DE102009038380A1 - sealing element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtelement zum Abdichten eines zwischen zwei Bauteilen ausgebildeten Zwischenraums mit mindestens zwei unelastische Dichtsegmente, die dichtend an einem der Bauteile anliegen, sowie elastischen Stützmitteln, über die sich die Dichtsegmente an dem anderen der Bauteile abstützen.The invention relates to a sealing element for sealing an intermediate space formed between two components with at least two inelastic sealing segments, which abut sealingly against one of the components, as well as elastic support means via which the sealing segments are supported on the other of the components.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtelement zum Abdichten eines zwischen zwei Bauteilen ausgebildeten Zwischenraums und insbesondere ein Dichtelement, das bei Betriebsbedingungen eingesetzt werden kann, bei denen erhöhte Verschleißbeanspruchungen herrschen.The invention relates to a sealing element for sealing a space formed between two components and in particular a sealing element that can be used in operating conditions in which there are increased wear stresses.

In der Regel werden Zwischenräume zwischen zwei Bauteilen, auch solchen, die relativ zueinander bewegt werden, mittels elastischer Dichtelemente abgedichtet. Diese Dichtelemente können unterschiedliche Formen aufweisen, wobei eine einfache und besonders weit verbreitete Form eines solchen Dichtelements ein sogenannter O-Ring aus einem elastomeren Material ist.As a rule, gaps between two components, even those which are moved relative to one another, are sealed by means of elastic sealing elements. These sealing elements may have different shapes, wherein a simple and particularly widespread form of such a sealing element is a so-called O-ring made of an elastomeric material.

Die Verwendung elastischer Dichtelemente ist unter Betriebsbedingungen, bei denen höchste Verschleißbeanspruchungen herrschen, in der Regel nur unter großen Schwierigkeiten möglich. Solche erhöhten Verschleißbeanspruchungen sind regelmäßig dann gegeben, wenn mittels des Dichtelements gegen Feststoffe, wie beispielsweise Staub, Sand, Steine, etc., oder Feststoffpartikel enthaltene Flüssigkeiten (z. B. Schlamm) oder Gase abgedichtet werden soll. Für solche Betriebsbedingungen wurden sogenannten Laufwerkdichtungen entwickelt, wie sie beispielsweise in der DE 42 38 932 A1 offenbart sind. Laufwerkdichtungen umfassen zwei Gleitringe, die in der Regel aus Stahl bestehen und axial gegeneinander gedrückt werden, wobei die aneinander anliegenden axialen Planflächen der Gleitringe als Dichtflächen dienen und entsprechend exakt gefertigt sind. Die axiale Vorspannung der zwei Gleitringe wird dabei über elastomere Dichtringe, beispielsweise O-Ringe, erreicht, über die der jeweilige Gleitring an oder in dem entsprechenden Bauteil elastisch gelagert und zentriert ist. Die Dichtringe übernehmen dabei gleichzeitig die Funktion des sekundären (statischen) Abdichtens des jeweiligen Gleitrings zu dem entsprechenden Bauteil, der Drehmomentübertragung zwischen diesen Bauteilen und der Erzeugung der axialen Vorspannung zum Aneinanderdrücken der Planflächen der Gleitringe. Da zwischen den Gleitringen und dem jeweiligen Bauteil keine Relativbewegung auftritt, ist mit der Verwendung von elastomeren Dichtringen auch keine besondere Verschleißproblematik verbunden. Die andererseits problematische Abdichtung von sich relativ zueinander bewegenden Bauteilen wird bei den Laufwerkdichtungen dagegen von den zwei Gleitringen aus verschließfestem Stahl übernommen.The use of elastic sealing elements is possible under operating conditions in which highest wear stresses usually only with great difficulty. Such increased wear stresses are regularly given if by means of the sealing element is to be sealed against solids such as dust, sand, stones, etc., or solid particles contained liquids (eg, sludge) or gases. For such operating conditions so-called drive gaskets have been developed, as used for example in the DE 42 38 932 A1 are disclosed. Drive seals comprise two sliding rings, which are usually made of steel and are pressed axially against each other, wherein the abutting axial plane surfaces of the seal rings serve as sealing surfaces and are made correspondingly accurate. The axial prestressing of the two sliding rings is achieved via elastomeric sealing rings, for example O-rings, via which the respective sliding ring is elastically mounted and centered on or in the corresponding component. At the same time, the sealing rings assume the function of secondary (static) sealing of the respective sliding ring to the corresponding component, the transmission of torque between these components and the generation of the axial prestressing for pressing together the plane surfaces of the sliding rings. Since there is no relative movement between the sliding rings and the respective component, no special wear problem is associated with the use of elastomeric sealing rings. On the other hand problematic sealing of relatively moving components is taken over in the drive seals on the other hand by the two sliding rings made of resistant steel.

Ein Anwendungsgebiet, bei dem ein Dichten von Bauteilen aufgrund einer stark erhöhten Verschleißbedingung Schwierigkeiten bereitet kann, ist der technische Bereich der Erdbohrvorrichtungen. Beim Erstellen von Erdbohrungen wird dem mittels eines Bohrgestänges durch das Erdreich getriebenen Bohrkopf regelmäßig eine Spülflüssigkeit zugeführt, die aus Öffnungen in dem Bohrkopf ausgebracht wird und dazu dient, den Bohrkopf während des Bohrvorgangs zu schmieren, das vor dem Bohrkopf liegende Erdreich aufzuweichen und das von dem Bohrkopf abgetragene Bohrklein durch einen zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrlochwandung gebildeten Ringspalt auszuspülen. Als Spülflüssigkeit kommt in der Regel eine Suspension aus Wasser und Bentonit sowie gegebenenfalls einigen Zusatzstoffen zum Einsatz. Die in dem Wasser der Bohrspülung gelösten Feststoffteilchen des Bentonits weisen einen stark abrasives Verhalten auf, was zu stark erhöhten Verschleißbedingungen für die in den Erdbohrvorrichtungen verbauten Dichtelemente führt. Eine Verwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Laufwerkdichtungen, die gerade für solche Beanspruchungen konstruiert wurden, ist bei Erdbohrvorrichtungen aus konstruktiven Gründen nicht überall möglich. Häufig kommen daher konventionelle elastomere Dichtelemente zum Einsatz, deren Verschleiß jedoch so hoch sein kann, dass diese nach jedem Bohrvorhaben ausgewechselt werden müssen.One field of application in which sealing of components is difficult due to a greatly increased wear condition is the technical field of earth boring devices. When creating earth bores, the drilling head driven by a drill string through the soil is regularly supplied with a drilling fluid which is discharged from openings in the drilling head and serves to lubricate the drilling head during the drilling operation, to soften the earth lying in front of the drill head and to remove the soil from the well Drill removed drill cuttings through an annular gap formed between the drill string and the borehole wall. As a rinsing liquid is usually a suspension of water and bentonite and optionally some additives used. The solid particles of the bentonite dissolved in the water of the drilling fluid have a highly abrasive behavior, which leads to greatly increased wear conditions for the sealing elements installed in the earth boring devices. A use of known from the prior art drive seals that have just been designed for such stresses, is not everywhere possible for Erdbohrvorrichtungen for structural reasons. Frequently, therefore, conventional elastomeric sealing elements are used, but their wear can be so high that they must be replaced after each drilling project.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dichtelement anzugeben, das auch unter erhöhten Verschließbedingungen eingesetzt werden kann. Vorzugsweise sollte das Dichtelement zudem konstruktiv einfacher ausgebildet sein, als die bekannten Laufwerkdichtungen.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a sealing element that can be used even under increased Verschließbedingungen. Preferably, the sealing element should also be designed structurally simpler than the known drive seals.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments of the sealing element according to the invention are the subject of the dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.

Die Erfindung geht von der Grundgedanken aus, eine Abdichtung zwischen zwei Bauteilen, die sich insbesondere auch relativ zueinander bewegen können, durch ein einfaches Dichtelement zu verwirklichen, bei dem eine verschließfest ausgebildete Dichtfläche des Dichtelements direkt an einem der zwei abzudichtenden Bauteile anliegt. Hierdurch kann der bei den bekannten Laufwerkdichtungen erforderliche hohe konstruktive Aufwand vermieden werden, der insbesondere darin begründet ist, dass zwei separate Dichtelemente in Form von Gleitringen vorgesehen sind, die jeweils in einem der zwei zueinander abzudichtenden Bauteilen statisch gelagert sind und die für das dynamische Abdichten vorgesehene Dichtwirkung durch das axiale Gegeneinanderpressen der zwei Gleitringe verwirklichen.The invention is based on the basic idea of realizing a seal between two components, which in particular can also move relative to one another, by means of a simple sealing element, in which a sealing surface of the sealing element which is designed to be tightly sealed lies directly against one of the two components to be sealed. As a result, the required in the known drive gaskets high design effort can be avoided, which is particularly justified in that two separate sealing elements are provided in the form of sliding rings, which are each statically supported in one of the two components to be sealed and provided for the dynamic sealing Realize sealing effect by the axial pressing against each other of the two slip rings.

Da für die Ausbildung der verschleißfesten Dichtfläche bei dem erfindungsgemäßen Dichtelement regelmäßig auf unelastische Werkstoffe zurückgegriffen werden muss, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, diese verschleißfeste Dichtfläche von mindestens zwei Dichtsegmenten ausbilden zu lassen, die relativ zueinander beweglich sind und sich über elastische Stützmittel an dem entsprechenden anderen der abzudichtenden Bauteile abstützen. Durch die so erreichte elastische „Lagerung” der einzelnen Dichtsegmente kann erreicht werden, dass auch bei relativ geringen Toleranzen eine ausreichende Dichtheit zwischen zwei unelastischen Bauteilen, nämlich einerseits den erfindungsgemäßen Dichtsegmenten und andererseits dem Bauteil, an dem diese dichtend anliegen, erreicht werden kann. Da die einzelnen Dichtsegmente relativ zueinander beweglich sind und folglich unabhängig voneinander mittels der elastischen Stützmittel gelagert sind, können sich diese möglichst eng an das Bauteil anlegen und dadurch eine gute Dichtwirkung erzeugen.As for the formation of the wear-resistant sealing surface in the sealing element according to the invention regularly on inelastic materials must be recourse, is further provided according to the invention, to form this wear-resistant sealing surface of at least two sealing segments which are movable relative to each other and supported by elastic support means on the corresponding other of the components to be sealed. By thus achieved elastic "storage" of the individual sealing segments can be achieved that even at relatively low tolerances sufficient tightness between two inelastic components, namely on the one hand sealing segments of the invention and on the other hand, the component against which they sealingly, can be achieved. Since the individual sealing segments are movable relative to each other and are therefore stored independently of each other by means of the elastic support means, they can create as close as possible to the component and thereby produce a good sealing effect.

Unter „elastisch” bzw. „unelastisch” wird im Sinne der Erfindung ein Werkstoffverhalten verstanden, das bei den im Rahmen der Verwendung eines Dichtelements auftretenden Kräften, die sich insbesondere aus den Federkräften der Stützmittel ergeben, zu einer bzw. keiner technisch relevanten Verformung führt.For the purposes of the invention, "elastic" or "inelastic" means a material behavior which leads to or does not result in any technically relevant deformation in the case of the forces which occur in the context of the use of a sealing element, which arise in particular from the spring forces of the support means.

Unter „Dichtsegment” wird erfindungsgemäß verstanden, dass das Dichtelement so in Segmente unterteilt ist, dass die an dem Bauteil dichtend anliegende Dichtfläche abschnittsweise von den einzelnen Segmenten ausgebildet wird.According to the invention, "sealing segment" is understood to mean that the sealing element is subdivided into segments in such a way that the sealing surface sealingly abutting the component is formed in sections by the individual segments.

Die Dichtsegmente können vorzugsweise aus einer (technischen) Keramik und/oder einem Metall, wie beispielsweise Stahl, das vorzugsweise weiterhin veredelt sein kann, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen, bestehen.The sealing segments may preferably consist of a (technical) ceramic and / or a metal, such as steel, which may preferably be further refined in order to increase the wear resistance.

Unter einer „Veredelung” des Metalls wird erfindungsgemäß jede Bearbeitung oder Weiterverarbeitung des Metalls verstanden, durch die die Verschließfestigkeit des daraus hergestellten Dichtelements bzw. Dichtsegments zumindest im Bereich der Dichtfläche erhöht wird. Hierunter fällt beispielsweise ein Oberflächenbeschichten (z. B. mit einer Nitrierschicht) oder auch das oberflächige Anbringen von Schutzplatten aus z. B. Keramik bzw. das Einbringen entsprechender Einsätze aus z. B. Keramik.According to the invention, a "finishing" of the metal means any processing or further processing of the metal by which the sealing strength of the sealing element or sealing segment produced therefrom is increased at least in the area of the sealing surface. This includes, for example, a surface coating (eg with a nitriding layer) or also the surface attachment of protective plates of z. B. ceramic or the introduction of appropriate inserts of z. B. ceramics.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, die Stützmittel zumindest teilweise aus einem Elastomer bestehen zu lassen, da hierdurch auf einfache Weise eine für eine ausreichende Dichtwirkung erforderliche Vorspannung der Dichtsegmente mit dem mit den Dichtsegmenten in Kontakt stehenden Bauteil erreicht werden kann. Ein Beispiel für ein geeignetes Elastomer ist (elastomeres) Polyurethan, wobei beliebige andere Elastomere ebenfalls einsetzbar sind.Further preferably, it may be provided to make the support means at least partially made of an elastomer, since this can be achieved in a simple manner required for a sufficient sealing effect bias of the sealing segments with the standing in contact with the sealing components. An example of a suitable elastomer is (elastomeric) polyurethane, with any other elastomers also being usable.

Das erfindungsgemäße Dichtelement kann vorzugsweise als Dichtring ausgebildet sein, der besonders bevorzugt zum Abdichten gegenüber einer innerhalb des Dichtrings gelagerten Welle vorgesehen ist. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Dichtring so auszubilden, dass dieser statisch auf einer Welle gelagert ist und dynamisch gegenüber einem entsprechenden Gehäusebauteil abdichtet. Zur bevorzugten Ausbildung des Dichtelements als Dichtring ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Dichtsegmenten einen entsprechenden Ring ausbildet.The sealing element according to the invention may preferably be formed as a sealing ring, which is particularly preferably provided for sealing against a shaft mounted within the sealing ring. Of course, however, it is also possible to design the sealing ring according to the invention such that it is statically mounted on a shaft and seals dynamically against a corresponding housing component. For the preferred embodiment of the sealing element as a sealing ring is provided that a plurality of sealing segments forms a corresponding ring.

In einer bevorzugten Ausführungsform eines solchen erfindungsgemäßen Dichtrings ist vorgesehen, dass die einzelnen Dichtsegmente von dem Stützmittel radial vorgespannt werden, d. h. gegen die Welle bzw. das Gehäusebauteil gedrückt werden. Hierzu können die Stützmittel vorzugsweise als in zumindest radialer Richtung elastisch verformbare(r) Stützring(e) ausgebildet sein.In a preferred embodiment of such a sealing ring according to the invention it is provided that the individual sealing segments are radially biased by the support means, d. H. pressed against the shaft or the housing component. For this purpose, the support means may preferably be formed as in at least the radial direction elastically deformable (r) support ring (s).

Die Dichtsegmente können in den Stützring eingebettet sein, was fertigungstechnisch beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass die einzelnen Dichtsegmente bei der Herstellung mit dem Material des Stützrings umgossen werden. Alternativ können die Dichtsegmente auch mit dem Stützring verklebt oder kraft- und/oder formschlüssig in entsprechenden Vertiefungen des Stützrings fixiert sein.The sealing segments can be embedded in the support ring, which can be achieved by manufacturing technology, for example, characterized in that the individual sealing segments are encapsulated in the manufacture of the material of the support ring. Alternatively, the sealing segments can also be glued to the support ring or positively and / or positively fixed in corresponding recesses of the support ring.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtelements kann vorgesehen sein, dass die Dichtsegmente teilweise überdeckend ausgebildet sind. Dadurch kann entsprechend der Funktionsweise einer Labyrinthdichtung eine Undichtheit des Dichtelements aufgrund eines Hindurchtretens des Mediums, gegenüber dem abgedichtet werden soll, durch den Spalt zwischen zwei benachbarten Dichtsegmenten vermieden oder möglichst weit reduziert werden kann. Bei einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Dichtelements in Form eines Dichtrings kann dabei vorzugsweise vorgesehen sein, die teilweise Überdeckung der Dichtsegmente sowohl auf der Dichtfläche der Dichtsegmente als auch auf zumindest einer Seite hiervon vorzusehen.In a further preferred embodiment of the sealing element according to the invention can be provided that the sealing segments are partially formed overlapping. As a result, according to the functioning of a labyrinth seal, a leakage of the sealing element due to a passage of the medium, against which it is intended to be sealed, can be avoided or as far as possible reduced by the gap between two adjacent sealing segments. In one embodiment of the sealing element according to the invention in the form of a sealing ring, it can preferably be provided to provide the partial covering of the sealing segments both on the sealing surface of the sealing segments and on at least one side thereof.

Die teilweise Überdeckung der Dichtsegmente kann dadurch erzeugt werden, dass eines der Dichtsegmente einen Überstand aufweist, der in eine korrespondierende Vertiefung des benachbarten Dichtsegments eingreift.The partial overlap of the sealing segments can be produced in that one of the sealing segments has a projection which engages in a corresponding recess of the adjacent sealing segment.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass zwei benachbarte Dichtsegmente eines erfindungsgemäßen Dichtelements und insbesondere eines erfindungsgemäßen Dichtrings nicht radial ausgerichtete Kontaktflächen ausbilden, die die Relativbewegung der Dichtsegmente zueinander führen.Further preferably, it can be provided that two adjacent sealing segments of a sealing element according to the invention and in particular of a sealing ring according to the invention form non-radially aligned contact surfaces which guide the relative movement of the sealing segments to each other.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Dichtelement zumindest ein dieses seitlich begrenzendes Halteelement aufweist. Ein solches Halteelement kann beispielsweise bei einem als Dichtring ausgebildeten Dichtelement dazu dienen, eine Verformung des Dichtrings in dessen (längs) axialer Richtung zu vermeiden. Eine solche Verformung könnte andererseits zu ungewollten Undichtheiten führen. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Dichtring beidseitig mit jeweils einem entsprechenden Haltering begrenzt. In a further preferred embodiment of the present invention may further be provided that the sealing element has at least one this laterally limiting retaining element. Such a holding element can serve, for example, in a sealing element designed as a sealing ring to prevent deformation of the sealing ring in its (longitudinal) axial direction. On the other hand, such deformation could lead to unwanted leaks. Particularly preferably, an inventive sealing ring is bounded on both sides, each with a corresponding retaining ring.

Da das Halteelement bzw. die Halteringe gegebenenfalls lediglich eine Stützfunktion wahrnehmen und häufig keinem besonders erhöhten Verschleiß unterliegen, können diese vorzugsweise aus einem Kunststoff und insbesondere einem nicht-elastomeren Kunststoff ausgebildet sein. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Ausbildung aus beispielsweise einem Metall oder einem anderen verschleißfesten Werkstoff möglich, was jedoch mit einem erhöhten Fertigungsaufwand verbunden sein kann.Since the holding element or the retaining rings possibly only perform a support function and are often not subject to particularly increased wear, they can preferably be formed from a plastic and in particular a non-elastomeric plastic. Of course, however, a training of, for example, a metal or other wear-resistant material is possible, but this can be associated with increased manufacturing costs.

Das erfindungsgemäße Dichtelement eignet sich besonders bevorzugt für eine Verwendung bei einer Erdbohrvorrichtung und insbesondere für eine Abdichtung gegenüber einer bei Erdbohrvorrichtungen regelmäßig eingesetzten Spülflüssigkeit.The sealing element according to the invention is particularly preferred for use in a Erdbohrvorrichtung and in particular for a seal against a regularly used in Erdbohrvorrichtungen drilling fluid.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in a drawing.

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

1: in einer isometrischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Dichtring in einer ersten Ausführungsform; 1 in an isometric view of a sealing ring according to the invention in a first embodiment;

2: in einer isometrischen Darstellung einen Segmentring zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Dichtrings in einer zweiten Ausführungsform; und 2 in an isometric view of a segment ring for forming a sealing ring according to the invention in a second embodiment; and

3: in einer Schnittdarstellung eine Komponente einer Erdbohrvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Dichtring. 3 in a sectional view of a component of a Erdbohrvorrichtung with a sealing ring according to the invention.

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Dichtring in einer ersten Ausführungsform. Der Dichtring besteht aus einem zentralen Segmentring 1, der aus einer Mehrzahl von aneinander anliegenden Dichtsegmenten 2 besteht. Diese Dichtsegmente 2 sind aus einer technischen Keramik hergestellt, wobei eine alternative Verwendung beliebiger anderer verschleißfester Werkstoffe möglich ist.The 1 shows a sealing ring according to the invention in a first embodiment. The sealing ring consists of a central segment ring 1 consisting of a plurality of adjacent sealing segments 2 consists. These sealing segments 2 are made of a technical ceramic, with an alternative use of any other wear-resistant materials is possible.

Die Innenfläche des Segmentrings 1 dient als (dynamische) Dichtfläche, die gegenüber einer nicht dargestellten, innerhalb des Dichtrings gelagerten Welle abdichten soll. Hierbei wird ein Zwischenraum, der zwischen der Welle und einem ebenfalls nicht dargestellten Gehäuse gebildet wird, mittels des Dichtrings abgedichtet.The inner surface of the segment ring 1 serves as (dynamic) sealing surface, which is to seal against a not shown, mounted within the sealing ring shaft. Here, a gap which is formed between the shaft and a housing, also not shown, sealed by means of the sealing ring.

Mit Ausnahme der Dichtfläche ist der Segmentring 1 vollständig in einen Stützring 3 aus elastomerem Polyurethan eingegossen. Über den elastischen Stützring 3 sind die Dichtsegmente 2, die direkt an der Welle anliegen, an dem Gehäuse abgestützt, wodurch eine elastische Lagerung der einzelnen Dichtsegmente in radialer Richtung erreicht wird. Bei der Ausführungsform eines Dichtrings gemäß 1 ist nicht vorgesehen, die äußere Oberfläche des Stützrings 3 direkt an einer entsprechenden Fläche des Gehäuses anliegen zu lassen, sondern das Abstützen indirekt über zwei Halteringe 4 vorzunehmen, die seitlich mit dem Stützring 3 verbunden sind. Die beiden Halteringe 4 werden in einer entsprechenden Vertiefung des Gehäuses positioniert, wodurch sowohl eine radiale als auch eine axiale Abstützung der auf den Stützring 3 bzw. Dichtsegmente 2 wirkenden Kräfte erfolgt. Die Halteringe 4 bestehen vorliegend aus einem thermoplastischen Kunststoff.With the exception of the sealing surface is the segment ring 1 completely in a support ring 3 Cast in elastomeric polyurethane. About the elastic support ring 3 are the sealing segments 2 , which lie directly against the shaft, supported on the housing, whereby an elastic mounting of the individual sealing segments is achieved in the radial direction. In the embodiment of a sealing ring according to 1 is not provided, the outer surface of the support ring 3 to rest directly against a corresponding surface of the housing, but the support indirectly via two retaining rings 4 make the side with the support ring 3 are connected. The two retaining rings 4 are positioned in a corresponding recess of the housing, whereby both a radial and an axial support of the on the support ring 3 or sealing segments 2 acting forces takes place. The retaining rings 4 in the present case consist of a thermoplastic material.

In der 1 ist zu erkennen, dass jeweils zwei benachbarte Dichtsegmente 2 des Segmentrings sich teilweise überdeckend ausgebildet sind. Hierzu ist jeder der Dichtsegmente 2 einseitig mit einem Überstand 5 versehen, der in eine entsprechende Vertiefung des benachbarten Dichtsegments 2 eingreift. Weiterhin ist zu erkennen, dass die zwei Kontaktflächen 6, an denen jeweils zwei Dichtsegmente aneinander anliegen und die im vorliegenden Fall aufgrund der teilweisen Überdeckung in zwei Teilflächen aufgeteilt sind, nicht eben, sondern gekrümmt ausgebildet sind.In the 1 it can be seen that in each case two adjacent sealing segments 2 the segment ring are formed partially overlapping. For this purpose, each of the sealing segments 2 one-sided with a supernatant 5 provided in a corresponding recess of the adjacent sealing segment 2 intervenes. Furthermore, it can be seen that the two contact surfaces 6 , on each of which two sealing segments abut each other and which are divided in this case due to the partial overlap in two sub-areas, not flat, but curved.

Die 2 zeigt einen alternativen Segmentring 1', wie er bei einem Dichtring gemäß der 1 verwendet werden kann. Der Unterschied des Segmentrings 1' der 2 zu demjenigen der 1 liegt darin, dass bei dem Segmentring 1 der 2 keine teilweise Überdeckung benachbarter Dichtsegmente 2' vorgesehen ist.The 2 shows an alternative segment ring 1' as he used a sealing ring according to the 1 can be used. The difference of the segment ring 1' of the 2 to the one of 1 lies in that in the segment ring 1 of the 2 no partial overlap of adjacent sealing segments 2 ' is provided.

Die 3 zeigt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtrings 7 in einer Komponente einer (im Weiteren nicht dargestellten) Erdbohrvorrichtung. Konkret handelt es sich hierbei um einen sogenannten „Bodenpreventer”, der beim Überlagerungsbohren mittels eines Doppelbohrgestänges, beispielsweise beim Einbringen von Bohrungen für Geothermiesonden, eingesetzt werden kann.The 3 shows the use of a sealing ring according to the invention 7 in a component of a Erdbohrvorrichtung (not shown). Specifically, this is a so-called "Bodenpreventer", which can be used in the overlay drilling by means of a Doppelbohrgestänges, for example, when introducing holes for geothermal probes.

Der Bodenpreventer umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 8, das an seinem unteren Ende ein Außengewinde 9 ausbildet, über das dieses mit einem Ende eines Außenrohrs 10 des Doppelbohrgestänges verbunden ist. Ein Innengestänge 11 des Doppelbohrgestänges erstreckt sich durch das Gehäuse 8 des Bodenpreventers und weiter durch das Außenrohr 10 des Doppelbohrgestänges. Für eine zentrierte Lagerung des Innengestänges 11 innerhalb des Gehäuses 8 weist der Bodenpreventer eine erste Lagerschale 12 auf, die am oberen Endes des Gehäuses 8 an diesem befestigt ist, und weiterhin in einem mittigen Abschnitt des Gehäuses 8 eine zweite Lagerschale 13.The Bodenpreventer comprises a tubular housing 8th which is at its lower end external thread 9 trains this over with one end of an outer tube 10 the double drill pipe is connected. An inner rod 11 of the double drill pipe extends through the housing 8th of the Bodenpreventers and further through the outer tube 10 of the double drill pipe. For a centered bearing of the inner rod 11 inside the case 8th the Bodenpreventer has a first bearing shell 12 on, at the top of the case 8th attached to this, and further in a central portion of the housing 8th a second bearing shell 13 ,

Im Betrieb der Erdbohrvorrichtung wird das Doppelbohrgestänge mittels einer Antriebseinheit der Erdbohrvorrichtung in das Erdreich vorgetrieben. Dabei kann vorgesehen sein, das als Schutzrohr dienende Außenrohr 10 soweit synchron mit dem Innengestänge 11 vorzutreiben, bis der frontseitig an dem Innengestänge angeordnete Bohrkopf härtere Bodenschichten erreicht, und das Innengestänge 11 daraufhin allein weiter vorzutreiben. Das Innengestänge 11 wird nach dem Erreichen der gewünschten Bohrtiefe aus dem Bohrloch und dem Außenrohr 10 herausgezogen und eine Geothermiesonde eingeführt. Das sich dann noch in der Bohrung befindliche Außengestänge 10 verhindert dabei eine Einfallen der Bohrlochwandung (in den weichen Bodenschichten). Erst dann wird auch das Außengestänge 10 aus der Bohrung entfernt.During operation of the Erdbohrvorrichtung the Doppelbohrgestänge is driven by means of a drive unit of the Erdbohrvorrichtung in the soil. It can be provided, which serves as a protective tube outer tube 10 as far as synchronous with the inner rod 11 advancing until the front of the inner rod arranged drill head reaches harder soil layers, and the inner rod 11 then continue to drive alone. The inner rod 11 becomes after reaching the desired drilling depth of the borehole and the outer tube 10 pulled out and introduced a geothermal probe. The then still in the bore located outer linkage 10 prevents thereby a collapse of the borehole wall (in the soft soil layers). Only then will the outer linkage become 10 removed from the hole.

Während des Vortreibens des Innengestänges 11 wird eine Bohrspülung, die aus Wasser und Druckluft mit beispielsweise 16 bar Druck bestehen kann, durch das hohle Innengestänge 11 zu dem frontseitig angeordneten Bohrkopf geleitet und dort in den Bohrgrund eingeleitet. Die Bohrspülung reißt das von dem Bohrkopf abgetragene Bohrklein mit sich und trägt dieses durch den Ringspalt zwischen dem Innengestänge 11 und der Bohrungswand bzw. dem Außenrohr 10 bis zu dem Bodenpreventer, wo dieses über einen seitlich angeordneten Auslassstutzen 14 abgeführt wird.While driving the inner rod 11 is a drilling fluid, which consists of water and compressed air with, for example 16 bar pressure can exist through the hollow inner rod 11 passed to the front side arranged drill head and introduced there into the bottom. The drilling fluid entrains the drill cuttings removed by the drill head and carries them through the annular gap between the inner rods 11 and the bore wall or the outer tube 10 to the Bodenpreventer, where this via a laterally arranged outlet 14 is dissipated.

Um ein Austreten der gegebenenfalls unter hohem Druck stehenden Bohrspülung durch das obere Ende des Bodenpreventers zu vermeiden, ist die Innenseite des Gehäuses 8 mittels eines erfindungsgemäßen Dichtrings 7, wie er beispielsweise anhand der 1 und 2 beschrieben wurde, gegenüber dem Innengestänge 11 abgedichtet. Augrund der Gegebenheiten ist dieser Dichtring besonderen Anforderungen ausgesetzt, die insbesondere in der stark abrasiven Eigenschaft der mit dem Bohrklein vermischten Bohrspülung, sowie in der Relativbewegung zwischen dem Gehäuse 8 und dem Innengestänge 11 sowohl in rotatorischer als auch in längsaxialer Richtung begründet sind.To prevent leakage of the possibly high pressure drilling fluid through the top of the Bodenpreventers, is the inside of the housing 8th by means of a sealing ring according to the invention 7 as he, for example, on the basis of 1 and 2 was described, compared to the inner rod 11 sealed. Due to the circumstances of this seal is subject to special requirements, especially in the highly abrasive property of the mixed with the cuttings drilling fluid, and in the relative movement between the housing 8th and the inner rod 11 are justified both in rotational and in the longitudinal axial direction.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (14)

Dichtelement zum Abdichten eines zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil ausgebildeten Zwischenraums mit mindestens zwei unelastischen Dichtsegmenten (2; 2'), die dichtend an dem ersten Bauteil anliegen, sowie elastischen Stützmitteln, über die sich die Dichtsegmente (2; 2') an dem zweiten Bauteil abstützen.Sealing element for sealing a space formed between a first and a second component with at least two inelastic sealing segments (US Pat. 2 ; 2 ' ), which bear sealingly against the first component, and elastic support means, over which the sealing segments ( 2 ; 2 ' ) are supported on the second component. Dichtelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtsegmente (2; 2') zumindest teilweise aus einer Keramik und/oder einem veredelten Metall bestehen.Sealing element according to claim 1, characterized in that the sealing segments ( 2 ; 2 ' ) consist at least partially of a ceramic and / or a refined metal. Dichtelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel zumindest teilweise aus einem Elastomer bestehen.Sealing element according to claim 1 or 2, characterized in that the support means consist at least partially of an elastomer. Dichtelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel zumindest teilweise aus Polyurethan bestehen.Sealing element according to one of the preceding claims, characterized in that the support means consist at least partially of polyurethane. Dichtelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Dichtring ausgebildet ist, der eine Mehrzahl von Dichtsegmenten (2; 2') aufweist, die einen Segmentring (1; 1') ausbilden.Sealing element according to one of the preceding claims, characterized in that this is designed as a sealing ring, which has a plurality of sealing segments ( 2 ; 2 ' ) having a segment ring ( 1 ; 1' ) train. Dichtelement gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtsegmente (2; 2') von den Stützmitteln radial gegen das erste Bauteil gedrückt werden.Sealing element according to claim 5, characterized in that the sealing segments ( 2 ; 2 ' ) are pressed by the support means radially against the first component. Dichtelement gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützmittel als in zumindest radialer Richtung elastisch verformbarer Stützring (3) ausgebildet sind.Sealing element according to claim 5 or 6, characterized in that the support means as in at least the radial direction elastically deformable support ring ( 3 ) are formed. Dichtelement gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtsegmente (2; 2') zumindest teilweise in den Stützring (3) eingebettet sind.Sealing element according to claim 7, characterized in that the sealing segments ( 2 ; 2 ' ) at least partially in the support ring ( 3 ) are embedded. Dichtelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtsegmente (2; 2') sich teilweise überdeckend ausgebildet sind.Sealing element according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing segments ( 2 ; 2 ' ) are formed partially overlapping. Dichtelement gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Dichtsegmente (2; 2') einen Überstand aufweist, der in einer korrespondierenden Vertiefung des benachbarten Dichtsegments (2; 2') positioniert ist.Sealing element according to claim 9, characterized in that at least one of the sealing segments ( 2 ; 2 ' ) has a projection which in a corresponding recess of the adjacent sealing segment ( 2 ; 2 ' ) is positioned. Dichtelement gemäß Anspruch 5 oder einem hierauf rückbezogenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Dichtsegmente (2; 2') nicht radial ausgerichtete Kontaktflächen ausbilden.Sealing element according to claim 5 or a claim dependent thereon, characterized in that in each case two adjacent sealing segments ( 2 ; 2 ' ) form non-radially aligned contact surfaces. Dichtelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein das Dichtelement seitlich begrenzendes Halteelement.Sealing element according to one of the preceding claims, characterized by at least one sealing element laterally limiting retaining element. Dichtelement gemäß Anspruch 5 oder einem hierauf rückbezogenen Anspruch und Anspruch 12, gekennzeichnet durch zwei Halteringe (4), die den Dichtring beidseitig begrenzen.Sealing element according to claim 5 or to a dependent claim and claim 12, characterized by two retaining rings ( 4 ), which limit the sealing ring on both sides. Dichtelement gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement zumindest teilweise aus einem nicht-elastomeren Kunststoff besteht.Sealing element according to claim 12 or 13, characterized in that the holding element consists at least partially of a non-elastomeric plastic.
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