DE2522263A1

DE2522263A1 - Segmentdichtung

Info

Publication number: DE2522263A1
Application number: DE19752522263
Authority: DE
Inventors: Matto Antonio Del
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1975-05-20
Publication date: 1976-11-11
Also published as: JPS51130758A; CH590415A5; FR2309766A1; FR2309766B1; SE7602784L; DE2522263C2; US4050702A

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Segmentdichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Segmentdichtung zum Abdichten von zwei gegeneinander liegenden, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung beweglichen Flächen.

Zum Abdichten von gegeneinander liegenden Flächen, die sowohl in vertikaler, also in horizontaler Richtung bewegt werden können, beispielsweise zum Abdichten von Kolben gegenüber den

Zylinderlaufflächen, werden verschiedene Dichtelemente als bekannt vorausgesetzt. Bei diesen Dichtelementen wird eine Abdichtung in erster Linie durch die Elastizität des Materials des Dichtelementes erzielt, wie dies insbesondere bei Kolbenringen der Fall ist, bei welchen je nach Gegebenheit mit oder ohne Federbelastung eine Abdichtung erzielt wird.

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Bei grossen Temperaturunterschieden zwischen der Zylinderlauffläche und dem Kolben entstehen entsprechend grosse Wärmedehnungen in radialer Richtung, die zu der Axialbewegung des Kolbens hinzukommen. Sowohl die hohe Temperatur als auch ein gewisser Abrieb an den Zylinderlaufflächen und den Dichtringen habe/i zur Folge, dass der Zylinder nicht absolut rund bleibt, sondern sich im Laufe der Zeit zu einem polygonen Gebilde verformt. Sobald die vorbekannten Dichtringe dieser Unrundheit nicht mehr folgen können, ergibt sich zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche eine mehr oder weniger grosse Undichtheit. .

Des weiteren besteht ein Nachteil,darin, dass die Kolbenringe immer nur in axialer Richtung eingebaut werden können, und dass sowohl der Kolben als auch der Zylinder keine Trennebenen aufweisen dürfen.

Eine weitere bekannte Möglichkeit der Abdichtung besteht bei Metallbälgen, mit Welchen wohl eine absolute Abdichtung erreichbar ist, jedoch ist dafür Vorbedingung, dass keinerlei Ausdehnung in radialer Richtung erfolgen darf und an keiner der gegeneinander abzudichtenden Flächen Trennebenen vorhanden sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung zu

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schaffen, welche einen Zylinder gegenüber einem Kolben abdichtet, wobei die Kolbentemperatur niedrig und die Zylindertemperatur hoch ist, woraus sich eine grosse radiale Dehnung ergibt, und die auch bei einer hohen Axialbewegung möglichst nach beiden Seiten gut abdichtet. Weiterhin soll das Dichtelement leicht montierbar sein, der Temperaturdifferenz zwisehen Kolben und Zylinderwand gut widerstehen können und bei allen vorkommenden Temperaturzuständen seine Dichtfähigkeit nicht verlieren, auch dann nicht, wenn der Zylinder gegenüber dem Kolben eine andere als die absolut runde Form innerhalb des Arbeitsbereiches annimmt.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Dichtung aus einzelnen Dichtungssegmenten gebildet wird, welche mit ihren Stirnflächen aneinandergereiht sind und jeweils an einer Stirnfläche mindestens eine Nase und an der anderen Stirnfläche eine entsprechende Aussparung aufweisen, und dass in jedem Dichtungselement mindestens eine Ausnehmung für die Aufnahme einer Anpressfeder vorgesehen ist.

Durch die segmentartige Ausbildung der Dichtung wird erreicht, dass keine direkte Verbindung zwischen den beiden gegeneinander abzudichtenden Flächen bestehen, und dass selbst bei Unrundwerden, beispielsweise der Zylinderlauffläche, die einzelnen Segmente sich den örtlichen Gegebenheiten jeweils anpassen

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können. Die Anordnung von Nasen und diesen entsprechenden Aussparungen an den Stirnflächen der einzelnen Dichtungssegmente bewirkt, dass selbst bei einem Grösserwerden des abzudichtenden Umfanges sich die einzelnen Dichtungssegmente ebenfalls ausdehnen können, ohne dass zwischen den Trennstellen die Fugen so gross werden, dass dazwischen eine Undichtigkeit entstehen kann. Durch die in einer Ausnehmung eines jeden Dichtungssegmentes angeordnete Anpressfeder wird ein sattes Anliegen der Dichtungssegmente an den Zylinderlaufflächen erzielt. Gleichzeitig werden die einzelnen DichtungsSegmente zwischen Zylinder und Kolben eingespannt, die Anpressfedern übernehmen zusätzlich die Funktion eines Bolzens und bilden somit gleichzeitig das Halteglied zwischen den einzelnen Dichtungssegmenten.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dichtungssegmente kreisförmig aneinandergereiht und können entsprechend ihrer konstruktiven Ausgestaltung sowohl eine radiale, als auch eine axiale Dichtfläche bilden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die einzelnen Dichtungssegmente aus mindestens zwei Dichtelementen bestehen, deren Trennfläche die Dichtfläche unterteilt, und die einzelnen DichtungsSegmente jeweils zwei identisch geformte Dichtelemente aufweisen.

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Dadurch, dass jedes Dichtungssegment aus mindestens zwei Dichtelementen besteht, wird eine einfache Herstellung erzielt und die Montage der einzelnen Dichtungssegmente in vorgesehene Nuten am Kolben ist einfach zu bewerkstelligen wobei die einzelnen Dichtungselemente um eine halbe Teilung in Um/fangsrichtung zueinander versetzt werden, wodurch die Dichtfähigkeit der Dichtungssegmente gewährleistet wird.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform sind je zwei Dichtungselemente innerhalb eines Dichtungssegmentes bezüglich ihrer stirnseitigen Nasen und Aussparungen gegensinnig zueinander angeordnet, und jedes Dichtungselement weist mindestens eine in seiner Trennfläche zu einem benachbarten Dichtungselement des gleichen Dichtungssegmentes angeordnete Ausnehmung für die Aufnahme einer Anpressfeder auf.

Weiterhin nehmen mindestens zwei Ausnehmungen benachbarter Dichtungselemente innerhalb eines Dichtungssegments gemeinsam eine Anpressfeder auf.

Durch die Anordnung von mehreren, vorzugsweise zwei Ausnehmungen zur Aufnahme der Anpressfeder wird, insbesondere bei Dichtungssegmenten, welche für grosse Umfangsdichtungen verwendet werden sollen, und daher auch die einzelnen Dichtungssegmente relativ lang ausgebildet sind, ein Kippen der einzel-

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nen Dichtungssegmente vermieden, gleichzeitig wird durch das Spiel zwischen der Anpressfeder und der Ausnehmung eine vorbestimmte Umfangsbewegung der Dichtungselemente gegeneinander ermöglicht.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Segmentdichtung ist es vorteilhaft, jeweils für zwei Dichtelemente mit zueinander entgegengesetzt wirkenden Dichtflächen mindestens eine gemeinsame, sich an den beiden Dichtelementen abstützende Anpressfeder vorzusehen und die Anpressfeder als gleichzeitig in Radial- und Axialrichtung wirkende Kegelspiral-Druckfeder auszubilden. Damit wirkt die Anpressfeder gleichzeitig als Verbindungsglied der einzelnen Dichtungssegmente und als Anpressmittel (Medium) der Dichtflächen an die abzudichtende Zylinderwand.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kolbens mit eingelegter Segmentdichtung,

Fig. 2 eine Ansicht eines Segmentes der Segmentdichtung,

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Fig. 3 einen Querschnitt durch die Segmentdichtung entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine axial wirkende Segmentringdichtung.

Gemäss Fig. 1 ist mit 1 ein Kolben bezeichnet, in dessen Nuten 2 Dichtungssegmente 3 kreisförmig aneinandergereiht sind. Jedes Dichtungssegment 3 weist an einer Stirnfläche eine Nase 4 und an der anderen Stirnfläche eine entsprechende Aussparung 5 auf. Weiterhin ist jedes Dichtungssegment 3 mit mindestens einer Ausnehmung 6 zur Aufnahme einer 'Anpressfeder 7 versehen.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, besteht jedes Dichtungssegment 3 aus zwei Dichtelementen 8 und 8', wobei jedes der Dichtelemente 8 bzw. 8¹ ebenfalls eine Ausnehmung 6 aufweist, in welche die Anpressfeder 7 eingefügt wird. Dabei liegen die beiden Dichtelemente 8 und 8' mit ihren Trennflächen so aufeinander, dass die Nasen 4 und Aussparungen 5 der jeweiligen Dichtelemente gegeneinander versetzt sind, so dass keine Leckagemöglichkeit an den Stirnflächen entstehen kann.

In der Fig· 3 ist wiederum mit 1 ein Teil des Kolbens dargestellt, in dessen Nut 2 die beiden Dichtelemente 8 und 8',

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welche zusammen ein Dichtungssegment bilden, eingesetzt sind. In den Ausnehmungen 6 der Dichtelemente 8 und 8' ist die Anpressfeder 7 so eingesetzt, dass sie die Dichtelemente 8 und 8¹ gegen eine Zylinderwand 9 anpresst.

In der Fig. 4 ist eine Axialanordnung der aus den Dichtelementen 8 und 8' gebildeten Dichtungssegmente 3 dargestellt, bei welcher die Trennebene zwischen den Dichtelementen 8 und 8¹ in Umfangsrichtung der DichtungsSegmente verläuft. Die einzelnen Dichtelemente 8 und 8¹ weisen ebenfalls Nasen 4 und Aussparungen 5 auf, welche ineinandergeschoben sind und somit eine Leckage sowohl in axialer als auch in radialer Richtung verhindern. Die Anordnung der Anpressfedern 7 in den Ausnehmungen 6 erfolgt derart, dass die Anpressfedern 7 den Anpressdruck sowohl in radialer, als auch in axialer Richtung ausüben können.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Segmentdichtung ist folgende: " ,

Die einzelnen Dichtelemente 8 und 8' werden mit ihren Trennflächen so zusammengelegt, dass deren Ausnehmungen 6 jeweils einen Hohlraum zur Aufnahme der Anpressfeder 7 bilden. In dieser Stellung sind die stirnseitigen Nasen k und Aussparungen 5 der Dichtelemente 8 und 8' gegeneinander versetzt, so dass jeweils die Nase k des einen Dichtungssegmentes 3 in

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die Aussparung 5 des nächsten Dichtungssegmentes 3 einpasst, wodurch vermieden wird, dass Leckagen zwischen den einzelnen Dichtungssegmenten 3 auftreten. Nunmehr werden die einzelnen Dichtungssegmente 3 in die Nuten 2 des Kolbens 1 so eingelegt, dass die Anpressfedern 7 an der Kolbenwand anliegen. Durch Zusammendrücken der Anpressfeder 7 kann der Kolben in den Zylinder eingeführt werden und die Anpressfedern 7 drücken die Dichtungssegmente gegen die Zylinderwand 9. In diesem Zustand bilden die einzelnen Dichtungssegmente 3 einen geschlossenen Ring, wobei jede Nase H eines einzelnen Dichtungssegmentes 3 in der Aussparung 5 des nächsten Dichtungssegmentes eingekeilt ist.

Dabei liegen die Anpressfedern 7 einerseits voll im Grund der Nute 2 und andererseits in der Ausnehmung 6 der einzelnen Dichtelemente 8 und 8' an, so dass ein maximaler Ringdurchmesser entsteht, ohne dass sich die einzelnen Dichtungssegmente 3 voneinander lösen können. Wenn sich der Zylinderdurchmesser vergrössert, bzw. unrund wird, verschieben sich die Nasen 1 gegenüber den Aussparungen 5 der Dichtelemente 8 und 8¹ voneinander, ohne jedoch einen durchgehenden Spalt zu bilden, so dass auch dann die volle Dichtwirkung erhalten bleibt. Zur Demontage oder zum Auswechseln eines einzelnen Dichtungssegmentes 3 wird dieses Segment nach oben gekippt und kann leicht aus der Nute 2 des Kolbens herausgehoben

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werden, ohne dass die anderen Dichtungssegmente entfernt werden müssen.

Die Staffelung der Dichtungssegmente 3 gestattet eine radiale Montage des Zylinderoberteiles, ohne dass SpezialVorrichtungen erforderlich sind. Die Dichtwirkung gegenüber der Zylinder-

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wand 9 und dem Kolben 1 wird durch die Spannkraft der Anpressfedern 7 in der Nute 2 durch den einseitig wirkenden Ueberdruck erreicht. In fertig montiertem Zustand folgen die einzelnen Dichtungssegmente 3 genau der jeweiligen Form der Zylinderwand 9, und dies umso besser, je kürzer die einzelnen Dichtungssegmente 3 ausgebildet sind.

Durch eine weitere Ausbildung der Dichtungssegmente 3 in der Weise, dass die Trennflache der einzelnen Dichtelemente 8 und 8' in Umfangsrichtung der Dichtung vorgesehen wird, ist die Möglichkeit gegeben, neben einer radial wirkenden Dichtmöglichkeit gleichzeitig die Ringdichtung als Axialdichtung einzusetzen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Anpressfedern 7 als Kegelspirai-Dr-uekfedern auszubilden, welche sowohl in Radial-, als auch in Axialrichtung wirken.

Die vorbeschriebene Segmentdichtung ist auf das in der Zeichnung Dargestellte nicht beschränkt. So könnte beispielsweise jedes Dichtungselement 8,8' so ausgebildet sein, dass

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es sich der abzudichtenden Fläche gegenüber elastisch verformt und selbsttätig anpasst.

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Claims

- 12 - 53/75 Patentansprüche

1.) Segmentdichtung zum Abdichten von zwei gegeneinander liegenden, sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung beweglichen .Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Di/chtung aus einzelnen Dichtungselementen (3) gebildet ist, welche mit ihren Stirnflächen aneinandergereiht sind und jeweils an einer Stirnfläche mindestens eine Nase (4) und an der anderen Stirnfläche eine entsprechende Aussparung (5) aufweisen, und dass in jedem Dichtungssegment (3) mindestens eine Ausnehmung (6) für die Aufnahme einer Anpressfeder (7) vorgesehen ist.

2. Segmentdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssegmente (3) kreisförmig aneinandergereiht sind und eine radiale Dichtfläche bilden.

3. Segmentdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssegmente (3) eine axiale Dichtfläche bilden.

4. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3₉ dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Dichtungssegmente (3) je aus mindestens zwei Dichtelementen (8,8·) bestehen, deren Trennfläche die Dichtfläche unterteilt.

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5. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Dichtungssegmente (3) zwei identisch geformte Dichtelemente (8,80 aufweisen.

6. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Dichtungselemente (8,8') innerhalb eines Dichtungssegmentes (3) bezüglich ihrer stirnseitigen Nasen (4) und Aussparungen (5) gegensinnig zueinander angeordnet sind.

7. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Dichtungselement (8) mindestens eine in seiner Trennfläche zu einem benachbarten Dichtungselement (8^r) des gleichen Dichtungssegmentes (3) angeordnete Ausnehmung (6) für die Aufnahme der Anpressfeder (7) aufweist.

8. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 7> dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ausnehmungen (6) benachbarter Dichtelemente (8,8') innerhalb eines Dichtungssegmentes (3) gemeinsam eine Anpressfeder (7) aufnehmen.

9. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils für zwei Dichtelemente (8,8')

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mit zueinander entgegengesetzt wirkenden Dichtflächen mindestens eine gemeinsame, sich an den beiden Dichtelementen (8,8·) abstützende Anpressfeder (7) vorgesehen ist.

10. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch ge-* kennzeichnet, dass die Anpressfeder (7) als gleichzeitig in Radial- und Axialrichtung wirkende Kegelspiral-Druckfeder ausgebildet ist.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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