DE2724793C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvorrichtung zur strö­ mungsmitteldichten Verbindung eines Rohres mit einer zylindrischen Fläche, zwischen welchen Axialverschiebungen, Drehungen und Winkelverlagerungen auftreten können, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Verschiedene Rohrleitungssysteme für ein unter Druck stehendes Strömungsmittel, beispielsweise für Druck­ flüssigkeit, müssen so ausgebildet sein, daß sie eine gewisse Flexibilität bzw. Beweglichkeit aufweisen, um Maßtoleranzen, Wärmeausdehnungen und -schrumpfungen so­ wie Verlagerungen oder Verschiebungen aufgrund von Vibrationen, Schwingungen oder Erschütterungen zwischen den durch die Rohrleitungen verbundenen Teilen ausglei­ chen zu können. Leichte, kompakt gebaute Vorrichtungen, die insbesondere in Luftfahrzeugen von Raketensystemen erwünscht sind, um für die genannte Flexibilität zu sorgen, sind bereits bekannt. Bei diesen bekannten Vor­ richtungen sind jedoch im allgemeinen elastomere bzw. gummiartige Dichtungen, Kunststoff-, Gummi oder Asbest- Dichtungen vorgesehen, um Undichtheiten oder Leckverlu­ ste der Strömungsmittelströmung in den flexiblen System zu vermeiden. Leider neigen diese Dichtungstypen zu Störungen, wenn sie hohen Temperaturen oberhalb 400°F -500°F (etwa 204, 4°C-260°C) 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 keit von Dichtungen aus Elastomeren und dergl. überfordern, ist es typisch, Leitungsabschnitte mit Wellungen am Umfang, d. h. Balgen, Dehnungsschleifen oder Anordnungen mit Kolbenringen zu ver­ wenden. Diese Anordnungen sind jedoch gewöhnlich sehr schwer, haben einen hohen Raumbedarf, sind störungsanfällig und neigen daher zu Undichtigkeiten aufgrund von Brüchigkeit und Verschleiß. Außer­ dem erfordern diese Dichtungssysteme häufig die Einhaltung genauer Toleranzen und sind schwierig herzustellen und einzubauen.

Die US-PS 22 06 414 zeigt eine Dichtungsvorrichtung, bei der zum Ausgleich von Temperaturspannungen am Ende eines Auspuffrohres ein in axialer Richtung von dem Rohr vorstehender metallischer, ringförmiger Dichtungsabschnitt vorgesehen ist, der zur Berüh­ rung mit einer zylindrischen Innenfläche eines Flansches eine gewölbte Fläche aufweist, wodurch eine Winkelverlagerung, Axial­ verschiebung und relative Drehbewegung ermöglicht wird. Der äußere Durchmesser des ringförmigen Dichtungsabschnittes ist dort gleich dem inneren Durchmesser des Flansches ausgebildet. Der Radius der Berührungsfläche des Dichtungsabschnittes mit der zylindrischen Fläche ist sehr groß ausgebildet, insbesondere in der Größenordnung des Durchmessers des Rohres zuzüglich des Dich­ tungsabschnittes.

Diese bekannte Dichtungseinrichtung ist nicht zur flüssigkeits­ dichten Verbindung eines Rohres mit einer zylindrischen Fläche geeignet. Eine Winkelverlagerung führt zu Problemen, die bei Flüssigkeitsleitungen nicht zu vernachlässigen sind.

Aus der US-PS 27 74 618 ist ferner bekannt, einen ringförmigen Dichtungsabschnitt zwischen zwei koaxial miteinander verbundenen Röhren elastisch nachgiebig auszubilden.

Ausgehend von der US-PS 22 06 414 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungseinrichtung zur flüssigkeitsdichten Ver­ bindung eines Rohres mit einer zylindrischen Fläche anzugeben, bei der die Verbindung auch bei extremen Temperaturen, hohen Drücken und den Umgebungen, die einer Strahlung ausgesetzt sind, einsetzbar ist, und bei der Leckverluste auch beim Auftreten von Axialverschiebungen, Drehbewegungen und Winkelverlagerungen weit­ gehend ausgeschaltet sind. Die Dichtungsvorrichtung soll weiter­ hin leicht und raumsparend aufgebaut werden können, einfach her­ zustellen sein und außerdem wiederverwendbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Bei der erfindungsgemäßen strömungsmitteldichten Dichtungsvor­ richtung zum Anschluß eines Rohres an eine zylindrische Fläche ist am Rohr ein metallisches, elastisch nachgiebiges Dichtungs­ glied vorgesehen, welches einen Ringabschnitt mit einer ge­ wölbten Fläche zur Berührung der Zylinderfläche und zur Bildung einer strömungsmitteldichten Abdichtung mittels einer Übermaß­ passung 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 kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, an dessen erweitertem Ende der Ringabschnitt sitzt, und welcher in der Bohrung liegt. Bei dieser Ausführung ist der freie Durch­ messer der gewölbten Fläche vor dem Einbau größer als der Innen­ durchmesser der Bohrung und 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 zy­ lindrische Fläche die äußere Mantelfläche einer Rohrleitung sein, während das Dichtungsglied einen kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, an dessen verjüngtem Ende der Ringab­ schnitt anschließt, und welcher die Rohrleitung umfaßt. Bei dieser Ausführungsform ist der freie Durchmesser der gewölbten Fläche vor dem Zusammenbau geringer als der Außendurchmesser der Rohrleitung, wodurch für eine vor­ gespannte Übermaßpassung zwischen der gewölbten Fläche und der äußeren Mantelfläche der Rohrleitung gesorgt wird.

Obwohl der Krümmungsradius der die zylindrische Fläche berührenden gewölbten Fläche gleich dem Radius der zylindri­ schen Fläche sein kann, hat sich gezeigt, daß ein kleinerer Radius geringere Leckverluste der Dichtungsvorrichtung ge­ währleistet. Da die Dichtigkeit gegen Leckverluste des Strömungsmittels 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 Berüh­ rungskraft geringere Leckverluste gewährleistet. Dadurch daß der Krümmungsradius der gewölbten Fläche am Ringabschnitt kleiner gemacht wird, wird also die Berührungsfläche ver­ ringert 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 Dichtungsglied ist kompakt und leicht, wenn der kegel­ stumpfförmige Abschnitt und der Ringabschnitt erfindungs­ gemäß aus sehr dünnen hochbeständigen Legierungen bestehen.

Außerdem sind die Unterschiede zwischen den Durchmessern des Rohres und der damit zu verbindenden zylindrischen Fläche, die Abmessungen und die verwendeten Materialien so gewählt, daß die Elastizitätsgrenze des Dichtungsglie­ des trotz der vorgesehenen Übermaßpassung nicht überschrit­ ten wird, so daß das Dichtungsglied nach einer Trennung des Rohres von der zylindrischen Fläche wieder seine ur­ sprüngliche Größe annimmt. Auf diese Weise ist eine Wieder­ verwendbarkeit des Dichtungsgliedes gewährleistet.

Der Ausdruck Übermaß oder Übermaßpassung ist hier so zu ver­ stehen, daß die gewölbte Fläche des Dichtungsgliedes einen vor dem Zusammenfügen der zu verbindenden Teile gering­ fügig vom Durchmesser der zylindrischen Fläche abweichen­ den 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 Verfor­ mung in enger Umfangsberührung mit der zylindrischen Fläche gehalten wird.

Mit dem Ausdruck freier Durchmesser ist dabei der Durchmes­ ser der gewölbten Fläche des Ringabschnittes des Dichtungs­ gliedes vor dem Zusammenfügen mit der zylindrischen Fläche gemeint, d. h. also vor der elastischen Verformung der ge­ wölbten 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 erläu­ tert und dargestellt sind. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Rohrabschnittes mit einer daran sitzenden erfindungsge­ mäßen strömungsmitteldichten Dichtungsvor­ richtung 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 Durch­ messer 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 ge­ schnittene Ansicht einer Verschluß- oder Haltevorrichtung, die ein Austreten des Dichtungsgliedes aus der zylindrischen Boh­ rung des in Fig. 2 gezeigten Bauteiles ver­ hindert,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende längsgeschnit­ tene Seitenansicht zur Veranschaulichung einer Winkelverlagerung 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 vorge­ sehenen zylindrischen Bohrungen verbindet, in welche die Rohrenden eintauchen und mit­ tels 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 an­ deren Ausführungsform der Erfindung, bei wel­ cher die zylindrische Fläche eine von dem Dichtungsglied passend umfaßte äußere Mantel­ fläche einer zylindrischen Rohrleitung ist,

Fig. 8 eine längsgeschnittene Seitenansicht der in Fig. 7 gezeigten Anordnung bei einer Querver­ schiebung der beiden verbundenen Rohrleitungen, und

Fig. 9 eine der Fig. 2 entsprechende Anordnung, bei der jedoch die gewölbte Fläche des Ringab­ schnittes einen Krümmungsradius von ^X /₂ auf­ weist.

Eine in Fig. 1 dargestellte strömungsmitteldichte Dichtungs­ vorrichtung weist im wesentlichen ein am Ende eines Rohres 12 sitzendes Dichtungsglied 10 auf. Das Dichtungsglied 10 besitzt einen Ringabschnitt 14, einen sich kegelstumpfför­ mig verjüngenden Abschnitt 16 , einen kurzen kegelstumpf­ förmigen Abschnitt 18 und einen zylindrischen Abschnitt 20. Diese Elemente bilden das gemäß Fig. 1 vorzugsweise einteilig ausgebildete Dichtungsglied 10, dessen zylindri­ scher 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 Ab­ schnittes 20 geht in das engere Ende des kurzen kegelstumpf­ förmigen Abschnittes 18 über, an dessen weiteres Ende das engere Ende des kegelstumpfförmigen Abschnittes 16 an­ schließt. Das weitere Ende des konischen Abschnittes 16 geht in den Ringabschnitt 14 über, der am Ende des Dich­ tungsgliedes 10 auf der anderen Seite der das weitere En­ de des konischen Abschnittes einschließenden Ebene liegt.

Die Dicke x der den zylindrischen Abschnitt 20 bildenden Zylinderwand kann gleich der Wandstärke des Rohres 12 sein, sie kann jedoch auch von der Rohrwandstärke abwei­ chen. Wie Fig. 1 zeigt, nimmt die Wandstärke des Dichtungs­ gliedes 10 auf dem kurzen kegelstumpfförmigen Abschnitt 18 von x 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 erläu­ terte Wandstärkenverringerung steigert die Elastizität des Dichtungsgliedes 10. Die Wandstärke kann in einem Rohr­ durchmesserbereich von etwa 0.125″ bis 15.00″ (etwa 6,35 bis 381 mm) zwischen etwa 0.003″ bis 0.020″ (etwa 0,0762 bis 0,508 mm) liegen, wenn der das Dichtungsglied 10 bil­ dende Werkstoff eine hochbeständige Legierung mit ausge­ zeichneten Federeigenschaften bei extremen Temperaturen ist, wie z. B Inconel 718 oder Waspalloy.

Der in Längsrichtung gewölbte Ringabschnitt 14 hat eine gekrümmte Außenfläche 24. Der freie Außendurchmesser der gewölbten Fläche 24 des Ringabschnittes ist in Fig. 1 mit A bezeichnet und ist größer als der Durchmesser X der in 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 30 eine umlaufende Berührungs­ linie in der zylindrischen Bohrung ist.

Die gewölbte Fläche 24 des Ringabschnittes 14 liegt, siehe Fig. 1 außerhalb der die Außenfläche des kegelstumpfförmi­ gen 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 einge­ paßt 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. Das heißt also, daß der maximale freie Durchmesser A der gewölbten Fläche 24 größer ist als der Innendurchmesser der zylindrischen Boh­ rung 26, und daß das Dichtungsglied 10 in die zylindrische Bohrung hineingepreßt ist und in dieser durch die nach außen gerichtete Federkraft des elastischen Ringabschnit­ tes 14 und des elastischen kegelstumpfförmigen Abschnittes 16 in Berührungseingriff steht.

Wie Fig. 2 zeigt, berührt die gewölbte Fläche 24 die Innen­ fläche der zylindrischen Bohrung 26 entlang einer Dich­ tungslinie 30. Diese Dichtungslinie verläuft auf dem ge­ samten Umfang der gewölbten Fläche 24, wo diese die Innen­ fläche der zylindrischen Bohrung 26 berührt, wodurch die Abdichtung zwichen diesen beiden Elementen hergestellt wird.

Das Übermaß muß verhältnismäßig leicht bzw. gering sein, da­ mit das Dichtungsglied 10 von Hand eingeführt oder heraus­ gezogen werden kann, und um gleichzeitig sicherzustellen, daß das elastische Dichtungsglied nicht über seine Elasti­ zitäts- 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 Ver­ schiebung und Drehung dieser Teile. Trotz des verhältnis­ mäßig 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 druckbetätigte Dichtung mit verbesserter Dichtungswirkung entsteht. Bei einem Durchmesser X der zylindrischen Bohrung zwischen 0.420″ bis 0.422″ (etwa 10,668 bis 10,718 mm) hat sich gezeigt, daß für die gewölbte Fläche 24 ein Durchmes­ ser A zwischen 0.424 und 0.425″ (etwa 10,769 bis 10,795 mm) günstigt ist, d. h. ein Übermaß zwischen 0.002 bis 0.005″ (etwa 0,0508 bis 0,127 mm) 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 0,178 mm).

Der in dem abzudichtenden Rohr herrschende Druck liegt in den meisten Anwendungsfällen über etwa 1 psi (etwa 0,0703 kg/cm ²) und würde ausreichen, um das Dichtungsglied 10 aus der Bohrung 26 hinauszublasen.

Deshalb ist eine in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Halte­ vorrichtung 32 vorgesehen, um zu verhindern, daß das Dich­ tungsglied 10 aus der zylindrischen Bohrung 26 austritt. Fig. 2 und 3 zeigen am deutlichsten, daß die Haltevorrich­ tung 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 Eintritts­ öffnung 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 fläche des Bauteiles 28 ein.

Die Haltevorrichtung 32 wird 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 ge­ bracht wird und der Schraubenbolzen 38 durch die Öffnung 44 in die Gewindebohrung 46 eingeschraubt wird.

Die größte Abmessung des Ausschnittes 36, siehe insbe­ sonders Fig. 2 und 3 ist kleiner als der maximale Durch­ messer 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 kegel­ stumpfförmige Abschnitt 18 auf den Hauptteil 34 auftritt, wenn auf das Rohr 20 eine Kraft einwirkt, die das Dichtungs­ glied axial aus der zylindrischen Bohrung herausdrücken wür­ de.

Fig. 5 zeigt ein gekrümmtes Rohr 48, welches an beiden En­ den ein erfindungsgemäßes Dichtungsglied 10 trägt, wobei die Dichtungsglieder 10 mit einem Bauteil 28 bzw. einem weiteren Bauteil 50 verbunden sind. Da der Druck des Strö­ mungsmittels, welches wie durch die Pfeile angedeutet durch das gekrümmte Rohr 48 strömt, möglicherweise dazu führen könnte, das gekrümmte Rohr 48 aus den Bauteilen 28 und 50 herauszuziehen, ist an diesen Bauteilen jeweils eine Haltevorrichtung 32 vorgesehen. Wie dargestellt sind die Dichtungsglieder 10 bei dieser Ausführungsform einteilig an dem gekrümmten Rohr 48 angeformt, so daß der an den kur­ zen 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 entgegen­ gesetzten Enden eines Rohres 64. Jeder der zylindrischen Boh­ rungen 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 56 gegen eine Relativbewegung fest abgestützt, wobei die Strö­ mung 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 Bohrungen 58 neigt, weil bei einer geringfügigen Axialverschiebung das eine Ende des Rohres 64 auf die stirnseitige Über­ gangsschulter der Bohrung 49 auftrifft, bevor das andere Ende aus dem anderen Bauteil austreten kann. Mit der Ein­ sparung der sonst erforderlichen Haltevorrichtungen ent­ fällt auch die Notwendigkeit des bei den bisherigen Aus­ führungen zwischen dem zylindrischen Abschnitt 20 und dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 16 vorgesehenen kurzen kegel­ stumpfförmigen Abschnittes 18, der dadurch eingespart wird. Auch bei dieser Ausführung kann der konische Ab­ schnitt 16, wie dargestellt, vorzugsweise eine geringere Wandstärke als der hier unmittelbar anschließende zylindri­ sche Abschnitt 20 haben, um die Federeigenschaften des Dich­ tungsgliedes 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 festgeschweißt, während auf der linken Seite in Fig. 6 eine Ausführung gezeigt ist, bei welcher das Dichtungsglied 62 einteilig mit dem Rohr 64 ausgebil­ det ist, wodurch eine sonst unvermeidliche Schweißnaht entfällt.

Beim praktischen Einsatz ist das Dichtungsglied 10 aufgrund von Toleranzen und Verlagerungen der zu verbindenden Teile, beispielsweise der Bauteile 54 und 56 in Fig. 6, nicht wie in Fig. 2 dargestellt genau mit der zylindrischen Bohrung 26 ausgerichtet, sondern um einen gewissen Winkel a ver­ lagert, wie 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 Winkel 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 lindrischen Bohrung 26, d. h. also kleiner als ^X /₂. Da­ durch wird der Berührungsdruck zwischen der Fläche 24 und der Bohrung 26 erhöht und die Gefahr von Leckverlusten des Strömungsmittels verringert.

Es wurde ermittelt, daß der Krümmungsradius bis auf etwa 20% des Radius der Bohrung 26 herabgesetzt werden kann und auch dann noch eine blasendichte Abdichtung mit Stick­ stoff bei 500 psi (etwa 35 kg/cm²) gewährleistet für Ver­ lagerungswinkel bis zu etwa 5° bei einem Rohrdurchmesser von 0.3125″ (etwa 7,937 mm). Eine blasendichte Verbindung ist eine Abdichtung mit einem Leckverlustmaß von 10^{- 3} cm³/sec 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. Wenn jedoch größere Win­ kel erforderlich sind, kann der Krümmungsradius vergrößert werden, um diesen Anforderungen zu genügen, auch wenn sich erfahrungsgemäß bei kleinen Winkeln eine geringfügige Ein­ buße bei der Beherrschung der Leckverluste ergibt. Bei einer Dichtung mit einem Durchmesser von 2.25″ (etwa 51,15 mm) kann somit durch Änderung des Krümmungsradius der Außenflä­ che von 0.125 auf 0.250″ (etwa 3,175 auf 6,350 mm) die Auf­ nahmefähigkeit des Dichtungselementes für Winkelverlagerun­ gen von einem Winkel a = 3° auf a = 5° gesteigert werden.

Während die in Umfangsrichtung verlaufende Dichtungs­ fläche 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, Winkelverlagerungen 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 Ausführungs­ form der Erfindung. Bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8 ist die zylindrische Fläche die äußere Mantelfläche einer zylindrischen Rohrleitung, und das Dichtungsglied weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt mit einem an dessen verjüngten Ende anschließenden Ringabschnitt auf, welcher die Außen­ fläche 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 Dichtungsglied 72 an einem Ende und einem zweiten Dich­ tungsglied 74 am anderen Ende. Beide Dichtungsglieder 72 und 74 sind einteilig mit dem Rohrteil 70 ausgebildet. Das erste Dichtungsglied 72 weist einen kegelstumpfförmig verjüngten Abschnitt 76 und einen an dessen verjüngtem Ende anschließenden Ringabschnitt 78 auf. Das weitere Ende des kegelstumfförmigen Abschnittes 76 geht vom Ende des Rohr­ teiles 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 des zweiten kegelstumpfförmigen Abschnittes geht von dem dem Abschnitt 76 entgegengesetzten Ende des Rohrteiles 70 aus.

Der Ringabschnitt 78 weist eine gewölbte 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 gezeigten starren Bauteil befestigt ist.

In gleicher Weise weist auch der zweite Ringabschnitt 82 eine gewölbte Fläche 90 auf, die in einem Preßsitz mit Über­ maß die äußere Zylinderfläche 92 einer zweiten, ein Druck- Strömungsmittel führenden Rohrleitung 94 berührt, die eben­ falls an einem nicht gezeigten starren Konstruktionsteil be­ festigt ist.

Die Dichtungswirkung der gewölbten Flächen an den äußeren Zylinderflächen der Rohrleitungen erfolgt in gleicher Wei­ se wie 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 Außen­ flächen 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 70 an den sich berührenden Rän­ dern festgeschweißt ist. Da die Materialstärke des Gehäuses 96 größer ist als die Wandstärke des Rohres 70, werden das Rohr 70 und dessen verhältnismäßig dünne Dichtungsglieder 72 und 74 dadurch gegen Vibrationskräfte 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 Außen­ durchmesser geringer ist als das erste offene Ende 98 des Gehäuses.

Entsprechend weist das Gehäuse 96 ein zweites, hinter dem zweiten 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 Außen­ fläche 92 vorstehenden ringförmigen Abschnitt 102 auf und besitzt außerdem einen zweiten flanschartig von der zylin­ drischen Fläche 92 vorstehenden Ringvorsprung 104 auf, der links von dem zweiten 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 Ge­ häuse 94 aufgrund der verschiedenartigen Vibrationskräfte, denen die Leitungen 88 und 94 ausgesetzt sind, verhindert. Diese Ringvorsprünge 102 und 104 sind zwar nur für die Rohr­ leitung 94 dargestellt, sie können jedoch auch an der Rohr­ leitung 88 vorgesehen sein.

Fig. 8 zeigt die bereits in Fig. 7 dargestellte Dichtungs­ verbindung, wobei jedoch eine Querverschiebung zwischen den Leitungen 88 und 94 aufgetreten ist, deren Mittellinien da­ her nicht fluchten. Eine solche Querverschiebung kann auf­ grund von Bemessungstoleranzen, Vibrationskräften oder an­ 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 Leckver­ luste auftreten. Die Übermaßpassung zwischen der gewölb­ ten Fläche 84 und der zylindrischen Fläche 86 sowie der gewölbten Fläche 90 und der zylindrischen Fläche 92 gewähr­ leistet die Aufrechterhaltung der erforderlichen Berührung zwischen diesen Teilen, um eine gute Abdichtung auch bei einer Fehlausrichtung oder Verlagerung sicherzustellen.

Eine in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen strömungsmitteldichten Dichtungsvorrichtung ent­ spricht etwa der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, von welcher sie darin abweicht, daß der Krümmungsradius der gewölbten Fläche 106 des Ringabschnittes 108 gleich dem Radius der zylindrischen Bohrung 26 ist. Die gewölbte Flä­ che hat also nach Fig. 9 einen Krümmungsradius ^X /₂.

Zwar ist die Berührungskraft an der Dichtungsfläche zwi­ schen der gewölbten Fläche und der zylindrischen Bohrungs­ fläche 26 geringer als bei der Ausführung gemäß Fig. 2, je­ doch kann diese Ausführung wegen der hier größeren Berüh­ rungszone eine sich berührende Dichtungsfläche noch bei größeren Winkelabweichungen, d. h. also in einem weiteren Bereich von Winkelabweichungen aufrechterhalten als die Ausführungsform nach Fig. 2.

Claims (14)

1. Dichtungsvorrichtung zur strömungsmitteldichten Verbindung eines Rohres mit einer zylindrischen Fläche, zwischen welchen Winkelverlagerungen, Axialverschiebungen und relative Dreh­ bewegungen auftreten können, wobei ein in axialer Richtung von dem Rohr vorstehender metallischer, ringförmiger Dich­ tungsabschnitt, der zur Berührung mit der zylindrischen Fläche eine gewölbte Fläche aufweist, vorgesehen ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der ringförmige Dichtungsabschnitt (14, 78, 82, 108) am Ende eines sich konisch erweiternden Abschnittes (16, 76, 80), der flüssigkeitsdicht mit dem Rohr fest verbunden ist, einteilig eingeformt ist, daß der ringförmige Dichtungsabschnitt elastisch nachgiebig ist und daß die gewölbte Fläche (24, 84, 90, 106) des Dichtungsab­ schnittes zur Bildung eines Übermaßes zwischen dem Dich­ tungsabschnitt und der zylindrischen Fläche (26, 86, 92) einen von dem inneren Durchmesser (X) der zylindrischen Fläche abweichenden äußeren Durchmesser (A) aufweist.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich erweiterende Abschnitt (16, 76, 80) kegelstumpf­ förmig ausgebildet ist.

3. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (14, 78, 82, 108) und der sich erwei­ ternde Abschnitt (16, 76, 80) in Längsrichtung im wesentlichen die gleiche Wandstärke aufweisen.

4. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Krümmungsradius (Y) der gewölbten Fläche (24, 84, 90, 106) des Ringabschnittes kleiner ist als der Radius ( ^X /₂) der zylindrischen Fläche.

5. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Krümmungsradius der gewölbten Fläche (106) des Ringabschnittes (108) gleich dem Radius ( ^X /₂) der zylindrischen Fläche ist.

6. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gewölbte Fläche (24) des Ringabschnit­ tes (14) außerhalb der mit der Außenfläche des kegel­ stumpfförmigen Abschnittes (16) zusammenfallenden kegel­ stumpfförmigen Ebene liegt.

7. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtungsglied (10) zusätzlich einen kegelstumpfförmigen Abschnit (18) aufweist, welcher einen Übergang zwischen dem dem Ringabschnitt abgekehrten verjüngten Ende des kegelstumpfförmigen Abschnittes (16) und einem anschließenden zylindrischen Abschnitt (20) bildet.

8. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (52) einteilig am Ende des Rohres (48) angeformt ist.

9. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zylindrische Abschnitt (20) am Rohr (12) angeschweißt (22) ist.

10. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bauteil (28), das eine die zylindri­ sche Fläche bildende Bohrung (26) aufweist, eine in der Nähe der Eintrittsöffnung der Bohrung angebrachte Sicherheitsvorrichtung (32) aufweist, welche ein Aus­ treten des Dichtungsgliedes (10) aus der Bohrung (26) verhindert.

11. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sicherungsvorrichtung einen Teil (34) mit einem bogenförmigen Ausschnitt (36) aufweist, welcher den zylindrischen Abschnitt (20) der Dichtungs­ vorrichtung zumindest teilweise aufnimmt, und daß die größte Abmessung des bogenförmigen Ausschnittes kleiner ist als der größere Durchmesser des kürzeren kegel­ stumpfförmigen Abschnittes (18).

12. Dichtungsvorrichtung nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur strömungsmitteldichten Verbindung mit einer zweiten Rohr­ leitung (94) ein zweites Dichtungsglied (74) am anderen Ende des Rohres (70) vorgesehen ist, welches gleich aus­ gebildet und angeordnet ist wie das am gegenüberliegenden Ende vorgesehene Dichtungsglied (72).

13. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohr (70) mit seiner Außenfläche mit einem zylindrischen Schutzgehäuse (96) verbunden ist, dessen entgegengesetzte offenen Enden (98, 100) jeweils über die gegenüberliegenden Ringabschnitte (78, 82) der Dichtungsvorrichtung hinausreichen und jeweils die Enden benachbarter Rohrleitungen (88, 94) aufnehmen.

14. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine Rohrleitung (94) Sicherungs­ mittel (102, 104) aufweist, die eine Trennung der Dich­ tungsvorrichtung verhindern.