DE2354113A1

DE2354113A1 - Dichtung

Info

Publication number: DE2354113A1
Application number: DE19732354113
Authority: DE
Inventors: Sigurd Kaller
Original assignee: Stromsholmens Mekaniska Verkstad AB
Current assignee: Stromsholmens Mekaniska Verkstad AB
Priority date: 1972-11-03
Filing date: 1973-10-29
Publication date: 1974-05-16
Also published as: JPS5088452A; FR2206830A5; US3874679A; GB1413853A

Description

PATENTANWÄLTE ooc/no

DiPL-INS. DR.IUR. DIP!—ING.

VOLKER BUSSE DIETRICH BUSSE

45 Osnabrück, den 26, Oktober 1973 -

MDSERSTRASSE2O/24 VB/Pi

STRÖMSHOLMENS MEKANISKA VERKSTAD AKTIEBQLAG Fack_t S-573 00 TRänAs, Schweden

Dichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung zur Anwendung zwischen zwei zueinander bewegbaren Teilen und zum." Verhin- " dem des Entweichens von Hochdruckmedium zwischen einer Hochdruck- und einer Niederdruckseite, umfassend einen Ringsatz mit einer Mehrzahl von an einer Rotationsfläche zumindest eines der Teile anliegenden und durch eine Druckkraft gegeneinander -gedrückten kreisförmigen Dichtungsringen mit einem offenen Schlitz zur flexiblen Anlage an der Fläche, wobei die Schlitze in den Dichtungsringen winklig zueinander versetzt sind, und umfassend eine aus elastischem bzw. nachgiebigem Material bestehende Dichtmanschette, die die Dichtungsringe fest umschließt und unter der Einwirkung von Druckkräften radial gegen die Dichtungsringe drückt.

Bei einer bekannten Vorrichtung-dieser Art werden Pedetelemente od. dgl. zum Erreichen axialer Druckkraft verwendet, und die Dichtmanschette ist von einer Druckeinrichtung umgeben, die von dem unter Druck stehenden Medium Unabhängig ist.' Zum Erreichen eines wirksamen Abdichtens müssen sowohl die Federn als auch die Dz-uckeinrichtung stets Kräfte in einer

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derartigen Größenordnung auf die Ringe ausüben, wie sie den in dem unter Druck stehenden Medium wirkenden, üblicherweise nur kurze Zeit herrschenden maximalen Druckanstiegen entsprechen. Hierdurch ergeben sich sowohl Konstruktionsschwierigkeiten als auch ein starker Verschleiß der Dichtungsringe.

Aufgabe der Erfindung ist es· deshalb., eine Dichtung zu schaffen, bei der ein von dem Hochdruckmedium abhängiger"Abdichtdruck erreicht wird, derart, daß die Dichtung selbst bei extrem hohen Drücken, z. B. von 350 Bar, nur völlig unbedeutende Leckverluste aufweist und selbst nach langem Gebrauch ihre Abdichteigenschaften beibehält.

Dies wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht, daß zumindest der äußere Dichtungsring in dem Ringsatz der Einwirkung durch das Hochdruckmedium in Richtung zu den übrigen Dichtungsringen unterliegt und die auf die Dichtmanschette einwirkenden radialen Druckkräfte durch das Hochdruckmedium erzeugt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen'Dichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Ansprüchen.

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Mehrere Ausführungsbeispiele' des Gegenstandes der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Dichtung gemäß der

Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine abgewandelte

• Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3 und

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie V-V in Fig. 3.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung wird in Verbindung mit einem Hochdruckgaszylinder 1 und einer hin- und hergehenden Welle 2 verwendet. Die Welle 2 ist zylindrisch und eine Mehrzahl von Dichtungeringen, z. B. Dichtungsringen 3, 4 und 5, liegen an deren zylindrischer Fläche an. Die in der Zeichnung dargestellte Anzahl von zehn Dichtungsringen wurde lediglich als Beispiel gewählt, und es kann stattdessen, abhängig von den Erfordernissen, irgendeine beliebige Anzahl von Dichtungsringen Anwendung finden. Jeder der Dichtungsringe 3, ¹J, 5 ist ein üblicher Kolbenring, el·, h. mit einem offenen Spalt 6 versehen (Fig. 2), an dem er bei seiner mit der zylindrischen Fläche 8 der Welle 2 in Abdichtanlage befindlicher kreisförmiger Innenfläche 7 zusammendrückbar ist« Die in den Dichtungsringen vorhandenen Spalte bzw. Schlitze 6 sind um den Umfang der Welle herum zueinander versetzt und die Dichtungsringe sind in axialer Richtung derart zueinander verschiebbar, daß sie dicht nebenein-

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ander liegen können und hierdurch keine direkte Gasverbindung in der durch die Dichtungsringe gebildeten Packung besteht. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Dichtungsringe durch eine Halteeinricht.ung zusammengehalten, die aus schmalen Metallstreifen 9, 10, 11 und 12 besteht, deren Enden mit kreisförmigen Planschen 13 und 1*J verbunden sind. Die kreisförmigen Plansche

radial
erstrecken sich/einwärts lediglich über einen Teil der äußeren Dichtungsringe und der Zwischenraum 15 zwischen der Welle 2 und dem Innenrand des Flansches 13 sollte so groß wie möglich sein. Zweckmäßigerweise ist auch zwischen den Innenseiten der Plansche und angrenzenden Dichtungsringen Spiel vorhanden.

Erfindungsgemäß ist die Dichtungsringpackung als Ganzes von einer aus elastischem Material bestehenden undurchlässigen Dichtmanschette 16 umgeben. In der Zeichnung ist die Dichtmanschette 16 als mit einer kreisförmigen Abdichtlippe 17 ausgebildet in Abdichtanlage an der Innenwand 18 des Zylinders 1 dargestellt. Der hintere Teil der Dichtmanschette 16 liegt an der Stirnwand 19 des Zylinders 1 an. Die Welle 2 tritt durch eine öffnung 120 in der Stirnwand 19 hindurch»

Es wird angenommen^ daß im Innern des Zylinders 1 ein hoher Gasdruck von z. B. 350 Bar und außerhalb des ^.Inders ein verhältnismäßig niedriger Druck_s z. Bo Atmospharendruek_s herrscht«, Bei dieser Situation wirkt der hohe Gasdruck in dem Zylinder 1 über de Zwischenraum 15 auf die Fläche 121 des angrenzenden Ringes 3 ein und drückt letzteren mit einer Kraft gegen die übrigen Dichtungsringe der Dicütungsringpackung, die teilweise von dem Gasdruck und

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teilweiße von der dem Gasdruck ausgesetzten Fläche des Ringes 3 abhängig ist. Der entsprechend Fig. 1 am weitesten rechts liegende Dichtungsring wird dadurch gegen den Flansch I^ der Festhalteeinrichtung für die Dichtungsringe oder bei Fehlen dieser Einrichtung gegen die Stirnwand 19 gedrückt. Da die ScMitze 6 der Dichtungsringe, wie erwähnt, nicht miteinander fluchten, kann
kein Gas durch die Packung entweichen. -

Die zylindrische Außenfläche 122 der Diehtmänschette 16 ist dem hohen Gasdruck, ausgesetzt und wird, da sie aus nachgiebigem
Material, z. B. Gummi oder Kunststoff, besteht, gegen die Dichtungsringe, z, B, 3, 4 und 5, gedrückt und hält deren abdichtende Innenflächen, z. B. die Dichtungsfläche 123, in luft- bzw. gasdichter Anlage an der Fläche 8 der Welle.

Die voit der Dichtmanschette 16 auf die Dichtungsringe ausgeübte Gesarat-Druckkraft.ist von dem für die Dichtmanschette gewählten Material sowie dessen Dicke abhängig, wobei deren Werte, abhän-.gend von dem Arbeitsdruck, so gewhält werden, daß der beabsichtigte .Oberflächendruck zwischen den Dichtungsringen und der
Fläche 8 der Welle 2 erhalten bzw. aufrechterhalten wird.

Die Dichtungsringe können aus beliebigem geeignetem Material,
z. B, Metall oder Kunststoff, bestehen, wobei im letztgenannten Fall z. B. ein mit Kohlenstoff abgefülltes bzw. vergossenes PTFE (Polytetrafluoräthylen) geeignet ist.

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Die in Abdichtanlage an den Dichtungsringen liegende Dichtman-. schette 16 kann, wie erwähnt, aus Kunststoff oder Gummi bestehen. Ein hierfür geeignetes Material ist Nitrilgummi, das bei hohen Drücken als viskose Flüssigkeit angesehen werden kann, Dichtmanschetten aus Nitrilgummi oder anderem Material mit den erwähnten Eigenschaften passen sich der darunterliegenden Fläche vollkommen .an und jeder Dichtungsring wird daher im gegen die Welle 2 gepreßten Zustand gehalten, so daß ein perfektes Anliegen erreicht wird. Die Ringe werden somit praktisch einzeln gegen den mit diesen zusammenwirkenden Flächenbereich der Welle gedrückt,und es können dadurch relativ große Flächentoleranzen an der Fläche hingenommen werden, ohne daß sich die Dichtungsfunktion verschlechtert.

Bei Beschädigung der Innenfläche eines Dichtungsringes, vorzugsweise einer Innenfläche mit hoher Oberflächengüte durch Eindringen von Fremdteilchen in die Dichtung wird die Abdichtfunktion nicht nennenswert gestört, da benachbarte Dichtungsringe den Schaden völlig absichern. Ebensowenig wird die Abdichtfunktion nennenswert durch Vertiefungen in der Fläche 8 der Welle beeinflußt, da jede derartige Vertiefung ganz von benachbarten Dichtungsringen in der Packung umgeben wird.

Die vorliegende Ausführungsform der Dichtung ist in Verbindung mit einem Zylinder und einer hin- und hergehenden Welle beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt, sondern kann ebenso zum Abdichten zweier zueinander rotierender Teile verwendet werden. Ebenso können auch

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beide Teile 1 und 2 bewegbar sein» Der Teil 1 kann rotieren und Teil 2 kann, wie beschrieben, eine hin- und hergehende Bewegung ausführen. Tn diesem Fall kann eins.Dichtung der beschriebenen Art zur Abdichtverbindung mit der Fläche 18 Anwendung finden.

Wie oben erwähnt, kann die Festhalteeinrichtung 9 bis 14 entfallen und die- Dichtmanschette 16 kann weiter in geeigneter Weise auf den Dichtungsringsatz aufgeformt werden. Die im Querschnitt dargestellten viereckigen offenen Dichtungsringe können weiter durch offene Dichtungsringe mit einem anderen geeigneten Querschnitt ersetzt werden. Da die Dichtungsringe in der Packung einzeln in radialer Richtung zusammendrückbar sind, kann die 'Dichtung auch bei nichtzylindrischen Flächen Anwendung finden; die Fläche 8 kann somit konisch ausgebildet sein, wobei die Anlagefläche eines jeden Dichtungsringes eine entsprechende konische Form hat. Die erflndungsgemäßen Dichtungen können folglich ,für alle möglichen Teile mit einer Rotationsfläche um eine Achse 124 (Fig. 1) geeignet sein»

Zum Erreichen der bestmöglichen Kraftübertragung von der Dichtmanschette 16 auf die Druck aufnehmenden Außenflächen der Dichtungsringe, ist es zweckmäßigs diese Flächen in ein und derselben Rotationsebene um die Achse 124 anzuordnen»

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist nur von einer Gasdichtung gesprochen. Die Erfindung ist jedoch ebenso zum Abdichten gegen andere Medien, z„ B. unter Drück stehende hydraulische Flüssigkeitenj geeignet.

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Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Dichtung werden Ringe mit ganz offenem Schlitz, d. h. herkömmliche Kolbenringe, verwendet, was bedeutet, daß der äußere Ring gegen das unter Druck stehende Medium durch einen benachbarten Ring abgedichtet sein muß, um Druck aufzunehmen, da der Schlitz offen ist. Die offenen . Schlitze bedeuten weiter, daß die Ringe derart zueinander gedreht sein müssen, daß die Schlitze nicht fluchten und einen Durchgang bilden. Dieser Nachteil wird durch die Ausführungsform gemäß Fig. 3 bis 5 umgangen«

Die Ausführungsform nach Fig. 3 wird in Verbindung mit einem Hochdruckgaszylinder mit einer hin- und hergehenden zylindrischen Welle 2 benutzt, Eine Mehrzahl von Dichtungsringen, z. B. 3, % und 5, liegen an der zylindrischen Fläche 8 der Welle 2 an. Die Anzahl der Dichtungsringe variiert in Abhängigkeit von Druckverhältnissen_a Druckmedium etc. Der durch die Dichtungsringe gebildete Ringsatz ist als Ganzes von einer aus elastischem Material,, z_a B₀ Gummi oder Kunststoff, bestehenden luft- bzw= wasserdichten Dichtmanschette 16 umgeben. Die Dichtmanschette 16 wird gegen die Innenwand 18 des Zylinders 1 gedrückt und preßt die gespaltenen Ringe unter einer ■bestimmten Vorspannung gegen die Welle 2„ Das sum Innern des Zylinders 1 hin gelegene Ende de^ Dichtmanschette 16 hat einen Ringflansch 13, der sich über die Seitenfläche dem Innern des Zylinders zugewandten inneren Dichtungsringes 3 erstreckt_β Zwischen der Fläche 8 an der Well© 2 und dem Ringflansch 13 ist ein Ringspalt 15 vorgesehen,, disrch äep das unter Druck stehende Medium in dem Zylinder 1 auf die Seitenfläche des

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Ringes einwirkt und den Ring 3 in axialer Richtung gegen die übrigen Ringe drückt. Der Ring 5 liegt bei der in Pig, 3 dargestellten Ausführungsform an einer zu dem Zylinderäußeren hin gelegenen Anlage fläche 19 an.' ..

Bei in dem Zylinderinneren herrschendem hohen Druck nimmt die elastische Dichtmanschette 16 einen plastischen bzw. verformbaren Zustand an,und es werden daher radiale Druckkräfte auf, die Dichtungsringe übertragen/ die dadurch 'gegen die Fläche 8 der Welle 2 gedruckt werden. . '

Die Dichtung wird somit durch radiale und axiale Kräfte beeinflußt, die unmittelbar von dem momentan herrschenden Druck an der Überdruckseite abhängig sind_s und der Anlagedruck zwischen dem entsprechenden Ring und der mit diesem zusammenwirkenden Wellenfläche ist den Erfordernissen automatisch angepaßt$ wobei der Verschleiß auf ein-Mindestmaß herabgesetzt und eine perfekte Abdichtfunktion erreicht wird. Da auf die Ringe einwirkender "Axialdruck gleichzeitig von dein überdruck des Mediums abhängig ist, werden die Ringe mit genügend großer Kraft gegeneinander gedrückt j um zu verhindern daß das Material der Dichtmanschette bei extrem hohem Druck zwischen den Ringen abfließt.

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Dichtung werden gespaltene Dichtungsringe herkömmlicher Art_s d. h. Ringe benutzt, die durch einen in einer Ebene durch den Ring hindurchgehenden Spalt bzw. Schlitz geteilt worden sind. Dies bedeutet_s daß der Schlitz in dem ersten King an der Überdruckseite durch eine Seitenfläche, an

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dem nächstfolgenden Ring abgedichtet werden muß, so daß somit zwei Ringe zum übertragen der axialen Druckkraft auf die restlichen Ringe benutzt werden müssen. Der erste Ring wird nicht mit genügender Dichtkraft gegen den nächstfolgenden Ring gedrückt, was bedeuten kann, daß das Hochdruckmedium zwischen den einander zugewandten Seitenflächen· entweicht. Geschieht dies, so hat der erste Ring seine Funktion als übertragungsmittel für Axialkraft völlig verloren und der zweite und der dritte Ring müssen diese Funktion alsdann übernehmen. Da große Anforderungen an die Dichtung gestellt werden, muß daher eine verhältnismäßig große Anzahl von Ringen, z. B. 10 bis 15 Ringe, vorgesehen werden, was die Dichtung verhältnismäßig lang macht.

Bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3 bis 5 ist zumindest der dem Hochdruckmedium am nächsten liegende Ring 3, vorzugsweise sämtliche Dichtungsringe j daher in der nachstehend beschrietmen Weise geteilt.

Die Dichtungsringe sind mit Seitenflächen 19 und 20-ausgebildet, die parallel zueinander verlaufen und zum wirksamen Abdichten eine hohe Oberflächengüte haben. Die Seitenfläche 20 an einem Ring, z. B. ein Ring 4, wird somit durch die erzeugte Axialkraft gegen die Seitenfläche 19 an dem nächstfolgenden Ring gedruckt,und es kann kein unter überdruck stehendes Medium zwischen den Seitenflächen entweichen.

Der bzw. die erfindungsgemäßen Ringe sind durch einen, sich von der Seitenfläche 20 einwärts zu der Mitte des Rings erstreckenden

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ersten Spalt 21 und einen sich von der Seitenfläche 19 einwärts zu der Mitte des Rings erstreckenden zweiten Spalt 22 geteilt, ■ Der zwischen den Spalten 21 und 22 befindliche Kreisabschnitt des Ringes ist durch einen Schlitz 23 durchtrennt_s der die Spalte 21 und 22 miteinander verbindet« Die Spalte 21 und 22 sind ausreichend breit gehalten_s um das erforderliche Zusammendrücken^ der Ringe zuzulassen. Weder die Tiefe der Spalte noch deren Richtung sind entscheidend. So kann sich jeder Spalt viel

zu ■ ".

näher/der gegenüberliegenden Seitenfläche hin erstrecken als in der Zeichnung dargestellt, und es besteht keine Notwendigkeit daß die Seitenwände in den Spalten parallel verlaufen, da die einzige Punktion der Spalte darin besteht, es dem Ring zu' ermöglichen,, sich in einem bestimmten Umfang zu dehnen und zusammenzuziehen. ."-""'.

Andererseits ist es erforderlich^ daß der Schlitz 23 in. einer Ebene liegt, die absolut.parallel zu den Ebenen der Seiten-.flachen 19 und 20 verläuft_s und daß die aneinanderliegenden Innenflächen des Schlitzes_s ζ„ .B₅ Schlitzfläche 2¹? _Λ gut aufeinander abgestimmt sind, damit ein wirksames Abdichten erreicht wira. Bei Herstellen des Schlitzes 23 darf naturgemäß kein Teil der entsprechenden Seitenfläche*19_S 20 aus seiner Plächenebene verlagert werden_s und es kann notwendig sein_a den Ring nach Herstellen des Schlitzes 23 eben zu schleifen^ da das Entfernen von Material unvermeidbar 1st« ■ ·

Bei Anfertigen des der Überdruckseite zugewandten Ringes 3 entsprechend der Erfindung kann dieser den Axialdruck,allein über-

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tragen, da kein Entweichen von Medium durch den Ring auftritt.

Um das gegenseitige Ausrichten nachfolgender Ringe zu vermeiden, werden diese zweckmäßig in gleicher Weise hergestellt.

Die oben beschriebenen und in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen sind naturgemäß lediglich als den Umfang der Erfindung nicht einschränkende Beispiele anzustehen und können im Rahmen der Ansprüche hinsichtlich ihrer Einzelheiten in verschiedener Weise abgewandelt werden.

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Claims

Patentansprüche:

IJ Dichtung zur Anwendung zwischen zwei zueinander bewegbaren Teilen und zum Verhindern des Entweichens von Hochdruckmedium zwischen einer Hochdruck- und einer Niederdruckseite, umfassend eintn Ringsätz mit einer Mehrzahl von an einer Rotationsfläche zumindest"eines der Teile anliegenden und durch eine Druckkraft gegeneinander gedrückten kreisförmigen Dichtungsringen mit einem offenen Schlitz zur flexiblen Anlage an der Fläche., wobei die Schlitze In den Dichtungsringen winklig zueinander versetzt sind, und umfassend eine aus elastischem bzw., nachgiebigem Material bestehende Dicht mans chette, die die Dichtungsringe fest' umschließt und unter der Einwirkung von Druckkräften radial gegen die Dichtungsringe drückt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der äußere Dichtungsring (3) In dem Ringsatz der Einwirkung durch das Hochdruckmedium In Richtung zu den übrigen Dichtungsringen unterliegt und die auf die Dichtmanschette (16) einwirkenden radialen Druckkräfte durch das Hochdruckmedium erzeugt werden.

2„ Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dichtungsringen (3₉ ^₉ 5) und der Dichtmanschette (Ιβ) längliche_s sich in axialer Richtung erstreckende Pesthalteeinrichtungen (9-12) zum Zusammenhalten der Dichtungsringe vorgesehen sind, - . ι

3« " Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Dichtungsring (j5) durch einen sich von der einen planaren

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Seitenfläche (20) des Ringes zu dessen Mitte erstreckenden ersten Spalt (21) und einen sich von der anderen planaren Fläche (19) des Ringes zu dessen Mitte erstreckenden zweiten Spalt (22) geteilt ist, wobei die Spalte radial zueinander versetzt sind, und daß der Kreisabschnitt zwischen den beiden Spalten in einer mit beiden parallel zueinander verlaufenden Seltenflächen des Dichtungsringes parallelen Ebene durch einen Schlitz (23) durchtrennt ist,, der sich zwischen und in beide Spalte (21, 22) erstreckt und miteinander in Abdichtanlage stehende Flächen (24) aufweist.

h. Dichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (21, 22) in rechtwinklig zu äen beiden planaren.parallelen Seitenflächen (19, 20) des Dichtungsringes verlaufenden Ebenen liegen.

5· Dichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Ringe (3, **> 5) mit dem Außenring identisch sind.

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