-
Berührungsdichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Berührungsdichtung
zum Abdichten zwischen gegeneinander bewegten Flächen oder Teilen.
-
Bekannte Dichtungen dieser Art, wie beispielsweise Lippenringdichtungen,
Nutringe, manschetten oder dgl., besitzen nur dann eine zufriedenstellende Abdichtwirkung,
wenn bei gleichzeitigez Anwendung eines Schmiermittels die Oberfläche des sich relativ
zur Dichtfläche der Berührtingsdichtung bewegenden Teils oder dgl. ausreichend glatt
ausgebildet ist. In vielen Anwendungsfällen handelt es sich jedoch um Abdichtungsprobleme
bei noch nicht feinbearbeitetenundvollkommen trockenen Seilen, d.h. die Oberfläche
eines abzudichtenden Teils oder Werkstücks weist gewisse, insbesondere durch Form-
und/oder Meßfehler bedingte Unregelmäßigkeiten oder mehr oder weniger stark ausgeprägte
Rauhheiten auf, so daß es oftmals selbst bei Verwendung von Dichtungen mit größeren
Dichtlippen aus sehr weichem, elastischem und zu einem gewissen Grade auch gleitfähigem
Material nicht mehr gelingt, eine zuverlässige Abdichtung zu erzielen.
-
Derartige Schwierigkeiten treten vorw:i egend dann in Erscheinung,
wenn irgendwelche halbzeugprodukte, beispielsweise in Form von Stangen, Rohren,
Bändern octer dgl. vorliegende körper in Vakuumkammern eingebracht und dort örtlich
behandelt oder bearbeitct werden sollen. In solchen Anwendungsfällen ist es mit
Rücksicht auf einen rationellen Arbeitsablauf meistens erwünscht, das zu behandelnde
bzw. zu bearbeitende Gut kontinuierlich oder intermittierend in eine evakuierte
Arbeitskammer einzuführen und aus dieser in gleicher Weise wieder herauszuleiten,
wobei eine ausreichende Abdichtung dieser Kammer gegeniiber den Atmosphärendruck
dauernd aufrechterhalten werden soll. Diese Forderung läßt sich jedoch bei Verwendung
der bekannter Dichtungen infolge des großen, sowohl durch Trockenlauf als auch durch
Form- und/oder Maßfehler des in einer Vakuumkammer zu behandelnden bzw. zu bearbeitenden
Gutes bedingten Verschleißes dieser Dichtungen nur schwerlich erfüllen. Es treten
nämlich hierbei recht erhebliche Leckluftraten auf, die allenfalls durch den finsat
größerer Pumpstände zum Evakuieren der Arbeitskammer kompensiert werden könnten,
womit aber andererseits ein bedeutend höherer maschinenbaulicher Aufwand verbunden
wäre.
-
Auch berührungsfreie Dichtungen, wie z.B. Labyrinthspaltdichtungen,
besitzen den Nachteil großer Leckluftraten.
-
Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Ausführungen von
Berührungsdichtungen liegt darin, daß sie für die Anwendung bei höheren Temperaturen
(z.B. über 1500C) ungeeignet sind, da sie zu raschem Verschleiß neigen, während
in vielen Fällen jedoch sehr gute und dauerhafte Abdichtungen zwischen jeweils trockenen
und gegeneinander bewegten Flächen oder Teilen benötigt werden, von denen mindestens
eine Fläche bzw. ein Teil heilt ist.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neuartige
BerührungsdichtIg zu schaffen, die aufgrund einer ausreichend hohen Elastizität
ihrer Dichtfläche auch gegeniiber sehr unregelmäßigen Oberflächen eine gute Abdichtwirkung
besitzt, die ferner selbst Temperaturen über 2QQOC aushält und deren unverminderte
Abdichtlfirkung somit auch gegenüber heißen Flachen oder Teilen gewährleistet ist
und die schließlich eine große Verschleißfestigkeit besitzt, speziell im hinblick
auf ihre Anwendung bei höheren Temperaturen und bei Trockenlauf.
-
Ausgehend von einer Berührungsdichtung zum Abdichten zwischen gegeneinander
bewegten Flächen oder Teilen wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß ein von einer Fläche oder einem Teil ausgehender und eine andere Fläche
oder ein anderes Teil berührender, aus einzelnen verschiedenartigen Bestandteilen
aufgebauter Dichtungskörper vorgesehen ist und daß wenigstens eine erste Art von
abdichtenden Bestandteilen im wesentlichen für die erwünschte Elastizität des Dichtungskörpers
maßgebend ist, während die geforderte Verschleißfestigkeit des Dichtungskörpers
im wesentlichen durch wenigstens eine zweite Art von abdichtenden Bestandteilen
bestimmt wird.
-
Bei der erfindungsgemäßen Berührungsdichtung weist also der Dichtungskörper
abdichtende Bestandteile oder Abdichtelemente wenigstens zweier verschiedener Arten
auf, deren jeweilige.Materialeigenschaften in der Weise aufeinander abgestimmt sind
und die derart miteinander in Verbindung gebracht sind, daß sich für den gesamten
Dichtungskörper die zur Erfüllung der an ihn gestellten Anforderungen notwendigen
Eigenschaften ergeben.
-
Vorzugsweise werden beim Aufbau des Dichtungskörpers Bestandteile
aus einem vorwiegend elastischen Werkstoff (Elastomer)
mit Bestandteilen
aus einem Werkstoff hoher Verschleißfestis,-keit und Beständigkeit gegenüber ltöheren
Temperaturen verbunden.
-
Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die den Dichtungskörper
bildenden abdichtenden Bestandteile der wie oben erl«ilnlte verschiedenen Arten
wechselweise und in gegenseitiger dichter Verbindung stehend über die Oberfläche
des Dichtungskörpers verteilt. Vorzugsweise ist der Anteil der im wesentlichen die
Torr schleißfestigkeit bestimmenden abdichtenden Bestandteile an der Gesamtoberfläche
des Dichtungskörpers größer als der Anteil der im wesentlichen die Elastizität bestimmenden
abdichtenden Bestandteile.
-
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des Dichtungskörpers der erfindungsgemäßen
Berührungsdichtung erhält man dann, wenn die im wesentlichen die Elastizität des
Dichtungskörpers bestimmenden abdichtenden Bestandteile in einem Teilbereich des
Dichtungskörpers auch untereinander verbunden sind und eine Art von Traggerüst für
die im wesentlichen die Verschleißfestigkeit des Dichtungskörpers bestimmenden abdichtenden
Bestandteile bilden.
-
Es ist nicht zuletzt auch aus Gründen einer einfachen Fertigung erfindungsgemäßer
Berührungsdichtungen recht vorteilhaft, die aus einem verschleißfesten Werkstoff
bestehenden Elemente des Dichtungskörpers in ein aus einem Elastomer bestehendes
Traggerüst wenigstens teilweise einzulagern oder einzubetten, wobei die hierbei
entstehenden elastischen Abdichtelemente in erster Linie die Funktion von Verbindungselementen
zwischen den einzelnen verschleißfesten Abdichtelementen erhalten. Weiterhin kann
es günstig sein, wenn das elastische Traggerüst des Dichtungskörpers in der Weise
ausgebildet ist, daß'es gleichzeitig als elastisches Verbindungsmittel zwischen
wenigstens einem Teil der von der abzudichtenden Fläche oder dem Teil abgewendeten
Oberfläche des
Dichtungskörpers und der zugehörigen Ausgangsfläche
bzw. dem ztlgehörigen Ausgangsteil dient.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Berührungsdichtung,
die zum Abdichten des Außenun'fangs von Körpern, wie z.B. Rohren, Stangen oder Profilen,
im Durchgangsbereich zwischen Räumen unterschiedlichen Druckes dienen soll, })esteh-t
darin, daß der innerhalb der Bohrung eines Dichtungsträgers, beispielsweise eines
zylindrischen, aus einem Metall bestehenden Trägers, koaxial angeordnete und von
dessen Innenfläche ausgehende Dichtungskörper einen sich über seine gesamte Ltinge
stetig verengenden Querschnitt aufweist und das lichte Profil seines engsten Querschnitts
im wesentlichen dem Außenquerschnitt des abzudichtenden Körpers bzw. dessen Abmessungen
angepaßt ist. Bei Hindurchführung des Gegenstands mit abzudichtender äußerer Umfangsfläche
durch den Dicirtungskörper hindurch erweitert sich letzterer auf grund seiner Elastizität
im Bereich seines engsten Querschnitts, so daß dieser Querschnittsbereich des Dichtungskörpers
die äußere Umfangsläche des abzudichtenden Rohres, Bandes, Profils usw. ihi Durchführungsbereich
berührend umfaßt und sich hierbei federnd an die abzudichtende Oberfläche und an
deren Unregelmäßigkeiten anpaßt.
-
handelt es sich etwa um einen rohrförmigen Körper, dessen Innenumfang
abzudichten ist, so kaIm die erfindungsgemäße Berührungsdichtung in der Weise ausgebildet
sein, daß der auf einem Dichtungsträger, z.B. einem zylindrischen Metallstück mit
Bund, koaxial angeordnete und von der Außenfläche des Trägers ausgehende Dich-Üungskörper
einen sich über seine Gesamtlänge stetig erweiternden Quersclln-itt aufweist und
das Profil bzw. die Abmessungen seines größten Querschnitts im wesentlichen dem
Innenprofil bzw. den Abmessungen des Innenquerschnitts des rohrförmigen Körpers
angepaßt sind.
-
Der Dichtungskörper erhält hierdurch beispielsweise eine konische
Form. Dank der Elastizität des Dichtungskörpe@s wird er beim Einführen in das Innere
eines Rohres im Bereich seines größten Querschnitts gleichmäßig zusammengedrückt
und paßt sich hierbei leicht dem inneren Rohrumfang an.
-
Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt an hand der Zeichnungen.
Im Rahmen von Ausführungsbeispielen zeigen: Fig. eine teilweise im Längsschnit-t
dargestellte Berührungsdichtung zum Abdichten des Innenumfangs eines rohrförmigen
Körpers, Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Linie II - II der Fig. 1, Fig. 3 eine
teilweise im Längsschnitt dargestellte E3erührungsdichtung zum Abdichten des Außenumfangs
eines rohrförmigen Körpers, Fig. 4 den in Fig. 3 umkreisten Teil mit einer konstruktiven
Abänderung (in vergrößerter Darstellung) und Fig. 5 eine schematische Darstellung
einer Elek-tronenstrahl-Schweißanlage mit aufeinanderfolgenden Kammern jeweils unterschiedlichen
Drucks, in deren Bin- bzw. Auslaßöffnungen jeweils erfindungsgemäße Berührungsdichtungen
zum Abdichten des Außen- und Innenumfangs eines durch das Kammersystem hindurchzuführenden
Rohres angeordnet sind.
-
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Berührungsdichtung besteht aus
einem konisch ausgebildeten Dichtungskörper 6, der auf einem zylindrischen Rohrstück
1 mit Bund 2 angeordllet ist und irj 13ereich
5 mit der Außenfläche
des als Träger dienenden Rohrstücks 1 verbunden ist. Der sich an den Bund 2 anschließende,
ringförmige Bereich 5 des Dichtungskörpers 6 besteht aus dem gleichen Werkstoff
wie die elastischen Bestandteile des Dichtungskörpers.
-
Man kann auch sagen, daß die die Elastizität des Dichtungskörpers
6 bestimmenden Bestandteile im ringförmigen Bereich 5 miteinander verbunden sind.
-
In dem oberhalb der Achse längsgeschnittenen Teil der Berührungsdichtung
ist teilweise die Innenfläche des Dichtungskörpers 6 zu erkennen, während im unteren
Teil der Fig. 1 die Außenfläche des Dichtungskörpers 6 dargestellt ist. Die elastischen
Abdichtelemente des Dichtungskörpers, von denen in den Fig. 1 und 2 einzelne mit
den Bezugsziffern 3a, 3b, 3c, -3d'bezeichnet sind, bilden zusammen mit dem ringförmigen
Bereich 5 eine Art Traggerüst für die die Verschleißfestigkeit des Dichtungskörpers
bestimmenden abdichtenden Bestandteile, von denen in den Fig. 1 und 2 einzelne mit
den Bezugsziffern 4a, 4b, 4c, 4d, 4e kenntlich gemacht sind.
-
Bei den Abdichtelementen, wie denjenigen mit 4a bis 4e bezeichneten,
handelt es sich um lamellenförmige Gebilde aus einem hochverschleißfesten Werkstoff,
die in das elastische Traggerüst des Dichtungskörpers 6 mit einem Teil ihrer Oberfläche
jeweils einvulkanisiert oder eingeklebt sind.
-
Die Berührungsdichtung gemäß dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist für die Abdichtung einer inneren Rohrwand vorgesehen. Der konisch ausgebildete
Dichtungskörper 6 besitzt im Bereich seines engsten Querschnitts einen Durchmesser
d und im Bereich seines größten Querschnitts einen Durchmesser d2, der im wesentlichem
dem Innendurchmesser des Rohres angepaßt ist, vorzugsweise etwas größer ist. Beim
Darüberschieben des Rohres mit abzudichtender Innenwand über den Dichtungskörper
6, beispielsweise von der Seite mit dem engsten Querschnitt her, wird daher
die
Dichtfläche des Dichtungskörpers b im Bereich-desen größten Querschnitts in radialen
Richtungen elastisch nachgelez und sich hierbei federnd gegen die Rohrinnenwand
legen, so daß selbst bei stärkeren Unebenheiten der Rohrinnenwand eine optimale
Abdichtwirkung erzielt wird. Die Innenbohrung des Rohrstücks 1 wird hierbei durch
in der Zeichnung nicht dargestellte geeignete Mittel, wie etwa Führungsstangen oder
dgl., ebenfalls vollkommen abgedichtet.
-
Die Berührungsdichtung gemäß Fig. 1 kann auch mit der Seite ihres
größten Querschnitts (Durchmesser d) voraus in ein im Bereich seines Innenumfangs
abzudichtendes Rohr eingeführt werden, wenn die Außenkante dieser Seite ringsum
etwas abgeschrägt ist.
-
Es hat- sich gezeigt, daß für die die Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit
bestimmenden Abdichtelemente (z.B. 4a bis 4e gemäß den Fig. 1 bis 2) je nach Temperaturanforderuligen
Werkstoffe, wie z.B. Buntmetalle, Stahl, Grauguß, Kunstharzschichtpreßholz oder
auch Kunststoffe sehr geeignet sind.
-
Für die elastischen Abdichtelemente bzw. das elastische Traggerüst
des Dichtungskörpers 6 kommen beispielsweise Werkstoffe wie Gummi, Silikonkautschuk
oder sonstige Elastomere in Frage.
-
Eine Ausführung einer Berührungsdichtung zum Abdichten des Außenumfangs
irgendeines rohr- oder stabförmigen Körpers geht beispielsweise aus der Fig. 3 hervor.
In diesem Falle ist ein konisch ausgebildeter Dichtungskörper 12 innerhalb der zylindrischen
Bohrung des Dichtungsträgers 7 koaxial angeordnet, der durch ein Rohrstück mit Absatz
8 gebildet wird. Der Dichtungskörper 12, der im Bereich 9 mit der Innenwand des
Rohrstücks 7 und mindestens teilweise auch mit der Wand des Absatzes 8 verbunden
ist, besteht aus einzelnen verschiedenartigen abdichtenden Bestandteilen, nämlich
aus Abdichtlamellen, wie z.B. den mit lOa, lOb, lOc, lOd, lOe, lOf und lOg bezeichneten,
aus hochverschleißfestem Werkstoff und aus Abdichtelementen, wie z.B. den mit lla,
llb, llc, mild, lle bezeichneten, aus elastischem Material, wobei alle diese Bestandteile
wiederum wechselweise und in gegenseitiger dichter Verbindung stehend über den Gesamtumfang
des Dichtungskörpers 12
verteilt sind. Die abdichtenden Bestandteile
aus elastischem Material sind im Bereich 9 zu einem Ring miteinander verbunden und
bilden ein elastisches Traggerüst für die Abdichtlamellen 1Oa bis lOg (und die weiteren
aus Fig. 3 nicht ersichtlichen Abdichtlamellen).
-
Nimmt man an, daß der Dichtungskörper 12 gemäß Fig. 3 als "Außendichtung',
z.B. für einen rohrförmigen Körper dienen soll, der von rechts in die Bohrung des
Dichtungsträgers 7 eingeführt wird, so müssen die Abmessungen des Dichtungskörpers
12 derartig vorgegeben sein, daß er eingangsseitig ein gegenüber dem Außenquerschnitt
des Rohres vergrößertes Lichtes Profil mit dem Durchmesser d3 und ausgangsseitig
ein im wesentlichen dem Außenquerschnitt des Rohres angepaßtes, vorzugsweise etwas
engeres lichtes Profil mit dem Durchmesser d4 besitzt. Die Elastizität des Dichtungskörpers
12 läßt bei Iiindurchführung des Rohres mit abzudichtendem Außenumfang ein radial
gerichtetes Auseinanderspreizen des Dichtungskörpers im Bereich seines engsten Querschnitts
zu, derart, daß die entsprechende innere Umfangsfläche des Dichtungskörpers (die
Dichtfläche) den Rohrumfang abdichtend umfaßt und sich gleichzeitig elastisch an
alle Unebenheiten und Unregelmäßigkeiten der Rohroberfläche anpaßt Sollte es erforderlich
sein, den rohrförmigen Körper mit abzudichtendem Außenumfang von links her in die
Öffnung des Dichtungskörpers 12 mit dem Durchmesser d gemäß Fig. 3 einzuführen,
so ist es zweckmäßig, an der Innenkante des Dichtungskörpers 12 eine Fase 12a vorzusehen,
wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
-
Die Auswahl der Werkstoffe für die einzelnen abdichtenden Bestandteile
des Dichtungskörpers 12 richtet sich u.a. auch nach den im jeweiligen Anwendungsfall
vorliegenden Temperaturbedingungen, wobei wiederum Werkstoffe, wie die bereits weiter-oben
erwähnten, sehr gut geeignet sein können.
-
Der Querschnitt einer erfindiingsgemäß aufgebauten Berührungsdichtung
braucht im übrigen nicht kreisförmig zu sein, sondern kann je nach Profil des abzudichtenden
Körpers auch anders geformt sein, wie z.B. quadratisch, rechteckförmig oder dreieckig.
-
Aus Fig. 5 ist ein Beispiel für die Anwendung erfindungsgemäßer Dichtungen
bei einer Anlage zum Längsschweißen von kaltgewalzten Schlitzrohren mittels eines
Elektronenstrahls ersichtlich.
-
Da das Elektronenstrahlschweißen innerhalb einer Arbeitskammer 18
durchgeführt wird, in der ein Hochvakuum etwa in der Grc;ßenorcSlnung 10 2 bis 10
4 Torr dauernd aufrechterhalten werden muß, ist die Arbeitskammer 18 sowohl eingangs-
als auch ausgangsseitig mit Schleusenkammern 17 und 19 verbunden, in denen der Druck
in Richtung zur Arbeitskammer 18 hin jeweils stufenweise vermindert wird.
-
Statt jeweils einer Schleusenkammer zu beiden Seiten der Arbeitskammer
könnten dort jeweils auch mehrere aufeinander folgende Kammern angeordnet sein,
die jeweils zu einem Druckstufensystem der Eingangs-- bzw. Ausgangsseite zusammengefaßt
sind.
-
An die Kammern 17 bis 19 sind Vakuum-Pumpeinrichtungen 13 bis 15 angeschlossen.
Der Druck in der eingangsseitigen Schleusenkammer 17 wird mittels der Pumpeinrichtung
13 von Atmosphärendruck auf etwa 0,1 Torr herabgesetzt. Die Pumpleistung der an
die Arbeitskammer 18 angeschlossenen Pumpeinrichtung 14 ist so bemessen, daß sich
in der Arbeitskammer ständig der erforderliche niedrige Druck von beispielsweise
0,01 Torr aufrechterhalten läß-t. Die ausgangsseitig angeordnete Schleusenkammer
19 wird mittels der Pumpeinrichtung 15 in gleicher Weise wie die Kammer 17 bis zu
einem Druck von höchstens 0,1 Torr evakuiert.
-
Oberhalb der Arbeitskammer 18 ist - wie in Fig. 5 schematisch angedeutet
- eine Elektronenstrahlkanone 16 zur Erzeugung eines Schweißstrahls angeordnet.
Das durch das Kammersystem kontinuierlich oder intermittierend hindurchgeführte
Rohr 20 wird in der Arbeitskammer 18 mittels des Elektronenstrahls längsnahtverschweißt
Die in den einzelnen Kammern 17 bis 19 erforderlichen niedrigen Drücke lassen sich
jedoch nur dann dauerrxlaufrechterhalten, wenn der Leckluftstrom durch die Einlaß-
und Auslaßöffnungen der Kammern 17 und 19 und durch die entsprechenden Öffnungen
zwischen den Kammern 17 und 18 bzw. 18 und 19 möglichst gering gehalten werden kann.
Dies ist jedoch von der Güte der Abdichtungen, einmal zwischen dem Umfang des hindurchgeführten
Rohrs und den Begrenzungsflächen der jeweiligen Kammeröffnungen und zum anderen
innerhalb des Rohres jeweils im Bereich einer Kammeröffnung abhängig. Die Bewältigung
dieser Abdichtungsaufgaben gelingt sehr gut dadurch1 daß jeweils im Bereich einer
Kammeröffnung erfindungsgemäß ausgebildete Berührungsdichtungen vorgesehen werden,
und zwar in derartiger Anordnung, daß je eine Dichtung 23a, 23b, 23c und 23d gemäß
dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel den Außenumfang des Rohres 20 und je
eine Dichtung 22a, 22b, 22c, 22d gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführung den Innenumfang
und den entsprechenden inneren Rohrquerschnitt abdichtet.
-
Die Berührungsdichtungen 23a/22a und 23d/22d sind also jeweils im
Bereich einer Kammerzwischenöffnung koaxial ineinander angeordnet und bilden zwischen
sich einen Spalt zur Durchführung der Rohrwandung, wobei die Berührungsdichtungen
22a - 22 d sämtlich mit ihren Dichtungsträgern auf eine Führungsstange 21 fest aufmontiert
sind, die gleichzeitig die Innenbohrung eines jeden Dichtungsträgers abdichtet.
-
Es können pro Kammeröffnung genauso gut aber auch mehrere unmittelbar
hintereinander angeordnete Berührungsdichtungen sovohl fiir den Außenumfang als
auch fiir den Innenumfang des Rohres 20 vorgesehen sein.
-
Aufgrund der erfindungsgemäßen Aushildung der Berührungsdichtungen
besitzen die Unregelmäßigkeiten und/oder Rauhheiten der Rohroberflächen einen nur
sehr geringfügigen Einfluß auf die Ab@ichtgüte.
-
Insbesondere gewährleistet die hohe Verschleißfestigkeit des jeweiligen
Dichtungskörpers einer Berührungsdichtung eine lange Betriebsdauer dieser Dichtungen,
obwohl die a@zudichtende@ Behroberflächen des längsnahtzuverschweißenden Schlitzrohrs
abs@lut trocken und schmiermittel frei sind.
-
Wenn beispielsweise Schlitzrohre elelctronenstrahlverschl--eißt werden
sollen, besitzen die die Schweißkammer verlassenden Rohre eine hohe Temperatur,
da die durch den Elektronenstrahl zugeführte Wärmemenge sich zum Teil iiber die
gesamte Rohrwandung v@rteilt.
-
Es hat sich jedoch gezeigt, daß selbst höhere Temperaturen die Abdicht
funktion erfindungsgemäßer Berürhrungsdichtungen in keiner Weise beeinträchtigen
können.
-
- Patentanprüche -