DE2724793A1

DE2724793A1 - Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2724793A1
Application number: DE19772724793
Authority: DE
Inventors: Horace P Halling; Jun Bernard J Sadoff
Original assignee: PRESSURE SCIENCE Inc
Current assignee: PRESSURE SCIENCE Inc
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1977-05-27
Publication date: 1977-12-15
Also published as: JPS6324308Y2; JPS52151924A; FR2353006B1; DE2724793C2; GB1548852A; US4054306A; JPS6275293U; FR2353006A1

Description

Hamburg, den 25. Hai 1977

203677

Priorität: 23. r.lai 1976 U.S.A.

Pat. Αητι. Nr. 691 160

Anmelder;

Pressure Science Incorporated
Beltsville, Maryland, U.S.A.

Dichtungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvorrichtung zur strömungsmitteldichten Verbindung eines Rohres mit einer zylindrischen Fläche, wobei zwischen dem Rohr und der zylindrischen Fläche Axialverschiebungen, Drehungen und liiinkeluerlagerungen auftreten können.

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Verschiedene Rohrleitungssysteme für ein unter Druck stehendes Strömungsmittel, beispielsweise für Druckflüssigkeit, müssen sa ausgebildet sein, daü sie eine gewisse Flexibilität bzw. Beweglichckeit aufweisen, um Maßtoleranzen, Wärmeausdehnungon unr! -Schrumpfungen sowie Verlagerungen oder Verschiebungen aufgrund vrn Vibrationen, Schwingungen oder Erschütterungen zwischen den durch die Rohrleitungen verbundenen Teilen ausgleichen zu können. Leichte, kompakt gebaute Vorrichtungen, die insbesondere in Luftfahrzeugen und ^alotensystemen erwünscht sind, um für die genannte Flexibilität zu sorgen, sind bereits bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen sind jedoch im allgemeinen elastomere bzw. gummiartige Dichtungen, Kunststoff,- Gummi- oder Asbest-Dichtungen vorgesehen, um Undichtheiten oder Leckverluste der Strömungs:nittelströmung in den flexiblen System zu vermeiden« Leider neigen diese Dichtungstypen zu Störungen, wenn sie hohen Temperaturen oberhalb 400 F - 5G0°F (etwa 204,4°C - 26O⁰C) ausgesetzt werden, bei sehr niedrigen Temperaturen oder in Umgebungen, die einer Strahlung ausgesetzt sind.

Bei Dichtungsanordnungen in anpassungsfähigen, flexiblen Leitungssystemen in Einsatzgebieten, die die Leistungsfähig-

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keit von Dichtungen aus Elastomeren und dergl. überfordern, ist es typisch, LEitungsabschnitte mit Wallungen am Umfang, d.h. Balgen, Dehnungsschleifen oder Anordnungen mit Kolbenringen zu verwenden. Diese Anordnungen sind jedoch geluöhnlich sehr schwer, haben einen hohen Raumbedarf, sind störungsanfällig und neigen daher zu Undichtigkeiten aufgrund von Brüchigkeit und Verschleiß. AuQderdem erfordern diese Dichtungssysteme häufig die Einhaltung genauer Toleranzen und sind schmierig herzustellen und einzubauen.

Die Erfindung bezu/eckt nunmehr die Schaffung einer strömungsmitteldichten Dichtungsvorrichtung, die auch bei extremen Temperaturen und in Umgebungen, die einer Strahlung ausgesetzt sind, einsetzbar ist, und bei der Leckverluste auch beim Auftreten von Axialverschiebungen, Drehbewegungen und UJinkelverlagerungen weitgehend ausgeschaltet sind.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer solchen Dichtungsvorrichtung, die leicht und raumsparend aufgebaut, einfach herzustellen und einzubauen und außerdem wiederverwendbar ist.

Die Erfindung bezweckt ferner, bei einer solchen Dichtungsvorrichtung die Einhaltung genauer Toleranzen oder die Feinbearbeitung von Berührungsflächen zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer strömungsmitteldichten Dichtungsvorrichtung zum Anschluß eines Rohres an eine

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zylindrische Fläche im wesentlichen dadurch erreicht, daß am Rohr ein metallisches, elastisch nachgiebiges Dichtungsglied vorgesehen ist, welches einen Ringabschnitt mit einer gewölbten Fläche zur Berührung der Zylinderfläche und zur Bildung einer strömungsmitteldichten Abdichtung mittels einer Übermaßpassung zwischen diesen Flächen aufweist.

Die zylindrische Fläche hat dabei einen Durchmesser X, während die gewölbte Fläche einen vor dem Einbau vom Durchmesser X verschiedenen freien Durchmesser hat, um das Übermaß zwischen der gewölbten Fläche und der zylindrischen Fläche zu erzielen.

Die zylindrische Fläche kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Innenfläche einer Bohrung sein, wobei das Dichtungsglied einen kegelstumpffcrmigen Abschnitt aufweist, an dessen erweitertem End«! der Ringabschnitt sitzt, und welcher in der Bohrung liegt. Bei dieser Ausführung ist der freie Durchmesser der gewölbten Fläche vor dem Einbau größer als der Innendurchmesser der Bohrunojjnd weil das Dichtungsglied elastisch nachgiebig ist, sorgt die gewölbte Fläche für eine federbelastete Übermaßpassung zwischen dieser Fläche und der Bohrung.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die zylindrische Fläche die äußere Mantelfläche einer Rohrleitung

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sein, während das Dichtungsglied einen kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, an dessen verjüngtem Ende der Ringabschnitt anschließt,und welcher die Rohrleitung umfaßt. Bei dieser Ausführungsform ist der freie Durchmesser der gewölbten fläche vor dem Zusammenbau geringer als der Außendui chiiiesscr dor Rohrleitung, wodurch für eine vorgespannte Übermaßpassung zwischen der gewölbten Fläche und der äußeren Mantelfläche der Rohrleitung gesorgt luird.

Obwohl der Krümmungsradius der die zylindrische Fläche berührenden gewölbten Fläche gleich dem Radius der zylindrischen Fläche sein kann, hat sich gezeigt, daß ein kleinerar Radius geringere Leckverluste der Dichtungsvorrichtung gewährleistet. Da die Dichtigkeit gegen Leckverluste des Strömunysmittels zwischen zwei Berührungsflächen von der Berührungskraft abhängt, die definiert ist als die Kraft, welche diese Flächen zusammendrückt, dividiert durch die Berührungsfläche, heißt dies, daß eine Erhöhung der Berührungskraft geringere Leckverluste gewährleistet. Dadurch daß der Krümmungsradius der gewölbten Fläche am Ringabschnitt kleiner gemacht wird, wird also die Berührungsfläche verringert und dadurch die Berührungskraft erhöht.

Ferner wird durch Verringerung des Radius der gewölbten Fläche die Notwendigkeit genauer Toleranzen und/oder einer Feinstglättung an den Berührungsflächen vermieden.

Das Dichtunqsqlied ist kompakt und leicht, wenn der kegel·

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stumpfförmige Abschnitt und der Rinnabschnitt erfindungsgemäß aus sehr dünnen hochbeständigen Legierungen bestehen.

Außerdem sind die Unterschiede zwischen den Durchmessern des Rohres und der damit zu vorbindenden zylindrischen Fläche, die Abmessungen und die verii'ondeten Materialien so geuiählt, daß die Elastizitätsgrenze des Dichtunqsgliedes trotz der vorgesehenen Übermaßpassung nicht überschritten wird, so daß das Dichtungsglied nach einer Trennung des Rohres von der zylindrischen Fläche wieder seine ursprüngliche Größe annimmt. Auf diese Weise ist eine lüiederveriuendbarkeit des Dichtungsgliedes gewährleistet.

Der Ausdruck Übermaß oder Übermaßpassung ist hier so zu verstehen, daß die gewölbte Fläche des Dichtungsgliedes e'nen vor dem Zusammenfügen der zu verbindenden Teile geringfügig vom Durchmesser der zylindrischen Fläche abweichenden freien Durchmesser hat und elastisch ausgebildet ist, so daß das Dichtungsglied beim Einstecken seiner gewölbten Fläche in eine zylindrische Innenfläche oder beim Aufstecken auf eine zylindrische Außenfläche elastisch verformt wird und so aufgrund der Rückstellkraft der elastischen Verformung in enger Umfangsberührung mit der zylindrischen Fläche gehalten wird.

IKlit dem Ausdruck freier Durchmesser ist dabei der Durchmesser der gewölbten Fläche des Ringabschnittes des Dichtungs-

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gliedes vor dem Zusammenfügen mit der zylindrischen Fläche gemeint, d.h. also vor der elastischen Verformung der gelüölfaten Fläche, die entweder ein Zusammendrücken oder eine Erweiterung sein kann.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert und dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1: sine Seitenansicht eines Rohrabschnittes

mit einer daran sitzenden erfindungsgemäGen strömungsmitteldichten Dichtungsvorrichtung in ihrem elastisch unverformten Ausgangszustand im Längsschnitt,

Fig. 2: eine geschnittene Seitenansicht der in Fig.

1 gezeigten Dichtungsvorrichtung in ihrem elastisch verformten Zustand, in welchem sie in eine zylindrische Bohrung eines Bauteiles eingesetzt ist, wobei der Durchmesser X der Bohrung kleiner ist als der freie Durchmesser A der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 3: eine entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 geschnittene Ansicht einer Verschluß- oder

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Haltevorrichtung, die ein Austreten des Dichtungsgliedes aus der zylindrischen Bohrung des in Fig. 2 gezeigten Bauteiles verhindert,

Fig. 4: eine der Fig. 2 entsprechende längsgeschnittene Seitenansicht zur Veranschaulichung einer UJinkelverlagerung des Rohres gegenüber der Mittellinie der zylindrischen Bohrung,

Fig. 5: eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Rohres, welches an beiden Enden eine Strömungsmitteldichte Dichtungsvorrichtung aufweist und zwei Bauteile mit darin vorgesehenen zylindrischen Bohrungen verbindet, in welche die Rohrenden eintauchen und mittels Haltevorrichtungen gehalten sind,

Fig. 6: eine teilweise geschnittene Seitenansicht

eines Rohres, dessen entgegengesetzte Enden jeweils eine Dichtungsvorrichtung aufweisen und in zylindrische Bohrungen zweier Bauteile eintreten, wobei eine hier nicht benötigte Verschluß- oder Haltevorrichtung fehlt,

Fig. 7: eine längsgeschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei wel-

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eher die zylindrische Fläche eine von dem Die;,tungsglied passend umfaßte äußere lYlantelflüche einer zylindrischen Rohrleitung ist,

Tig. 8: eine längsgeschnittene Seitenansicht der in

Fig. 7 gezeigten Anordnung bei einer Querverschiebung der beiden verbundenen Rohrleitungen, und

Fig. 9: eine der Fig. 2 entsprechende Anordnung, bei der jedoch die gewölbte Fläche des Ringabschnittes einen Krümmungsradius von X/2 aufweist .

Eine in Fig. 1 dargestellte strömungsmitteldichte Dichtungsvorrichtung weist im wesentlichen ein am Ende eines Rohres 12 sitzendes Dichtungsglied 10 auf. Das Dichtungsglied 10 besitzt einen Ringabschnitt 14, einen sich kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 16, einen kurzen kegelstumpfförmigen Abschnitt 18 und einen zylindrischen Abschnitt 20. Diese Elemente bilden das gemäß Fig. 1 vorzugsweise einteilig ausgebildete Dichtungsglied 10, dessen zylindrischer Abschnitt 20 den gleichen Durchmesser wie das Rohr 12 hat und entlang der Schweißnaht 22 am Ende des Rohres 12 festgeschweißt ist. Das andere Ende des zylindrischen Abschnittes 20 geht in das engere Ende des kurzen kegelstumpfförmigen Abschnittes 18 über, an dessen weiteres Ende das

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engere Ende des kegelstumpfformigen Abschnittes 16 anschließt. Das weitere Ende des konischen Abschnittes 16 geht in den Ringabschnitt 14 über, der am Ende des Dichtungsgliedes 10 auf der anderen Seite der das weitere Ende des konischen Abschnittes einschlieGenden Ebene liegt.

Die Dicke χ der den zylindrischen Abschnitt 20 bildenden Zylinderwand kann gleich der Wandstärke des Rohres 12 sein, sie kann jedoch auch von der Rohrwandstärke abweichen. Wie Fig. 1 zeigt, nimmt die Wandstärke des Dichtungsgliedes 10 auf dem kurzen kegelstumpfförmigen Abschnitt von χ auf die Wandstärke t ab, die dann auf der Länge des kegelstumpfförmigen Abschnittes 10 und des Ringabschnittes 14 im wesentlichen gleich bleibt. Der Ringabschnitt und der kegelstumpfförmige Abschnitt haben also auf ihrer Länge eine im wesentlichen gleiche Wandstärke. Die hier erläuterte UJandstärkenverringerung steigert die Elastizität des Dichtungsgliedes 10. Die Wandstärke kann in einem Rohrdurchmesserbereich von etwa 0.125" bis 15.00" (etwa 6,35 bis 381 mm) zwischen etwa 0.003" bis 0.020" (etiua 0,0762 bis 0,508 mm) liegen, wenn der das Dichtungsglied 10 bildende Werkstoff eine hochbeständige Legierung mit ausgezeichneten Federeigenschaften bei extremen Temperaturen ist, u/ie z.B. Inconel 718 oder Waspalloy.

Der in Längsrichtung gewölbte Ringabschnitt 14 hat eine gekrümmte Außenfläche 24. Der freie AuGendurchmesser der gewölbten Fläche 24 des Ringabschnittes ist in Fig. 1 mit A bezeichnet und ist größer als der Durchmesser X der in

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Fig. 2 gezeigten zylindrischen Bohrung. Die Abdichtung wird durch die aufgrund der Federspannung innige Berührung der gewölbten Fläche 24 und der Bohrungsfläche 26 erreicht, wobei die Dichtungsfläche 3D eine umlaufende Berührungslinie in der zylindrischen Bohrung ist.

Die gewölbte Fläche 24 des Ringabschnittes 14 liegt, siehe Fig. 1. außerhalb der die Außenfläche des kegelstumpfförmigen Abschnittes 16 enthaltenden kegelstumpfförmigen Ebene, so daß ihr Durchmesser A größer ist als der maximale Durchmesser des längeren kegelstumpfförmigen Abschnittes.

Fig. 2 zeigt nun eine Verbindung des Rohres 12 mit einem Bauteil 28, wobei das am Rohr 12 sitzende Dichtungsglied 10 in eine zylindrische Bohrung 26 des Bauteiles 28 eingepaßt ist. Dieser Bauteil kann beispielsweise ein Ventil, ein Verstellglied, ein Betätigungsorgan oder ein ähnlicher Teil sein, der aus (metall oder einem keramischen Werkstoff besteht und einen Kanal oder eine Öffnung aufweist. Das Rohr 12 kann eine Druckflüssigkeitsleitung sein, über welche Druckflüssigkeit durch den Bauteil 20 hindurch, in diesen hinein oder aus diesem heraus strömen kann.

Das Dichtungsglied 10 sitzt mit einem oben definierten Übermaß in der zylindrischen Bohrung 26. D.h. also, daß der maximale freie Durchmesser A der gewölbten Fläche 24 größer ist als der Innendurchmesser der zylindrischen Bohrung 26, und daß das Dichtungsglied 10 in die zylindrische

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Bohrung hineingepreßt ist und in dieser durch die nach außen gerichtete Federkraft des elastischen Ringabschnittes 14 und des elastischen kegelstumpfförmigen Abschnittes 16 in Berührungseingriff steht.

lUie Fig. 2 zeigt, berührt die gewölbte Fläche 24 die Innenfläche der zylindrischen Bohrung 26 entlang einer Dichtungslinie 30. Diese Dichtungslinie v/erläuft auf dem gesamten Umfang der gewölbten Fläche 24, wo diese die Innenfläche der zylindrischen Bohrung 26 berührt, wodurch die Abdichtung zwischen diesen beiden Elementen hergestellt wird.

Das Übermaß muß verhältnismäßig leicht bzw. gering sein,damitdas Dichtungsglied 10 von Hand eingeführt oder herausgezogen werden kann, und um gleichzeitig sicherzustellen, daß das elastische Dichtungsglied nicht über seine Elastizitäts- bzw. Dehnungsgrenze hinaus beansprucht wird. Dieses verhältnismäßig leichte Übermaß, welches die Reibungskräfte niedrig hält, gestattet während der Dichtungsberührung des Dichtungsgliedes 10 und der Bohrung 26 eine relative Verschiebung und Drehung dieser Teile. Trotz des verhältnismäßig leichten Übermaßes gewährleistet die Erfindung gute Dichtungseigenschaften, da der Flüssigkeitsdruck im Rohr und in der Bohrung dazu beiträgt, das Dichtungsglied nach außen in den Berührungskontakt zu drängen, wodurch eine

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druckbetätigte Dichtung mit verbesserter Dichtungsmirkung entsteht. Bei einem Durchmesser X der zylindrischen Bohrung zwischen 0.420" bis G.422" (etwa 10,668 bis 10,718 mm) hat sich gezeigt, daü für die gewölbte Fläche 24 ein Durchmesser A zwischen 0.424 und 0.425" (etua 10.769 bis 10,795 m-n) günstig ist, d.h. ein Übermaß zwischen 0.002 bis 0.005" (etwa 0,0508 bis 0,127 Tim) für eine Dichtung des Durchmessers 0.421" (etwa 10,693 mm). Dichtungen mit 2" (etwa 50,4 mm) arbeiten besonders gut mit einem Übermaß zwischen 0.003 bis 0.007" (etwa 0,0762 bis 0,173 mm).

Der in dem abzudichtenden Rohr herrschende Druck liegt in den meisten Anwendungsfällen über etwa 1 psi (etwa 0,0703 kg/cm )und würde ausreichen, um das Dichtungsglied 10 aus der Bohrung 26 hinauszublasen.

Deshalb ist eine in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Haltevorrichtung 32 vorgesehen, um zu verhindern, daß das Dichtungsglied 10 aus der zylindrischen Bohrung 26 austritt. Fig. 2 und 3 zeigen am deutlichsten, daß die Haltevorrichtung 32 einen Hauptteil 34 mit einem Ausschnitt 36 aufweist, und daß dieser Hauptteil 34 mit Hilfe einer Schraube 38 an der Stirnfläche 40 des Bauteiles 28 bei der Eintrittsöffnung 42 der zylindrischen Bohrung 26 angebracht ist. Die Schraube 38 tritt dabei durch eine Öffnung 44 des Hauptteiles 34 in eine Gewindebohrung 46 in der Stirn-

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fläche des Bauteiles 28 ein.

Die Haltevorrichtung 32 mird nach der Einführung des Dichtungsgliedes 10 in die zylindrische Bohrung 26 am Bauteil 28 befestigt, wobei der Ausschnitt 36 über den zylindrischen Abschnitt 20 des Dichtungsgliedes 10 gebraucht wird und der Schraubenbolzen 38 durch die Öffnung 44 in die Gawindebohrung 46 eingeschraubt uuird.

Die größte Abmessung des Ausschnittes 36, siehe insbesondere Fig. 2 und 3 ist kleiner als der maximale Durchmesser des kurzen kegelstumpfförmigen Abschnittes 18 des Dichtungsgliedes, so daß der den Ausschnitt 36 umfassende Hauptteil 34 ein axiales Austreten des Dichtungsgliedes aus der Bohrung dadurch verhindert, daß der kurze kegelstumpf förmige Abschnitt 18 auf den Hauptteil 34 auftritt, uienn auf das Rohr 20 eine Kraft einu/irkt, die das Dichtungsglied axial aus der zylindrischen Bohrung herausdrücken würde.

Fig. 5 zeigt ein gekrümmtes Rohr 48, welches an beiden Enden ein erfindungsgemäßes Dichtungsglied 10 trägt, wobei die Dichtungsglieder 10 mit einem Bauteil 28 bzw_o einem weiteren Bauteil 50 verbunden sind. Da der Druck des Strömungsmittels, welches wie durch die Pfeile angedeutet durch das gekrümmte Rohr 48 strömt, möglicherweise dazu führen könnte, das gekrümmte Rohr 48 aus den Bauteilen 28

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und 50 herauszuziehen, ist an diesen Bauteilen jeweils eine Haltevorrichtung 32 vorgesehen. UJie dargestellt sind die Dichtungsglieder 10 bei dieser Ausführungsform einteilig an de<n gekrümmten Rohr 4C angeformt, so daß der an den kurzen kegelstumpfförmigen Abschnitt anschließende zylindrische Abschnitt 52 ein Teil des Rohres ist und daher nicht am Rohr festgeschweißt werden muß.

Fig. 6 zeigt Bauteile 54 und 56 mit zylindrischen Bohrungen 58 zur Aufnahme von Dichtungsgliedern 60 und 62 an entgegengesetzten Enden eines Rohres 64. Jede der zylindrischen Bohrungen geht in eine Bohrung 59 mit verringertem Durchmesser über, die jeweils an ein Ende des Rohres 64 anschließen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Bauteile 54 und gegen eine Relativbewegung fest abgestützt, u/obei die Strömung des Strömungsmittels durch das Rohr 64 durch Pfeile angedeutet ist. Bei dieser Anordnung der Bauteile besteht keine Notwendigkeit für Halteanordnungen, da das Rohr 64 hier nicht zu einer Axialverschiebung aus den zylindrischen

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Bohrungen 53 neigt, weil einer geringfügigen Axialverschiebung das eine Ende des Rohres 64 auf die stirnseitige Übergangsschulter der Bohrung 49 auftrifft, bevor das andere Ende aus dem anderen Bauteil austreten kann. Mit der Einsparung der sonst erforderlichen Haltevorrichtungen entfällt auch die Notwendigkeit des bei den bisherigen Ausführungen zwischen dem zylindrischen Abschnitt 20 und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 16 vorgesehenen kurzen kegel-

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stumpfförmigen Abschnittes 18, der dadurch eingespart uiird. Auch bei dieser Ausführung kann der konische Abschnitt 16,wie dargestellt, vorzugsweise eine geringere UJandstärke als der hier unmittelbar anschlieQende zylindrische Abschnitt 20 haben, um die Federeigenschaften des Dichtungsgliedes zu verbessern.

Wie auf der rechten Seite der Fig. 6 zu sehen ist, ist das Dichtungsglied 60 mit seinem zylindrischen Abschnitt 20 bei 22 am Rohr 64 f estgeschiueiQt, mährend auf der linken Seite in Fig. 6 eine Ausführung gezeigt ist, bei welcher das Dichtungsglied 62 einteilig mit dem Rohr 64 ausgebildet ist, wodurch eine sonst unvermeidliche Schweißnaht entfällt.

Beim praktischen Einsatz ist das Dichtungsglied 10 aufgrund von Toleranzen und Verlagerungen dar zu verbindenden Teile, beispielsweise dar Bauteile 54 und 56 in Fig. 6, nicht iuie in Fig. 2 dErgestellt genau mit der zylindrischen Bohrung 26 ausgerichtet, sondern um einen gewissen UJinkel a verlagert, iuie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Toleranz und die Verlagerungen sind im allgemeinen so, daß der erforderliche Verlagerungswinkel a kleiner als 6 ist, und ein lüinkel a von 12 ist für die meisten Anwendungsfälle ausreichend.

In Fig. 4 ist veranschaulicht, daß der Krümmungsradius Y der gewölbten Fläche 24 kleiner ist als der Radius der zy-

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lindrischen Bohrung 26, d.h. also kleiner als X/2. Dadurch iuird der Berührungdruck zwischen der Fläche 24 und der Bohrung 26 erhöht und die Gefahr von Leckverlusten des Strömungsmittel verringert.

Es wurde ermittelt, daß der Krümmungsradius bis auf etwa 20/Q des Radius der Bohrung 25 herabgesetzt werden kann und auch dann noch eine blasendichte Abdichtung mit Stickstoff bei 5Ü0 psi (etwa 35 kg/cm ) gewährleistet für Uerlagerungsiuinkel bin zu etwa 5 bei einem Rohrdurchmesser von 0.3125" (etiua 7,937 mm). Eine blasendichte l/erbindung

—3 3 /s θ c ist eine Abdichtung mit einem LeckuerlustmaQ von 10 cm/

von Helium.

Der sich durch den verringerten Krümmungsradius ergebende hohe Berührungsdruck führt zu einer außerordentlich guten Beherrschung der Leckverluste bei verhältnismäßig kleinen Werten des Verlagerungswinkels a. U/enn jedoch größere U/inkel erforderlich sind, kann der Krümmungsradius vergrößert u/erden, um diesen Anforderungen zu genügen, auch wenn sich erfahrungsgemäß bei kleinen Winkeln eine geringfügige Einbuße bei der Beherrschung der Leckverluste ergibt. Bei einer Dichtung mit einem Durchmesser von2.25" (etwa 51,15 mm) kann somit durch Änderung des Krümmungsradius der Außenfläche von 0.125 auf 0.250" (etiua 3,175 auf 6,350 mm) die Aufnahmefähigkeit des Dichtungselementes für Ulinkelverlagerungen von einem Winkel a = 3 auf a = 5 gesteigert werden.

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Während die in Umfangsrichtung verlaufende Dichtungsfläche 30 in Fig. 2 im wesentlichen eine Kreislinie ist, wobei die Mittellinien der gekrümmten Fläche 24 und der Bohrung 26 zusammenfallen, wird die Dichtungsfläche im wesentlichen eine elliptische Linie, wenn die Mittellinien des Rohres 12 und der Bohrung 26 gemäß Fig. 4 verlagert sind.

Das Dichtungsglied 10 bildet also mit der Bohrung 26 eine auch bei relativen Axialverschiebungen, UJinkelverlagerungen oder Verdrehungen zwischen diesen Teilen anpassungsfähige und daher sehr wirksame Dichtung.

Fig. 7 und 8 zeigen eine unter Anwendung des in Fig. 1 bis 6 veranschaulichten Grundkonzeptes abgewandelte Ausführungsform der Erfindung. Bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8 ist die zylindrische Fläche die äußere (Ylantelflache einer zylindrischen Rohrleitung,und das Dichtungsglied weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt mit einem an dessen verjüngten Ende anschließenden Ringabschnitt auf, welcher die Außenfläche der zylindrischen Rohrleitung passend umfaßt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der kleinste freie Durchmesser der gewölbten Fläche des Ringabschnittes kleiner als der Außendurchmesser der zylindrischen Leitung, so daß auch hier ein Übermaß vorgesehen ist, durch welches für einen Preßsitz gesorgt ist.

Fig. 7 zeigt einen rohrartigen Teil 70 mit einem ersten

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Dichtungsglied 72 an einem Ende und einem zuzeiten Dichtungsglied 74 am anderen Ende. Beide Dichtungsglieder 72 und 74 sind einteilig mit dem Rohrteil 70 ausgebildet. Das erste Dichtungsglied 72 meist einen kegelstumpfförmig verjüngten Abschnitt 76 und einen an dessen verjüngtem Ende anschließenden Ringabschnitt 78 auf. Das weitere Ende des kegelstumpfförmigen Abschnittes 76 geht vom Ende des Rohrteiles 70 aus.

Entsprechend besteht das zweite Dichtungsglied 74 aus einem zweiten kegelstumpfförmigen Abschnitt 80 und einem daran am verjüngten Ende anschließenden Ringabschnitt 82. Das weitere Ende das zuzeiten kegelstumpfförmigen Abschnittes geht von dem dem Abschnitt 76 entgegengesetzten Ende des Rohrteiles 70 aus.

Dar Ringabschnitt 78 meist eine geu/ölbta Fläche 84 auf, die in einem Preßsitz mit Übermaß die äußere zylindrische Mantelfläche einer zylindrischen Leitung 88 berührt, welche ein unter Druck stehendes Strömungsmittel führt und an einem nicht gazeigten starren Bauteil befestigt ist.

In gleicher U/eise meist auch der zweite Ringabschnitt 82 eine gewölbte Fläche 90 auf, dia in einem PreOsitz mit Übermaß dia äußere Zylindarflache 92 einer zuzeiten, ein Druck-Strömungsmittal führenden Rohrleitung 94 berührt, die ebenfalls an einem nicht gezeigten starren Konstruktionstail befestigt ist.

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Die Dichtungswirkung der gewölbten Flächen an den äußeren Zylinderflächen der Rohrleitungen erfolqt in gleicher Weise diie in Verbindung mit Fig. 1 bis 6 erläutert wurde, so daß hier eine ins einzelne gehende Erläuterung entbehrlich ist. Aus Fig. 7 ist jedoch zu ersehen, daß ein durch die Leitungen 88 und 94 hindurchtretendes Strömungsmittel daran gehindert ist, das erfindungsgemäß geschlossene System zu verlassen, das mit Hilfe der jeweils zwischen den gewölbten Flächen 84 bzw. 90 und den zugehörigen zylindrischen Außenflächen 86 und 92 der Rohrleitungen durch den rohrartigen Teil 70 und die Dichtungsglieder 72 und 74 gebildet ist.

Fig. 7 zeigt außerdem ein zylindrisches Gehäuse 96, dessen Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Rohrteiles 70 ist, und welches am Rohr 7G an den sich berührenden Rändern festgeschweißt ist. Da die (Klaterialstärke des Gehäuses 96 größer ist als die Wandstärke des Rohres 7G, warden das Rohr 70 und dessen verhältnismäßig dünne Dichtungsglieder 72 und 74 dadurch gegen Uibrationskräfte und Erschütterungen geschützt.

Das Schutzgehäuse 96, siehe Fig. 7, erstreckt sich mit einem ersten offenen Ende 98 über das Dichtungsglied 72 hinaus und nimmt ein Ende der Leitung 88 auf, deren AuGendurchmesser geringer ist als das erste offene Ende 9ü dec Gehäuses.

Entsprechend weist das Gehäuse 96 ein zweites, hinter dem

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zuzeiten Dichtungsglied 74 liegendes offenes Ende 100 auf, welches das Ende der zweiten zylindrischen Rohrleitung 94 aufnimmt, wobei der Durchmesser des zweiten offenen Endes 100 wiederum größer ist als der Außendurchmesser der zweiten Rohrleitung 94.

Die zweite zylindrische Rohrleitung 94 weist nahe bei ihrem Ende einen ersten, geringfügig über die zylindrische Außenfläche 92 vorstehenden ringförmigen Abschnitt 102 auf und besitzt außerdem einen zweiten flanschartig von der zylindrischen Fläche 92 vurstehenden Ringvorsprung 104 auf, der links von dem zu/oiten offenen Ende des Gehäuses 96 liegt, siehe Fig. 7. Durch diese an der zylindrischen Fläche 92 angeformten ersten und zweiten ringförmigen Vorsprünge wird eine unerwünschte Trennung des Rohres 70 und dem Gehäuse 94 aufgrund der verschiedenartigen Vibrationskräfte, denen die Leitungen 88 und 94 ausgesetzt sind, verhindert. Diese Ringvorsprünge 102 und 104 sind zwar nur für die Rohrleitung 94 dargestellt, sie können jedoch auch an der Rohrleitung 83 vorgesehen sein.

Fig. Q zeigt die bereits in Fig. 7 dargestellte Dichtungsverbindung, wobei jedoch eine Querverschiebung zwischen den Leitungen 88 und 94 aufgetreten ist, deren Mittellinien daher nicht flu htan„ Eine solche Querverschiebung kann aufgrund von Bemessungstoleranzen, Vibratianskräften oder an-

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deren mechanischen Kräften auftreten, denen die Leitungen 88 und 94 ausgesetzt sind. Es wurde herausgefunden, daß bei der erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung ein in Fig. 8 mit b bezeichneter Fehlausrichtungswinkel bis zu etwa 5 toleriert werden kann, ohne daß nennenswerte Leckverluste auftreten. Die Übermaßpassung zwischen der gewölbten Flache 84 und der zylindrischen Fläche 86 sowie der gewölbten Fläche 90 und der zylindrischen Fläche 92 gewährleistet die Aufrechlerhaltung der erforderlichen Berührung zwischen diesen Teilen, um eine gute Abdichtung auch bei einer Fehlausrichtung oder Verlagerung sicherzustellen.

Eine in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen strömungsmitteldichten Dichtungsvorrichtung entspricht etwa der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, von welcher sie darin abweicht, daß der Krümmungsradius der gewölbten Fläche 106 des Ringabschnittes 100 gleich dem Radius der zylindrischen Bohrung 26 ist. Die gewölbte Fläche hat also nach Fig. 9 einen Krümmungsradius X/2.

Zwar ist die Berührungskraft an der Dichtungsfläche zwischen der gewölbten Fläche und der zylindrischen Bohrungs-Fläche 26 geringer als bei der Ausführung gemäß Fig₅ 2, jedoch kann diese Ausführung wegen der hier größeren Berührungszone eine sich berührende Dichtungsfläche noch bei größeren UJinkelabweichungen, d.h. also in einem weiteren Bereich von UJinkelabweichungen aufrechterhalten als die Ausführungsform nach FIg. 2.

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- Patentansprüche-

Le e rs e11 e

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Dichtungsvcrrichtung zur strümungsmitteldichton Verbindung eines ilohres mit einer zylindrischen Fliehe, zwischen welchen UJinkelver lage rungcn , Axialwerschinhungen und relative Drehbewegungen auftreten können, gekennzeichnet durch ein vain Ende des Rohres (12, 48, 64, 70) in axialer lii^htung vorstehendes metallisches, elastisch nachgiebiges Dichtungsglied (10, 60, 62, 72, 74) mit einem Ringabschnitt (14, 73, 02, 108), welcher Für die Berührung mit der zylindrischen Fläcne (26, 06, 92) eine gewölbte Fl'iche (24, 84, 90, 1On) aufweist, und welcher an einem Ende eÄnes sich verjüngenden Abschnittes (16, 76, 80) einteilig angeformt ist, wobei die gewölbte Fläche des Ringabschnittes einen υα.,ι Durchmesser (X) der zylindrischen Fläche derart abdeichenden Durchmesser (A) hat, daß zwischen diesen Teilen der zusammengefügten Dichtungsvorrichtung ein gewisses Übermaß besteht.

2. Dichtungsv-.rrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende Abschnitt (16, 76, 80) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

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3. Dichtungsv.Jr richtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der f?inqabschnitt (14, 78, 82, 108) und der sich v/nr jungende Abschnitt (16, 76, 80) in Längsrichtunq im »msontliehen die gleiche Wandstärke haben.

4. Dic;h Lungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (14, 78, 82, 10ii) ei.n in Längsrichtung gewölbtes Querschnittsprofil aufweist.

^rj. Dichtunqsuorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (Y) der gewölbten Fläche (24, 04, 90, 106) des Ringabschnittes kleiner ist als der Radius (X/2) der zylindrischen Fläche.

6. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fläche die Innenfläche einer Bohrung (26) ist, daß der Ringabschnitt an das erweiterte Ende des kegelstumpfförmigen Abschnittes (ΐΰ) anschließt, und daß der größte freie Durchmesser der gewölbten Fläche (14) gröGer ist als der Durchmesser (X) der die zylindrische Fläche bildenden Bohrung.

7. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbte FlächB (24) des iüngabschnittes (14) außerhalb der mit der Außenfläche des kegelstumpf förmigen Abschnittes (16) zusammenfallenden ke-

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gelstumpfförmigen Ebene liegt.

8. Dichtungsvorrichtung nach /inspruch C, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglieri (10) zusätzlich einen kurzen kegelstumpf förmigen Abschnitt (18) aufu/eist, (welcher einen Übergang zwischen dem den Hingabschnitt abgekehrten verjüngten Ende des kegelstumpfförmigen Abschnittes (16) und einem anschließenden zylindrischen Abschnitt (20) bildet.

9. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 0, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (52) einteilig am Ende des Rohres (48) angeformt ist.

10. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (20) am Kohr (12) angeschweißt (22) ist.

11. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Bauteil (28) mit einer die zylindrische Fläche bildenden Bohrung (26) eine in der Nähe der Eintrittsöffnung der Bohrung angebrachte Sicherheitsvorrichtung (32) aufu/eist, welche ein Austreten des Dichtungsgliedes (1O) aus der Bohrung (26) verhindert.

12. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungsvorrichtung einen Teil (34)

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mit einem bogenförmigen Ausschnitt (36) aufweist, welcher den zylindrischen Abschnitt (20) der Dichtungsvorrichtung zumindest teilweise aufnimmt, und daß die größte Abmessung des bogenförmigen Ausschnittes kleiner ist als der größere Durchmesser des kürzeren kegelstumpf förmigen Abschnittes (18).

13. Dichtunqsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsglied einen an das dem Ringabschnitt (14) entgegengesetzte Ende des kegelstumpfförmigen Abschnittes (16) unmittelbar anschließenden zylindrischen Abschnitt (20) aufweist.

14. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fläche die Außenfläche (86, 92) einer Rohrleitung (88, 94) ist, daß der Ringabschn.-i.tt (7B, 82) an das verjüngte Ende des kegelstumpfförmigen Abschnittes (76, 80) anschließt, und daß der kleinste freie Durchmesser der gewölbten Fläche (84,

90) kleiner ist als der Außendurchmesser (X) der Rohrleitung.

15. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur strömungsmitteldichten Verbindung mit einer zweiten Rohrleitung (94) ein zweites Dichtungsglied (74) am anderen Ende des Rohres (70) vorgesehen ist, welches gleich ausgebildet und angeordnet ist wie das

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am gegenüberliegenden Ende vorgesehene D i c h J, u η η s g 1 i e d (72).

16. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g3!;onnzeichnet, daß das Rohr (70) mit seiner Außenfläche mit einem zylindrischen Schutzgehäuse (96) verbunden ist, dessen entgegengesetzte offenen Enden (98, 103) Jeiueils über die gegenüberliegenden Ringabschnitte (70, G2) der Dichtungsuorrichtung hinausreichsn und jeweils die Enden benachbarter Rohrleitungen (88, 94) aufnehmen.

17. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rohrleitung (94) Sicherungsmittel (102, 104) aufweist, die eine Trennung der Dichtungsuorrichtung verhindern.

18. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der gewölbten Fläche (106) des Ringabschnittes (108) gleich dem RAdius (X/2) der zylindrischen Fläche ist.

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