DE1525721C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gegen äußeren oder inneren Überdruck abgedichtete Verbindung von zwei koaxial drehbaren Hohlkörpern, an deren einem ein elastisches Dichtelement vorgesehen ist, das in gleitbarem Abdichtungseingriff mit einem starren Teil des anderen Hohlkörpers steht, beispielsweise zum Einsatz für Taucher- und Weltraumanzüge.

Bei einer bekannten abgedichteten Drehverbindung der genannten Art für unter Innendruck stehende Rohre ist zwischen den beiden drehbaren Hohlkörpern ein elastisches Dichtelement eingesetzt, das bei einem Ansteigen des Innendrucks stärker komprimiert und daher mit größerer Kraft gegen das starre Teil des anderen Hohlkörpers gedrückt wird. Die Drehverbindung wird also bei Druckanstieg schwergängiger.

Eine ähnliche abgedichtete Drehverbindung ist im Zusammenhang mit einem Weltraumanzug bekanntgeworden. Auch diese Drehverbindung ist nur zur Verwendung bei Überdruck im Inneren geeignet. In einen Ringhohlraum zwischen den beiden drehbaren Hohlkörpern ist bei dieser bekannten Verbindung ein ringförmiges, elastisches Dichtelement eingelegt, das zwei zur Drehachse hinweisende ringförmige Lippen aufweist, deren eine einen Gleitdichtring trägt. Beim Ansteigen des Innendrucks werden die beiden Lippen verstärkt auseinandergedrückt, so daß die Reibung in der Dichtfläche ansteigt. Auch diese Drehverbindung wird daher bei steigender Druckdifferenz schwergängiger.

Aufgabe der Erfindung ist es. diesen Nachteil zu vermeiden und die Drehverbindung insbesondere derart auszubilden, daß in der Abdichtungszone eine im wesentlichen von der Druckdifferenz unabhängige Abdichtkraft aufrechterhalten wird, um damit eine maßgebliche Erhöhung des Drehwiderstandes mit steigender Druckdifferenz zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der starre Teil an seinem Hohlkörper mittels eines biegsamen Verbindungsabschnittes bewegbar angeordnet ist, die beiden durch die Abdichtungszone voneinander getrennten Seiten des Verbindungsabschnittes von den dort herrschenden unterschiedlichen Drücken beaufschlagt sind, und der biegsame Verbindungsabschnitt an solcher Stelle vorgesehen ist, daß die auf eine Erhöhung der Druckdifferenz zurückgehende Reibungskrafterhöhung an den Dichtflächen durch Bewegung der Abdichtfläche des starren Teils relativ zum elastischen Dichtelement mindestens zum Teil kompensiert wird.

Wenn die abzudichtende Druckdifferenz steigt, so wird das elastische Dichtelement im Sinne eines verstärkten Anpreßdruckes in der Dichtzone verformt. Der starre Teil am anderen Hohlkörper, der mit dem elastischen Dichtelement zusammenwirkt, wird nun erfindungsgemäß ebenfalls von der Druckdifferenz beaufschlagt, und zwar derart, daß sich dieser starre Teil bei einer Erhöhung der Druckdifferenz vom elastischen Dichtelement wegzubewegen versucht. Durch Wahl der Druckbeaufschlagungsfiächen und der Biegsamkeit des Verbindungsabschnittes kann tatsächlich sehr leicht erreicht werden, daß die Abdichtungskräfte zwischen dem elastischen Abdichtelement an einem Hohlkörper und dem starren Teil des anderen Hohlkörpers im wesentlichen konstant bleibt oder aber auf Wunsch nur geringfügig, in keinem Fall aber proportional mit steigender Druckdifferenz steigt. Dadurch kann auch bei stark wechselnder Druckdifferenz eine leichtgängige Drehbarkeit der beiden Hohlkörper aufrechterhalten werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens begrenzen die beiden gegenüberliegenden Flächen des biegsamen Verbindungsabschnittes je zum Teil einen mit der Überdruckzone (z. B. äußerer Umgebung der Drehverbindung) und der Unterdruckzone (z. B. der Innenraum der Drehverbindung) kommunizierenden Kanal. Damit wird eine wirkungsvolle Beaufschlagung der jeweiligen Seite des biegsamen Verbindungsabschnittes mit dem zugehörigen Außen- bzw. Innendruck erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Drehverbindung,

Fig. 2 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, längs der Linie 2-2 in Fig. 1, und

F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die Hohlkörper 10 und 12 können um eine gemeinsame Achse gegeneinander gedreht werden, wie dies durch die Pfeile 14 und 16 in Fig. 1 angedeutet ist. Beispielsweise kann der Hohlkörper 10 mit dem hohlen Unterarmteil 18 eines Taucheranzuges verbunden werden, während der Hohlkörper 12 mit dem gleichfalls hohlen Handstück 20 des Taucheranzuges verbunden werden kann, um eine freie Drehbarkeii zwischen dem Unterarm und dem Handstück zu ermöglichen. Die Einzelheiten der abgedichteten Drehverbindung der vorliegenden Erfindung sind im einzelnen in der Schnittdarstellung der Fi g. 3 gezeigt. Der Hohlkörper 12 weist einen Flansch 22 auf. während der Hohlkörper einen Flansch 24 hat. Ein Ring 26 ist auf den Flansch 22 geschraubt. Ein O-Ring 52 ist zwischen dem Flansch 22 und dem Ring 26 angeordnet, um die sich dazwischen befindlichen Oberflächen abzudichten. Zwischen dem Flansch 22 und dem Ring 26 findet keine Bewegung statt. Der O-Ring 52 kann z. B. aus Neopren hergestellt sein. Eine Lagerscheibe 32 mit einer Laufrille 35 und ein Lagerring 34 mit einer Laufrille 41 sind mittels Schrauben 67 an dem Ring 26 angeschraubt.

Ein äußerer Ring 28 ist auf den Flansch 24 geschraubt. Der Ring 28 trägt ein starres Teil 58 der erfindungsgemäßen Drehverbindung. Eine weitere Axiallagerscheibe mit einer Laufrille 37 wird durch den äußeren Ring 28 und die Ringfläche 31 in seiner Stellung gegen den Flansch 24 gehalten. Ein O-Ring 54 ist vorgesehen, um ein Lecken zwischen dem äußeren Ring 28 und dem Flansch 24 zu verhindern. Die Axiallagerscheibe 29 weist auch eine Laufrille 39 auf.

Mehrere Kugeln 36 in einem Lagerkäfig 38 übertragen die Axialkräfte zwischen den Hohlkörpern 10 und 12. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispie! werden die Axialkräfte durch den Wasserdruck außerhalb der Verbindung erzeugt, da es sich hier beispielsweise um das Teil eines Tiefsee-Taucheranzuges handelt.

Um die beiden relativ zueinander bewegten Teile der Verbindung zusammenzuhalten, wenn kein Außendruck ausgeübt wird, ist ein Kugellager mit Kugeln 40 vorgesehen, die in den diagonal gegenüberliegenden Laufrillen 31 und 41 laufen. Die Tragrichtung des Lagers ist durch die Linie 42 angedeutet.

Ein weiches Dichtelement 64 stützt sich an einer

Seite an der Oberfläche 62 der Lagerscheibe 32 ab. Es besteht zweckmäßigerweise aus einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymer, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen. Ein elastisches Dichtelement 68, z. B. aus Gummi hergestellt, wird zwischen das Dichtelement 64 und den Ring 26 eingelegt. Die Dichtung besteht somit aus einem mit der Dichtfläche 60 des starren Teils des Ringes 28 in Berührung stehenden, einen niedrigen Reibungsbeiwert aufweisenden ersten Teil 64 und einem im wesentlichen, die gesamte Elastizität der Dichtung aufweisenden zweiten Teil 68.

Der dichtende Abschluß ist an der ringförmigen Oberfläche 60 an der freien Kante des ringförmigen starren Teils 58 gebildet, die vorzugsweise hochpoliert ist und aus Hartmetall besteht. Flächen 80 und 82 begrenzen die Dichtfläche 60, die vorzugsweise so schmal ist, daß das Reibungsmoment zwischen den Hohlkörpern 10 und 12 möglichst vermindert wird. Die Dichtfläche soll jedoch nicht so schmal sein, daß sie in das Dichtelement 64 einschneidet.

Die Abdichtkraft zwischen der Dichtfläche 60 und dem ersten Teil 64 des Dichtelements entsteht dadurch, daß die Dicke des zweiten Teils 68 des Dichtelements vor dem Zusammendrücken größer ist als der Raum zwischen dem Ring 26 und dem Dichtelement 64. Wenn die Drehverbindung mittels Schrauben 67 zusammengebaut wird, wird die Abdichtkraft durch den Lagerring 34, die Kugeln 40, die Axiallagerscheibe 29, den äußeren Ring 28 und das starre Teil 58 übertragen, so daß das Dichtelement 68 zusammengedrückt wird. Durch das Zusammendrücken weitet sich das Dichtelement 68 aus, wie dies bei 66 angedeutet ist.

Mehrere kreisförmig angeordnete Schrauben 67 halten die Bauteile 26, 32 und 34 zusammen. Der Kopf der Schraube 67 drückt nach unten gegen den Ring 26. Der Lagerring 34 wird fest gegen die Lagerscheibe 32 gezogen, die das Kugellager 40 vorspannt. Das Kugellager 40 überträgt die Vorspannkraft durch die Axiallagerscheibe 29 über die Fläche 31 zur Dichtfläche 60, die auf dem Dichtelement 64, 68 anliegt. Die Oberfläche 70 des Dichtelements 68 und die Dichtfläche 60 sind durch einen zwischen den zwei sich relativ zueinander bewegenden Hälften gebildeten, ringförmigen Kanal 30 dem Hochdruckbereich 48 ausgesetzt, der die äußere Umgebung darstellt. Eine im Kanal 30 unter hohem Druck stehende Flüssigkeit neigt nicht nur dazu, die Dichtfläche 60 von dem Dichtelement 64 wegzudrücken, sondern sie drückt auch gegen die Oberfläche 70 des Dichtelements 68, das den Druck durch das Dichtelement 64 überträgt, um das starre Teil 58 und das Dichtelement 64 miteinander in Berührung zu halten, wodurch dem Druck entgegengewirkt wird, der dazu neigt, die Dichtelemente voneinander zu trennen.

Wenn die Axialkraft auf die Drehverbindung erhöht wird, so neigen alle Bauteile dazu, sich zu verformen, wodurch eine zusätzliche Kraft von dem Ring 26 durch das Dichtelement 68 und das Dichtelement 64 ausgeübt wird, um die Kraft auf der Dichtfläche 60 zu erhöhen. Die Erhöhung der Dichtkraft an der Dichtfläche 60 erhöht die Reibung zwischen dem starren Teil 58 und dem Dichtelement 64. An dem starren Teil 58 sind jedoch Rillen 72 vorgesehen, wodurch ein ringförmiger, elastischer Verbindungsabschnitt 90 entsteht, der das starre Teil mit dem äußeren Ring 28 verbindet. Dieser Verbindungsabschnitt 90 kann als eine Membran betrachtet werden, die den Hochdruckbereich, Kanal 30, Rille 74, und den Niederdruckbereich im Inneren der Drehverbindung (Rille 72) trennt. Der elastische Verbindungsabschnitt 90 ist also der Druckdifferenz ausgesetzt, was dazu führt, daß das starre Teil 58 bei dem für das dargestellte Ausführungsbeispiel angenommenen Belastungsfall nach unten gebogen wird, um die zusätzlich auf die Dichtfläche 60 ausgeübte Kraft zu vermindern. Die Rillen 72 und 74 sind so bemessen, daß beim Ansteigen des Druckes in der Umgebung 48 die Normalkraft auf die Dichtfläche 60 nur leicht bei dem sich erhöhenden Druck ansteigt. Es ist nicht erwünscht, die Verbindung so zu bemessen, daß die Normalkraft auf die Dichtfläche 60 mit erhöhtem Druck in der Umgebung abfällt, da ein Abfallen des Druckes möglicherweise den Verschluß öffnen könnte.

Unterschneidungen 76, 78 und 84 sind vorgesehen, um scharfe Kanten oder Winkel an den unter Belastung stehenden Bauteilen zu vermeiden.

Der Innenraum 46 des Taucheranzugs bildet den inneren Hohlraum der Hohlkörper. Aus dem Innenraum 46 könnte Schmutz oder Fett in das Lager 40 gelangen. Um die Ansammlung in dem Lager 40 zu vermeiden oder zu vermindern, ist ein Filzabdichtring 44 in den Lagerring 34 bei 50 eingesetzt und sperrt den Zufluß von unerwünschten Stoffen in das Lager 40.

Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Drehverbindung im Weltraum ist die Außenseite 48, d.h. Umgebung des Drehgelenks, die Unterdruckseite, während der Bereich 46 die Hochdruckseite bilden würde. Unter diesen Bedingungen würde das starre Teil 58 so angeordnet, daß sich die Dichtfläche 60 an der Lagerscheibe 32 befindet, wo die Oberfläche 62 in Fig. 3 dargestellt ist, und die Oberfläche 62 würde sich an dem äußeren Ring 28 in dem Bereich befinden, wo in Fig. 3 die Dichtfläche 60 dargestellt ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gegen äußeren oder inneren Überdruck abgedichtete Verbindung von zwei koaxial drehbaren Hohlkörpern, an deren einem ein elastisches Dichtelement vorgesehen ist, das in gleitbarem Abdichtungseingriff mit einem starren Teil des anderen Hohlkörpers steht, beispielsweise zum Einsatz für Taucher- und Weltraumanzüge, d a durch gekennzeichnet, daß der starre Teil (58) an seinem Hohlkörper (28) mittels eines biegsamen Verbindungsabschnittes (90) bewegbar angeordnet ist, die beiden durch die Abdichtungszone (60) voneinander getrennten Seiten des Verbindungsabschnittes (90) von den dort herrschenden unterschiedlichen Drücken beaufschlagt sind, und der biegsame Verbindungsabschnitt (90) an solcher Stelle vorgesehen ist, daß die auf eine Erhöhung der Druckdifferenz zurückgehende Reibungskrafterhöhung an den Dichtflächen (60, 62) durch Bewegung der Abdichtfläche (60) des starren Teils (58) relativ zum elastischen Dichtelement (64, 68) mindestens zum Teil kompensiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide gegenüberliegende Flächen des biegsamen Verbindungsabschnittes (90) je zum Teil einen mit der Überdruckzone (z. B. äußerer Umgebung 48 der Drehverbindung)

bzw. der Unterdruckzone (z. B. der Innenraum 46 der Drehverbindung) kommunizierenden Kanal begrenzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (64, 68) aus einem mit der Dichtfläche (60) des starren Teils (58) des Rings (28) in Berührung stehenden, einen niedrigen Reibungsbeiwert aufweisenden ersten Teil (64) und einem im wesentlichen, die gesamte Elastizität des Dichtelementes (64, 68) aufweisenden zweiten Teil (68) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (64) des elastischen Dichtelementes (64, 68) aus einem Fluor-Kohlenwasserstoff-Polymer besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polytetrafluorethylen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische zweite Teil (68) des Dichtelementes (64, 68) aus Gummi besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen