigneterem Stoff herzustellen.
Ausser obigen Bedingungen bezüglich des Durchmessers muss das Ganze noch andere Bedingungen erfüllen.
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aber eine genügende Stärke aufweisen, um dem Druck soweit widerstehen zu können, dass der kräftige Kontakt nur in der Nähe der scharfen Kante i auf der geringen Höhe i-it (die z. B. bei einem Durchmesser unterhalb 50 nun kleiner als l mm ist) zustandekommt. Ferner muss die Höhe e--i der Lippe ausreichend sein, damit nach Berücksichtigung ihrer Stärke der federnde Kontakt der scharfen Kante bei allen Betriebsdrücken gewahrt bleibt.
Die zur Verwendung gelangenden Metalle müssen geeignete Reibungseigenschaften haben, um das Anfressen zu vermeiden, da die Anstreiflippe das Öl herausschabt. Ferner müssen die makro-
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graphische Körnung und die mechanische Festigkeit des zur Herstellung des Dichtungskörpers ver- wendeten Metalls das Ausschneiden einer scharfen Kante gestatten. Man verwendet deshalb ein genügend federndes, vollkommen gleichförmiges Metall mit sehr gedrängtem Feingefüge. Die Wandung mit der Fläche 2 muss ihrerseits aus einem Metall mit sehr gedrängter makrographiseher Körnung bestehen, die ein einwandfreies Polieren gestattet und genügend hart ist, um von der Schneide i des Dichtungskörpers nicht zerkratzt zu werden.
Für eine Kalotte 1 aus Bronze mit hoher Festigkeit (Festigkeit > 50 kg pro Quadratmillimeter, Dehnung 10%) muss die Brinnel-Vickers-Härte der Aussenschicht der Wandung 2 mehr als 200
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spruchungen standzuhalten, die den Rand 4 gegen die Wand 2 anlegen. Für diese Wand benutzt man beispielsweise nitrierten Stahl oder Gusseisen, Chromstahl oder Brennstahl.
Nach Erfüllung dieser Bedingungen bietet die Vorrichtung folgende Hauptvorteile :
Die Reibung ist sehr herabgesetzt, zumal im Vergleich zu den üblichen Stopfbüchsen oder selbst zu den nachgiebigen Dichtungspackungen ; die Öldichtkeit besteht auch bei sehr hohen Drücken, die über 1000 A'y je Quadratzentimeter hinausgehen ; beim Anfahren nach längerer Stillsetzung des Betriebes ist nicht zu befürchten, dass die Packung 1 reisst wie dies mit den Gummipackungen der Fall ist ; der geringe Verschleiss, der sich mit der Zeit einstellt, beeinträchtigt nicht die Dichtheit, denn die einzelnen aufeinanderfolgenden Querschnitte des Randes 4 sind zu i'h'parallel und ändern mithin nicht den Winkel a der Schneide.
Fig. 3 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform, wonach Hilfssehneiden 4a, 4b vorgesehen sind, deren Vorsprung in bezug auf a-b einen derart abnehmenden Wert aufweist, dass alle diese Schneiden nach erfolgtem Einbau (siehe die strichpunktierte Stellung) federnd an dieser Wand anliegen.
Die Fig. 4 zeigt einen Dichtungskörper mit zwei symmetrisch zu beiden Seiten eines mittleren Absatzes liegenden Lippen. Diese Dichtung ist doppeltwirkend.
Nachstehend seien beispielsweise einige Anwendungen des Dichtungskörpers (Kalotte, Scheibe oder Segment) gemäss der Erfindung beschrieben.
Im Beispiel nach Fig. 5 wird ein Ventil 5 von einer Feder 7 auf den Ventilsitz 6 gedrückt. Zwecks Gewährleistung der vollkommenen Abdichtung zwischen den beiden durch das Ventil 5 getrennten Kammern 8 und 9 besitzt ein auf dem Sitz 6 festgeschraubter oder in jeder sonstigen Weise angebrachter Dichtungskörper 1 eine kreisrunde, verjüngte, federnde Lippe, die über dem Zentrierabsatz ausgehöhlt ist und deren schneidenförmiger freier Rand 4 vor dem Einbau einen kleineren Durchmesser besitzt als der zylindrische Teil 12 des Ventilkörpers. Es folgt hieraus, dass, wenn das Ventil 5 und der Dich-
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des Dichtungskörpers 1 innig am Ventilkörper anliegen wird : Auf diese Weise wird eine ausgezeichnete Abdichtung des Ventils gewährleistet.
Im Beispiel nach Fig. 6 handelt es sieh um die Verwirklichung einer dichten Verbindung zwischen
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ist ein mit der Leitung 14 aus einem Stück hergestellter oder auf diese aufgesetzter Dichtungskörper 1 mit einer kreisförmigen, verjüngten, federnden Lippe versehen, deren sehneidenförmiger freier Rand J vor dem Einbau einen kleineren Durchmesser als das Kugelstück 15 besitzt. Eine auf den Teil 14-1
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das Eindringen der Aussenluft in die vom Hohlraum der Kappe gebildete Kammer 18, und der auf die Lippe des Dichtungskörpers 1 einwirkende Luftdruck drückt alsdann den Rand 7 dieser Lippe kräftig gegen das Kugelstück 15 an.
Im Beispiel nach Fig. 7 kann ein Kolben 19 mit der Kolbenstange 20 in einem Zylinder 21
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federnden Lippe versehen, deren freier, schnaidenförmiger Rand 4 vor dem Einbau einen grösseren Durchmesser als die Innenwand des Zylinders, 21 besitzt. Auf der Kolbenstange 20 ist eine zweite Metaldichtung 1a gelagert ; diese besitzt eine Schneide 4a, die federnd im Zylinder anliegt und ein Mittelstück 22, das auf einer Schulter 23 der Kolbenstange 20 zum Anschlag kommt. Ein durch ein Ventil 24 und durch Leitungen 25, 26 und, 27 der Kolbenstange 20 eingeführtes Strömmittel erfüllt den Hohlraum 28 zwischen den Packungen 1 und 1a, dem Zylinder 27 und der Kolbenstange 20.
Da die scharfen Kanten 4 und ja normalerweise einen grösseren Durchmesser als der Zylinder 21 besitzen,
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gewährleisten eine einwandfreie Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder.
Im Beispiel nach Fig. 8 handelt es sich ebenfalls um den Kolben 19, der mit einer Kolbenstange 20 versehen und im Zylinder 21 verstellbar ist. In diesem Falle jedoch ist eine l\'Ietalldichtung 1 am Zylinder 21 befestigt und mit einem Rande 4 versehen, der vor dem Einbau einen kleineren Durchmesser als die Kolbenstange 20 besitzt. Im Zyl ; nder 3 ist zwischen einer Schulter 29 dieses letzteren
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und einem Absatz 30 der Dichtung eine weitere Dichtung la gelagert ; diese ist mit dem Zylinder fest verbunden, und ihre Schneide 4a hat vor dem Einbau ebenfalls einen kleineren Durchmesser als die
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gezeichnete Abdichtung zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder.
Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung keineswegs auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungs- und Anwendungsformen, die nur als Beispiele anzusehen sind. Die Erfindung erstreckt sich vielmehr auf alle Vorrichtungen, bei welchen Dichtungen mit gegen eine hohle oder erhabene Zylinderfläche anliegenden Anstreiflippen Verwendung finden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Dichtung mit einer einzigen kreisförmigen, elastischen Anstreiflippe, die sich unter Vor-
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Räumen herzustellen, und von ihrer Wurzel an auf fast ihrer ganzen Höhe ausgenommen ist, so dass lediglich ihr freies Ende auf einer sehr geringen Höhe einen kräftigen Kontakt bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegsamkeit dieser Lippe von ihrer Wurzel an bis zu ihrem Ende, das in eine wie eine Schneide ausgebildete scharfe Kante ausläuft und die eigentliche Dichtung bildet, fortschreitend zunimmt, wobei dieses Ende eine im wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt aufweist.