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Verbindung zweier gegeneinander verdrehbarer rohrförmiger Kupplungsteile
Die Erfindung betrifft eine Verbindung zweier um ihre Achse gegeneinander verdrehbarer
rohrförmiger Kupplungsteile, die durch einen in einer nach dem Rohrinnern auf der
ganzen Breite offenen, seitlich von Stirnflächen der Kupplungsteile begrenzten Kammer
angeordneten, entsprechend den Kammerbegrenzungsflächen geformten Dichtungsring
aus elastischem Werkstoff, wie Gummi, Kunststoff od. dgl., sowohl gegen über- als
auch Unterdruck abgedichtet sind.
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Eine bekannte Rohrkupplung dieser Art ist so aufgebaut, daß die Dichtungskammer
gerade seitliche Flächen aufweist, die sich senkrecht zur Rohrachse erstrecken.
Der Dichtungsring ist bei dieser Ausführung aus zwei Teilen aufgebaut, nämlich einem
äußeren, aus Gummi bestehenden Nutring und einem inneren, in die Vertifung des Nutringes
eingreifenden Dichtungsring. Um die Dichtung fest in ihren Sitz zu pressen, hat
einer der Kupplungsteile einen zylinderförmigen Vorsprung, der in eine zentrale
Bohrung des anderen Kupplungsteils paßt und einen Druck auf das Dichtungspaket ausübt.
Hierdurch soll eine gewisse Vorspannung des Dichtungsringes erreicht werden.
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Diese Dichtungsanordnung hat den Nachteil, daß es nicht möglich ist,
den Druck auf den Dichtungsring zu verändern bzw. ihn den jeweiligen Umständen anzupassen.
Wenn nämlich der Dichtungsring nach längerer Betriebszeit etwas schrumpft, besteht
die Möglichkeit, daß in der Gleitfläche bzw. in dem zum Rohrinnern hin gerichteten
Teil Unebenheiten und sogar kleine Spalte auftreten, die durch abrassive Beimengungen
der in der Rohrleitung geförderten Flüssigkeit leicht erweitert werden können und
dann zu Zerstörung der Dichtung führen.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß sowohl
die Kammer als auch der für über- und Unterdruck gleiche Dichtungsring im Querschnitt
die Form eines symmetrischen Trapezes aufweist, dessen parallele Seiten in Richtung
der Kupplungsachse verlaufen, daß die größte der parallelen Seiten des Trapezes
radial außen liegt und daß der Dichtungsring an seinen Seitenflächen mit Rillen
zur Aufnahme von Schmiermittel versehen ist.
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Durch diese Dichtungsanordnung wird bewirkt, daß sich bei überdruck
im Rohrinneren die größere Grundfläche des Trapezes und bei Unterdruck die Seitenwände
des Dichtungsringes an den ihnen gegenüberliegenden Flächen der Kammer anlegen.
Das in den seitlichen Rillen des Dichtungsringes vorhandene Schmiermittel sorgt
dafür, daß bei Druckwechsel die radiale Bewegung des Dichtringes gegenüber den Seitenflächen
der Kammer erleichtert wird.
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Dichtungsringe mit trapezförmigem Querschnitt sind bekannt. Sie haben
aber nicht die Eigenschaft, daß der jeweils herrschende Druck - gleich ob Unter-
oder überdruck - für ein abdichtendes Anlegen von verschiedenen Flächendes Ringes
an die Dichtungskammer sorgt. So besteht bei einer dieser bekannten Dichtungen die
eine Trapezseite aus einer fest mit dem Dichtungsring verbundenen Scheibe aus Sinterbronze,
die eine Lagerfläche gegenüber dem sich drehenden Teil bildet. Der Dichtungsring
hat daher keine freie Beweglichkeit zwischen den gegenüberliegenden abgeschrägten
Stirnflächen, und der Anpreßdruck wird durch Beilegscheiben bestimmt, die an der
Stirnfläche des Hauptlagers angeordnet sind. Da die Güte der Abdichtung durch die
Vorspannung gegeben ist, mit welcher die Packung versehen wird, leidet bei Änderung
der Vorspannung die Güte der Dichtung.
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In dem folgenden Teil der Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Mittellängsschnitt
durch eine Rohrkupplung mit eingebautem Dichtungsring, F i g. 2 einen Querschnitt
durch einen ausgebauten Dichtungsring gemäß F i g. 1 und
F i g.
3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig.2.
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In F i g. 1 ist eine verschwenkbare Rohrkupplung 10 gezeigt,
die aus einem Kupplungsstecker 12 und einer Kupplungsmuffe 14 besteht.
Das innere Ende 16 des Kupplungssteckers 12 ist drehbar in der Ausnehmung
18 des erweiterten Endes 20 der Kupplungsmuffe 14 so gelagert, daß
die Bohrungen 22 und 24 der beiden Kupplungsteile miteinander fluchten.
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An der Außenfläche des Kupplungssteckers 12 und an der Innenfläche
der Ausnehmung 18 sind Laufrillen 26 und 28 von halbkreisförmigem Querschnitt vorgesehen,
die zur Aufnahme von Lagerkugeln dienen. Es sind zwei Paare von Laufrillen vorgesehen,
in die durch eine öffnung 32 Lagerkugeln 30 eingefüllt sind. Die Kugeln
verbinden beide Kupplungsteile drehbar miteinander und sichern sie gegen axiale
Bewegung. Die Öffnung 32 ist durch einen Gewindestopfen 34 verschließbar: Um die
Kugeln 30 vor Feuchtigkeit und Schmutz zu schützen und um ein Austreten von Schmiermittel
nach außen zu verhüten, ist am Stopfen 34 eine Dichtungsscheibe 35 vorgesehen. Zu
dem gleichen Zweck dient ein Dichtungsring 36 üblicher Bauart, der in einer Rille
37 an der Außenfläche des eingeschobenen Kupplungsteils 12 angeordnet ist.
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Die äußeren Enden 42 und 43 der Kupplungsteile 12 und 14 sind zum
Anschließen von Rohren mit konischen Ausnehmungen 40 und 41 und mit Innenrohrgewinde
38 und 39 versehen.
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Am inneren Ende 16 des Kupplungssteckers 12 ist eine abgeschrägte
Schulter 46 vorgesehen, welche mit der Bohrung 22 des Kupplungssteckers 12 einen
spitzen Winkel 48 bildet. Die Bohrung 18 der Kupplungsmuffe 14 weist ebenfalls eine
Schulter 50 auf, die unter einem spitzen Winkel 52 gegenüber der Bohrung
24 dieses Kupplungsteils verläuft. Die Kupplungsteile sind so ausgebildet, daß die
beiden Schultern 46 und 50 mit Abstand gegenüberliegen und eine ringförmige, an
ihrer Innenseite verengte Dichtungskammer 54 bilden. Der äußere Umfang der Dichtungskammer
ist erheblich breiter als der innere Umfang, so daß der Querschnitt dieser Kammer
die Form eines symmetrischen Trapezes oder eines Gewölbesteines hat. Die von den
Schultern 46, 50 gebildeten Seitenwände der Dichtungskammer schließen mit ihrer
Umfangsfläche spitze Winkel 55 bzw. 56 ein. Ein Dichtungsring 60 ist in die
Kammer 54 so eingepaßt, daß er mit Vorspannung an den Schultern 46 und 50 sowie
an der Außenwand 58 abdichtend anliegt. Der Dichtungsring 60 besteht aus einem nachgiebigen
Material, beispielsweise aus Gummi oder Kunstgummi, und hat etwa trapezförmigen
Querschnitt, dessen Außenseite 64 erheblich breiter als seine Innenseite 66 ist.
Der Dichtungsring 60 steht mit der Kupplungsmuffe 14 an zwei Flächen, nämlich an
der Schulter 50 und an der Umfangswand 58 in Berührung, während er nur an einer
Fläche des Kupplungssteckers 12, nämlich an der Schulter 46, anliegt. Vermöge dieser
Anordnung bleibt der Dichtungsring 60 bei einer Drehbewegung zwischen den Kupplungsteilen
12 und 14 in fester Anlage mit der Kupplungsmuffe, während die Schulter 46 des Kupplungssteckers
12 an der ihr gegenüberliegenden Fläche des Dichtungsrings gleiten kann.
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Obwohl die geometrische Form des Dichtungsrings 60 und der Dichtungskammer
54 sehr ähnlich sind, unterscheiden sie sich doch in der Weise, daß der Dichtungsring
mit größerem Druck gegen die in der Nähe des inneren Umfangs liegenden Bereiche
der Schultern 46 und 50 drückt als gegen die in der Nähe des äußeren Umfangs dieser
Schultern liegenden Bereiche. Hierdurch wird erreicht, daß zwischen dem Dichtungsring
60 und jeder der Schultern 46 und 50, dort wo diese Schultern in die Bohrungen
22 und 24 übergehen, kein Spalt besteht. Der Zweck dieser Anordnung liegt darin,
eine glatte kontinuierliche Anlagefläche zu bilden, in der sich keine Taschen oder
Ausnehmungen befinden, in welche bei einer Drehung der Rohrkupplungsteile Verunreinigungen
gelangen könnten. Auch wenn der Dichtungsring 60 an seinem inneren Umfang
etwas konvex gewölbt ist und von beiden Kupplungsteilen 12 und
14 ein Druck auf ihn ausgeübt wird, so ist doch aus F i g. 1 ersichtlich,
daß die innere Umfangswand 66 des Dichtungsringes 60 eine stetige Verbindungsfläche
zwischen den beiden Bohrungen 22 und 24 bildet, wodurch Turbulenzbildung beim Durchströmen
von Druckmittel oder Flüssigkeit durch die Kupplung und damit eine verschleißende
Reibung an der Dichtung vermieden wird.
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Auf Grund der trapezförmigen Form der Kammer 54 und des darin befindlichen
Dichtungsringes 60 kann die schwenkbare Rohrkupplung 10 sowohl zur Förderung von
unter Überdruck als auch von unter Unterdruck stehenden Flüssigkeiten oder Druckmitteln
verwendet werden. Wenn der Druck innerhalb der Kupplung 10 größer als der der Außenatmosphäre
ist, wird der auf den Dichtungsring einwirkende Differenzdruck den Ring in radialer
Richtung ausdehnen. Wegen der Nachgiebigkeit des Dichtungsrings wird ein radial
nach außen gegen die Innenseite 66 des Dichtungsringes wirkender Druck die axiale
Länge. des Ringes vergrößern. Die Seitenwände des Dichtungsringes werden dabei seitlich
auseinandergedrückt, wodurch sich der gegen die Schultern 46 und 50 wirkende Druck
erhöht. Gleichzeitig wird die Außenseite 64 des Dichtungsrings fester gegen die
äußere Umfangswand 58 der Dichtungskammer gedrückt, wodurch der Dichtungsring einem
Austreten von Druckmittel oder Flüssigkeit aus dem Innern der Kupplung durch den
Spalt 62 umsomehr entgegenwirkt, je mehr sich der Druck innerhalb der Kupplung erhöht.
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Der Dichtungsring 60 weist einen Verstärkungsring 68 aus Metall oder
anderem verhältnismäßig festem Werkstoff auf, der mit dem elastischen Material des
übrigen Teiles des Dichtungsringes fest haftend verbunden ist. Der Verstärkungsring
68 liegt an der dem Ringspalt 62 gegenüberliegenden Seite des Ringes und dient dazu,
ein Eintreten des verhältnismäßig weichen Werkstoffs des Dichtungsringes in den
Spalt 62 zu verhindern, so daß die Kupplung auch bei hohen Innendrücken verwendet
werden kann.
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Ist der Atmosphärendruck größer als der Innendruck in der Kupplung,
so wird der auf die Außenseite 64 des Dichtungsringes 60 wirkende Atmosphärendruck
den Ring nach innen zusammendrücken.
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Hierbei werden die Seitenwände 70 des Dichtungsringes 60 nach innen
fester gegen die Schultern 46 und 50 gedrückt, so daß auch in diesem Falle die Dichtungswirkung
sich bei zunehmendem Differenzdruck erhöht.
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Es ist also ersichtlich, daß der Dichtungsring 60 sich bei Änderungen
in der Größe oder Richtung des Differenzdrucks etwas innerhalb der Dichtungskammer
54
bewegt. Bei dieser Bewegung des Dichtungsringes gleiten seine Seitenwände 70 in
radialer Richtung an den Schultern 46 und 50. Zur Verringerung der
Reibung bei einer solchen Gleitbewegung sind in den Seitenwänden 70 des Dichtungsringes
60 eine Reihe von konzentrischen Rillen 72 vorgesehen, die zur Aufnahme von Schmiermittel
dienen.
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Zweckmäßig ist der Dichtungsring 60 im Verhältnis zur Größe der Dichtungskammer
54 so bemessen, daß er bei geringem Differenzdruck nur einen sehr kleinen Druck
gegen die Wandungen 46, 50 und 58 der Dichtungskammer ausübt. Bei größeren Differenzdrücken
wird der Anlagedruck des Dichtungsringes an den Kammerwandungen in der oben beschriebenen
Weise proportional des Anwachsens des Differenzdruckes erhöht, unabhängig davon,
ob der Innendruck größer oder kleiner als der Außendruck ist. Es wird also erreicht,
daß im praktischen Betrieb der Kupplung der von dem Dichtungsring gegen die Seitenwände
der Dichtungskammer ausgeübte Druck den durch den jeweiligen Differenzdruck gegebenen,
zum Verhindern eines Leckens durch den Saplt 62 erforderlichen Druck niemals wesentlich
überschreitet. Dies ist deshalb wünschenswert, weil der Dichtungsring einer relativen
Drehung der beiden Kupplungsteile 12 und 14 auf diese Weise nur wenig Widerstand
entgegensetzt, so daß die zwischen dem Dichtungsring 60 und den Wandungen
der Kammer 54 bestehende Reibung auf den kleinsten mit dem jeweiligen Differenzdruck
zu vereinbarenden Wert gehalten wird. Hierdurch wird auch die axiale Beanspruchung
der Lagerkugeln 30 gering gehalten.