DE2121211A1

DE2121211A1 - Elastomere unter Scherspannung in Kraftübertragungssystemen

Info

Publication number: DE2121211A1
Application number: DE19712121211
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-04-29
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1971-11-11
Also published as: GB1341256A; BR7102518D0; CH561872A5; JPS522056B1; CA975398A; FR2090906A5; DE2121211C3; DE2121211B2

Description

DIPLOM-CHEMIKER

DR. ERICH O. E. UMLAUF

PATENTANWALT L \ £. \ L \ \

8 MÜNCHEN 6O, CHOPINSTRASSE 3O

Dr. Erich O. E. Umlauf, 8 München iO, ChopimtroBe 30

Ihr Zeichen Ihre Nachricht vom Mein Zeichen 2315 ^Datum 29 · April 1971

Anwaltsakten-Hr. 2515

Thomas A. Hartman
St. Louis, Missouri/USA

"Elastomere unter Scherspannung in Kr aftübertragungssy steinen"

Die vorliegende Erfindung ist ganz allgemein auf die Technik der Verwendung von Elastomeren zum Abdichten, zur Kraftübertragung und zur Einstellung der richtigen Lage abgestellt und sie betrifft insbesondere eine neue Dichtung für Ventile, Rohrleitungen und Armaturen, wobei unter anderem die gesamte, auf die elastomere Dichtung ausgeübte Spannung gleichmäßig

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über die gesamte elastomere Struktur verteilt wird. Ferner sind neue Verfahren zur Erzielung einer Abdichtung und dergl. und zum Einlegen gewisser Dichtungsprofile eingeschlossen.

Es sind bereits viele Dichtungen und Dichtungsverfahren bekannt und es wurden bereits zahlreiche Patente sowohl für verschiedenartige Formen von ^!'O"-Ringen und dergl. als auch für deren Verwendung erteilt. Jedoch sind Konstruktionen oder Verfahren zur Abdichtung ₃ Kraftübertragung oder zur Einstellung der richtigen Lage gemäß Erfindung noch nicht bekannt. Es bestand bereits seit langer Zeit ein Bedürfnis für die erfindungsgemäße Konstruktion und das erfindungsgemäße Verfahren.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ganz allgemein die Verwendung von Elastomeren unter Scherspannung beim Abdichten, bei der Kraftübertragung und bei der Lageeinstellung und beinhaltet das Festlegen und Befestigen derartiger Elastomere, die unter Scherspannung verwendet v/erden. Bei einer Verwendung des Elastomeren als Dichtung für Ventile ist der Querschnitt des vorliegenden neuen Dichtungsringes so ausgebildet, daß der in eine Ringnut eingesetzte Dichtungsring durch in der Ringnut ausgebildete und dem Profil des Dichtungsringes entsprechende Rillen mechanisch und durch Reibung oder durch ein Anhaften an den Wänden der Ringnut gehalten

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wird. Im Boden der Ringnut oder im unteren Teil des elastomere η Dichtungsringes ist ein Raum für eine Bewegung der i-iittelteiles des Elastomer-Ringes während des Abdichtungsvorganges vorgesehen. Ferner können für den Druck, den Plussigkeitsablauf und dergl. öffnungen angebracht sein. Weiterhin sind neue Verfahren zum Abdichten und dergl. und zum Einsetzen gewisser Querschnitte von Dichtungen eingeschlossen.

Die Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen darin, neue Konstruktionen und Verfahren zur Verwendung von Elastomeren unter Scherspannung für Dichtungs- und Kraftübertragungszwecke und zum Einstellen der richtigen Lage zu schaffen, welche eine verbesserte Dichtung ergeben, eine größere Dichtungstolerenz liefern, während die verbesserten Dichtungseigenschaften beibehalten werden, öffnungs- und Schließvorgänge ermöglichen, bei denen eine geringere Kraft als bei Standardkonstruktionen und Verfahren benötigt wird, und welche eine verbesserte Kräfteverteilung in der Dichtung vorsehen, einen erhöhten Schutz gegen Überkompression liefern, beständig und lange haltbar im Betrieb sind und auch sonst die angestrebten Ziele und Vorteile erreichen lassen.

Im nachstehenden werden Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den

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Zeichnungen zeigen :

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen elastomeren Dichtungsring gemäß Erfindung,

Fig. 2 bis Fig. 7 vergrößerte Querschnitte durch unterschiedlich ausgestaltete Dichtungsringe längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 8 eine Teilansicht eines Kugelventils mit einem Dichtungsring gemäß Erfindungj

Fig. 9 eine Teilansicht eines Drosselklappenventils mit einem elastomeren Dichtungsring gemäß Erfindung, Fig. 10 eine vergrößerte Teilansicht des elastomeren Dichtungsringes und der zusammenwirkenden Teile, Fig. 11 und Fig. 12 Teilquerschnitte durch verstellbare Ventile mit eingebauten elastomeren Dichtungsringen, Fig. 13 einen Teilquerschnitt durch eine Ventilklappe mit einem daran befestigten, elastomeren Dichtungsring, Fig. Ik einen Teilquerschnitt durch zwei, mittels eines elastomeren Dichtungsringes gemäß Erfindung abgedichtete Rohrenden,

Fig. 15 bis Fig. 18 schematische Darstellungen der prinzipiellen Arbeitsiireise des elastomeren Dichtungsringes gemäß Erfindung,

Fig. 19 einen Teilquerschnitt durch einen herkömmlichen Behälter mit Schraubverschluß mit einem herkömmlichen Dichtungsring und

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Pig. 20 einen Teilquerschnitt durch einen Behälter mit Schraubverschluß mit einem elastomeren Dichtungsring gemäß Erfindung.

Einleitend sei darauf hingewiesen, daß die angewandten Elastomere innerhalb ihrer elastischen Grenzen verwendet werden und es wird vorausgesetzt, daß dort, wo das Elastomere in Berührung mit dem es umschließenden Material steht, grundsätzlich nur eine geringe oder keine Bewegung des Elastomeren an der oder den 'Grenzflächen zwischen dem Elastomeren und dem es umfassenden Material stattfindet. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird unter einem Elastomeren irgendein Polymerisat verstanden, dessen elastische Deformation unter Bedingungen einer Scherbeanspruchung den Abdichtungs- und anderen Anforderungen genügt. Verschiedene Urethane, natürlicher und synthetischer Gummi, und dergl., wurden erfolgreich angewandt.

Bei einer mehr ins einzelne gehenden Bezugnahme auf die Zeichnungen wird ein elastomerer Dichtungsring 30 mit konvergierenden Seiten mit um den Umfang verlaufenden Rippen gezeigt, wie dies in Fig. 2 deutlich dargestellt ist. Ebenso wird ein elastomerer Dichtungsring 32 mit parallelen Seiten, die um den Umfang verlaufende Rippen 33 (Fig. 3) aufweisen,

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ein elastomerer Dichtungsring 34 mit parallelen Seiten, welche im Abstand angeordnete, um den Umfang verlaufende Rippen 35 (Fig. 4) aufweisen, ein elastomerer Dichtungsring 36 mit konvergierenden Seiten mit um den umfang verlaufenden Rippen 37 (Fig. 5)₃ ein elastomerer Dichtungsring 38 von V-förrnigem Querschnitt mit irn viesentlichen glatten, parallelen Seiten und einer im wesentlichen V-förmigen, um den Umfang verlaufenden Einkerbung 39 im unteren Teil (Fig. 6) und ein elastomerer Dichtungsring 40 von V-förmigem Querschnitt mit parallelen Seiten mit um den Umfang verlaufenden Rippen 41 und einer im wesentlichen V-förmigen, um den Umfang verlaufenden Einkerbung 42 im unteren Teil (Fig. 7) gezeigt.

Gemäß Fig. 8 ist der elastomere Dichtungsring 30 in einer Ringnut 45 eingebaut, deren Querschnittsprofil dem Querschnittsprofil des Dichtungsringes 30 entspricht. Die Ringnut 45 weist einen ringförmigen Bodenraum 48 auf, der in einem Teil 46 des ortsfesten Gehäuses eines herkömmlichen Kugelventils ausgebildet ist. Der Ring 30 ist in verformten! Zustand unter der Einwirkung einer Kraft gezeigt, die durch ein verstellbares Küken 47 in geschlossener Stellung ausgeübt wird. Der Mittelteil des Ringes 30 wurde durch das Küken 47 ganz in den ringförmigen Raum 48 im Boden der Ringnut 45 bewegt, was einen wesentlichen Teil der Erfindung

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darstellt. Dementsprechend befindet sich der Fang 30 nicht einfach in einem zusammengedrücksten Zustand, da Elastomere im wesentliehen nicht kompressibel sind, sondern er steht unter dem Einfluß von Scherkräften, da ja in wesentlichen keine Bewegung zwischen den Grenzflächen des Elastomeren und den Ringwänden der Ringnut stattfindet. Wenn das Küken 47 in eine andere Stellung bewegt wird, kehrt der Ring 30 in seinen Querschnitt gemäß Fig. 2 zurück, was eine andere Eigenschaft von Elastomeren darstellt. Der Ring 30 wird in die Ringnut k5 eincehäiit^ert, was leicht durchgeführt werden kann, da der Boden des Ringes 30 unter Schlag augenblicklich in den ringförmigen Raum Ho der Ringnut H5 gleitet, wobei die Rippen 31 in der Ringnut ^i 5 einrasten können. Eei manchen Querschnittsformen können Halteringe und dergl. erforderlich sein.

Gemäß Fig. 9 und Fig. 10 ist der elastomere Dichtungsring in ähnlicher V/eise in einer Ringnut 50 eingebaut, deren Querschnittsprofil dem Querschnittsprofil des Dichtungsringes entspricht. Die in einem Ventilkörper 52 eines herkömmlichen Drosselklappenventils ausgebildete Ringnut 50 weist einen Eodenraum 51 auf. Der Ventilkörper 52 des Drosselklappenventils befindet sich in Offen-Stellung. In dieser Stellung ist der Ring 30 in Ruhestellung, er ;?ird sich jedoch, wie in Fig. 8 gezeigt, beim Schließen des Ventilkörpers 52 verformen.

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In Pig. 11 ist schematisch ein Drosselklappenventil 55 einem"ortsfesten Teil 56 und einem verstellbaren Teil 57 dargestellt, welches mittels eines Drehzapfens 58 am ortsfesten Teil 56 drehbar befestigt ist. Das Drosselklappenventil 55 weist auch einen Dichtungsring 38 auf, der mit den gegenüberliegenden Wänden der Ringnut 59 im ortsfesten Teil 56 verklebt ist. öffnungen 60 sind für Druckzwecke oder für Zwecke der Wasserentfernung vorgesehen. Der Ring 38 wird sich wie der Ring 30 unter einer Kraft verformen, die durch das drehbar befestigte Teil 57 bei einem abdichtenden Eingriff mit dem Ring aufgebracht wird. Da der Ring 38 einen Bodenraum aufweist, ist ein solcher in der Ringnut 59 nicht vorgesehen. Es kann jedoch für eine übergroße Bewegung des Elastomeren ein Raum vorgesehen werden. Fig. 12 ähnelt Fig.11. Bei dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch anstelle des Ringes 38 der Ring 30 und ein Ringraum 61 vorgesehen. Bei dem in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ring 30 um den Außenumfang des beweglichen Teiles 56 und ein Ringraum 62 vorgesehen. Auch andere Konstruktionen können angewandt werden.

In Fig. 14 wird ein elastomerer Dichtungsring 38 gezeigt, der den Spalt zwischen dem glockenförmig aufgeweiteten Ende 63 eines Rohres 6k urddem nicht aufgeweiteten Ende eines zweiten Rohres Sk abdichtet. Die in räumlicher Entfernung

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an dem schmalen Ende des zweiten Rohres 64 angeordneten Metallringe 65 und 66, die beispielsweise durch eine Verschweißung 67 befestigt sind, begrenzen den Ring 38. Wenn . das glockenförmig aufgeweitete Ende 63 über den Ring 38 gestreift wird, wird der letztere in die gezeigte Stellung nach innen gedrückt.

Fig. 15 bis Fig. 18 zeigen schematisch die Scherkräfte in einem Abschnitt des V-förmigen, elastomeren Dichtungsringes 38 in einer durchgehenden Rinne 69, wenn ein Stempel 70 sich aus der Stellung nach Fig, 15 in die Stellung nach Fig. 18 bewegt. Wenn der Stempel 70 in die Stellung von Fig. 15 zurückgeht, wird der Ring 38 in seine Ruhestellung von Fig.15 zurückkehren. Es ist selbstverständlich, daß die Randabschnitte des Ringes 38 an den Wänden der Rinne 69 begrenzt und verankert sind.

In Fig. 19 ist ein Teil eines herkömmlichen Behälters 72 mit Schraubverschluß, beispielsweise einer Hason-Flasche 72, dargestellt. Der Behälter weist einen mit Außengewinde versehenen Behälterkörper 73» eine mit Innengewinde versehene Deckelkappe 74 und einen flachen, zusammendrückbaren Dichtungsring 75 auf, der an seinen beiden Seiten aufgrund des Dichtungsdruckes der Kappe 74 leicht ausgebaucht ist. Bei dem in Fig. 20 dargestellten Behälter v/eist der mit einem

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Gewinde versehene Behälterkörper 73 eine Ringnut 77 auf, in welcher ein elastomerer Dichtungsring 38 angeordnet ist, der unter der Dichtungskraft der Kappe 74 verfornt ist.

Die Behälter nach Fig. 19 una Fig. 20 zeigen in einfacher "Weise die Vorteile der vorliegenden neuen Konstruktion. Kit dem Ring 33 wird eine vollständige Abdichtung rat einer viel größeren Toleranz als mit dem Ring 75 erzielt, v/eil die herkömmlicnen Ringdichtungen 75 in geringem i-laße zusammengedrückt werden, weshalb sich daher der Benutzer überzeugen muß, ob die Deckelkappe Jk fest angezogen ist. Hit dem Ring 38 ist eine feste Abdichtung, beginnend mit der Stellung von Fig. l6, vorhanden. Die Deckelkappe 7^ des abgewandelten Behälters 72 kann mit viel geringerer Kraft abdichtend aufgeschraubt und gelöst werden als die Leckelkappe 74 des herkömmlichen behälters 72. Es ergibt sich bei Anwendung des Dichtungsringes 33 eine bessere Abdichtung und eine bessere Spannungsverteilung als beim Ring 75· Der Ring 38 erlaubt einen besseren Schutz gegen übermäßiges Zusammendrücken als der Ring 75 und wird eine längere Lebensdauer aufweisen, wobei eine vollkommene Abdichtung erzielt wird.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine elastomere Dichtung, welche Feder- und Zentriereigenschaften aufweist und die Scherspannungseigenschaften von Elastomeren

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nutzbar nacht. Die vorliegende Konstruktion ist besonders bedeutsau für eine verbesserte Abdichtung von Ventilen, wie Drosselklappen-, kugel- bzw. Kegelventilen, Flachschieber und anderen. Ebenso einbezogen ist die Anwendung von Elastomeren unter Scherspannung in Kraftübertragungssystemen zur Abdichtung, zum Einstellen, Festlegen oder Betätigen und die so umfaßten neuartigen "Verfahren.

Ls ist augenscheinlich, daß hier eine neue Konstruktion und neue Verfahren geschaffen wurden, welche die angestrebten Ziele und Vorteile erreichen lassen. Es ist einzusehen, daß die hier offenbarte grundlegende Erfindung in weitestem Sinne abgewandelt werden kann, wobei man zahlreiche Anwendungszwecke finden und verschiedene Anwendungsformen auswählen kann.

Es ist selbstverständlich, daß die vorstehende Beschreibung und die anliegenden Zeichnungen nur zur Erläuterung dienen und beispielhafte Ausführungsformen darstellen. Es versteht sich ebenso, daß Veränderungen in der Ausführungsform der verschiedenartigen Teile, der Ersatz von äquivalenten Elementen oder Stufen und die verschiedenartige Anordnung von Teilen oder Stufen, welche sich offensichtlich für den Fachmann leicht erschließen lassen, als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden müssen, die einzig und al?ein durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt ist.

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Claims

Patentansprüche

Dichtung mit einem Elastomeren, gekennzeichnet durch eine Halteeinrichtung mit einer Nut und dergl., ein in der Nut angeordnetes, elastomeres Dichtungselement, dessen Seiten mit der Nut sicher verbunden sind und das mit einer Berührungsfläche in dichtenden Eingriff gelangt, und gekennzeichnet durch Einrichtungen, welche eine Bewegung des Mittelteiles des elastomeren Dichtungselementes bei dessen dichtendem Eingriff mit einer Berührungsfläche gestatten.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die eine Bewegung des Mittelteils des elastomeren Dichtungselementes gestatten, einen Raum aufweisen, in Vielehen der Boden des elastomeren Dichtungselementes teilweise hineinbewegbar ist.

3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut oder der Boden des elastomeren Dichtungselementes eine Einkerbung und dergl. aufweisen.

H. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Dichtungselement nach oben über die Nut für einen sofortigen dichtenden Eingriff vorsteht.

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5. Dichtung nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Dichtungselement mit den Seiten der Nut verklebt ist.

6. Dichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Dichtungselement und die Jut miteinander in Eingriff stehende und einander ergänzende Rippen und dergl. aufweisen, welche das elastomere Dichtungselement in der Nut halten.

7. Verfahren zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einem elastomeren Element und einem zweiten Element, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Element verankert und auf das elastomere Element mit Hilfe des zweiten Elementes bei der Herstellung einer dazwischen erfolgenden dichtenden Verbindung eine Scherkraft ausgeübt wird und daß Einrichtungen geschaffen werden, die eine Bewegung des Mittelteils des elastomeren Elementes in Dichtstellung gestatten.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Element dadurch verankert wird, daß es in einer Hut befestigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verankern des elastomeren Elementes ein Luftraum zwischen

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dem Boden des elastomeren Elementes und einer Lalteeinrichtung vorgesehen wird.

10. Verfahren zum Einbauen von elastoneren Formkörpern mit Verankerungsrippen, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper in eine Mut mit entsprechenden Rippen eingesetzt werden, indem die elastomeren Formkörper mit Gewalt unter einer über ihren gesamten Querschnitt reichenden Scherspannung bis zu einem Punkt bewegt werden, der unterhalb der Endlage der in der Nut eingesetzten Formkörper liegt, und daß die Scherspannung in unmittelbarer uähe der Hippen eine Zugdehnung und eine Verminderung der wirksauen Querschnittsbreite bei der sägeförmigen Verzahnung bewirkt, wodurch die Pappen von selbst in die Härte der entsprechenden Pappen der i-iut gelangen und der oder die elastomereη Formkörper aufgrund der sich gegenseitig erfassenden Piippen verankert v/erden, wenn die zum Einbau der elastomeren Formkörper notwendige, und die Scherspannung hervorrufende Kraft aufgehoben wird.

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