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Berührung 5 dichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Berührungsdichtung
zum Abdichten zwischen gegeneinander bewegten Flächen oder Teilen.
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Bekannte Dichtungen dieser Art, wie z.B. Lippenringdichtungen, Nutringe,
Manschetten oder dgl., besitzen nur dann eine zufriedenstellende Abdichtwirkung,
wenn bei gleichzeitiger Anwendung eines Schmiermittels die Oberfläche des sich relativ
zur Dichtfläche der Berührungsdichtung bewegenden Teils oder dgl. ausreichend glatt
ausgebildet ist. In vielen Anwendungsfällen handelt es sich jedoch um Abdichtungsprobleme
bei noch nicht feinbearbeiteten und vollkommen trockenen Teilen,d.h.
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die Oberfläche eines abzudichtenden Teils oder Werkstücks weist gewisse,
insbesondere durch Form- und/oder Maßfehler bedingte Unregelmäßigkeiten oder mehr
oder weniger stark ausgeprägte Rauheiten auf, so daß es oftmals selbst bei Verwendung
von Dichtungen mit größeren Dichtlippen aus sehr weichem und zu einem gewissen Grade
auch gleitfähigen elastischem Material nicht mehr gelingt, eine zuverlässige Abdichtung
zu erzielen.
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Derartige Schwierigkeiten treten vorwiegend dann in Erscheinung, wenn
irgendwelche Halbzeugprodukte, beispielsweise in Form von Stangen, Rohren, Bändern
oder dgl. vorliegende Körper in Valcuumkammern eingebracht und dort örtlich behandelt
oder bearbeitet 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 gegenüber dem Atmosphärendruck dauernd aufrechterhalten
werden soll. Diese Forderung läßt sich jedoch bei Verwendung der bekannten 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 Einsatz größerer Pumpstände
zum Evakuieren der Arbeitskammer kompensiert werden könnten, womit aber andererseits
ein bedeutend höherer maschinenbaulicher Aufwand verbunden wäre.
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Auch berührungsfreie Dichtungen, wie z.B. Labyrinthspaltdichtungen,
besitzen den Nachteil großer Leckluftraten.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil der bekannten Ausführungen von
Berührungsdichtungen liegt darin, daß sie für die Anwendung bei höheren Temperaturen
(z.B. über 150° C) 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 heiß ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neuartige
Berührungsdichtung zu schaffen, die auf Grund einer ausreichend hohen Elastizität
ihrer Dichtfläche auch gegenüber sehr unregelmäßigen Oberflächen eine gute Abdichtwirkung
besitzt, die ferner selbst Temperaturen bis wenigstens 5000 c aushält und deren
unverminderte Abdichtwirkung somit auch gegenüber heißen Flächen oder Teilen gewährleistet
ist und die schließlich eine große Verschleißfestigkeit besitzt, speziell im Hinblick
auf ihre Anwendung bei höheren Temperaturen und bei Trockenlauf.
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Ausgehend von einer Beriihrungsdichtung zum Abdichten zwischen gegeneinander
bewegten Flächen oder Teilen wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgeaäß dadurch
gelöst, daß die Berührungsdichtung einen von einer Fläche oder einem Teil ausgehenden
und eine andere Fläche oder ein anderes Teil berührenden Dichtungskörper aufweist,
der aus einzelnen in dichtester Packung angeordneten, draht- und/oder faserförmigen
ab dichtenden Bestandteilen aus wenigstens einem Material hoher Verschleißfestigkeit
aufgebaut ist.
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Infolge des erfindungsgemäßen Aufbaues des Dichtungskörpers ergibt
sich außer der angestrebten hohen Verschleißfestigkeit auch eine ausreichend große
Elastizität, da die draht- und/oder faserförmigen Bestandteile des Dichtungskörpers
in federnder Berührung mit der abzudichtenden Fläche stehen und sich insbesondere
bei einer Relativbewegung zwischen Dichtungskörper und abzudichtender Fläche elastisch
an deren etwaigen Rauhigkeiten und sonstigen Ungenauigkeiten gut anzupassen vermögen.
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Darüber hinaus kann durch entsprechende Hateriala\i:; die abdichtenden
Bestandteile eine außerordentlich hohe Temperaturfestigkeit des Dichtungskörpers
erzielt werden. Beispielsweise können diese abdichtenden Bestandteile aus korrosionsfreien
dünnen Stahldrähten oder aus Drähten oder Fasern aus ähnlichem Material,
beispielsweise
aber auch aus Kunststoff bestehen.
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Ferner können den Stahldrähten oder sonstigen Drähten faserförmige
Werkstoffe, vorzugsweise Asbestfasern oder dgl. beigemischt sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Berührungsdichtung,
die zum Abdichten des Außenumfangs von Körpern, wie z.B. Rohren, Stangen oder Profilen,
im Durchgangsbereich zwischen Räumen unterschiedlichen Druckes dienen soll, besteht
darin, daß der mit einem als Ausgangsteil dienenden Halterungskörper in Reibschlußverbindung
stehende Dichtungskörper einen sich über seine gesamte Länge 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 Dichtungskörper hindurch erweitert sich letzterer aufgrund seiner Elastizität
im Bereich seines engsten Querschnitts, so daß dieser Querschnittsbereich des Dichtungskörpers
die äußere Umfangsfläche des abzudichtenden Rohres, Bandes, Profils usw. im Durchführungsbereich
berührend umfaßt und sich hierbei federnd an die abzudichtende Oberfläche und an
deren Unregelmäßigkeiten anpaßt.
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Handelt es sich etwa um einen rohrförmigen Körper, dessen Innenumfang
abzudichten ist, so kann die erfindungsgemäße Berührungsdichtung in der Weise ausgebildet
sein, daß der mit einem als Ausgangsteil dienenden Halterungskörper in Reibschlußverbindung
stehende Dichtungskörper einen sich über seine Gesamtlänge stetig erweiternden Querschnitt
aufweist und das Profil bzw. die Abmessungen seines größten Querschnitts im wesentlichen
dem Innenprofil bzw. den Abmessungen des Innenquerschnitts des rohrförmigen Körpers
angepaßt sind.
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Der Dichtungskörper erhält hierdurch beispielsweise eine konische
Form. Dank der Elastizität des Dichtungskörpers 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.
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Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnungen.
Im Rahmen von Ausführungsbeispielen zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht zweier innerhalb
eines Rohres hintereinander angeordneter Berührungsdichtungen zum Abdichten des
Innenumfangs des Rohres, Fig. 2 eine Schnittansicht zweier hintereinander angeordneter
Berührungsdichtungen zum Abdichten des Außenumfangs eines rohrförmigen Körpers,
Fig.3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Berührungsdichtung
zum Abdichten des Außenumfangs eines rohrförmigen Körpers und Fig. 4 eine schematische
Darstellung einer Elektronenstrahl-Schweißanlage mit aufeinander folgenden Kammern
jeweils unterschiedlichen Druckes, in deren Ein- bzw. Außlaßöffnungen jeweils erfindungsgemäße
Berührungsdichtungen zum Abdichten des Außen- und Innenumfangs eines durch das Kammersystem
hindurchzuführenden Rohres angeordnet sind.
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Die Dichtungskörper 3 bzw. 12 der aus den Fig. 1 und 2 jeweils zu
ersehenden Berührungsdichtungen bestehen jeweils aus in dichtester Packung ringförmig
angeordneten, korrosionsfesten Stahldrahtbündeln. Jeder Dichtungskörper 3 bzw. 12
steht mit
seinem einen Ende jeweils mit einem Halterungskörper 1
bzw.
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8 in einer Reibschlußverbindung, während das freie federne Teilstück
eines Dichtungskörpers jeweils zur Berührung mit der abzudichtenden Fläche dient.
Zur Herstellung einer derartigen reibschlüssigen Verbindung zwischen einem Dichtungskörper
und einem zugehörigen Halterungskörper ist es im allgemeinen zweckmäßig, daß der
Halterungskörper mit einer nutförmigen Aussparung versehen ist, die zur Bildung
eines Preßsitzes für den Dichtungskörper plastisch verformbar ist.
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Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Berührungsdichtungen ist
der Halterungskörper 1 bzw. 8 jeweils ringförmig ausgebildet und weist jeweils eine
konische Ringnut 4 bzw. 11 zur Bildung eines Preßsitzes für das zu befestigende
Ende eines Dichtungskörpers 3 bzw. 12 auf. Durch Ausbildung und Anordnung der Ringnute
4 bzw. 11 in den Halterungskörpern 1 bzw. 8 ist im übrigen auch berücksicht, daß
die Dichtungskörper 3 bis 12 in den vorliegenden Ausführungsbeispielen zweckmäßigerweise
jeweils im wesentlichen konisch geformt sind, wie weiter unten noch näher erläutert
werden soll.
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Gemäß Fig. sind zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Berührungsdichtungen
mit ihren ringförmigoausgebildeten Halterungskörpern 1 auf einem Bolzen 2 befestigt
und befinden sich in koaxialer Anordnung innerhalb eines Rohres 6, dessen Innenwand
abzudichten ist. Zur Gewährleistung eines festen Sitzes der beiden Berührungsdichtungen
bei einer Bewegung relativ zum Rohr ist hinter dem Halterungskörper 1 der rechts
angeordneten Berührungsdichtung ein Sicherungsring 5 auf den Bolzen 2 aufgeschoben.
Der Dichtung körper 3 einer Berührungsdichtung ist im wesentlichen konisch ausgebildet
und besitzt seinen kleinsten Durchmesser bzw. seinen engsten Querschnitt im Bereich
seines Preßsitzes im zugehörigen Halterungskörper 1, während sich das gegenüberliegende
Ende des Dichtungskörpers 3 bis zu einem Durchmesser erweitert, der
im
wesentlichen-dem Innendurchmesser des Rohres 6 angepaßt ist, vorzugsweise etwas
größer ist. Beim Darüberschieben des Rohres 6 über die beiden hintereinander angeordneten
Berührungsdichtungen von links geben die Dichtflächen der Dichtungskörper 3 jeweils
in den Bereichen ihrer größten Querschnitte in radialen Richtungen elastisch nach
und legen sich hierbei federnd gegen die Rohrirmenwand, so daß selbst bei stärkeren
Unebenheiten der Rohrinnenwand eine optimale Abdichtwirkung erzielt wird. Die Bohrungen
der Halterungskörper werden hierbei durch den Bolzen 2 ebenfalls vollkommen abgedichtet.
Es ist selbstverständlich auch möglich, im Innern des Rohres 6 nur eine Berührungsdichtung
anzuordnen. Andererseits sind auch Hintereinanderanordnungen von mehr als zwei Berührungsdichtungen
für bestimmte Anwendungsfälle durchaus denkbar.
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Berührungsdichtungen zum Abdichten des Außenumfangs eines Rohres 6
gehen beispielsweise aus Fig. 2 hervor. Innerhalb der Bohrung eines Befestigungsflansches
7 sind wiederum zwei Berührungsdich tungen hintereinander und koaxial angeordnet,
wobei die ringförmig ausgebildeten Halterungskörper 8 im Befestigungsflansch 7 durch
eine Wellensicherung 10 gehalten werden. Da der Dichtungskörper 12 mit seinem freien,
zur Berührung des Rohrumfangs dienenden Ende den Halterungskörper 8 übersteht, ist
zwischen den beiden einander benachbarten Halterungskörpern 8 ein Distanzring 9
angeordnet.
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Der Dichtungskörper 12 einer als Außendichtung dienenden Berührungsdichtung
ist wiederum im wesentlichen konisch ausgebildet, wobei er im vorliegenden Falle
jedoch seinen größten Durchmesser im Bereich des Preßsitzes im Halterungskörper
besitzt, während er am gegenüberliegenden, sich konisch verjüngenden freien Ende
ein im wesentlichen dem Außendurchmesser des Rohres 6 angepaßtes, vorzugsweise etwas
engeres lichtes Profil besitzt.
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Der Durchmesser der Bohrung eines Halterungskörpers 8 ist auf jeden
Fall größer als der Außendurchmesser des Rohres 6, um das notwendige Spiel zwischen
der äußeren Rohrwandung und. dem lichten Profil des Halterungskörpers 8 zu erhalten.
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Wenn das Rohr 6 mit abzudichtendem Außenumfang von links her durch
die Dichtungsanordnung gemäß Fig. 2 hindurchgeführt wird, läßt die Elastizität eines
jeweiligen Dichtungskörpers 12 ein radial gerichtetes Auseinanderspreizen des Dichtungskörpers
im Bereich seines engsten Querschnitts zu, derart, daß die dortige innere Umfangsfläche
des Dichtungskörpers 12 den Rohrumfang abdichtend umfaßt und sich gleichzeitig an
alle Unebenheiten und Unregelmäßigkeiten der Rohroberfläche anpaßt. Auch im vorliegenden
Falle wäre es möglich, nur eine Berührungsdichtung zur Abdichtung des Außenumfangs
eines Rohres zu verwenden oder eine Aggregation von mehr als zwei solcher Berührungsdichtungen.
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In Fig. 3 ist noch eine weitere mögliche Ausführung einer erfindungsgemäßen
Berührungsdichtung dargestellt. Der Halterungskörper für einen Dichtungskörper 15
besteht in diesem Falle aus zwei Bauteilen und zwar aus einem ringförmigen Teil
13 mit konischem Endprofil und einem ringförmigen Gegenstück 14 mit einer konischen
Bohrung etwas größeren Innenmaßes. Durch Zusammenfügen dieser beiden Bauteile entsteht
infolge Spielpassung eine konische Ringnut 18 zur Bildung eines Preßsitzes für den
Dichtungskörper 15. Das Zusammenfügen der Teile 13 und 14 erfolgt vorzugsweise durch
Verschraubung. Das Teil 14 weist zu diesem Zweck eine oder mehrere Bohrungen mit
Innengewinde 17 auf, in das eine Schraube 16 von der Seite des passend aufgesetzten
Teils 13 her eindrehbar ist, wodurch die erforderliche Preßverbindung des Halterungskörpers
mit dem in die Ringnut 18 eingesetzten Ende des Dichtungskörpers 15 hergestellt
werden kann.
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In entsprechender Weise ließe sich auch ein Halterungskörper für einen
als "Innendichtung" dienenden Dichtungskörper der anhand der Fig. 1 erläuterten
Ausführungsart ausbilden. Halterungskörper, die entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten
Beispiel konstruiert sind, besitzen den Vorteil, daß das Volumen der die draht-
und/oder faserförmigen abdichtenden Bestandteile aufnehmenden Ringnut in gewissen
Grenzen variabel ist, so daß zusätzliche Metallfeindrähte oder Fasern aus anderen
geeigneten Werkstoffen oder Mischungen von Drähten und Fasern für den Aufbau des
Dichtungskörpers einer erfindungsgemäßen Berührungsdichtung verwendet werden können.
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Der Querschnitt einer erfindungsgemäß 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.
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Aus Fig. 4 ist ein Beispiel für die Anwendung erfindungsgemäßer Dichtungen
bei einer Anlage zum Längsschweißen von kaltgewalzten Schlitzrohren mittels eines
Elektronenstrahls ersichtlich.
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Da das Elektronenstrahl-Schweißen innerhalb einer Arbeitskammer 24
durchgeführt wird, in der ein Hochvakuum etwa in der Größenordnung von 1012 bis
10 4 Torr dauernd aufrechterhalten werden muß, ist die Arbeitskammer 24 sowohl eingangs-
als auch ausgangsseitig mit Schleusenkammern 23 und 25 verbunden, in denen der Druck
in Richtung zur Arbeitskammer 24 hin jeweils stufenweise vermindert wird.
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Statt jeweils einer Schleusenkammer zu beiden Seiten der Arbeitskammer
könnten dort jeweils auch mehrere aufeinanderfolgende Kammern angeordnet sein, die
jeweils zu einem Druckstufensystem der Eingangs- bzw. Ausgangsseite zusammengefaßt
sind.
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An die Kammern 23 bis 25 sind Vakuum-Pumpeinrichtungen 19 bis 21 angeschlossen.
Der Druck in der eingangsseitigen Schleusenkammer 23 wird mittels der Pumpeinrichtung
19 von Atmosphärendruck auf etwa 0,1 Torr herabgesetzt. Die Pumpleistung der an
die Arbeitskammer 24 angeschlossenen Pumpeinrichtung 20 ist so bemessen, daß sich
in der Arbeitskammer ständig der erforderliche niedrige Druck von beispielsweise
0,01 Torr aufrechterhalten läßt. Die ausgangsseitig angeordnete Schleusenkammer
25 wird mittels der Pumpeinrichtung 21 in gleicher Weise wie die Kammer 23 bis zu
einem Druck von höchstens 0,1 Torr evakuiert.
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Oberhalb der Arbeitskammer 24 ist - wie in Fig. 4 schematisch angedeutet
- eine Elektronenstrahl-Kanone 22 zur Erzeugung eines Schweißstrahls angeordnet.
Das durch das Kammersystem kontinuierlich oder intermittierend hindurchgeführte
Rohr 26 wird in der Arbeitskammer 24 mittels des Elektronenstrahls längsnahtverschweißt.
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Die in den einzelnen Kammern 23 bis 25 erforderlichen niedrigen Drücke
lassen sich jedoch nur dann dauernd aufrechterhalten, wenn der Leckluftstrom durch
die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Kammern 23 und 25 und durch die entsprechenden
Öffnungen zwischen den Kammern 23 und 24 bzw. 24 und 25 möglichst gering -gehalten
werden kann. Dies ist jedoch von der Güte der Abdichtungen, einmal zwischen dem
Umfang des hindurchgeführten Rohres und den Begrenzungsflächen der jeweiligen Kammeröffnungen
und zunanderen innerhalb des Rohres jeweils im Bereich einer Kammeröffnung abhängig.
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Die Bewältigung dieser Abdichtungsaufgabe gelingt sehr gut dadurch1
daß jeweils im Bereich einer Kammeröffnung erfindungsgemäß ausgebildete Berührungsdichtungen
vorgesehen werden und zwar in derartiger Anordnung, daß je eine Dichtung 29a, 29b,
29c und 29d gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel den Außenumfang des
Rohres 26 und je eine Dichtung 28a, 28b, 28c, 28d gemäß der in Fig. 1 gezeigten
Ausführung den Innenumfang und den entsprechenden inneren Rohrquerschnitt abdichtet.
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Die Berührungsdichtungen 29a/2 bis 29d/28d sind also jeweils im Bereich
einer Kammerzwischentiffnung koaxial ineinander angeordnet und bilden zwischen sich
einen Spalt zur Durchführung der Rohrwandung, wobei die Berührungadichtungen 28a
bis 28 d sämtlich mit ihren Halterungskörpern auf eine Führungsstange 27 fest aufmontiert
sind, die gleichzeitig die Innenbohrung eines jeden Halterungskörpers abdichtet.
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Es können pro Kammeröffnung genauso gut aber auch mehrere unmittelbar
hintereinander angeordnete Berührungsdichtungen sowohl für den Außenumfang als auch
fiir den Innenumfang des Rohres 26 vorgesehen sein.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Berührungsdichtungen
besitzen die Unregelmäßigkeiten und/oder Rauheiten der Rohroberflächen einen nur
sehr geringfügigen Einfluß auf die Abdichtgüte.
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Insbesondere gewährleistet die hohe Verschleißfestigkeit des jeweiligen
Dichtungskörpers einer Berührungsdichtung eine lange Betriebsdauer dieser Dichtungen,
obwohl die abzudichtenden Rohroberfläohen des mit Längsnaht zu verschweißenden Schlitzrohrs
absolut trocken und schmiermittelfrei sind.
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Wenn beispielsweise Schlitzrohre elektronenstrahl-verschweißt werden
sollen, besitzen die die Schweißkammer verlassenden Rohre eine hohe Temperatur,
da die durch den Elektronenstrahl zugeführte Wärmemenge sich zum Teil über die gesamte
Rohrwandung verteilt.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß selbst höhere Temperaturen die Abdichtfunktion
erfindungsgemäßer Berührungsdichtungen in keiner Weise beeinträchtigen könnten.
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- Patentansprüche -