DE102006051380A1

DE102006051380A1 - Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung

Info

Publication number: DE102006051380A1
Application number: DE200610051380
Authority: DE
Inventors: Christian Hosse
Original assignee: Deutsche Mechatronics GmbH
Current assignee: Deutsche Mechatronics GmbH
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtungen, insbesondere für Hochdruckanlagen, die ein unter hohem Innendruck stehendes Druckgehäuse 3 zum Umgebungsdruck hin abdichten, wobei ein Stößel 4 aus dem Druckgehäuse 3 in den Außenbereich herausgeführt ist und dabei die Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung in axialer Richtung des Stößels an einer Fläche C des Druckgehäuses 3 abgestützt wird. Die Dichtvorrichtung 1 besteht aus einem im Querschnitt gesehen U-förmigen Zylinderring mit konzentrisch zur Welle bzw. Stößel verlaufenden Zylinderflächen und einer diese verbindenden Bodenfläche 5, der in einer zylindrischen Bohrung des Druckgehäuses 3 aufgenommen bzw. fixiert ist, wobei die Zylinderflächen des U-förmigen Zylinderrings einen äußeren und einen inneren Ringschenkel 7.1, 7.2 aufweisen und wobei zwischen dem äußeren und inneren Ringschenkel eine Aussparung 6 vorhanden ist, in die ein ringförmiges Spannelement 2 mit Untermaß eingeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung, insbesondere für Hochdruckanlagen, die mit einem unter hohem Innendruck stehenden Druckgehäuse 3 in Verbindung steht und die sich in axialer Richtung an einer Fläche C des Druckgehäuses 3 abstützt, aus dem ein Stößel 4 in den Außenbereich des Druckgehäuses 3 herausgeführt ist.
Beim Hydroformen werden Rohlinge mit endständigen Öffnungen in Matrizen eingelegt, die über Stempel verschlossen und nach Befüllung mit einem Fluid unter einen hohen Innendruck gesetzt werden. Während der Ausformung des Rohlings wird der Stempel über einen Stößel nachgeschoben, um die Öffnung des Rohlings stets dicht verschlossen zu halten. Zur Realisierung verschiedener Funktionen wie z. B. Abdichten des Werkstückes und Nachschieben ist es daher notwendig, Stempel bzw. Stößel in das Innenvolumen Hinein- bzw. Herausfahren zu können.
Zur Abdichtung des Stößels gegenüber dem Druckgehäuse sind verschiedene Dichtungen üblich. Druckdicht bedeutet hierbei, dass die Dichtung auch bei sehr hohen Innendrücken, wie sie in Hydroformanlagen üblich sind, das Austreten des Fluids und einen damit verbundenen Druckverlust effektiv verhindern. Die Druckdichtigkeit soll dabei über einen möglichst längeren Zeitraum gewährleistet werden, so dass die Welle- und/oder Stößeldichtvorrichtung für kontinuierliche Hydroformprozesse einsetzbar ist. Auch geringe Druckverluste oder Leckagen sind möglichst zu vermeiden, da diese den Gesamtprozess erheblich stören können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Dichtvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche das Innenvolumen einer hydraulischen Hochdruckanlage über einen längeren Zeitraum druckdicht gegen das Außenvolumen abdichtet und welche in ihrer Bauart einfach gestaltet ist. Außerdem soll die neue Dichtvorrichtung in bereits vorhandene Hochdruckanlagen leicht integriert werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung gelöst, die aus einem im Querschnitt gesehen U-förmigen Zylinderring mit konzentrisch zur Welle bzw. Stößel verlaufenden Zylinderflächen und einer diese verbindenden Bodenfläche besteht. Die Bodenfläche ist in einer zylindrischen Bohrung des Druckgehäuses fixiert, wobei die Bodenfläche vorzugsweise gegen eine Ringfläche im Druckgehäuse axial abgestützt ist.
Die Zylinderflächen des U-förmigen Zylinderringes weisen einen äußeren und einen inneren Ringschenkel auf, wobei zwischen dem äußeren und dem inneren Ringschenkel eine Aussparung vorhanden ist, in die ein ringförmiges Spannelement mit Untermaß eingeführt ist. Vorzugsweise ist das Spannelement zur Welle bzw. zum Stößel hin vorgespannt, während der äußere Ringschenkel mit Presssitz im Gehäuse zusätzlich über den Innenraumdruck gegen die Innenflächen der Zylinderbohrung im Druckbehälter angepresst wird.
Üblicherweise wird der Stößel in Linearbewegung in den Druckraum ein- bzw. ausgeführt. Die Dichtfläche erstreckt sich somit im wesentlichen achsparallel zu dem Stößel und umfasst diesen zylindrisch.
Analog zu den erfindungsgemäßen inneren und äußeren Ringschenkeln 7.1 und 7.2 sind innere und äußere Dichtflächen 10, 13 in der erfindungsgemäßen Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung ausgebildet. Die innere Anpressfläche 13 wird durch den in der Ausnehmung 9 angeordneten Spannring 2 mit einem konstanten Anpressdruck beaufschlagt und mit einem variablen Anpressdruck, der dem Innendruck im Druckgehäuse entspricht. Die äußere Dichtfläche 10 wird mit einem durch den Presssitz bedingten konstanten Anpressdruck und mit dem variablen Anpressdruck beaufschlagt, wobei eine axiale Komponente gegen die Bodenfläche 5 wirkt. Diese sorgt dafür, dass die Dichtvorrichtung in dem Druckgehäuse 3 fixiert wird, wobei sich die Bodenfläche 5 in dem hier dargestellten Fall an einer Fläche C des Druckgehäuses 3 abstützt.
Mit ansteigendem Druck im Druckraum 11 erhöht sich der Pressdruck auf den inneren und äußeren Ringschenkel der Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung. Dies führt zu einer verbesserten Abdichtung bei hohen Drücken, während bei niedrigen Drücken die Reibung des Stößels in der Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung vermindert wird. Somit gelingt es mit der erfindungsgemäßen Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung die absolute Dichtigkeit gegen einen hohen Innendruck im Druckgehäuse 3 zu verbessern und gleichzeitig bei einem relativ einfachen Aufbau der Dichtvorrichtung den Verschleiß insbesondere im Dauerbetrieb zu verringern.
Die Ausformung der inneren und äußeren Ringschenkel hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen erfolgt in Abhängigkeit der im Druckgehäuse herrschenden Innendrücke. Dabei ist die Flexibilität der Ringschenkel so zu wählen, dass der über das Druckmedium erzeugte Anpressdruck ausreicht, um die Druckdichtigkeit zu gewährleisten. Auch der Anpressdruck des ringförmigen Spannelementes ist nach dem jeweiligen Anwendungszweck einzustellen. Dies kann durch Auswahl des Materials (Federstahl etc.) oder ebenfalls durch die gewählte Geometrie des Spannelementes erfolgen.
Die Geometrie der inneren und äußeren Ringschenkel kann innerhalb weiter Grenzen verändert werden, solange die Voraussetzung erfüllt ist, dass der Anpressdruck an der inneren und äußeren Dichtfläche ausreicht, um eine Dichtigkeit unter den während des Umformvorganges gegebenen Verhältnissen zu gewährleisten. In besonderen Anwendungsfällen hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass die Ringschenkel konisch ausgebildet sind. Mit der Geometrie lässt sich der Anpressdruck auf die jeweilige Dichtfläche beeinflussen.
Mit Hilfe des Spannelements kann ein definierter Druck auf die innere Dichtfläche 13 ausgeübt werden. Hierdurch ist die erfindungsgemäße Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung auch zu Beginn der Druckbeaufschlagung bereits druckdicht ausgebildet. Damit ist die Druckdichtigkeit der Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung auch unabhängig vom herrschenden Innendruck einstellbar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer 1 näher erläutert. Diese zeigt einen Ausschnitt (Querschnitt) durch ein Druckgehäuse 3 im Bereich der Stößeldurchführung.
Der Stößel 4 ist in Pfeilrichtung axial beweglich. Er wird geführt auf einer Gleitfläche 12, die im Bereich des Druckraums 11 als innere Dichtfläche 13 ausgebildet ist.
Die Dichtvorrichtung 1 weist eine im Querschnitt U-förmige Anordnung von Zylinderringen auf, mit einem äußeren und inneren Ringschenkel 7.1, 7.2, zwischen denen einen Aussparung 6 angeordnet ist. Die Aussparung 6 steht mit dem Druckraum 11 in Verbindung, so dass der im Druckraum 11 herrschende Innendruck über die Ausnehmung 6 jeweils in Pfeilrichtung auf die inneren und äußeren Ringschenkel einwirkt.
Zusätzlich ist in dem Außenumfang des inneren Ringschenkels 7.2 eine Spanneinrichtung 2 dargestellt, die zusätzlich in der mit Pfeilen dargestellten Richtung auf die innere Dichtfläche 13 des inneren Ringschenkels 7.2 einwirkt. Somit überlagert sich der Anpressdruck auf der inneren Dichtfläche 13, hervorgerufen durch den Innenraumdruck im Druckraum 11, mit dem durch die Spanneinrichtung 2 aufgebrachten mechanisch vorgespannten Federdruck.
Zur äußeren Dichtfläche 10 hin wirkt am äußeren Ringschenkel 7.1 eine Presskraft, die durch den Presssitz der Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung im Druckgehäuse 3 erzeugt wird. Der Presssitz kann in üblicher Weise durch Auswahl der Geometrien eingestellt werden.
Außerdem ist eine axiale Sicherung der erfindungsgemäßen Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung vorgesehen. Diese wird durch eine Fläche C im Druckgehäuse 3 bewirkt, gegen die eine Ringfläche 8 der erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung 1 angepresst wird. Somit ist bei einem hohen Innendruck im Druckraum 11 gewährleistet, dass die äußeren und inneren Dichtflächen 10, 13 sowie die Ringfläche 8 über den gesamten Druckbereich sicherer und gleichmäßig abgedichtet werden.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Dichtvorrichtung 1 aus einer Lagerbronze ausgebildet, während das Spannelement 2 aus Federstahl hergestellt wird. Es lassen sich aber auch andere Materialpaarungen einsetzen, wobei es darauf ankommt, die erforderliche Güte des Presssitzes für die Dichtigkeit der Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung zu nutzen.

1: Dichtvorrichtung
2: Spanneinrichtung
3: Druckgehäuse
4: Stößel
5: Bodenfläche
6: Aussparung
7.1: äußerer Ringschenkel
7.2: innerer Ringschenkel
8: Ringfläche
9: Pressfläche
10: Äußere Dichtfläche
11: Druckraum
12: Gleitfläche
13: Innere Dichtfläche

Claims

Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung insbesondere für Hochdruckanlagen, die ein unter hohem Innendruck stehendes Druckgehäuse (3) zum Umgebungsdruck hin abdichten, wobei ein Stößel (4) aus dem Druckgehäuse (3) in den Außenbereich herausgeführt ist und dabei die Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung in axialer Richtung des Stößels an einer Fläche C des Druckgehäuses (3) abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtvorrichtung (1) aus einem im Querschnitt gesehen U-förmigen Zylinderring mit konzentrisch zur Welle bzw. Stößel verlaufenden Zylinderflächen und einer diese verbindenden Bodenfläche (5) besteht, der in einer zylindrischen Bohrung des Druckgehäuses (3) aufgenommen bzw. fixiert ist, wobei die Zylinderflächen des U-förmigen Zylinderrings einen äußeren und einen inneren Ringschenkel (7.1, 7.2) aufweisen und wobei zwischen dem äußeren und inneren Ringschenkel eine Aussparung (6) vorhanden ist, in die ein ringförmiges Spannelement (2) mit Untermaß eingeführt ist.
Wellen- und/oder Stößeldichtvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Druckraum offene Ausnehmung (6) zum Bodenteil des U-förmigen Zylinderringes geschlossen ist, wobei die Bodenfläche gegen eine Ringfläche (8) im Druckbehälter (3) axial abgestützt ist.
Wellen- und Stößeldichtvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ringschenkel (7.2) über das Spannelement (2) zur Welle bzw. zum Stößel (4) hin vorgespannt ist, während der äußere Ringschenkel (7.1) mit Presssitz im Gehäuse (3) zusätzlich über den Innenraumdruck gegen die Innenflächen der Zylinderbohrung im Druckbehälter (3) anpressbar ist.
Wellen- und Stößelvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement aus einem Federelement besteht.
Wellen- und Stößelvorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement aus Federstahl besteht.