DE1775646C3 - Dichtungsanordnung für hohe Drücke und Temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für hohe Drücke und Temperaturen zwischen zwei Bauteilen, von denen das eine Bauteil eine Ringnut mit einer sich zu seiner Anlagefläche hin erweiternden Kegclfläche aufweist und das andere Bauteil mit einer ebenen Anlagefläche versehet! ist. wobei ein rohrabschnitlförniiger. vom Mediumdruck beaufschlagter metallischer Dichtring vorgesehen ist. der den abzuc.chtenden Spalt überdeckt und beim Verspannen der Bai -eile durch die Kegelfläche in seinem daran anliegenden Bereich radial nach innen verformbar ist. insbesondere für einen in eine Aufnahmebohrung eingeschraubten Meßwandlcr.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist bekannt (US-PS 3 069 187). Charakteristisch ist für diese Dichtungsanordnung, daß der Dichtring kugelkalottenförmig beim Zusammenschrauben der beiden Teile nach innen eingezogen wird und mit seiner äußeren Oberfläche flach auf der Kegelgegenfläche anliegt. Dabei wird jedoch eine relativ großflächige Abdichtung erzieh. JJm bei einer derartigen großflächigen Dichtung eine einwandfreie Abdichtung zu erhalten, ist es zwingend erforderlich, daß die aneinander zur Anlage kommenden Dichtflächen feinst bearbeitet sind, da sonst keine ausreichende Abdichtwirkung erzielt wird. Die Flächenpressung ist dabei zwangsläufig niedrig, da die Dichtfläche relativ großflächig ist. Damit lassen sich jedoch hohe Drücke, insbesondere auch bei hohen Temperaturen, nicht zuverlässig und mit wenig Aufwand abdichten.

Es ist ferner eine Dichtungsanordnung bekannt (US-PS 3 163431), bei der ein metallischer Dichtring die Gestalt eines Kegelstumpfmantels aufweist, wobei die beiden Stirnseiten mit einer weichen, verformbaren Metallauftage versehen sind. Dieser Ring wird nicht wesentlich verformt, sondern es dient die weiche Metallauflage als Dichtung, wie es beispielsweise bei Kupfer* oder bei Bleidichtringen bekannt ist. Der Dichtring wird zwischen zwei Planflächen eingespannt und durch eine entsprechende Feder in Spannung gehalten. Der eigentliche Dichtringkörper wird beim Zusammenbau lediglich leicht verbogen, und es reichen die dabei auftretenden Kräfte (Ur hohe Drücke von mehreren hun dert oder mehreren tausend aiii bei weitem nicht aus. Der Druck würde den an der Stirnfläche «inliegenden Ring an dieser Stelle aufweiten, und es würde diese Stelle undicht werden. Aus diesem Grunde ist eine Druckfeder vorgesehen, was jedoch einen zusätzlichen großen Aufwand bedeutet.

Es ist ferner auch bekannt (DT-GM 1 839 722). unterschiedlich gestaltete Dichtringe vorzusehen, die zwischen zwei Planflächpn eingespannt eine Abdichtung

ίο ergeben sollen. Sämtliche dieser Dichtringe schneiden entweder mit Schneiden in die Planflächen ein. oder sie werden so verformt. daß sich Kanten nach außen wölben und an den Planflächen anliegen. Dabei bestehen diese bekannten Dichtringe aus einem Material großer Härte, damit sie in die Planflächen einschneiden. Dadurch werden jedoch die Planflächen beschädigt und dichten nach einem Lösen der Verbindung nicht mehr. Ein solches Lösen der Verbindung ist aber häufig erforderlich, insbesondere beim Einsatz von Meßwandlern.

ao Im Prinzip ähnliche Dichtungen sind ebenfalls bekannt (FR-PS 1 304 232; US-PS 2 930 !18). Dabei bezieht der Unterschied zu der soeben beschriebenen Dichtung nur darin, daß die Schneide nicht an einem der beiden abzudichtenden Teile, sondern beide Teile mit Planflächen

as verschen sind und die Schneiden an einem eingelegten Dichiring angeordnet sind.

Es ist auch eine Dichtungsanordnung bekannt (US-PS 2 752 814). die zum Abdichten eines Schraubenkopfes gegenüber der Außenfläche des die Schraube aufnehmenden Teiles dient. In die Anschlagfläche des Schraubenkopfes kann eine Nut eingestochen sein, die eine von einer inneren, sich in Richtung ;iuf die Anschlagfläche des Schraubenkopfes erweiternden Kegelfläche gebildete Flanke aufweist. In diese Nut ist als Dichtungsring ein O-Ring eingelegt, der aus einem gummielastischen Material besteht. Ein derartiger O-Ring widersteht erhöhten Temperaturen nicht. Würde der O-Ring aus Metall bestehen, würde er nichs abdichten. Dasselbe gilt auch für weitere bekannte O-Ringabdichtungen (US-PS 2 70187".). Die Anwendung von Unterlegscheiben (US-PS 1 551 3i!2) gewähr leistet bei hohen Drücken keine ausreichende Dichtigkeit.

Ebensowenig gewährleistet die Anwendung von deformierbaren Lippen (DT-PS 930 185) wegen des flachen Anliegens der deformierten Lippen und der dadurch bedingten geringen Flächenpressungen keine wirksame Abdichtung gegen hohe Drücke und erfordert darüber hinaus eine Feinstbearbeitung der aneinander anliegenden Flächen. Dasselbe gilt auch dann, wenn die deformierbaren Lippen an Kegelflächen anliegen oder Teil eines mit Kegclflächen versehenen Zwischenstückes sind (DT-PS 801 604).

Schließlich sind auch Dichtungen bekannt, die von metallenen Dichtringen Gebrauch machen (DT-GM 1 831 456: GB-PS 273 344). Diese Dichtungen sind jedoch ausschließlich zum Verbinden von Rohrstücken geeignet. Die stumpf aneinanderstoßenden Rohrenden sind an ihrer Innenseite mit flachen Ringnuten verse-

So hen, die jeweils eine leicht konische, sich zum Ende des jeweiligen Rohrabschnittes hin erweiternde Mantelflä che aufweisen. Der Dichtring greift in diese beiden Nuten ein, so daß er nach Art einer innenliegenden Manschette die beiden Rohrenden übergreift. Bei zustam- mengesetzten Rohrenden füllt er die sich ergebende Ringnut im wesentlichen aus, fluchtet mit der Innenflache des Rohres und liegt wegen der leicht kegelförmigen Ausbildung der Mantelflächen der Ringnuten mit

seinen Enden unter Spannung an dem Nutgrund un. Bine solche Anordnung ist jedoch zur Abdichtung van Einbauteilen nicht ohne weitere;, anwendbar, weil dort axial hintereinander angeordnete Rohrabschnitte nicht vorkommen, die der Dichtungsring in der bekannten Weise übergreifen könnte.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art, die für die Abdichtung von Einzuteilen geeignet ist, so auszubilden, daß sie auch bei höchsten Drücken eine einwandfreie Dichtwirkung ergibt, ohne daß eine relativ kostspielige Feinstbearbeitung der aneinander anliegenden Dichtflächen erforderlich ist, und daß sie sich auch für die Anwendung bei hohen Temperaturen eignet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Kegelfläche der Ringnut in eine Schneide ausläuft und ein an sich bekannter loser Dichtring vorgesehen ist, der sich unter dem Mediumdruck auch an seinem der ebenen Anlagefläche zugekehrten Bereich gegen die Kegelfläche und die ebene Anlagefläche verformt.

Überraschenderweise verhält sich ein /.wischen einer Planfläche und einer Kegelfläche eingespannter rohrabschnittförmiger Dichtring bei seiner Verformung so, daß er eine sehr gute Abdichtung sowohl an der Planfläche als auch an der Kegelfläche ergibt und diese Abdichtung auch höchsten Drücken standhält. Die Gleitbewegung der Dichtringkanien an der Planfliiche und der Kegelfläche ruft keine Beschädigung dieser Flächen hervor, die zu Undichtigkeiten nach späteren Demontagen und Remontagen führt. Vielmehr wird durch diese Gleitbewegung die Dichtfläche gesäubert unu dadurch die Dichtwirkung gewährleistet Trotz der Verwendung eines metallischen Dichtringes, wodurch die Dichtungsanordnung sich auch für sehr hohe Temperaturen eignet, ist die Dichtungsanordnung nicht nur mehrfach verwendbar, was insbesondere bei dem dichten Einbau von Meßwandlern von großer Bedeutung ist. sondern es wirkt auch die Anordnung selbsr/entnercnd. Dadurch, daß der Ring einerseits gedehnt und andererseits verengt wird, enisteht am Ring ein Kippmoment, das sowohl die Unterkante an die ebene Anschlagfläche als auch die Oberkante an der Kegelfläche der gegeneinander abzudichtenden Teile unter Spannung fest anlegt. Durch die Schabwirkung der Kanten an den Abdichtflächen wird nicnt nur eine Selbstreinigung erreicht, sondern es werden auch kleine Unebenheiten abgetragen, so daß eine Fellbearbeitung dieser Flächen nicht erforderlich ist und dennoch eine gute Abdichtung erreicht wird. Darüber hinaus unterstützt der Druck des abzudichtenden Mediums die Dichtwirkung, weshalb diese Abdichtung auch bei höchsten Drücken einwandfrei dicht ist, ohne daß die miteinander zu verbindenden Teile besonders fest gegeneinander verspannt werden müßten. Bei der Anwendung der Dichtungsanordnung für das Montieren eines Meßwandlers in einer Aufnahmebohrung braucht die Aufnahmebohrung nicht mit speziellen Präzisionswerkzeugen und Präzisionsmasehinen hergestellt werden, weshalb die erfindungsgemäße Dichtanordnung auch sehr preisgünstig ist.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung eignet sich insbesondere zum dichten Einbauen von Meßwandlern für Druckmessungen an hydraulischen, ballistischen und sonstigen Drucksystemen, insbesondere auch soweit hohe Temperaturen auftreten. Beispielsweise kann mit dieser Dichtungsanordnung ein Meß wandler dicht ir; ein Kanonenrohr eingeschraubt werden, und es können die auftretenden Drücke erfaßt werden. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung eignet sich aber auch für beliebige andere lösbare Ver-

schnmbungen und für die verschiedensten Druckmedien. Zum Zweck der einfachen Montage ist der Meßweriwandler mit einem Einschraubgewtnde versehen, welche in das Gewinde einer Aufnehmerbohrung paßt. Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden

ίο Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Boschreibung eines in der Zeichnung in verschiedenen Phasen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung vor dem Festschrauben,

ts nach dem Festschrauben und zusätzlich mit Einwirkung des Mediumdruckes und

F i g. 4 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung

mit (zunächst) stark exzentrisch eingelegtem Dichtring.

Ein Meßwertaufnehmer 1 weist einen zylindrischen

ao Abschnitt 2 auf, der in eine Bohrung 3 mit Spiel eintaucht. Der Meßwandler I ist gegenüber einem mit der Bohrung 3 versehenen Bauteil 4 abzudichten. Die Bohrung 3 geht über eine Planfk-, he 5 in eine Bohrung 6 über, die einen größeren Durchmesser aufweist als die

»S Bohrung 3. Die Bohrung 6 ist in ihrem äußeren, nicht dargestellten Bereich mit einem Gewinde versehen, in das der mit einem entsprechenden Gegengewinde versenene Meßwertaufnehmer 1 eingesehraubt wird. Der Meßwertaufnehmer 1 weist anschließend an den zylindrischen Abschnitt 2 eine Schulter auf, in die eine Nut 7 in der Weise eingestochen ist, daß sie sich nach außen keilförmig erweitert, wobei die eine Keilflanke mit der Zylinderoberfläche des Abschnittes 2 zusammenfällt und die andere Keilflanke 8 einen spitzen Winkel zur Längsachse des Meßwertaufnehmers und den entsprechenden Komplementärwinkel zur Planfläche 5 einnimmt. An die Keilflanke 8 schließt eine Anfasung 9 an. so daß die Anfasung 9 und die Keilflanke 8 eine schncidenförmige Dichtkante JO ergeben. Der Nutgrund ist als Übergangsradius ausgebilde..

Vor dem Einschrauben des Meßwandlers 1 wird in die Bohrung 6 ein metallischer Dichtring 11 eingelegt, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der sdineidenförmigen Kante 10 und dessen Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser der Bohrung 3. Der Querschnitt des Dichtringes 11 ist rechtecklörmig.Beim F.inschraubcn des Meßwertwandlers wird der Dichlring 11, auch wenn er, wie in F i g. 4 dargestellt, exzentrisch eingelegt war, zentriert, bis die in F i g. 1 dargestellte Position vordem Verspannen des Dichtringes erreicht ist. In dieser Lage liegt der Dichtring 11 mit einer Stirnfläche an der Planfläche 5 an, und es liegt die gegenüberliegende äußere Kante des Dichtfi-igcs 11 an der Keilflanke 8 an. Wird nun der Meß-

wertwandlcr weiter eingeschraubt und damit verspannt, bis die Schneidkante 10 die Planfläohe 5 erreicht oder in diese einschneidet, so wird der Dichtring 11 tellerfederartig verformt, wobei die an der Keilflanke 8 liegende Kante nach innen eingezogen wird; dabei wird der Querschnitt des Dichtringes If Yerschwenkt, so daß die der ursprünglich an der Keilflanke 8 anliegenden Kante des Dichtringes 11 diagonal gegenüberliegende Kante des Dichtringes 11 an der Planfläche 5 anliegt. In d.eser in F i g. 2 dargestellten Position liegt der Dichtring 11 unter eigener elastischer Vorspannung mit seiner einen Kante an der Planfläche 5 und mit der diagonal gegenüberliegenden Kante an der Keilflanke 8 an. Dabei kann die äußere Oberfläche des Dichtringes

flach an der Keilflanke 8 anliegen oder auch einen spitzen Winkel zu dieser Flanke einnehmen.

Tritt nun zusätzlich ein erheblicher Mediumdruck auf, VMe er durch die Pfeile ρ in F i g. 3 angedeutet ist, so »fließt« der Dichtring in den Keilspalt, der durch die Keilflanke 8 und die Planflä'chc 5 begrenzt ist. Es wird somit bei zunehmendem Druck die Dichtwirkung zunehmend erhöht.

Der Winkel, den die Flanke 8 zur Planfläche 5 einnimmt, beträgt vorzugsweise etwa 45°. Der Winkel, den die Flanke 8 und die Anfasung 9 miteinander 'einschließen, beträgt vorzugsweise etwa 90°. Diese Winkel können jedoch in weiten Grenzen variiert werden.

Bevorzugt wird der Dichtring mit etwas Fett eingelegt, wodurch der in F i g. 3 dargestellte Gleitvorgang gefördert wird.

Derartige Abdichtungen haben ohne weiteres Drükken bis zu 7000 atü und darüber standgehalten. Ein Nachspannen des Meßwandlers war auch nach mehrmaliger Druckbeanspruchung nicht erforderlich.

Durch die vorgesehene Formgebung von Metalldichtring und Dichtnul paßt sich der Dichtring selbsttätig den gegebenen Dichtflächen an, was durch Einwirken eines hohen Mediumdruckes noch zusätzlich gefördert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dichtungsanordnung for hohe Drücke und Temperaturen zwischen zwei Bauteilen, von denen das eine Bauteil eine Ringnut mit einer sich zu seiner Anlagefläche hm erweiternden Kegelflüche aufweist und das andere Bauteil mit einer ebenen AnIagefläche versehen ist, wobei ein rohrabschnittförmiger, vom Mediumdruck beaufschlagter metallischer Dichtring vorgesehen ist, der den abzudichtenden Spalt überdeckt und beim Verspannen der Bauteile durch die Kugelfläche in seinem daran anliegenden Bereich radial nach innen verformbar ist. insbesondere für einen in eine Aufnahmebohrung eingeschraubten Meßwandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelfläche (8) der Ringnut in eine Schneide (10) ausläuft und ein an sich bekannter loser Dichtrimg (11) vorgesehen ist. der sich unter dem Mediumdruck auch an seinem der ebenen Anlagefläche (5) zugekehrten Bereich gegen die Kegelfläche und die ebene Anlagefläche verformt.