Fugenabdichtung, insbesondere gegen grosse Druck- und Wärmeunterschiede. Die Erfindung bezieht sieh auf eine Fugenabdichtung, insbesondere .gegen ,grosse Druck- und Wärmeunterschiede, mit wenig stens einer Dichtungseinlage, die in wenig- stens einen quer zur Fuge verlaufenden Schlitz eingreift.
Eine bekannte Fugenabdichtung dieser Art ist eine für Kältemittelkompressoren vor geschlagene Kurbelwellendichtung, die das Entweichen von Ammoniakgas, Schwefel dioxyd und dergleichen aus. dem Kurbel gehäuse verhindern soll.
Die aus .dem Gehäuse austretende Kurbelwelle ist mit mehreren Ringen besetzt, deren Querschnitt sich nach aussen verjüngt, so @dass keilähnliche Ringrip pen entstehen, an deren Seitenflächen die Abdichtung vorgenommen wird. Über jede Ringrippe .greift zu diesem Zweck mit seinen Innenrändern ein Paar quer zu der wellenför mig verlaufenden Fuge angeordneter Metall- blech,Ringscheiben, deren Aussenrand fest und dicht eingespannt ist.
Die Ringrippen spreizen die beiden Innen- rInder jedes Blechringscheibenpaares ausein- ander, wodurch eine besonders starke Pres sung zwischen den Seitenflächen der ,Spreiz- ringe und den Innenrändern der die Dich- tungseinlage bildenden Blechringscheiben herbeigeführt wird.
Die Dichtungseinlagen verlaufen zwar quer zur Gesamtfuge, aber ihre Wirkung beruht wie die der allgemein gebräuchlicb,en Dichtungseinlagen, die in der Fuge liegen (z. B. .gewöhnliche Flanschdich- tungen), auf einer starken mechanischen Pressung.
Man hat ferner eine gas- und wasserdichte Verbindung von Rohren und Formstücken vorgeschlagen, bei der in die beiden Fugen flächen bezw. Dichtränder je eine tiefe Nut eingeformt und in beide Nuten ein quer zur Fuge verlaufendes Dichtungsglied aus elasti schem Werkstoff (Gummi, Asphaltfilz, Leder oder dergleichen) eingesetzt ist. Die sich von .der Fugenfläche zu ihrem Grunde hin ver jüngenden Nuten sind ausserdem mit einer Dichtungsmasse, wie Wachs,
Kitt usw., aus gefüllt. Da die Dichtung ausschliesslich mit Weichstoffen vorgenommen wird, ist die 'Verbindung für hohe Druck- und Wärme unterschiede unverwendbar, :denn sie muss schon bei Gas- und Wasserleitungen mit ge ringem Druck versagen, wenn die Weich- istoffe keine ausreichende mechanische Zu sammenpressung erfahren.
Schliesslich ist für Rohrabdichtungen eine die Lichtweite der Rohrenden vergrössernde Aussparung vorgeschlagen worden, mittels welcher unter Zuhilfenahme :eines innern Stützringes eine quer zur Stossfuge liegende Kammer gebildet wird, in die man eine Weichstoffpackun;g (Gummi, Leder, Asbest, Bleiwolle) einlegt.
Die Kammer soll kürzer als der Dichtungsring sein, und dieser wird beim Zusammenschrauben der Robrenden @so gestaucht, dass er die Kammer nahezu aus füllt und schon .ohne Mitwirkung .des Be triebsdruckes abdichtet. Als Z'(jeichstoffab- dichtung ist auch diese Verbindung für hohe Druck- und Wärmeunterschiede ungeeignet.
Gemäss der Erfindung soll die Aufgabe dadurch gelöst werden, da,ss die Dichtungs einlage aus einem federnden Metallbaud be steht und der erwähnte Schlitz eine solche Breite hat, dass das 3letallba.nd in diesem Schlitz sich seitlich bewegen kann.
Bekanntem gegenüber weist die erfin dungsgemässe Fugenabdichtung als besonders wesentlichen Unterschied den auf, da.ss keine mechanischen Druck- oder Verformungs- kräfte auf das Metalldichtband zur Einwir kung gebracht werden, um dadurch die ge wünschte Abdichtung zu erzwingen, wie es bis jetzt bei bekannten Fugenab@dichtungeu (aus Weichstoff oder Metall, in der Stossfuge oder quer zu dieser verlaufend) notwendig war.
Die Wirkung des erfindungsgemäss an- g o eordneten, federnden Metallbandes beruht vielmehr wenigstens zur Hauptsache auf dem im abzudichtenden Raume herrschenden Überdruck, gegebenenfalls in Zusammenwir kung mit der Wärmeausdehnung. Hierzu kann allenfalls noch eine Vorspannung des Dichtbandes treten.
Der Erfolg ist durch Versuche festge stellt worden, bei denen dem federnden Me talldichtband absichtlich kleine achsrechte Bewegungen in Sehlitzen ermöglicht wurden, also das Auftreten mechanischer Anpress- drücke mit Sicherheit ausgeschlossen war. Obgleich die Versuche mit besonders heissen und hochgespannten Gasen (Brennstoffmotor gase bei Verdichtung und Zündung) vorge nommen wurden, zeigten sich weder Undiclit- heiten noch sonstige Mängel.
Der Umstand, da.ss die Abdichtwirkung wenigstens zur Hauptsache auf dem Innendruck beruht, isst besonders günstig, weil dabei die erfin dungsgemässe Fu--enabdichtung unter belie big hohen. Innendrücken gleich gut wirkt.
Das Metalldichtband kann als kreiszylin drischer oder ähnlicher, z. B. elliptischer Ringmantel (das Versuchsband war ein Ringmantel mit einem aus zwei durch Ge rade verbundenen Halbkreisbogen bestehen den U mriss) oder aber als ebene Ringscheibe ausgebildet sein. Ferner kann das Metall dichtband aus zwei dicht; aneinanderliegenden offenen Ringen von etwa halber Banddicke bestehen, deren Stösse in bekannter Weise gegeneinander versetzt sind.
Ausser der Anordnung des Dichtbandes derart, dass das Band in zwei einander gegen überliegenden Schlitzen sich seitlich bewegen kann, sind für den Fall, dass das seitliche Bewegen nur in einem Schlitz stattfinden soll, Ausführungsformen möglich, bei denen das Metallhand in einem andern Schlitz stramm eingetrieben ist oder aber mit einem es tragenden Teil ein einziges Stück bildet.
Ein als Ringscheib < , ausgebildetes Metall dichtband hat für Kolbenabdichtungen be sondere Bedeutung. Dabei kann die Ring scheibe in den sie mit Spielraum aufnehmen den Schlitz nach der Niederdruckseite hin mit Vorspannung eingreifen. Ferner kann der die Ringscheibe mit seitlicher Bewegitngs- mögliclikeit aufnehmende Schlitz @so nahe an der der Hoclidriiel,:seite zugekehrten Aussen fläche des diesen Schlitz aufweisenden Teils angeordnet:
sein, class eine auf der Hochdruck seite verbleibende Ringwand dieses Teils quer federn kann.
Es können schliesslich bei Kolben, unter Wegfall von Kolbenringnuten, zum Abdich- tau zwei :oder mehr Metalldichtbänder par allel nebeneinander angeordnet ,sein.
Mit einem überraschend einfachen Hilfs mittel kann ein einwandfreier Abdichtungs erfolg ohne eine mechanische Zusammen pressung der Dichtflächen bezw. :des Dicht bandes erreicht werden. So braucht man bei spielsweise bei der Abdichtung von Rohr- oder Gefässfugen durch :die Verbindungs schrauben nur noch :eine Trennung der Fugenflächen, voneinander zu verhindern.
Die Bedeutung dieses Vorzuges geht besonders daraus hervor, dass bei den bis jetzt allein bewährten, in der Fuge liegenden Metalldich- tunb einlagen gerade der :dabei urentbehr- liche Anpress,druck :die grössten Schwierig keiten (häufiges Nachziehen, Gefahr der Überlastung der Schrauben usw.) bereitet.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1a und 1b .eine F'ugenab.dichtung für Rohre, Gefässe und dergleichen, Fig. 2a bis 3c die Abdichtungsverhält nisse bei bisher gebräuchlichen Kolbenringen, Fig. <I>4a</I> bis 4c in Anlehnung an Fig. 3a bis 3c die Abdichtungsverhältnisse einer er findungsgemässen Kolbenringabdichtung,
Fig. 5a bis 10b weitere Beispiele von er findungsgemässen golbenringabdicUtungen. Alle Abbildungen stellen Erläuterungs- skizzen -dar, in denen die Spielräume, die Verformungen des Dichtbandes usw. über trieben angedeutet :sind.
Fig. la zeigt die Abdichtung einer Fuge zwischen zwei rohr- oder gefässförmigen Hohlkörpern 1 und 2 durch ein federndes Metalldichtband 3, das in zwei quer zur Fuge verlaufende ,Schlitze ragt, die beide eine solche Weite haben, .dass .das Metallband in den Hohlkörpern 1 und 2 sich radial bewegen, d. h. sich ausdehnen und zusammenziehen kann.
Durch ein .oberes Widerlager 4 (2 sei ein auf einer Grundplatte stehendes Gefäss) ist angedeutet, dass -die Hohlkörper im Be reich der Fuge so miteinander verbunden sind, dass die Fugenflächen sich nicht von einander entfernen können, also die gezeich nete Agialläge des Dichtbandes 3 in seinen Schlitzen erhalten bleibt. Das kann mit Schrauben geschehen, auf die jedoch nur der' Innendruck und kein zusätzlicher Abdich- tu.ngs:druck entfällt.
Das Metalldichtband nach Fig. la und 1b besteht aus zwei dicht aneinanderliegenden offenen Riiigen 3' und 3" von je etwa halber Banddicke, deren Stösse 30' und 30" gegen einander versetzt sind. Bei den oben erwähn ten Versuchen wurde ein solches Band ver wendet, und zwar hatten die beiden einzel nen dünnen Stahlbänder 0,3 mm und 0,15 mm Dicke. Entsprechend gering waren auch die Spielräume in den :Schlitzen bezw. ner Ab- ständ der Bandkanten von dem zugehörigen Schlitzgrund.
Das Dichtband und die Schlitze sind kreiszylindrisch ,gezeichnet, können aber auch einen elliptischen Grundriss oder der gleichen haben.
Die Abdichtungswirkung entsteht da durch, dass das Metallband :sich unter :dem Einfluss des Innendruckes geringfügig ver formen und an die aussen befindliche Schlitz wand anlegen kann, eine Wirkung, die durch das Hinzutreten vom. Wärmedehnungen noch gesteigert wird.
F'ig. 2a bis 2c zeigen einen einfachen üblichen Kolbenring 5, der an der Zylinder fläche 6 abdichtend anliegt und in die Kol- benringnut 7 eingreift. Der Ring 5 muss we gen seiner Wärmedehnung in der Nut 7 seit liches Spiel 7' und 7" haben,,das stark über trieben angedeutet ist. Fig. 2a bedeutet die Nichtbetriebslage (ohne Innendruck und Wärme).
Nach Fig. 2b ist der Ring 5 durch den Betriebsdruck abdichtend an die rechte Nutseitenwand .gedrückt; das -Spiel 7' ist entsprechend grösser geworden. Fig. 2c zeigt ,den Einfluss der Wärmedehnung; ,das Spiel 7' hat .sich wieder verkleinert. Die waagrechten Pfeilspitzen bedeuten .den Druck des Be triebsmittels für die Abdichtung des Ringes 5 an der rechten Nutwand und die senkrech ten Pfeilspitzen den Druck für die Abdich tung gegenüber der Zylinderfläche 6.
Fig. 3a bis, :3e zeigen einen im Querschnitt U-förmigen Kolbenring 8 (sog. Zungenkol- benring) in einer im Querschnitt ebenfalls Uh.färmigen Kolbenringnut 9. Fig. 3a zeigt -wieder die Nichtbetriebslage. Gemäss Fig. 3b wirkt nur :der Betriebsdruck; die Abdich tung geschieht am Mittelsteg 9' :der Nut 9; so dass ein zu starker Druck auf die Zylinder fläche 6 vermieden ist.
Die Wärmedehnung führt den Zustand nach Fig. 3e mit Abdich tung an der rechten Nutseitenwand und Wie deranwachsen des Druckes auf die Zylinder fläche 6 herbei.
Bei den nachfolgend beschriebenen erfin dungsgemässen Kolbenringabdiehtungen ist das dünne, federnde Metallband als Ring scheibe ausgebildet.
Nach Fig. 4a bis 4c ist das Dichtband 10 in einen im Grund der Kolbennut 11 ange brachten Schlitz fest cingepresst und ragt mit ,einem ein seitliches Bewegen gegenüber dem Kolbenring 12 gestattenden geringen seit lichen Spiel in einen Schlitz des Kolbenringes 12 hinein. Das Metallband 10 biegt sich aus der Nichtbetriebslage (Fig. 4a) unter dem Betriebsdruck gemäss Fig. 4b in der Rich tung, in der der Kolbenring 12 verschoben wird, liegt an der rechten Schlitzwand an und dichtet an ihr ab.
Der Druck gegen die Zylinderfläche 6 wird verringert, die Fläche für diesen Druck kann durch nichtmitt.ige Anordnung des schmalen Kolbenringschlitzes (vergl. Fig. 9a und 9b) weiterhin verkleinert werden.
Ausführungsungenauigkeiten, die beidem bekannten Zungenring nach Fig. 3a bis 3c nachteilig wirken, hindern das einwandfreie Arbeiten des dünnen Dichtbandes 10 nicht, und auch die Wärmeausdehnung kann nicht schädlich wirken, vielmehr bleiben gemäss Fig. 4c die Abdichtung an der rechten Schlitzwand und der Druck gegen die Zylin derfläche 6 ungefähr so, wie sie nach Fig. 4b waren.
Fig. 5a und 5b zeigen, dass das dünne, federnde Metallband 10 auch in seiner Aus bildung als ebene Ringscheibe in zwei Schlitze 11' und 12' mit seitlichem =Spiel ein gesetzt werden kann. Beim Übergange aua der Nichtbetriebslage (Fig. 5a) in die schon die Wärmedehnung berücksichtigende Dichtstel- lang (Fig. 5b) ergibt sich dasselbe Krä.fte- bil@d wie in Fig. 4e, zu dem nur die Abdich tung des Bandes 10 im Schlitz 11' durch den Betriebsdruck hinzutritt.
Ein Ausführungsbeispiel, bei dem das dünne Metallband mit einem :dasselbe tragen den Teil ein einziges Stück bildet, zeigen Fig. 6a und 6b. Auf dem Grunde der Kol bennut liegt ein Ring 13, der ursprünglich einen so; grossen rechteckigen Querschnitt gehabt hat, dass das dünne Metallhand 13' aus ihm herausgearbeitet werden konnte, das ge mäss Fig. 6a im Schlitz des Kolbenringes 12 sich seitlich bewegen kann. In .der Arbeits stellung (Fig. 6b) :ergibt sich unter Druck und Wärme dasselbe Kräftebild wie in Fig. 4e.
Während nach F'ig. 6a und 6b der Grund ring 13 sieh über die ganze Breite der Kol bennut erstreckt, ist in Fig. 7a und<I>7b</I> ein sonst gleicher, :aber schmalerer Grundring 14 mit einem aus ihm herausgearbeiteten dünnen Dichtband 14' vorgesehen. Hier wirken nach Fig. 7b eine Verschiebung -des Grundringes 14 und die Verformung das Dichtbandes 14' zusammen.
Gemäss Fig. 8a ist das beispielsweise wieder fest in einen Schlitz des Kolbennut grundes eingepresste dünne Metallband 15 nach der Niederdruckseite hin mit Vorspan- nung in den Schlitz des Kolbenringes 12 ein gesetzt, @so dass der Ring schon in der Nicht betriebslage an der rechten Nutwand anliegt.
In der Betriebsstellung tritt infolgedessen keine merkliche Lageveränderung des Ban des ein, und es tritt zum durch die Vorspan- nung erzeugten Abdichtdruck noch der grö ssere durch den Betriebsdruck erzeugte Ab dichtdruck hinzu.
Die Anordnung ist. bei- spielsweise für Hubkolbenringe vorteilhaft, weil bei der Hin- und Herbewegung dieser Ringe der Verschleiss der Kolbennut-Seiten- wände infolge Wegfalles des harten Anschla ges verringert wird.
Nach Fig. 9a und 9b ist in dem Kolben ring 16 der das dünne Dichtband 17 mit Spielraum aufnehmende Schlitz so nahe an der der Hochdruck- oder Treibmittelseite zu- gelehrten Aussenfläche des Ringes 16 ange- o@rdnet, dass. die. verbleibende Ringwand 16' (Fig. 9a) im Sinne der Fig. 9b quer federn kann. Das Dichtband 17 lässt sich dabei mit noch geringerem Spiel als sonst in den .Schlitz einsetzen.
Eine besondere Abdichtungsmöglichkeit für Kolbenringe ist durch Fig. 10a und 10b veranschaulicht. Unter Wegfall der Kolben ringnut sind zum Abdichten zwei federnde Metalldichtbänder 18', 18" parallel nebenein ander angeordnet. Sie können vorteilhaft in den, einen entsprechend kleineren Durchmes ser aufweisenden Kolben 19 fest eingepresst sein.
Der an der Zylinderfläche 6 anliegende Kolbenring 20 hat ebensoviele ,Schlitze wie Dichtbänder für ihn vorgesehen sind. Es könnten selbstverständlich auch mehr als zwei Dichtbänder in den Kolbenring greifen.