DE2420335C2 - Dichtung für eine Hochdruckpresse - Google Patents

Description

den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der erste Ring mit einer durch die Vorspannung bedingten Kraft an der Zylinderwand anliegt. Die Vorspannung bedeutet, daß zwischen dem Zylinder und dem Dichtungsring eine Griffpassung besteht, d. h. der Dichtungsring hat vor Aufbringung der Vorspannung einen größeren Durchmesser als der Hochdruckzylinder Lei Atmosphärendruck. Vorzugsweise soll der Durchmesser des Ringes um mehr als 0,1% großer sein als der Durchmesser des Hochdruckzylinders. Es ist zweckmäßig, daß die Vorspannung so hoch gewählt wird, daß der Ring eine Tangentialspannung erhält und einen hierdurch ausgeübten Anlagedruck erzeugt bei einem so hohen Druckkammerdruck wie möglich. Am besten ist es, wenn im Ring auch bei den maximal vorkommenden Arbeitsdrücken eine von der Vorspannung abhängige Tangentialspannung vorhanden wäre. Die Vorspannung soll so hoch gewählt werden, wie es aus Festigkeitsgründen mit Rücksicht auf das Material zulässig ist. Die Streckgrenze des Materials bestimmt die rbere Grenze der Vorspannung. Es hat sich gezeigt, daß bei nicht vorgespannten Dichtungsringen häufiger eine Leckage auftritt als bei vorgespannten Ringen sonst gleicher Ausführung. In Kombination mit Dränierungskanälen am äußeren Teil der Anlagefläche des Ringes an der Zylinderwand wurden außerordentlich gute Dichtungsergebnisse erzielt. Die Erfindung gestattet es, Dichtungsringe mit großer Materialdicke in den Dichtungszonen zu verwenden, wodurch es möglich ist, die Ringe so auszuführen, daß sie große axiale Kräfte aufnehmen können, ohne beschädigt zu werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei Rohrpressen der Art, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 21 25 570 beschrieben sind.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele beschränken sich auf die Darstellung der Dichtung zwischen der Hochdruckzylinderwand und dem axial beweglichen Kolben. Es ao zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch das eine Ende einer Hochdruckkammer mit einem in einen Hochdruckzylinder hineinschiebbaren Kolben zur Erzeugung eines zum Strangpressen erforderlichen Druckes in einem Druckmittel,

F i g. 2 in größerem Maßstab die in F i g. 1 durch den Kreisbogen A-A angegebene Partie,

F i g. 3 eine Seitenansicht des Dichtungsringes gemäß F i g. 2,

F i g. 4 einen radialen Schnitt längs der Linie B-B durch den Dichtungsring gemäß F i g. 2 und 3,

Fig.6—9 andere Ausführungsformen der Erfindung.

In F i g. 1 bezeichnet 1 einen beweglichen Kolben, der in teilweise eingeschobener Stellung in die Druckkammer 2 gezeigt ist, welche von einem Hochdruckzylinder 3 umgeben ist. Dieser Hochdruckzylinder enthält eine Rohrwand 4, die in an sich bekannter Weise aus einem Rohr und um dieses unter Vorspannung gewickelte Bänder aufgebaut sein kann, sowie einen dustauschbaren Liner 5. Der Zylinder ist mit Stirnteilen versehen, die Dichtungshalter 6 bilden. Zwischen dem Liner 5 und dem Kolben 1 liegt eine Dichtung 7. Innerhalb des Liners 5 befindet sich eine Hülse 8, die teils einen Schutz für den Liner und teils ein Distanzelement bildet, das verhindert, daß die Dichtung 7 in den Hochdruckzylinder hineingeschoben wird. In der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 4 besteht die Dichtung aus einem ersten Dichtungsring 9 mit verhältnismäßig großer axialer Ausdehnung und im wesentlichen rechteckigem Querschnitt sowie einem zweiten Dichtungsring 10 mit im wesentlichen dreieckigem Querschnitt von hauptsächlich derselben Form und Größe wie eine Aussparung an der einen Kante des ersten Dichtungsringes. Die schrcge Fläche 11 der Aussparung und die schräge Fläche 12 des Ringes 10 sind gegeneinander gerichtet und haben im wesentlichen den gleichen Neigungswinkel. Bei niedrigem Druck im Zylinder können sie aneinander anliegen. Die äußere zylindrische Fläche 13 des ersten Ringes dichte am Liner 5 und die äußere Endfläche 14 des ersten Ringes am Dichtungshalter 6 ab. Der erste Dichtungsring 9 ist unter Vorspannung im Hochdruckzylinder angeordnet, wodurch die zylindrische Fläche 13 gegen die Fläche des Liners 5 mit einer durch die Vorspannung bedingten radialen Kraft anliegt. Diese Vorspannung ergibt eine verbesserte Dichtung, insbesondere bei niedrigem Druck im Zylinder und somit während des Druckaufbaus in der Druckkammer. Es ist jedoch von Vorteil, eine so hohe Vorspannung wie möglich zu haben, am besten eine so hohe, daß der Ring auch bei maximalem Durchmesser des Hochdruckzylinders der Druckkammer, d. h. beim Strangpreßdruck, eine verbleibende Vorspannung hat. Der äußere Teil der Fläche 13 ist mit axialen Dränierungskanälen 15 versehen, die eine Dichtung am inneren Tei! des Ringes 9 sichern, der zur Verbesserung der Dichtungseigenschaften mit einer ringförmigen Schicht 16 aus einem Metall belegt sein kann, das weicher als das Material des Ringes selbst ist. Ein Stahlring kanu sehr gut mit Kupfer belegt sein. Die innere Endfläche 17 des Ringes ist eben.

Die Dränierungskanäle 15 brauchen nicht ganz axial zu verlaufen, sondern können im Verhältnis zur Axialebene schräg gerichtet sein. Sich kreuzende Kanäle kann man durch Rändeln der Oberfläche 13 erhalten. Eine gerändelte Oberfläche ergibt einen hohen und gleichmäßigen Druckabfall und geringe Erosionsschäden am Liner bei eventueller Leckage.

In der Ausführung gemäß Fig. 1—4 wird eine Dichtung nur durch metallische Dichtungsringe erreicht. F i g. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der oben beschriebenen Dichtung. Der Dichtungsring 9 ist mit einer äußeren ringförmigen Nut 20 versehen, in die ein Dichtungsring 21 aus elastischem Material, wie Gummi, eingelegt ist. Der Ring 9 ist in diesem Fall auch mit einer zweiten geneigten Fläche 24 versehen, die mit der Fläche 11 parallel ist. Hierdurch wird eine ringförmige Nut 22 zwischen den Ringen 9 und 10 gebildet. In diese ist ein Dichtungsring 23 eingelegt, der den Spalt zwischen den Flächen 11 und 12 überbrückt und außerdem an den Kolben 1 anliegt.

Der vorbeschriebene Dichtungsring 9 ist in der Lage, bedeutende axiale Kräfte aufzunehmen, ohne beschädigt zu werden. Die Dichtung ist besonders vorteilhaft für Rohrpressen der in der DE-OS 21 25 570 beschriebenen Art, wo eine Einheit, die einen Dorn und eine Hülse enthält, welche die auf den Dorn wirkenden Kräfte aufnimmt, permanent im Hochdruckzylinder der Presse angeordnet ist. Diese Einheit wird beim Einsetzen eines Rohlings und beim Verschließen der Druckkammer axialen Kräften ausgesetzt. Die beschriebenen Dichtungsringe können diese Kräfte aufnehmen und können somit zur axialen Fixierung der Einheit im Hochdruckzylinder der Druckkammer verwendet werden.

Die F i g. 6 —8 zeigen Ausführungsformen, welche für den Fall geeignet sind, in welchem die Dichtungsringe

keine axialen Kräfte nennenswerter Größe von Konstruktionselementen innerhalb des Hochdruckzylinders aufzunehmen brauchen. Fig. 6 zeigt eine Dichtung mit bereits bekanntem Querschnitt, die gemäß der Erfindung ausgeführt ist. Die Dichtung enthält einen ersten Dichtungsring 30 mit einer äußeren zylinderförmigen Fläche 31, die zum Liner 5 hin abgedichtet, und eine ebene Fläche 32, die am Dichtungshalter 6 abdichtet. Der Dichtungsring 30 ist unter Vorspannung in den Liner 5 des Hochdruckzylinders eingesetzt. Die äußere Fläche des Ringes 30 ist im oberen Bereich, also in dem an die Fläche 32 angrenzenden Bereich, mit Dränierungskanälen 33 versehen. Der andere Dichtungsring 34 hat eine innere zylindrische Fläche 35, die gegen den Kolben 1 abdichtet, und eine ebene Fläche 36, die gegen den Dichtungshalter 6 abdichtet. Der Dichtungsring 30 hat eine Aussparung mit einer auf die Mittellinie des Ringes gerichteten schrägen Fläche 37, die der schrägen Fläche 38 des Ringes 34 zugewendet ist. Ein Dichtungsring 39 aus einem elastischen Material überbrückt den Spalt zwischen den schrägen Flächen 37 und 38 der Ringe 30 und 34 und liegt dichtend an der Wand des Liners 5 und der Wand des Kolbens 1 an.

F i g. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einem im wesentlichen dreieckigen Dichtungsring 40 mit großer Breite. Der Ring 40 ist unter Vorspannung in den Liner 5 eingesetzt. Seine innere Ecke wird sehr spitzwinklig, seine äußere zylindrische Fläche 41 sowie die Dränierungskanäle 42 werden lang. Wie bisher, hat der Ring eine Ebene, d. h. im Sinne der Zeichnung horizontale Dichtungsfläche 43, die an den Dichtungshalter 6 im Hochdruckzylinder anliegt. Ferner hat der Ring wie bisher eine Aussparung mit einer schrägen Fläche 44, die der schrägen Fläche 46 des zweiten Dichtungsringes 45 gegenüberliegt. Dieser letztere Ring hat wie bisher eine zylindrische Dichtungsfläche 47 und eine ebene Dichtungsfläche 48.

Fig. 8 zeigt eine Ausführung mit einem breiten Dichtungsring 50 von bedeutend geringerer Dicke als die Breite des Spaltes zwischen dem Liner 5 und dem Kolben 1. Der Ring 50 ist unter Vorspannung in den Liner 5 des Hochdruckzylinders eingesetzt. Der Ring hat im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt mit einer Aussparung mit einer schrägen Fläche 52, die der schrägen Fläche 54 des zweiten Dichtungsringes 53 gegenüberliegt. Wie bei den oben beschriebenen Dichtungen hat die zylindrische Fläche 55 des ersten Dichtungsringes Dränierungskanäle 56, ist jedoch außerdem am inneren Teil des Ringes mit einer ringförmigen Nut 57 für einen nicht gezeigten Dichtungsring versehen. Der Ring 53 hat, wie die entsprechenden Ringe der oben beschriebenen Dichtungen, eine zylindrische Fläche 58 und eine ebene, d. h. horizontale Fläche 59, die gegen den Kolben 1 bzw. den Dichtungshalter 6 abdichten.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der äußere Teil des Liners mit einer konischen Fläche 60 versehen ist. Der am Liner anliegende Dichtungsring 61 hat eine äußere konische Fläche 62, die denselben Konuswinkel wie die Fläche 60 hat. Der Dichtungsring 63, der gegen den Stempel 2 und den Dichtungshalter 6 abdichtet, hat einen inneren Teil mit dreieckigem Querschnitt. Die Vorspannung im Ring 61 kann durch das Einpressen in den äußeren konischen Teil des Zylinders 5 erzeugt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Dichtung für eine Hochdruckpresse zur Abdichtung zwischen der Wand eines Hochdruckzylinders und einem in den Hochdruckzylinder hineinragenden, axial beweglichen Kolben, enthaltend zwei Dichtungsringe aus Metall, von denen der erste Ring eine an die Wand des Hochdruckzylinders anliegende äußere Fläche und eine an einen _!0 Dichtungshalter anliegende Endfläche hat und von denen der zweite Ring eine an den Kolben anliegende zylindrische Fläche und eine an den Dichtungshalter anliegende Fläche hat, wobei der Außendurchmesser des ersten Ringes so bemessen ist, daß er an der Wand des Hochdruckzylinders festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, an die Zylinderwand anliegende Dichtungsring (9, 30, 40, 50, 61) unter Vorspannung steht und vor Erzeugung der Vorspannung einen mehr als 0,1% größeren Durchmesser als der Hochdruckzylinder bei Atmosphärendruck hat

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übermaß des äußeren Durchmessers des ersten Dichtungsringes so bemessen ist, daß auch bei maximalem Arbeitsdruck noch eine von der Vorspannung abhängige Tangentialspannung im ersten Dichtungsring vorhanden ist.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere an der Zylinderwand anliegende Fläche (13,31, 41, 55) des ersten Dichtungsringes in dem dem Dichtungshalter (6) benachbarten Teil mit Dränierungskanälen (15, 33, 42, 56) versehen ist, die sich vorzugsweise bis über mehr als 50% der axialen Länge des Dichtungsringes erstrecken.

4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Fläche des Dichtungsringes an ihrem axial inneren Teil einen Abschnitt mit glatter Fläche hat, dessen Breite mindestens 10% der axialen Länge des Ringes ist.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsring an seinem axial inneren Teil mit einer äußeren Nut (20) für einen Dichtungsring (21) versehen ist.

6. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Fläche des Dichtungsringes am axial inneren Teil des Ringes mit einer Schicht (16) aus einem Material belegt ist, das weicher als das Material des Ringes selbst ist.

7. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsring eine vorzugsweise ebene axiale innere Endfläche hat zur Aufnahme der axialen Kräfte von einem innerhalb liegenden rohrförmigen Element.

8. Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsring (9) wie eine Hülse geformt ist, an deren axial äußeren und radial inneren Kante sich eine Aussparung von im wesentlichen derselben Form und Größe wie der zweite Dichtungsring (10) befindet, und daß der zweite Dichtungsring in die genannte Aussparung hineinragt. en

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für eine Hochdruckpresse gemäß der DE-OS 22 07 650.

Beim hydrostatischen Strangpressen werden sehr hohe Drücke angewendet. Normalerweise liegt der Arbeitsdruck zwischen !0 und 20kbar. Bei den zur Massenproduktion verwendeten Pressen soll der an der inneren Wand des Hochdruckzylinders anliegende bewegliche Kolben bzw. die an dieser Wand anliegende Matrize, die leicht herausnehmbar und einsetzbar sein muß, mit einer zuverlässigen Dichtung von langer Lebensdauer versehen sein. Der innere Durchmesser des Hochdruckzylinders ist bei den höchsten Arbeitsdrücken 0,5— 1 % größer als bei Atmosphärendruck.

Die in der genannten DE-OS 22 07 650 beschriebene Dichtung für eine Presse zum hydrostatischen Strangpressen hat sich zwar bewährt, sie ist jedoch empfindlich gegen Oberflächenschäden an der Innenfläche der Ausfütterung des Zylinders, des sogenannten »Liners«. Diese Oberflächenschäden entstehen bei zufälliger Leckage des Druckmittels zwischen dem Dichtungsring und dem Liner. Wegen des hohen Druckes ist die Geschwindigkeit des Druckmittels bei einer Leckage sehr hoch, wodurch am Liner kräftige Erosionsschäden auftreten, die teilweise die Dichtung erschweren und teilweise die Ursache für einen Bruch bilden können, wodurch die Lebensdauer des Liners verkürzt wird. Ein Austausch des Liners ist sehr kostspielig. Der Austausch eines beschädigten Dichtungsringes verursacht geringe Kosten. Eine Leckage tritt wahrscheinlich häufig dadurch auf, daß manchmal Druckmittel am inneren Teil des Dichtungsringes zwischen den Liner und den Dichtungsring dringt und daß ein Anliegen zwischen Dichtungsring und Liner nur am äußersten Teil des Dichtungsringes vorhanden ist. Bei einer Leckage bekommt man dann einen großen Druckabfall auf einer kurzen Strecke, eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und folglich schwere Erosionsschäden, auch wenn die Flüssigkeitsmenge, die herausleckt, unbedeutend ist.

Die längste Lebensdauer erhält man in der Regel mit Dichtungsringen aus einem Material hoher Festigkeit und somit hoher Streckgrenze. Wenn der Druck in der Druckkammer und der Durchmesser des Hochdruckzylinders zunehmen, muß auch der Durchmesser des Dichtungsringes in gleichem Maße zunehmen, was in einer Tangentialspannung im Dichtungsring resultiert, die den Anlagedruck zwischen Dichtungsring und Liner verringert. Diese Erscheinung ist unter Dichtungsgesichtspunkten unbefriedigend und dürfte zu dem Auftreten von Leckagen bei den bisher verwendeten Dichtungskonstruktionen beigetragen haben.

Aus der CH-PS 36 426 ist es für sich bereits bekannt, Metalldichtungsringe mit Weichmetallauflagen zu versehen. Aus der DE-OS 20 44 199 ist es bereits bekannt, einen metallischen Hochdruckdichtungsring mit einer Nut zu versehen, in welcher ein elastischer Dichtungsring angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die beschriebenen Dichtungsmängel zwischen der Hochdruckzylinderwand bzw. dem Liner und der am Liner anliegenden zylindrischen Fläche des ersten Dichtungsringes beseitigt oder zumindest wesentlich herabgesetzt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Dichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in