DE1120232B

DE1120232B - Gas- and liquid-tight fastening of ring-shaped or tubular bodies, in particular a fitting sealing ring, by rolling

Info

Publication number: DE1120232B
Application number: DEP8671A
Authority: DE
Inventors: Kurt Linn
Original assignee: Poerringer & Schindler GmbH
Current assignee: Poerringer & Schindler GmbH
Priority date: 1952-11-08
Filing date: 1952-11-08
Publication date: 1961-12-21

Description

Gas- und flüssigkeitsdichte Befestigung von ring- oder rohrförmigen Körpern, insbesondere eines Armaturendichtungsringes, durch Einwalzen Die Erfindung bezieht sich auf eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung von zwei Hohlkörpern ineinander durch Einwalzen. Solche Befestigungen kommen besonders bei der Anordnung von Dichtungsringen in Armaturen sowie beim Verbinden von Rohren mit anderen Rohren oder Flanschen vor.Gas- and liquid-tight fastening of annular or tubular Bodies, in particular a fitting sealing ring, by rolling in. The invention refers to a gas- and liquid-tight connection of two hollow bodies into each other by rolling. Such fastenings come especially with the arrangement of sealing rings in fittings and when connecting pipes to other pipes or flanges in front.

Um diese Verbindungen auch gegen hohe Drücke und Temperaturen, z. B. von Dampf, genügend dicht zu machen, hat man bei einer bekannten Ausführung am eigentlichen Dichtungsring mehrere gestaffelte Befestigungsstellen und außerdem einen eingestemmten Ring aus Weicheisen vorgesehen. In anderen Fällen wird ein Rohr in umlaufende Nuten mit rechteckigem Querschnitt und ebensolchen Zwischenstegen des betreffenden Außenkörpers eingewalzt. In gleicher oder ähnlicher Weise, z. B. durch umlaufende Rillen mit nach innen gerichtetem, bogenförmigem Querschnitt, hat man auch sonst eine abzudichtende Trennfuge künstlich verlängert. Im vorliegenden Zusammenhang muß von allen solchen Befestigungen abgesehen werden, bei denen Schweißnähte oder sonstige zusätzliche Verbindungen vorhanden sind oder der Außenkörper aus mehreren Teilen mit verschiedenen Werkstoffeigenschaften besteht.In order to protect these compounds against high pressures and temperatures, e.g. B. of steam to make tight enough, you have in a known version on actual sealing ring several staggered fastening points and also a caulked ring made of soft iron is provided. In other cases it will be a pipe in circumferential grooves with a rectangular cross-section and similar intermediate webs rolled into the relevant outer body. In the same or a similar way, e.g. B. by circumferential grooves with an inwardly directed, curved cross-section one also artificially lengthened a joint to be sealed. In the present Context must be disregarded from all such fastenings in which welds or other additional connections are present or the outer body consists of several Parts with different material properties consists.

Die Erfindung geht von dem auch schon bei den vorerwähnten Ausführungen in gewisser Analogie zu der Anordnung einer Labyrinthdichtung befolgten Prinzip einer mehrfachen Umlenkung der Trennfuge zwischen den beiden gegeneinander abzudichtenden Körpern aus. Dabei war zu berücksichtigen, daß beim Einwalzen von Dichtringen in Armaturen oder in ähnliche Befestigungen ein absolutes Dichthalten gegen Gase oder Flüssigkeiten nur zu erreichen ist, wenn die Berührungsflächen beider Teile mit einer Anpreßkraft zusammengedrückt werden, die eine plastische Verformung mindestens des einen Teiles ergibt. Die Verformung muß dabei so groß sein, daß alle durch etwaige Unebenheiten der beiderseitigen Berührungsflächen oder sonstwie vorhandene Zwischenräume vollkommen ausgefüllt werden.The invention is based on that already in the aforementioned embodiments followed in a certain analogy to the arrangement of a labyrinth seal principle a multiple deflection of the parting line between the two to be sealed against each other Bodies. It had to be taken into account that when rolling in sealing rings in Fittings or similar fixings an absolute tightness against gases or Liquids can only be reached when the contact surfaces of both parts with a pressing force are compressed, which at least a plastic deformation of one part results. The deformation must be so great that all through any Unevenness of the mutual contact surfaces or any other existing gaps be filled in completely.

Bei den bisher bekanntgewordenen Befestigungen durch Einwalzen läßt sich diese Forderung nur erfüllen, wenn man für den Dichtring ein Material wählt, das verhältnismäßig leicht verformbar ist und sich deshalb schon bei mäßigem Anpreßdruck unter Bildung stärkerer plastischer Verformungen der gegenüberliegenden Dichtungsflächen genau anpaßt. Beim Einwalzen entsteht nun aber erfahrungsgemäß die größere Formänderung an der Innenseite des Dichtringes, also an der den Walzwerkzeugen zugekehrten Seite. An der Außenseite des Dichtringes, also an den Berührungsflächen der beiden miteinander zu verbindenden Körper, an welchen die Dichtwirkung erzielt werden soll, tritt dagegen nur eine vergleichsweise geringere Formänderung auf. -' - _ Aus diesem Grunde wird; um. insbesondere bei Dichtringen mit hoher Formänderungsfestigkeit keine zu großen Anpreßkräfte zu benötigen, üblicherweise angestrebt, die Unebenheiten der Berührungsflächen durch sorgfältige Bearbeitung möglichst klein zu halten. Sollen dagegen Dichtringe reit rauher Oberfläche, wie z. B. bei rohgegossenen .Metallringen, eingewalzt werden, dann stößt man auf scheinbar unüberwindliche Schwierigkeiten. In solchen Fällen ist eine Dichtwirkung, vor allem gegen Gase, bisher nur zu erzielen gewesen, wenn eine zusätzliche Dichtungsmasse (Mennige, zähflüssiges öl od. dgl.) zwischen die Berührungsfläche von Dichtring und Armaturenkörper gebracht wird und dort wie eine eingelegte Weichdichtung wirkt. Ein Nachteil derartiger zusätzlicher Dichtungsmittel ist jedoch ihre unsichere Alterungs- und Temperaturbeständigkeit.In the previously known fastenings by rolling can this requirement can only be met if a material is selected for the sealing ring, which is relatively easy to deform and therefore even with moderate contact pressure with the formation of stronger plastic deformations of the opposite sealing surfaces adjusts exactly. However, experience has shown that the greater change in shape occurs when rolling on the inside of the sealing ring, i.e. on the side facing the rolling tools. On the outside of the sealing ring, i.e. on the contact surfaces of the two with one another body to be connected, on which the sealing effect is to be achieved, occurs against it only a comparatively minor change in shape. - '- _ For this reason; around. especially in the case of sealing rings with high deformation resistance, none too large To require pressing forces, usually aimed at the unevenness of the contact surfaces to be kept as small as possible through careful processing. Should, however, sealing rings riding rough surface, such as B. in raw cast .Metal rings are rolled in, then one encounters seemingly insurmountable difficulties. In such cases a sealing effect, especially against gases, could only be achieved up to now if an additional sealing compound (red lead, viscous oil or the like) between the Contact surface of sealing ring and valve body is brought and there like a inserted soft seal works. A disadvantage of such additional sealants however, is their unsafe aging and temperature resistance.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden und eine auch gegen hohe Drücke zuverlässig gas- und flüssigkeitsdichte Befestigung insbesondere von Dichtringen in Armaturen zu schaffen, und zwar ohne vorhergehende Bearbeitung der gegeneinander abzudichtenden Flächen und auch ohne Zuhilfenahme eines besonderen Dichtmittels, sondern allein durch Einwalzen des ring-oder rohrförmigen Innenkörpers aus einem Werkstoff mit sowohl für den Einwalzvorgang als auch für die Betriebsverhältnisse geeigneten Eigenschaften in den mit einer entsprechenden Bohrung versehenen Außenkörper. Dabei hat der hohlzylindrische Innenkörper vor dem Einwalzen eine glatte Außenfläche, während sich an der Bohrungswand des Außenkörpers ring-oder schraubenförmige Nuten befinden.The invention has the task of solving the aforementioned disadvantages to be avoided and to be reliably gas- and liquid-tight, even against high pressures To create fastening in particular of sealing rings in fittings, and without previous processing of the surfaces to be sealed against each other and also without With the help of a special sealant, just by rolling in the ring or tubular inner body made of a material with both for the rolling process as well as properties suitable for the operating conditions in the with a corresponding bore provided outer body. The hollow cylindrical Inner body before rolling in a smooth outer surface, while on the bore wall of the outer body are annular or helical grooves.

Die genannte Aufgabe kann allerdings bei den in diesem Zusammenhang zu stellenden hohen Anforderungen hinsichtlich des zu verformenden Materials und der zu berücksichtigenden Betriebsverhältnisse nicht schon dadurch gelöst werden, daß man die Nuten an der Bohrungswand des Außenkörpers irgendwie kantenartig begrenzt. Wenn nämlich diese Begrenzungskanten, wie es bei mehreren bekannten Arten von Einwalzbefestigungen der Fall ist, auf dem gleichen Durchmesser mit der übrigen, putenfreien Oberfläche des betreffenden Körpers liegen, wird der Einwalzvorgang infolge der Druckverteilung auf eine verhältnismäßig große Fläche beeinträchtigt. Für eine ausreichende Formänderung des Innenkörpers wäre dann gegebenenfalls ein Einwalzdruck von praktisch kaum oder sogar nicht mehr möglicher Höhe erforderlich. Entsprechendes gilt auch bei Anordnung solcher Nuten an der Außenfläche des Innenkörpers.The task mentioned can, however, in this context The high demands to be made with regard to the material to be deformed and the operating conditions to be taken into account are not resolved by that the grooves on the bore wall of the outer body are somehow limited like an edge. Namely, if these delimiting edges, as is the case with several known types of roll-in fastenings is the case, on the same diameter as the rest of the turkey-free surface of the body in question, the rolling-in process is due to the pressure distribution impaired on a relatively large area. For a sufficient change in shape of the inner body would then possibly have a rolling pressure of practically little or no even no longer possible height required. The same applies to the arrangement such grooves on the outer surface of the inner body.

Demgegenüber läßt sich eine ausreichende Formänderung des Innenkörpers mit einem vergleichsweise erheblich geringeren Einwalzdruck erreichen, wenn die Vorsprünge von vorzugsweise spitzwinkelig-dreiecksförmigem Querschnitt und mit geringfügig abgerundeten Scheiteln an der Bohrungswand des Außenkörpers erfindungsgemäß so angeordnet sind, daß der Durchmesser der Bohrung des Außenkörpers zwischen den Scheiteln der Vorsprünge kleiner als zwischen allen übrigen Wandungsteilen dieser Bohrung im Bereich der Verbindung ist. In diesem Falle findet zwischen den inneren Vorsprüngen des Außenkörpers und der zunächst durchweg axial verlaufenden Außenseite des Innenkörpers zu Beginn des Einwalzvorganges im wesentlichen nur eine Linienberührung mit vergleichsweise hohen spezifischen Drücken statt.In contrast, a sufficient change in shape of the inner body can be achieved with a comparatively considerably lower roll-in pressure if the Projections of preferably an acute-angled-triangular cross-section and with slightly rounded apices on the bore wall of the outer body according to the invention so arranged are that the diameter of the bore of the outer body between the apices of the Projections smaller than between all other wall parts of this hole in the area the connection is. In this case takes place between the inner projections of the Outer body and the first consistently axially extending outer side of the inner body at the beginning of the rolling-in process essentially only a line contact with comparatively high specific pressures.

Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch sie erzielten Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der neuen Verbindung.Further features of the invention and details of those achieved by it Advantages result from the description of the exemplary embodiments shown in the drawing the new connection.

Fig.1 zeigt im Axialschnitt die eine Innenwandseite der Öffnung einer Armatur; Fig. 2 läßt entsprechend die ganze Öffnung des betreffenden Körpers mit einem in denselben einzuwalzenden Dichtring und andeutungsweise die zugehörigen Werkzeuge erkennen; Fig. 3 zeigt den Dichtring im eingewalzten Zustande mit der benachbarten Randzone der Armatur.Fig.1 shows in axial section the one inner wall side of the opening of a Armature; Fig. 2 accordingly leaves the entire opening of the body in question a sealing ring to be rolled into the same and the associated ones Recognize tools; Fig. 3 shows the sealing ring in the rolled-in state with the adjacent edge zone of the valve.

Ein Armaturenkörper 1 ist an der Innenwandung seiner zur Aufnahme eines Dichtringes 2 bestimmten Öffnung mit mehreren ringsumlaufenden Nuten 3 versehen, die durch ringförmige Vorsprünge 4 von Dreiecks-Querschnitt gebildet werden. Die beiden Flanken jedes Vorsprunges schließen einen spitzen Winkel a ein, dessen radial nach innen gerichteter Scheitel s mit einem ganz kleinen Radius abgerundet ist. In diese Armatur soll der aus einem Metall mit für hohe Drücke und Temperaturen geeigneten Eigenschaften, also z. B. aus einer Spezialbronze von verhältnismäßig hoher Festigkeit, aber gleichzeitig mit einem gewissen Formänderungsvermögen bestehende Dichtungsring 2 eingewalzt werden. Derselbe ist als Gußstück hergestellt und hat zunächst, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, abgesehen von zwei kegelförmigen Eindrehungen an seinen beiden Enden, sowohl innen als auch außen axial verlaufende Oberflächen, wobei mindestens die letztere unbearbeitet, also entsprechend rauh ist.A fitting body 1 is on the inner wall of its for inclusion a sealing ring 2 provided certain opening with several circumferential grooves 3, which are formed by annular projections 4 of triangular cross-section. the both flanks of each projection enclose an acute angle a, its radial inwardly directed vertex s is rounded with a very small radius. This fitting should be made of a metal with for high pressures and temperatures suitable properties, e.g. B. from a special bronze of relatively high strength, but at the same time with a certain deformability Sealing ring 2 are rolled in. The same is made as a casting and has initially, as can be seen from FIG. 2, apart from two conical indentations at both ends, both inside and outside, axially extending surfaces, where at least the latter is unprocessed, i.e. correspondingly rough.

Die in Fig.2 schwächer ausgezogenen Linien bezeichnen ein in seiner grundsätzlichen Bauart an sich bekanntes Gerät zum Einwalzen des Dichtringes 2, welches im wesentlichen aus dem Käfig 8 und den in diesen eingesetzten Werkzeugen besteht, nämlich mehreren, in radialen Aussparungen des Käfigs sich paarweise gegenüberliegenden Walzensteinen 6 und einem Walzdorn 7, der alle Walzensteine längs einer Mantellinie berührt und einen doppelt so großen Kegelwinkel wie diese hat. Die Walzensteine können auch in ungerader Zahl vorgesehen und entsprechend in Umfangsrichtung des Käfigs verteilt sein.The lines which are more weakly drawn out in FIG. 2 denote a in his basic design known device for rolling in the sealing ring 2, which essentially consists of the cage 8 and the tools used in it consists, namely several, opposite in pairs in radial recesses of the cage Roll stones 6 and a rolling mandrel 7, all of the rolling stones along a surface line and has a cone angle twice as large as this. The rolling stones can also be provided in an odd number and accordingly in the circumferential direction of the Be distributed in the cage.

Wenn der konische Walzdorn 7 unter Drehen in axialer, durch Pfeil 1 angedeuteter Richtung vorgeschoben wird, üben die Walzensteine 6 eine durch die radialen Pfeile P angedeutete Kraft auf den Dichtring 2 aus. Sobald dieser dem Walzdruck nachgeben will, wird auf seine Außenseite durch die zunächst nur in Linienberührung mit derselben stehenden Scheitel 5 der ringförmigen Vorsprünge 4 des Armaturenkörpers 1 ein so großer spezifischer Gegendruck ausgeübt, daß er sich an den betreffenden Stellen plastisch zu verformen beginnt. Dabei fließt das von den sich in den Dichtungsring entsprechend der Aufweitung desselben mit Keilwirkung zunehmend eingrabenden Vorsprüngen 4 verdrängte Material von jeder ringförmigen Druckzone aus nach beiden Seiten axial auseinander, staut sich im Bereich der Nuten 3 und wird dort unter der fortgesetzten Einwirkung des radialen Walzdruckes P immer mehr in die noch freien Hohlräume hineingedrängt. Fig. 3 läßt das Endstadium dieses Einwalzvorganges erkennen, welches in einem auf der ganzen Länge der Trennfuge vollkommen dichten Anliegen des Ringes 2 an der Armatur 1 besteht.When the conical rolling mandrel 7 is rotating in the axial direction, by arrow 1 direction indicated is advanced, the roller stones 6 practice a through the radial arrows P indicated force on the sealing ring 2 from. As soon as this the rolling pressure wants to give way, is on its outside by initially only in line contact with the same standing vertex 5 of the annular projections 4 of the fitting body 1 exerted such a large specific counterpressure that it adheres to the relevant Places begin to deform plastically. This flows from the into the sealing ring corresponding to the widening of the same with wedge effect increasingly digging projections 4 displaced material axially in either direction from each annular pressure zone apart, accumulates in the area of the grooves 3 and is there under the continued The effect of the radial rolling pressure P is pushed more and more into the cavities that are still free. Fig. 3 reveals the final stage of this rolling-in process, which in a the entire length of the parting line completely tight fit of the ring 2 on the valve 1 exists.

Der besondere Vorteil einer nach der Erfindung ausgeführten Befestigung liegt also in der herstellungsmäßigen Vereinfachung bei trotzdem genügender dichtungsmäßiger Sicherheit einer solchen nur durch Einwalzen hergestellten Verbindung, deren zugehörige Bauteile gegebenenfalls hohen betrieblichen Beanspruchungen ausgesetzt sind und dafür aus hochwertigem Material bestehen müssen. Dabei kommt man wegen der für den beabsichtigten Zweck günstigen Keilwirkung der dreiecksförmigen Vorsprünge 4 mit verhältnismäßig geringen radialen Walzkräften P aus und erzielt trotzdem recht erhebliche Anpreßkräfte, die ein vollkommenes Ausfüllen aller noch so kleinen Zwischenräume gewährleisten.The particular advantage of a fastening carried out according to the invention therefore lies in the simplification in terms of production with nevertheless sufficient sealing Security of such a connection produced only by rolling, its associated Components may be exposed to high operational stresses and must be made of high quality material. One comes here because of the for the intended purpose favorable wedge effect of the triangular projections 4 with relatively low radial rolling forces P and still achieved quite considerable Contact pressure that completely fills out even the smallest gaps guarantee.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Gas- and liquid-tight fastening of a sealing ring in a fitting or another ring-shaped or tubular inner body made of rolled-in material of lower hardness into a corresponding bore in an outer body made of material of greater hardness by rolling the smooth, hollow-cylindrical inner body into the with Projections of preferably acute-angled-triangular cross-section and provided with slightly rounded apices bore of the outer body, characterized in that the diameter of the bore of the outer body between the apices of the projections is smaller than between all other wall parts of this bore in the area of the connection. z. Fastening according to claim 1, characterized in that the inner body (2) after rolling in, in a manner known per se, has an outer surface which fits tightly through plastic deformation of the contour of the outer body (1). 3. Fastening according to claim 1 and 2, characterized in that the inner body (2) consists of a cast body made of a metal suitable for high pressure and / or temperature loads with correspondingly high strength, but also a certain deformability, which at least in. the area to be sealed has an unprocessed outer surface. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 406 622, 478 829, 713 673; Austrian patent specifications No. 113 769, 140 502; British Patent No. 418,451; U.S. Patent No. 2,217,000.