DE2121211C3

DE2121211C3 - Vorrichtung zum Abdichten der Berührungsstellen zweier, relativ gegeneinander bewegbarer Maschinenelemente

Info

Publication number: DE2121211C3
Application number: DE19712121211
Authority: DE
Inventors: Thomas A. St. Louis Mo. Hartman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-04-29
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1981-04-09
Also published as: FR2090906A5; DE2121211A1; JPS522056B1; BR7102518D0; CA975398A; GB1341256A; DE2121211B2; CH561872A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten der Berührungsstellen zweier, einen verschließbaren Durchgang bildender, relativ gegeneinander bewegbarer, starrer Maschinenelemente mit einem elastomeren Dichtungselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung der vorstehend genannten Art (DE-OS 19 17 974) ist die Verankerung des elastomeren Dichtungselementes an den Seitenwänden der Nut so ausgebildet, daß die Seitenwände des Dichtungselementes in ununterbrochener dichtender Berührung ohne relative Bewegung bezüglich der gegenüberliegenden Seiten der Nut gehalten sind, einerlei ob mechanische, pneumatische oder hydraulische Kräfte auf die Dichtung wirken. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser bekannten Vorrichtung wird der elastomere Ring an den Seitenflächen der Nut festgeklebt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist man bestrebt, mit allen zu Gebole stehenden Maßnahmen eine Verankerung zwischen dem Dichtungselement und den Seitenwänden der Nut zu erzielen, die einen vollkommen starren Sitz des Dichtungselementes in der Nut gewährleistet und jegliche Relativbewegung zwischen dem Dichtungselement und den Seitenwänden der Nut in jeder denkbaren Richtung, das heißt sowohl in Längsrichtung des Dichtungselementes als auch in Richtung der auf das Dichtungselement einwirkenden Kraft unterbindet. Beim Einbringen eines Dichtungselementes in eine Nut mit einem vollkommen starren Sitz, insbesondere beim Einkleben eines Dichtungsringes in eine Ringnut, läßt es sich nicht vermeiden, daß das Dichtungselement an manchen Stellen einer Zugbelastung und an manchen Stellen einer Stauchbelastung ausgesetzt ist Dieser Zustand tritt besonders dann auffällig in Erscheinung, wenn der Dichtungsring in eine Innenumfangsnut mit einem großen Durchmesser in der Größenordnung von 2 m eingebracht werden soll .und der Dichtungsring keine Formsteifigkeit besitzt Die unterschiedlichen, teilweise als Zugspannung und teilweise als Stauchdruck auftretenden Belastungszustände längs des Umfanges des Dichtungsringes führen zu einem unterschiedlichen Verhalten des Dichtungsringes beim Einwirken der um den Umfang gleichmäßig verteilten Dichtkraft Der erzielbare Dichtungsdruck wird in Abhängigkeit von den örtlich auftretenden Zug- und Stauchbelastungen in ungünstigen Fällen erheblich schwanken. Diese unterschiedliche Belastung des Dichtungsringes führt zu einem vorzeitigen Verschleiß und vor allem zu einer ungleichmäßigen bis mangelhaften Abdichtung.

Darüber hinaus erfordert das Einbringen der Dichtung in die Nut eine große Geschicklichkeit und einen entsprechenden Zeitaufwand, wenn die Seitenwände der Nut entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der hier in Rede stehenden bekannten Vorrichtung zuerst mit einem Klebstoff eingestrichen werden müssen und anschließend dafür Sorge zu tragen ist, daß der Dichtungsring überall gleich tief in die Nut eingesetzt wird, um überall einen gleich tiefen Hohlraum zwischen dem Grund der Nut und dem Boden des Dichtungsringes zu erreichen. Eine unterschiedliche Eintauchtiefe des Dichtungsringes in die Nut führte zu einem ungleichmäßigen Überstand des Dichtungselementes über die Nut, was zwangsläufig eine ungleichmäßige Dichtwirkung zur Folge hätte.

Wenn der Dichtungsring der bekannten Vorrichtung einmal beschädigt ist, bringt es erhebliche Schwierigkeiten mit sich, den in der Nut festgeklebten Ring wieder zu entfernen. In den meisten Fällen dürfte eine kostspielige Nachbearbeitung der Nut erforderlich sein, um die letzten Überreste von Klebstoff und Dichtungsmaterial aus der Nut entfernen zu können. Die Nachbearbeitung einer Nut ist sehr kostspielig.

Es ist daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Vorrichtung zum Abdichten der Berührungsstellen zweier, relativ gegeneinander bewegbarer, starrer Maschinenelemente mit einem über dem Grund einer Nut verankerten Dichtungselement zu schaffen, bei welcher das Dichtungselement äußerst einfach und ohne die Gefahr von Zug- und Stauchspannungen in

^r><) Längsrichtung auch von einer einzigen, ungeübten Person in eine Nut eingelegt werden kann, selbst wenn es sich um große Abmessungen, beispielsweise große Durchmesser handelt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die

^rrf Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die komplementär ineinander greifenden Seitenrippen bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung sorgen einerseits für einen festen Sitz des Dichtungselementes

μ in der Nut in Richtung der Dichtkraft und erlauben andererseits eine Verschiebung des Dichtungselementes in Längs- oder Umfangsrichtung der Nut. Das in die Nut eingesetzte Dichtungselement wird daher mit seinen Seitenwänden fest in der Nut gehalten, so daß beim

^h5 Auftreten einer Dichtungskraft der zwischen den verankerten Seitenwänden befindliche Werkstoff des Dichtungselementes unter Auftreten einer Scherbelastung in den Hohlraum zwischen dem Grund der Nut

und dem Boden des Dichtungselementes gedrückt werden kann. Das Dichtungselement nimmt aufgrund seiner Verschiebbarkeit in Längsrichtung der Nut auch in der Nut die gleiche spannungsfreie Stellung ein wie außerhalb der NuL Ein Auftreten von örtlichen Spannungsspitzen in Längs- oder Umfangsrichtung der Nut, wie das Auftreten von örtlichen Zug- und Stauchbelastungen, ist daher ausgeschlossen. Ein in Form eines Ringes ausgestaltetes Dichtungselement erhält auf diese Weise eine einwandfreie Kreisförmigkeit.

Das Dichtungselement der Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich einfach in die Nut in Vorraststellung drücken, in welcher das Dichtungselement an einem Herausfallen aus der Nut gehindert wird und sich beliebig in Längs- bzw. Umfangsrichtung verschieben läßt. Wenn das Dichtungselement in die gewünschte Lage geschoben worden ist, wird das Dichtungselement in die Hauptraststellung gebracht, in welcher das Dichtungselement ebenfalls in Längsrichtung der Nut verschiebbar ist, auch wenn hierzu ein größerer Kraftaufwand erforderlich ist. Der Dichtungsring kann auch ohne weiteres aus der Nut herausgerissen und anschließend wieder eingesetzt oder durch einen anderen oder neuen Dichtungsring ersetzt werden. Selbst wenn die Enden eines Dichtungsringes nicht genau Stoß an Stoß in der Nut liegen, das heißt wenn das in die Ringnut eingesetzte Dichtungselement innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen etwas zu kurz ist, läßt sich eine einwandfreie Abdichtung erzielen, da die auf das Dichtungselement einwirkende Dichtk/aft auch zu einer Längenänderung des Dichtungselementes führt, die sich dank der Verschiebbarkeit des Dichtungselementes in der Nut über die gesamte Länge des Dichtungselementes fortsetzt und den Stoßspalt des Dichtungsringes schließt.

Schließlich ist noch hervorzuheben, daß das Dichtungselement der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Schwierigkeiten von einer einzigen Person in eine Nut eingesetzt werden kann, selbst wenn das Dichtungselement sehr lange Abmessungen hat und keine Eigensteifigkeit besitzt und gegebenenfalls über Kopf in eine Nut eingebracht werden muß. Das einfache und rasche Einsetzen des Dichtungselementes wird dadurch möglich, daß das Dichtungselement in eine Vorraststellung der Nut gedrückt werden kann.

Es ist zwar eine Vorrichtung zum Abdichten des Ventilsitzes einer Drosselklappe bekannt (US-PS 33 56 336), bei welcher ein auf dem Boden einer Nut abgestützter, elastomerer Dichtungsring formschlüssig in der Nut verankert ist. Diese formschlüssige Verbindung weist von den Seitenwänden der Nut abstehende Vorsprünge auf, die in Kerben auf den Seitenwänden des elastomeren Dichtungsringes eingreifen. Diese formschlüssige Verbindung legt jedoch den elastomeren Dichtungsring unbeweglich in der Nut fest, so daß der Dichtungsring sowohl an einer Bewegung in Richtung der auf ihn einwirkenden Dichtkraft als auch an einer Bewegung in Längs- bzw. Umfangsrichtung gehindert wird. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung sir ! '.hiior örtlich auftretende Zug- und Stauchbelastungen längs des Umfanges des in die Nut eingesetzter) Dichtungsringes nicht zu vermeiden, da der Dichtungsring an einer Bewegung längs des Umfanges gehindert und damit ein Ausgleich der Zug- und Stauchbelastungen unterbunden wird. Die unterschiedlichen Zug- und Stauchbelastungen führen zu einem über den Umfang ungleichmäßigen Anpreßdruck, der eine unzureichende Abdichtung und einen vorzeitigen Verschleiß des Dichtungsringes zur Folge hat.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Abdichten der Berührungssteljen zweier, relativ gegeneinander bewegbarer Maschinenelemente bekannt (AT-PS 2 33 910), bei welcher ein Dichtungselement in einer Nut untergebracht ist, deren Seiten wände eine sägeförmige Verzahnung aufweisen. Das Dichtungselement hat vor dem Einbringen in die Nut glatte Seitenwände und

ίο besteht aus einem Material, das bei Einwirken einer Kraft durch Kaltfließen verformt werden kann. Das Dichtungselement wird beim Einsetzen in die Nut zunächst auf den Nutgrund gedrückt, worauf ein weiterer Druck auf das Dichtungselement ausgeübt wird, um die Seitenwände des Dichtungselementes durch Kaltfließen in die sägeförmige Verzahnung der Seitenwände der Nut hineinzudrücken.

Bei dieser bekannten Vorrichtung sind sehr hohe Kräfte zur Erzielung einer Abdichtung erforderlich.

Darüber hinaus ist die Dichtungstoleranz sehr niedrig, da die Elastizität des Dichtungselementes sehr gering ist und auch gering sein muß, da ansonsten ein Kaltfließen des Dichtungselementes in die sägeförmige Verzahnung der Seitenwände der Nut nicht möglich ist. Das Einpressen des Dichtungsmaterials in die sägeförmige Verzahnung führt zu einer derart festen Verbindung zwischen Nut und Dichtungselement, daß jegliche Bewegung des Dichtungselementes in Längs- oder Umfangsrichtung unterbunden wird. Gerade bei dieser bekannten Vorrichtung treten örtlich unterschiedliche Belastungen über den Umfang des Dichtungselementes auf, welche die Gefahr einer unzureichenden Dichtung und eines vorzeitigen Verschleißes nach sich ziehen. Im übrigen ist die Verwendung eines elastomeren Dichtungselementes bei dieser bekannten Vorrichtung unmöglich, da ein in die sägeförmige Verzahnung eingepreßtes elastomeres Material nach dem Aufheben der Preßkraft wieder aus der sägeförmigen Verzahnung ausfedert und nur mehr lose in der Nut sitzt.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine selbsttätige Anpassung des Dichtungselementes an die vorhandenen Druckverhältnisse und damit ein selbsttätiges Einstellen der richtigen Lage des Dichtungselementes gestattet, eine größere Dichtungstoleranz ohne eine Einbuße der verbesserten Dichtungseigenschaften liefert, Öffnungsund Schließvorgänge ermöglicht, bei denen eine geringere Kraft als bei herkömmlichen Bauformen benötigt wird, und eine verbesserte Kräfteverteilung in der Dichtung vorsieht, einen erhöhten Schutz gegen Überdruck liefert, sowie beständig und lange haltbar ist. Weitere vorteilhafte Abwandlungsformen gehen aus den Unteransprüchen näher hervor.

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

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

M) Fig. 2 bis Fig. 5 vergrößerte Querschnitte durch unterschiedlich ausgestaltete Dichtungsringe längs der Linie2-2in Fig. 1,

Fig. 6 eine Teilansicht eines Kugelventil:· mit einem Dichtungsring gemäß der Erfindung.

h5 Fig. 7 eine Teilansicht eines Drusselklappenventils mit einem elastomeren Dichtungsring gemäß der Erfindung,

Fig. 8 eine vergrößerte Teil.m,icht des elastomeren

Dichtungsringes und der zusammenwirkenden Teile,

Fig.9 einen Teilquerschnitt durch ein einstellbares Ventil mit einem eingebauten eiastomeren Dichtungsring, und

F i g. 10 einen Teilquerschnitt durch eine Ventilklappe mit einem in diesem befestigten, eiastomeren Dichtungsring.

Einleitend sei darauf hingewiesen, daß die angewandten Elastomere innerhalb ihrer elastischen Grenzen verwendet werden und es wird vorausgesetzt, daß dort, ι ο wo das Elastomere in Berührung mit dem es umschließenden Material steht, grundsätzlich nur eine geringe oder keine Bewegung des Eiastomeren an der oder den Grenzflächen zwischen dem Elastomeren und dem es umfassenden Material stattfindet. Hierbei wird unter einem Elastomeren ein Polymerisat verstanden, dessen elastische Deformation unter Bedingungen einer Scherbeanspruchung den Abdichtungs- und anderen Anforderungen genügt. Verschiedene Urethane, natürlicher und synthetischer Gummi und dergleichen 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 31 gezeigt, wie dies in Fig.2 deutlich dargestellt ist. Die Zeichnungen zeigen auch einen eiastomeren Dichtungsring 32 mit parallelen Seiten, die um den Umfang verlaufende Rippen 33 (F i g. 3) aufweisen, einen eiastomeren Dichtungsring 36 mit konvergierenden Seiten mit um den Umfang jo verlaufenden Rippen 37 (F i g. 4) und einen eiastomeren 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 (F ig. 5) gezeigt.

Gemäß F i g. 6 ist der elastomere Dichtungsring 30 in einer Ringnut 45 eingebaut, deren Querschnittsprofil dem Querschnittsprofil des Dichtungsringes 30 entspricht. Die Ringnut 45 weist einen ringförmigen ίο Bodenraum 48 auf, der in einem Teil 46 des ortsfesten Gehäuses eines herkömmlichen Kugelventils ausgebildet ist. Der Ring 30 ist in verformtem Zustand unter der Einwirkung einer Kraft gezeigt, die durch ein einstellbares Küken 47 in geschlossener Stellung ausgeübt wird. ^ Der Mittelteil des Ringes 30 wurde durch das Küken 47 ganz in den ringförmigen Bodenraum 48 im Boden der Ringnut 45 bewegt. Dementsprechend befindet sich der Ring 30 nicht einfach in einem zusammengedrückten Zustand, da Elastomere im wesentlichen nicht kompressibel sind, sondern er steht unter dem Einfluß von Scherkräften, da ja im 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 F i g. 2 zurück, was eine andere Eigenschaft von Elastomeren darstellt. Der Ring

30 wird in die Ringnut 45 eingehämmert, was leicht durchgeführt werden kann, da der Boden des Ringes 30 unter Schlag augenblicklich in den ringförmigen Bodenraum 48 der Ringnut 45 gleitet, wobei die Rippen

31 in der Ringnut 45 einrasten können. Bei manchen Querschnittsformen können Halteringe und dergleichen erforderlich sein.

Gemäß F i g. 7 und F i g. 8 ist der elastomere Dichtungsring 30 in ähnlicher Weise 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 Bodenraum

51 auf. Der Ventilkörper 52 des Drosselklappenventils befindet sich in der Offen-Stellung. In dieser Stellung ist der Ring 30 in Ruhestellung, er wird sich jedoch, ähnlich wie in F i g. 6 gezeigt, beim Schließen des Ventilkörpers

52 verformen.

In F i g. 9 ist schematisch ein Drosselklappenventil 55 mit einem ortsfesten Teil 56 und einem einstellbaren Teil 57 dargestellt, welches mittels eines Drehzapfens am ortsfesten Teil 56 drehbar befestigt ist. Das Drosselklappenventil 55 weist auch einen eiastomeren Ring 30 auf, der eine Vielzahl von vorgeformten Seitenrippen besitzt, die in komplementäre Seitenrippen der gegenüberliegenden Wände einer Ringnut 59 im ortsfesten Teil 56 eingreifen. Am Boden des Ringes 30 ist in der Ringnut ein Bodenraum 61 vorgesehen, in welchen Öffnungen 60 für Druckzwecke oder für Zwecke der Wasserentfernung münden. Der Ring 30 wird sich unter einer Kraft verformen, die durch das drehbar einstellbare Teil 57 bei einem abdichtenden Eingriff mit dem Ring aufgebracht wird.

Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ring 30 um den Außenumfang des einstellbaren Teiles 57' und ein Bodenraum 62 vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abdichten der Berührungsstellen zweier, einen verschließbaren Durchgang bildender, relativ gegeneinander bewegbarer, starrer Maschinenelemente mit einem elastomeren Dichtungselement, das an den Seitenwänden einer Nut verankert ist, die in einem der beiden Maschinenelemente ausgebildet ist wobei zwischen dem Grund der Nut und dem Boden des Dichtungselementes ein Hohlraum vorgesehen ist, welcher den durch die Dichtungskraft verformten und einer Scherbelastung ausgesetzten Werkstoff des Dichtungselementes aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenwände sowohl des Dichtungselementes (30, 32, 36, 40) als auch der Nut (45, 50) eine Mehrzahl von vorgeformten Seitenrippen (31,33,37,41) aufweisen und die Seitenrippen des Dichtungselementes komplementär zu den Seitenrippen der Nut ausgebildet sind und die Passung zwischen den Seitenwänden des Dichtungselementes und den Seitenwänden der Nut kongruent ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenrippen (31, 33, 37, 41) des elastomeren Dichtungselementes (30,32,36,40) und der Nut (45, 50) in der Art einer sägeförmigen Verzahnung ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenwände des Dichtungselementes (30, 32, 36, 40) und der Nut (45,50) parallel sind.