DE1450386B2

DE1450386B2 - Gewindeabdichtungsring

Info

Publication number: DE1450386B2
Application number: DE19641450386
Authority: DE
Inventors: Richard Palen Ven'ce Cahf Papenguth (V St A )
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1963-10-23
Filing date: 1964-10-22
Publication date: 1973-06-14
Also published as: DE1450386C3; NL145025B; BE654292A; SE304419B; DE1450386A1; DK111313B; CH420753A; US3259404A; NL6412242A; GB1056775A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gewindeabdichtungsring mit einer flexiblen Ringmanschette, an deren dem Gewinde zugekehrten Ringfläche mehrere, auf dem Umfang verteilte, elastisch verformbare Radialvorsprünge angeordnet sind.

Gewindeabdichtungsringe haben zwei Dichtungsfunktionen zu erfüllen. Einerseits muß ein axialer Flüssigkeitsverlust um die Gewindespitzen herum verhindert werden, und andererseits ist es erforderlich, auch eine Flüssigkeitsströmung innerhalb der Gewinderille längs der Gewindewendel auszuschließen. Es ist bekannt, hierfür einen ausschließlich aus verformbarem Werkstoff bestehenden Abdichtungsring von etwa fünffacher Gewindeganghöhe zu verwenden, der auf seiner Ringinnenfläche vier warzenartige Radialvorsprünge mit kreiskegelförmiger Gestalt aufweist, während an der Ringaußenfläche ein verformbarer kappenartiger Außenflansch angeformt ist. Der Öffnungswinkel der kreiskegelförmigen Warzen weicht von dem Winkel zwischen den Gewindeflanken ab und würde selbst im Falle guter Anpassung nur der Rillenform eines einzigen bestimmten Gewindes angepaßt sein, denn nur ein Längsschnitt durch die Kegelachse der Warzen weist einen gewindeähnlichen dreieckförmigen Querschnitt auf, während bei allen anderen Schnittführungen hyperbelförmige Querschnittsformen sich ergeben. Zur wirkungsvollen Abdichtung muß der Werkstoff der Warzen in die Gewinderille eingedrückt werden, in der Hoffnung, daß das Gewinderillenprofil hierdurch ausreichend ausgefüllt wird, so daß Flüssigkeitsverluste vermieden werden. Die Abdichtungswirkung ist nicht befriedigend, zumal wenn ein einheitlicher Gewindeabdichtungsring gleich für eine weite Skala verschiedenster Gewinde verwendet werden soll. Ein zwischen den Schraubteilen befindlicher Gewindeabdichtungsring dieser Art wird nicht nur nach radial innen, sondern auch nach radial außen verformt, so-, daß im Bereich der Gewindespitzen kein kontrollierbarer Anpreßdruck erzielt wird, der schon bei geringen, materialschonenden Anzugsmomenten eine befriedigende Abdichtung schaffen würde. Zu starkes Zusammenpressen des Dichtungsringes, welches nicht eindeutig begrenzt ist, führt zu seiner Beschädigung, welche eine erneute Verwendung zu Abdichtungszwecken ausschließt; nach einer Demontage muß der Ring durch einen neuen ersetzt werden.

Bei Gewindeabdichtungen anderer Art ist es bekannt, einen flexiblen Ringkörper in Aussparungen eines metallischen verschraubbaren Bauteils einzula- | gern oder ihn von einem starren Außenring umfassen j zu lassen. Die flexiblen Ringkörper weisen auf ihrer | Ringinnenfläche entweder eine geschlossene Ringwulst oder ein vorbestimmtes Innengewinde auf. Im j ertgenannten Fall ist es schwierig die abzudichtende ¹^f Gewinderille so vollständig auszufüllen, daß unter allen Umständen ein Flüssigkeitsverlust längs der Gewindewedel verhindert ist, denn zumindest an einer Stelle wird die umlaufende Wulst über den Grat des Gewindes hinweggeführt werden müssen, was eine Fehlerstelle in der Abdichtung verursacht. Im zweitgenannten Fall vermag das vorgegebene Gewinde im flexiblen Ringkörper eine davon stark abweichende Gewindeausbildung nicht mehr zufriedenstellend abzudichten, weil eine beschädigungsfreie Anpassung an eine breite Skala verschiedener Gewindeganghöhen nicht gegeben ist. Weiterhin ist die Ausbildung solcher Ringkörper-Formen kostspielig. In beiden Fällen ist schließlich die Handhabung der Abdichtungsmittel umständlich und zeitaufwendig, weil diese sich nicht einfach über das abzudichtende Glied überschieben lassen, sondern bei der Montage und Demontage mühsam verschraubt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gewindeabdichtungsring der eingangs genannten Art zu entwickeln, der bei einfacher Handhabung sowie Gestaltung und bei geringem Materialaufwand eine möglichst gute Abdichtung eines mit Gewinden versehenen Gliedes ermöglicht. Dies wird bei einem Gewindeabdichtungsring dieser Art durch die Kombination folgender Merkmale erreicht, nämlich:

a) daß in an sich bekannter Weise die dem Gewinde abgekehrte Ringfläche von einem starren Abstützring eingefaßt ist, der eine axial geringere Höhe als die Ringmanschette aufweist,

b) daß die Höhe der Ringmanschette eineinhalb mal größer als die Gewindeganghöhe ausgebildet ist und

c) daß die länglichen Radialvorsprünge durchgehend dreieckförmigen Querschnitt und einen etwa geradlinig ausgebildeten Grat aufweisen.

Wegen dieser Bemessung erhält man bei einem Minimum an Werkstoffaufwand eine optimale Abdichung von Gegenständen mit einer breiten Skala verschiedenster Gewinde. Die länglichen Radialvor-Sprünge mit ihrem gradlinigen Grat weisen in ihrer Mitte den maximalen dreieckigen Querschnitt auf, welcher das größtmögliche abzudichtende Gewinde bestimmt. Bei einem Radialschnitt durch die Ring-

manschette, welcher zunehmend sich den Enden des länglichen Radialvorsprunges nähert, wird der dabei erzielte dreieckförmige Querschnitt der Vorsprünge flächenmäßig kleiner und entspricht damit in seiner Form den jeweils feiner werdenden Gewindegängen der abzudichtenden Gegenstände bis hin zu dem Wert Null am Ende der länglichen Vorsprünge. In dieser weiten Skala verschiedenster dreieckförmiger Querschnitte gibt es mit Sicherheit einen, welcher in seiner Form der Rillengestalt des abzudichtenden Gewindes entspricht. Was auch immer an den übrigen Querschnitten der Radialvorsprünge zu Zwecken der Abdichtung geschieht, interessiert dabei nicht, weil es einen genau in die Rille passenden Querschnitt eines der Radialvorsprünge gibt, welcher eine vollständige Abdichtung der Gewinderille sicherstellt. Wegen der Bemessung der Höhe gemäß Merkmal b) ist damit zugleich sichergestellt, daß an dieser entscheidenden Stelle zugleich eine zuverlässige Abdichtung auch an den Spitzen des Gewindes gewährleistet ist, denn an dieser Stelle befindet sich mit Sicherheit mehr als eine Windung der Gewindespitzen in fester Anlehnung an der Innenfläche der Manschette, wobei wegen des Merkmals a) über den starren Abstützring und seine Bemaßung zur Ringmanschette ein wohldefinierter Anpreßdruck auf die Ringmanschette ausgeübt wird, welcher eine einwandfreie Abdichtung sicherstellt, ohne eine Beschädigung des Werkstoffes durch übergroße Druckbeanspruchungen herbeizuführen, die zu Abdichtungsfehlern führen könnten. Durch diese präzise Abdichtung ist es möglich, ohne die einwandfreie Abdichtung zu gefährden, die Höhe der Manschette auf das angegebene Minimum zu beschränken. Bei einem Massenartikel dieser Art ist dies besonders beachtlich. Selbst der Werkstoffanteil für die Ausbildung der Radialvorsprünge wird wegen der flächenmäßig in weiten Grenzen variablen, stets dreieckförmigen Querschnitte auf einem Minimum gehalten. Die unscheinbaren und dabei höchst wirksamen Radialvorsprünge ermöglichen schließlich ein einfaches axiales Aufschieben des erfindungsgemäßen Gewindeabdichtungsrings auf den gewindetragenden abzudichtenden Gegenstand, ohne jegliche Verschraubung. Wegen der Schonung des flexiblen Werkstoffs der Ringmanschette durch den starren Abstützring ist eine vielfache Verwendung trotz mehrfachen Lösens und Anziehens der Dichtung gewährleistet; es ist nicht erforderlich, nach einer Demontage aus Sicherheitsgründen immer wieder einen neuen Ring zu verwenden. Schließlich kann wegen des sehr weiten Anwendungsfeldes zur Abdichtung verschiedenster Gewindegänge ein Ring einheitlicher Sorte gleichgut für eine weite Skala von Genständen mit verschiedensten Gewinden verwendet werden. Dies erspart eine umfangreiche Vorratshaltung und ermöglicht wegen der entprechend hohen Auflagenzahl eine besonders preisgünstige Herstellung.

Normalerweise genügt es, die Radialvorsprünge mit ihren geradlinigen Grat senkrecht zur Achse der Ringmanschette verlaufen zu lassen, weil der genau passende Querschnitt bei einem der zahlreichen Vorsprünge in exakt richtiger'Lage zur steigenden Gewinderille angeordnet sein wird und im übrigen auf die gute Flexibilität des Werkstoffs in diesem geringen Ausmaß auch schon Verlaß ist. Es empfiehlt sich aber dieser Notwendigkeit entgegenzukommen, indem man den Grat der Radialvorsprünge von vornherein in Steigungsrichtung einer Schraubenlinie verlaufen läßt. '.'■■■'

Für die Festigkeit des Gewindeabdichtungsringes zwischen seiner zentralen Ringmanschette und., seinem äußeren starren Abstützring empfiehlt es sich, den Abstützring aus zwei Teilringen aufzubauen, zwischen denen ein abgesetzter Flansch der Ringmanschette sich befindet. Hierdurch ist eine großflächige Verbindung zwischen den Einzelteilen des erfindungsgemäßen Ringes geschaffen.

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

Fig. die Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Gewindeabdichtungsringes,

F i g. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1, wobei sich die Dichtungsmanschette in einer Ausgangsstellung zum Überschreiten über einen Gewindeteil befindet,

F i g. 3 eine Ansicht entsprechend F i g. 2, bei welcher der Gewindeabdichtungsring über das Gewindeglied übergeschoben ist,

F i g. 4 eine Schnittansicht, entsprechend F i g. 2, durch eine weitere Ausführungsform des Gewindeab-. dichtungsrings,

F i g. 5 eine Schnittansicht durch eine fertig montierte Dichtung,

F i g. 6 eine Schnittansicht durch ein Rechtsgewinde eines Gewindebolzens mit in Montagestellung übergeschobenem Gewindeabdichtungsring, wobei die Abdichtungswirkungen näher veranschaulicht sind.

Der Gewindeabdichtungsring 14 weist eine Ringmanschette 15 aus verformbarem, federndem Werkstoff, beispielsweise Gummi, Kunstgummi, Kunstharz od. dgl. auf. Die Ringmanschette 15 ist von einem Abstützring 16 aus starrem Werkstoff, beispielsweise Metall oder hartem Kunststoff, umgeben, mit welchem sie vorzugsweise verkittet ist.

Die elastische Ringmanschette 15 weist stirnendig ebene Endflächen 17, 18 auf, die axial über den Abstützring 16 vorstehen. Die Ringmanschette besitzt eine kreisförmige Öffnung 19, deren Ausgangsdurchmesser etwas größer als der größte Durchmesser eines Gewindes 28 auf einem Glied 20 ausgebildet ist, mit welchem der Gewindeabdichtungsring 14 verbunden werden soll. Von der Wandfläche der Öffnung 19 verlaufen drei Radialvorsprünge 23, 24, 25 nach innen. Sie sind in gleichen Abständen zueinander angeordnet. Wie aus F i g. 1 zu erkennen ist, ist das freie Ende eines jeden Radialvorsprungs als ein geradliniger Grat 26 ausgebildet. Die Radialvorsprünge haben einen besonders ausgebildeten Querschnitt. Sofern der Abdichtungsring 14 bei V-förmigen Gewinden verwendet werden soll, bildet der Querschnitt jedes Radialvorsprungs bezüglich aller durch die Ringmanschette 15 gelegten radialen Schnittebenen ein im wesentlichen gleichseitiges Dreieck, wobei die eine Dreiecksseite eine gedachte Linie darstellt, die mit der Wandfläche der Öffnung 19 zusammenfällt, auf welcher der Radialvorsprung aufsitzt.

Die Radialvorsprünge sind so bemessen, daß ein Kreis 27, der, wie in F i g. 1 gezeigt ist, die radial am weitesten innenliegenden Teile der Grate 26 berührt, einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Kerndurchmesser des Gewindes 28 des Gliedes 20 oder aber etwas kleiner als dieser ausgebildet ist. Damit ist die anfängliche mittlere Quer-

5. 6

schnittsfläche des Radialvorsprungs annähernd tig einschließenden Bauteile ist eine gute Abdichtung gleich groß der Gewinderille ausgebildet bzw. etwas an dieser Stelle gewährleistet.

größer als diese. Bei dieser Ausführung liegen die Die anfängliche Höhe 31 der inneren Ringman-Grate 26 in einer senkrecht zur Mittelachse der öff- schelte 15, zwischen den Endflächen 17, 18 gemesnung 19 verlaufenden Ebene, welche parallel zu den 5 sen, ist zumindest anderthalb mal größer als die Stirnflächen 32, 33 des äußeren Abstützringes 16 an- Ganghöhe des Gewindes 28 ausgebildet. Beim Festgeordnet ist. spannen des Ringes 50 bewegt sich der nachgiebige

Bei Gewindeabdichtungsringen, die bei anderen Werkstoff der Ringmanschette 15 radial nach innen

als V-förmigen Gewinden verwendet werden sollen, und kommt in abdichtende Berührung mit den Spit-

ist der Querschnitt der Vorsprünge zumindest in io zen 42 des Gewindes 28 über mehr als eine Windung

einer Radialebene des Ringes vorzugsweise gleich des Gewindes, oder anders ausgedrückt, er wird um der Gewindeform ausgebildet oder aber etwas größer ein Umfangsstück von mehr als 360° verformt. Die

als diese gestaltet. sich dabei ergebende Wirkung bei der Abdichtung ist

Die Höhe des Abstützringes 16 und die Höhe der an Hand eines Bolzens in der Querschnittsansicht

zylindrischen Öffnung 19 zwischen ihren abgerunde- 15 der F i g. 6 veranschaulicht.

ten inneren Kanten 21 sind ungefähr gleich oder et- In F i g. 6 bedeutet der Punkt A die Anfangsstelle

was größer als die Teilung des abzudichtenden Ge- der abdichtenden Berührung der Ringmanschette 15

windes 28 ausgebildet. Die Abrundung der inneren mit der Gewindespitze 42, während der Punkt B die

Kanten 21 erleichtert das einfache axiale Überschie- Endstelle der Berührung nach annähernd 1¹Z₃ Win-

ben des Ringes 14 über das Gewinde 28, wie in 20 düngen hinter dem Punkt A veranschaulicht. In die-

Fig.3 veranschaulicht ist. Die äußeren Kanten 22 sem WinkelbereichC kommt es zu einer Überlap-

der Manschette 15 sind ebenfalls stark gerundet und pung der Berührungsstellen mit den Gewindespitzen

gegenüber dem Innendurchmesser des Abstützringes 42, wo zwei benachbarte, axial übereinanderliegende

16 in Abstand nach innen gesetzt, um eine Einklem- Bereiche in abdichtender Berührung mit der Innen-

mung der Ringmanschette zwischen ihrem Abstütz- 25 fläche der Ringmanschette 15 stehen,

ring 16 und jenen Bauteilen zu verhindern, mit denen Mit der erfindungsgemäßen Gestalt wird ange-

der Gewindeabdichtungsring 14 zusammengebaut strebt, daß einer der Vorsprünge, nämlich der Ra-

werden soll. dialvorsprung 23, im Überlappungsbereich, mög-

Die elastische Ringmanschette 15 und ihre Radial- liehst zentral, angeordnet ist. Er liegt in axialer Ausvorsprünge 23, 24, 25 sind ausreichend flexibel, um 30 richtung zur Gewinderille zwischen den Gewindespitsich, wie F i g. 3 erkennen läßt, verbiegen und defor- zen. Auf Grund der radial nach innen verlaufenden mieren zu können. Zum Aufbringen des Ringes 14 Verformung füllt ein Teilstück des Radialvorsprungs auf dem Gewinde 28 des Gliedes 20 ist es möglich, den Querschnitt der Gewinderilie vollständig aus, so den Ring durch axiales Drücken überzuschieben, daß eine abdichtende Berührung sowohl mit dem ohne daß ein Drehen oder Schrauben des Ringes 14 35 Kern der Gewinderille als auch mit den Gewindeerforderlich wäre. flanken über einen ausreichenden Teil des Umfangs

In Fig.5 ist der Gewindeabdichtungsring 14 im stattgefunden hat. Bei dieser Ausbildung verhindert Betriebszustand gezeigt. Als Anwendungsfall ist die die Berührung der Ringmanschette 15 mit den Ge-Dichtung an einem Knierohr 52 gezeigt. Dieses Rohr windespitzen 42 über mehr als einen Umfangsbereich ist mit seinem Schenkel 53 in eine Öffnung 54 eines 40 von 360° jeden Flüssigkeitsverlust in axialer Rich-Bauteils 55 eingeschraubt. Dieser Bauteil stellt eine tung an den Gewindespitzen vorbei, während die BeVorrichtung zur Aufnahme von Flüssigkeit dar, bei- rührung des Vorsprungs 23 mit den Flanken und spielsweise einen Behälter, ein Pumpengehäuse oder dem Kern im Überlappungsbereich C jeden Flüssigeinen Ventilkörper. Die Gewinde 56, 57 können zy- keitsverlust längs der Gewinderille ausschließt,
lindrisch oder konisch ausgebildet sein. Das Knierohr 45 Die übrigen Radialvorsprünge 24, 25 füllen die ih-52 ist mit dem Bauteil 55 in beliebiger Winkelstel- p.en gegenüberliegenden Teile der Gewinderille mehr lung verschraubt. Auf dem Gewinde 56 befindet sich oder weniger aus, in Abhängigkeit vom Ausricheine Mutter 58. Zwischen ihr und der Außenwand tungszustand mit der Gewinderille, dem Ausmaß der des Bauteils 55 befindet sich der erfindungsgemäße Verformung der Manschette 15 und weiteren Fakto-Gewindeabdichtungsring 14. Wird die Mutter 58 50 ren. Darauf kommt es jedoch für die Sicherheit der nach unten geschraubt, so spannt sie diesen Ring 14 Abdichtung nicht mehr an, solange sie sich außerzwischen dem Glied 55 am Gewinde 56 unter voll- halb der Überlappungszone C befinden,
ständiger optimaler Abdichtung auf folgende genaue Wegen der Überlappung in einem Winkelbereich Weise fest. von annähernd 120° für die Berührung benachbar-

In der aus F i g. 5 ersichtlichen festgezogenen Lage 55 ter Gewindespitzen mit der Manschette 15 und weder Teile sind die Endflächen 17, 18 der flexiblen in- gen der drei in gleichmäßigem Winkelabstand zueinneren Ringmanschette 15 durch Berührung mit der ander entfernt angeordneten Radialvorsprünge 23, Mutter 58 auf der einen Seite und der Außenwand 24, 25 ist immer sichergestellt, daß wenigstens ein des Behälters 55 auf der anderen Seite sowie wegen Vorsprung oder gar Teile von zwei Vorsprüngen in des sie außen umgebenden starren Abstützringes 16 60 diesem überlappenden Bereich C zu liegen kommen radial nach innen verformt. Im endgültig angezoge- und abdichtend gegen einen Flüssigkeitsverlust längs nen Montagezustand steht der Abstützring 16 mit der der Gewindewendel wirken. Gegebenenfalls könnte Mutter 58 und der Außenwand des Behälters 55 in man auch eine größere Anzahl von Radialvorsprün-Berührung und begrenzt damit ein weiteres Verfor- gen vorsehen. In diesem Fall kann der Winkelbetrag men der Ringmanschette 15, welche sonst der Gefahr 65 der Überlappung der Gewindespitzenberührung enteiner Werkstoffzerstörung unterliegen würde. Wegen sprechend geringer gewählt sein,
der Berührung der Endflächen 17, 18 unter Werk- Die in Fig.4 gezeigte Ausführungsform des Gestoffspannung mit den Außenflächen der sie beidsei- windeabdichtungsringes zeigt eine Ringmanschette

61 aus verformbarem Werkstoff, welche einen äußeren dünner ausgebildeten, abgesetzten Flansch 63 aufweist. Auf jeder Flanschseite befindet sich eine ringförmige Metallscheibe 64, 65, die nun gemeinsam die Funktion eines Abstützringes übernehmen. Wird ein solcher Ring fest an den abzudichtenden Teilen eingespannt, so verursacht der Druck der Metallscheiben 64, 65, daß Anteile des Werkstoffes aus dem abgesetzten Flansch 63 radial nach innen verschoben werden, wodurch ein zusätzliches Volumen federnden Werkstoffs im Bereich der Ringman-

schette 61 zur Verfügung steht, der zur Erzeugung einer Abdichtung mitverformt werden kann.

In diesem Ausführungsbeispiel der F i g. 4 sind die Radialvorsprünge, wie an ihren Graten zu erkennen ist, auf einer Schraubenlinie angeordnet, welche der Ganghöhe des abzudichtenden Gewindes etwa entspricht. Bei dieser Ausbildung erhält man den Vorteil, daß nach dem Überschieben des Gewindeabdichtungsringes alle drei Vorsprünge exakt mit der

ο Gewinderille ausgerichtet werden, wenn man den Ring ein klein wenig dreht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 524/132

Claims

Patentansprüche:

1. Gewindeabdichtungsring mit einer flexiblen Ringmanschette, an deren dem Gewinde zugekehrten Ringfläche mehrere, auf dem Umfang verteilte, elastisch verformbare Radialvorsprünge angordnet sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) daß in an sich bekannter Weise die dem Gewinde (28) zugekehrte Ringfläche von einem starren Abstützring (16) eingefaßt ist, der eine axial geringere Höhe als die Ringmanschette (15) aufweist,

b) daß die Höhe (31) der Ringmanschette (15) mindestens eineinhalb mal größer als die Gewindeganghöhe ausgebildet ist und

c) daß die länglichen Radialvorsprünge (23, 24, 25) einen durchgehend dreieckförmigen Querschnitt und einen etwa geradlinig ausgebildeten Grat (26) aufweisen.

2. Gewindeabdichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grat (26) der Radialvorsprünge in Steigungsrichtug einer Schraubenlinie weist (F i g. 4).

3. Gewindeabdichtungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützring aus zwei Teilringen (64; 65) besteht, zwischen denen ein abgesetzter Flansch (63) der Ringmanschette (6T) sich befindet.