DE29715911U1 - Sealing arrangement - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung zwischen einem Hoch- und einem Niederdruckraum. Ein Dichtstreifen ist in einem Einbauraum angeordnet, der einerseits von 5 einer Gegendichtflache eines ersten Bauteils und andererseits von einer der Gegendichtflache gegenüberliegenden Seitenfläche und einer quer zur Gegendichtflache verlaufenden, niederdruckseitigen Stützfläche eines zweiten Bauteils begrenzt ist. Der aus elastischem Material bestehende DichtstreifenThe invention relates to a sealing arrangement between a high-pressure and a low-pressure chamber. A sealing strip is arranged in an installation space which is delimited on the one hand by a counter-sealing surface of a first component and on the other hand by a side surface opposite the counter-sealing surface and a low-pressure side support surface of a second component running transversely to the counter-sealing surface. The sealing strip is made of elastic material.
10 ist so vorgespannt, daß seine mit der Gegendichtflache zusammenwirkende Seitenfläche zumindest in ihrem hochdruckseitigen Teil an der Gegendichtflache anliegt, wenn im Hoch- und Niederdruckraum Druckgleichheit herrscht. Im Zustand maximaler Druckdifferenz liegt diese Seitenfläche des Dichtrings im we-10 is pre-tensioned so that its side surface interacting with the counter sealing surface rests against the counter sealing surface at least in its high-pressure part when the pressure in the high- and low-pressure chambers is equal. In the state of maximum pressure difference, this side surface of the sealing ring is in the
15 sentlichen vollständig an der Gegendichtflache an. Beispielsweise kann es sich um eine Nutring handeln (Trutnovsky: Berührungsdichtungen, 2. Aufl., S. 232), deren Dichtlippen sowohl gegen die Gegendichtflache als auch gegen die dieser gegenüberliegende Seitenfläche des Einbauraums elastisch vorge-15 essentially completely against the counter sealing surface. For example, it can be a grooved ring (Trutnovsky: Kontaktsdichtungen, 2nd ed., p. 232), the sealing lips of which are elastically pre-stressed both against the counter sealing surface and against the opposite side surface of the installation space.
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spannt sind, um bei Druckgleichheit eine Anfangsdichtung zu bewirken, und deren massiver niederdruckseitiger Teil ein wenig schmaler ausgebildet ist, als es der Distanz zwischen der Gegendichtflache und der gegenüberliegenden Seitenfläche entspricht. Im Zustand der Druckgleichheit hat der Dichtstreifen in seinem niederdruckseitigen Bereich Abstand von der Gegendichtf lache. Bei zunehmender Druckdifferenz wird der Dichtstreifen so verformt, daß sich seine der Gegendichtflache zugewendete Seitenfläche mehr und mehr an dieser anlegt, bis schließlich im wesentlichen vollständige Anlage erreicht ist. Wird der Druck weiter gesteigert, so besteht die Gefahr, daß ein Teil des Dichtrings in den Spalt eingepreßt wird, der sich zwischen der Gegendichtflache und der Kante der Stützfläche des Einbauraums öffnet. Es ist bekannt, dieser Gefahr dadurch zu begegnen, daß zwischen die Stützfläche des Einbauraums und die entsprechende Stirnfläche des Dichtrings ein sogenannter Backring aus widerstandsfähigem Material eingelegt wird, der praktisch spielfrei an der Gegendichtflache anliegt. Dies ist nicht nur aufwendig, sondern auch mit vermehrtem Raumbedarf verbunden. Ferner kann man die Weite des Spalts durch Erhöhung der Passungsgenauigkeit verringern, was aber gleichfalls aufwendig und in vielen Fällen nicht durchführbar ist.are tensioned in order to create an initial seal when the pressure is equal, and whose solid low-pressure part is designed to be a little narrower than the distance between the counter-sealing surface and the opposite side surface. When the pressure is equal, the sealing strip is spaced from the counter-sealing surface in its low-pressure side area. As the pressure difference increases, the sealing strip is deformed in such a way that its side surface facing the counter-sealing surface comes into contact with it more and more until it is essentially completely in contact. If the pressure is increased further, there is a risk that part of the sealing ring will be pressed into the gap that opens up between the counter-sealing surface and the edge of the support surface of the installation space. It is known to counteract this risk by inserting a so-called back-up ring made of resistant material between the support surface of the installation space and the corresponding face of the sealing ring, which lies against the counter-sealing surface with practically no play. This is not only complex, but also requires more space. Furthermore, the width of the gap can be reduced by increasing the accuracy of fit, but this is also complex and in many cases not feasible.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, deren Dichtstreifen einer geringeren Gefahr der Beschädigung im Dichtspalt ausgesetzt ist. Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen der Ansprüche.The invention is therefore based on the object of creating a sealing arrangement of the type mentioned in the preamble of claim 1, the sealing strip of which is exposed to a lower risk of damage in the sealing gap. The solution according to the invention lies in the features of the claims.
Danach wird auf der von der Gegendichtflache abgewandten Seite des Dichtstreifens ein Querschnittsteil aus härterem Material vorgesehen, der das elastische Material des Dichtstreifens auf einen der Gegendichtflache zugewandten Querschnittsteil beschränkt, dessen quer zur Gegendichtflache gemessene Breite von der Hoch- zur Niederdruckseite abnimmt. Dieser den elastischen Bereich des Dichtstreifens zur NiederdruckseiteThen, on the side of the sealing strip facing away from the counter sealing surface, a cross-sectional part made of harder material is provided, which limits the elastic material of the sealing strip to a cross-sectional part facing the counter sealing surface, the width of which, measured transversely to the counter sealing surface, decreases from the high to the low pressure side. This limits the elastic area of the sealing strip to the low pressure side.
hin einengende Teil kann zur Begrenzung des Einbauraums gehören oder auch ein gesonderter, in den Einbauraum eingelegter Streifen sein. Er kann auch ein einstückig und fest mit dem elastischen Material verbundener Teil des Dichtstreifens sein.The part that restricts the installation space can be part of the limitation of the installation space or can be a separate strip inserted into the installation space. It can also be a one-piece part of the sealing strip that is firmly connected to the elastic material.
Dieser Lösung liegt folgendes Wirkungsprinzip zugrunde. Mit steigender Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruckraum wird der Dichtstreifen zwischen seiner druckbeaufschlagten Stirnfläche einerseits und der niederdruckseitigen Stützfläche des Einbauraums andererseits zusammengepreßt. Da das Material des Dichtstreifens im wesentlichen inkompressibel ist, ist die Zusammenpressung parallel zur Gegendichtflache verbunden mit einer Dehnung des Dichtstreifens in Richtung quer zur Gegendichtflache. Das bedeutet, daß die der Gegendichtfläche zugewendete Seitenfläche des Dichtstreifens sich dieser annähert und sich zunehmend daran anlegt. In denjenigen Bereichen, in denen sie bereits an der Gegendichtflache anliegt, erhöht sich der Anlagedruck. Die Querdehnung ist proportional der Abmessung des sich dehnenden Teils quer zur Gegendichtf lache. Wird nun erfindungsgemäß diese Querabmessung bereichsweise, nämlich im niederdruckseitigen Teil des Dichtstreifens, verringert, so wird auch diese Querdehnung bereichsweise entsprechend verringert. Somit wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Vorgang der fortschreitenden Anlage des Dichtstreifens an der Gegendichtflache im niederdruckseitigen Teil des Dichtstreifens gehemmt. Dadurch kann erreicht werden, daß der Dichtstreifen den Spalt zwischen der Gegendichtflache und der benachbarten Kante der Stützfläche des Einbauraums nicht oder bei höherem Druck erreicht, als dies bei bekannten Bauarten der Fall ist. Die Gefahr der Beschädigung des Dichtrings durch Extrusion in den Spalt wird dadurch ausgeschaltet bzw. verringert.This solution is based on the following principle of operation. As the pressure difference between the high and low pressure chambers increases, the sealing strip is compressed between its pressurized face on the one hand and the low pressure side support surface of the installation chamber on the other. Since the material of the sealing strip is essentially incompressible, the compression parallel to the counter sealing surface is associated with an expansion of the sealing strip in the direction transverse to the counter sealing surface. This means that the side surface of the sealing strip facing the counter sealing surface approaches it and increasingly rests against it. In those areas in which it already rests against the counter sealing surface, the contact pressure increases. The transverse expansion is proportional to the dimension of the expanding part transverse to the counter sealing surface. If this transverse dimension is reduced in some areas, namely in the low pressure side part of the sealing strip, this transverse expansion is also reduced in some areas accordingly. Thus, the measure according to the invention inhibits the process of progressive contact of the sealing strip with the counter sealing surface in the low-pressure part of the sealing strip. This can ensure that the sealing strip does not reach the gap between the counter sealing surface and the adjacent edge of the support surface of the installation space, or does so at a higher pressure than is the case with known designs. The risk of damage to the sealing ring due to extrusion into the gap is thus eliminated or reduced.
Dieser Effekt kann dadurch gefördert werden, daß die niederdruckseitige Stirnfläche des Streifens im Zustand der Druckgleichheit lediglich mit einem der Gegendichtflache fernerenThis effect can be promoted by the low-pressure side face of the strip in the state of pressure equality only being in contact with a surface further away from the counter sealing surface.
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Bereich an der Stützfläche anliegt und sich mit ihrem der Gegendichtflache näheren Bereich erst im Laufe der mit einer Steigerung der Druckdifferenz zunehmenden Verformung des Dichtstreifens an der Stützfläche anlegt. Beispielsweise kann zwischen der Stirnfläche des Dichtstreifens und der zugehörigen Stützfläche des Einbauraums ein Keilspalt vorgesehen sein, der sich sukzessive mit zunehmender Druckdifferenz schließt, wobei er sich in der Nachbarschaft der Gegendichtflache ganz zuletzt schließt. Dies hat zur Folge, daß der Querschnittsbereich des Dichtstreifens, der dem Spalt zwischen der Gegendichtfläche und der Kante der Stützfläche am nächsten liegt, erst bei vergleichsweise hoher Druckdifferenz einer Verformung ausgesetzt wird, die zu seiner Annäherung an den Spalt führen könnte. Ferner wird dadurch, daß der Dichtstreifen in einem der Gegendichtfläche ferner liegenden Bereich nur oder stärker abgestützt wird, ein Moment auf ihn ausgeübt, unter dessen Wirkung er sich hochdruckseitig der Gegendichtfläche zu nähern und niederdruckseitig von dieser zu entfernen trachtet.Area rests against the support surface and the area closest to the counter sealing surface only rests against the support surface during the course of the deformation of the sealing strip, which increases with an increase in the pressure difference. For example, a wedge gap can be provided between the front face of the sealing strip and the associated support surface of the installation space, which closes successively as the pressure difference increases, closing last in the vicinity of the counter sealing surface. This means that the cross-sectional area of the sealing strip closest to the gap between the counter sealing surface and the edge of the support surface is only subjected to deformation when the pressure difference is comparatively high, which could lead to it approaching the gap. Furthermore, because the sealing strip is only supported or supported more strongly in an area further away from the counter sealing surface, a moment is exerted on it, under the effect of which it tries to approach the counter sealing surface on the high pressure side and move away from it on the low pressure side.
Die Verringerung der Extrusionsgefahr ermöglicht die Überbrückung größerer Spalte hinter der Dichtung und die Nutzung von Dichtungswerkstoffen, die bislang wegen zu geringer Extrusionsfestigkeit nicht eingesetzt werden konnten. Sie führt auch zu geringerer Reibung infolge geringerer Anlagefläche bzw. geringerer Kontaktpressung zwischen dem Dichtstreifen und der Gegendichtfläche. Bei gleicher zulässiger Spaltweite werden höhere zulässige Betriebsdrücke ermöglicht. Einsatzbereiche für höchste Druckanforderungen (Größenordnung 1000 bar und darüber) werden erreicht. Beim Einsatz als Stangen- oder Kolbendichtung wird das Rückfördervermögen verbessert; infolge der geringeren Dichtpressung bzw. des kleineren Pressungsgradienten am nxederdruckseitigen Ende des Dichtspalts kann nämlich das hier befindliche Medium durch die Bewegung der Gegendichtfläche leichter in den Dichtspalt eingezogen werden. Das verbesserte Rückfördervermögen verbessert die Dicht-The reduction in the risk of extrusion enables the bridging of larger gaps behind the seal and the use of sealing materials that could not previously be used due to insufficient extrusion strength. It also leads to lower friction due to a smaller contact surface or lower contact pressure between the sealing strip and the counter sealing surface. With the same permissible gap width, higher permissible operating pressures are possible. Application areas for the highest pressure requirements (order of magnitude 1000 bar and above) are achieved. When used as a rod or piston seal, the return capacity is improved; due to the lower sealing pressure or the smaller pressure gradient at the end of the sealing gap on the pressure side, the medium located here can be drawn into the sealing gap more easily by the movement of the counter sealing surface. The improved return capacity improves the sealing
wirkung und die Schmierung des Dichtstreifens und vergrößert damit seine Lebensdauer.effect and lubrication of the sealing strip and thus increases its service life.
Die verschiedenen oben erläuterten Mittel, die zum Ziel haben, daß der niederdruckseitige Teil des Dichtsteifens von
dem ihn gefährdenden Spalt ferngehalten wird, können kombiniert oder auch jeweils gesondert angewendet werden, so daß
sie sowohl in Kombination als auch gesondert Schutz verdienen.
10The various means described above, which aim to keep the low-pressure side of the sealing strip away from the gap which endangers it, can be used in combination or separately, so that they deserve protection both in combination and separately.
10
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die verschiedene, vorteilhafte Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Dichtstreifens im Querschnitt im entspannten Zustand mitThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which illustrates various advantageous embodiments. The drawing shows: Fig. 1 a first embodiment of a sealing strip in cross section in the relaxed state with
zugehörigem Einbauraum, Fig. 2-4 unterschiedliche Verformungszustände dieserassociated installation space, Fig. 2-4 different deformation states of these
Dichtungsanordnung,Sealing arrangement,
Fig. 5-12 Formvariationen der ersten Ausführungsform im druckdifferenzfreien Zustand undFig. 5-12 Shape variations of the first embodiment in the pressure difference-free state and
Fig. 13-15 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in unterschiedlichen Verformungszuständen.Fig. 13-15 a further embodiment of the invention in different deformation states.
Bei der folgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, daß die Ausführungsbeispiele als Rotationskörper ausgebildet sind und der Dichtstreifen somit ein Dichtring ist. Es versteht sich aber, daß die Erläuterungen auch für gestreckte Ausführungsformen gelten.The following description assumes that the embodiments are designed as rotating bodies and that the sealing strip is therefore a sealing ring. However, it goes without saying that the explanations also apply to elongated embodiments.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erkennt man die Querschnittsdarstellung eines Nutrings 1 mit einer Lippe 2, die zur Gegendichtflache 3 hin vorgespannt ist, die von der zylindrischen Oberfläche einer in ihrer Längsrichtung bewegten Stange gebildet sein kann. Eine zweite Lippe 4 besitzt Übermaß gegenüber der der Gegendichtflache 3 gegenüberliegenden Umfangsflache 5 des Einbauraums, der niederdruckseitig durchIn the embodiment according to Fig. 1, one can see the cross-sectional view of a grooved ring 1 with a lip 2 that is pre-tensioned towards the counter sealing surface 3, which can be formed by the cylindrical surface of a rod that is moved in its longitudinal direction. A second lip 4 has an oversize compared to the circumferential surface 5 of the installation space opposite the counter sealing surface 3, which is defined on the low-pressure side by
eine Stützfläche 6 begrenzt wird. Der Stützfläche 6 entspricht am Nutring 1 die Stirnfläche 7. In Fig. 1 ist der Nutring im entspannten Zustand gezeichnet, d.h. ohne Rücksicht auf die Abmessungen des Einbauraums. Nach der Montage ergibt sich im Zustand der Druckgleichheit zwischen Hoch- und Niederdruckraum der in Fig. 2 dargestellte Querschnitt, in welchem die Lippen 2 und 4 des Nutrings unter Vorspannung an der Gegendichtflache 3 bzw. der dieser gegenüberliegenden Umfangsflache 5 anliegen.a support surface 6 is limited. The support surface 6 corresponds to the front surface 7 on the grooved ring 1. In Fig. 1, the grooved ring is shown in the relaxed state, i.e. without taking the dimensions of the installation space into account. After assembly, in the state of pressure equality between the high and low pressure chambers, the cross section shown in Fig. 2 results, in which the lips 2 and 4 of the grooved ring rest under pre-tension on the counter sealing surface 3 or the circumferential surface 5 opposite it.
Nicht nur im Bereich der Lippe 4, sondern auch in seinem niederdruckseitigen, massiven Querschnittsbereich 8 hat der Dichtring 1 Übermaß gegenüber der Umfangsflache 5 des Einbauraums, so daß er radial nach außen, also von der Gegendichtfläche 3 weg, elastisch vorgespannt ist.Not only in the area of the lip 4, but also in its low-pressure side, solid cross-sectional area 8, the sealing ring 1 has an oversize compared to the circumferential surface 5 of the installation space, so that it is elastically prestressed radially outwards, i.e. away from the counter sealing surface 3.
Im differenzdruckfreien Einbauzustand (Fig. 2) liegt lediglich die Lippe 2 des Dichtrings an der Gegendichtflache 3 an. Niederdruckseitig davon befindet sich ein Spalt 15 zwischen 0 der Gegendichtflache 3 und der damit zusammenwirkenden Umfangsf lache 16 des Dichtrings 1, dessen Weite zur Niederdruckseite hin zweckmäßigerweise zunimmt. Hingegen liegt die der Gegendichtflache 3 ferne Umfangsflache des Dichtrings 1 vollflächig an der Seitenfläche 5 des Einbauraums 17 an. Dies beruht auf dem Durchmesserübermaß des Dichtrings 1 gegenüber der Seitenfläche 5 des Einbauraums und der dadurch erzeugten, von der Gegendichtflache 3 weggerichteten Vorspannung des Dichtrings 1. Dies ist ein Mittel, um den sich zur Niederdruckseite hin öffnenden Spalt 15 zwischen dem Dichtring und der Gegendichtflache 3 aufrecht zu erhalten.In the differential pressure-free installation state (Fig. 2), only the lip 2 of the sealing ring rests against the counter sealing surface 3. On the low-pressure side of this there is a gap 15 between the counter sealing surface 3 and the peripheral surface 16 of the sealing ring 1 that interacts with it, the width of which expediently increases towards the low-pressure side. In contrast, the peripheral surface of the sealing ring 1 that is far from the counter sealing surface 3 rests completely against the side surface 5 of the installation space 17. This is due to the diameter oversize of the sealing ring 1 compared to the side surface 5 of the installation space and the resulting pre-tension of the sealing ring 1 directed away from the counter sealing surface 3. This is a means of maintaining the gap 15 between the sealing ring and the counter sealing surface 3 that opens towards the low-pressure side.
Die Stützfläche 6 des Einbauraums und die Stirnfläche 7 des Dichtrings 1 sind stufig ausgebildet, und zwar im dargestellten Beispiel in Form von drei Stufen, die quer zur Gegendichtfläche 3 verlaufende Stufenflächen 6a, b, c bzw. 7a, b, c bilden. Sie werden verbunden durch parallel zur Gegendichtflache 3 verlaufende Verbindungsflächen 9 bzw. 10. Die paral-The support surface 6 of the installation space and the front surface 7 of the sealing ring 1 are designed in steps, namely in the example shown in the form of three steps, which form step surfaces 6a, b, c and 7a, b, c running transversely to the counter sealing surface 3. They are connected by connecting surfaces 9 and 10 running parallel to the counter sealing surface 3. The parallel
IeI zur Gegendichtflache 3 gemessenen Abmessungen der Stufen
sind unterschiedlich. Die Stufenhöhen 11a, b der Stützfläche
sind deutlich höher als die Stufenhöhen 12a, b der Dichtring-Stirnfläche. Daraus folgt, daß im druckdifferenzfreien Einbauzustand
(Fig. 2) die Stirnfläche 7 desIeI to the counter sealing surface 3 measured dimensions of the steps
are different. The step heights 11a, b of the support surface
are significantly higher than the step heights 12a, b of the sealing ring face. This means that in the pressure difference-free installation state
(Fig. 2) the front face 7 of the
Dichtrings 1 lediglich über die Stufenfläche 7a, also fern
von der Gegendichtflache 3, an dem entsprechenden Teil 6a der Stützfläche anliegt, während in den der Gegendichtflache 3
näher liegenden Stufen 6b/7b und 6c/7c ein zur Gegendichtfläehe
zunehmender Abstand vorhanden ist. Die Stufenhöhe 12 beim Dichtring liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung von
75-95% der Stufenhöhe 11 bei der Stützfläche. Die Stufenkanten
sind abgerundet.Sealing ring 1 only over the step surface 7a, i.e. far
from the counter sealing surface 3, rests against the corresponding part 6a of the support surface, while in the counter sealing surface 3
There is an increasing distance between the closer steps 6b/7b and 6c/7c to the counter sealing surface. The step height 12 of the sealing ring is expediently in the order of magnitude of
75-95% of the step height 11 at the support surface. The step edges
are rounded.
Die der Gegendichtflache 3 nächste Stufenfläche 6c der Stützfläche
endet in einer Kante 13, die mit der Gegendichtflache
3 den extrusionsgefährdenden Spalt 14 einschließt.The step surface 6c of the support surface closest to the counter sealing surface 3 ends in an edge 13 which is connected to the counter sealing surface
3 encloses the extrusion-endangering gap 14.
Die radialen Abmessungen der Stufen a und b der Stützfläche 6 und des Dichtrings 1 sind im Einbauzustand (Fig. 2) gleich
oder sehr ähnlich. Hingegen ist die Breite der der Gegendichtfläche
3 nächsten Stufenflächen 6c und 7c am Dichtring
beträchtlich kleiner als an der Stützfläche, um in diesem Bereich den Abstand 15 zu sichern.The radial dimensions of the steps a and b of the support surface 6 and the sealing ring 1 are equal in the installed state (Fig. 2)
or very similar. However, the width of the counter sealing surface
3 next step surfaces 6c and 7c on the sealing ring
considerably smaller than at the support surface in order to ensure the distance 15 in this area.
In dem Querschnitt des Nutrings gemäß Fig. 2 ist ein Netz von Flächenelementen eingezeichnet, die der Berechnung ihrer Verformung
unter verschiedenen Druckzuständen nach der Finite-Elemente-Methode
dienen. Das Ergebnis findet sich in den Fig.In the cross-section of the grooved ring according to Fig. 2, a network of surface elements is drawn, which are used to calculate their deformation under different pressure conditions according to the finite element method
The result can be found in Fig.
3 und 4. Das Netz dieser Flächenelemente macht die Verformung des Dichtrings in unterschiedlichen Druckzuständen anschaulich.
Bei der Betrachtung der Fig. 2 ist davon auszugehen,
daß das Netz im entspannten Zustand des Dichtrings hauptsächlich aus quadratischen Elementen zusammengesetzt wurde, wobei
lediglich die Randbereiche und insbesondere die Zonen, in denen höhere Beanspruchung und Verformung zu erwarten sind, mit
einem dichteren Netz überzogen sind. Fig. 2 zeigt bei den ur-3 and 4. The network of these surface elements clearly illustrates the deformation of the sealing ring under different pressure conditions.
When looking at Fig. 2, it can be assumed that
that the net in the relaxed state of the sealing ring was mainly composed of square elements, with only the edge areas and in particular the zones in which higher stress and deformation are to be expected being covered with a denser net. Fig. 2 shows the original
sprünglich quadratischen Elementen vor allem im Bereich der Lippen 2 und 4 Formabweichungen, die auf ihre elastische Vorspannung bei der Montage zurückgehen und vergleichsweise gering sind. Man erkennt insbesondere, daß die in Fig. 2 quer zur Gegendichtflache 3 verlaufenden Netzlinien nur eine geringe Abweichung von der Geraden zeigen.The originally square elements show shape deviations, particularly in the area of the lips 2 and 4, which are due to their elastic pre-stressing during assembly and are comparatively small. It can be seen in particular that the mesh lines running transversely to the counter sealing surface 3 in Fig. 2 show only a slight deviation from the straight line.
Das ändert sich, wenn gemäß Fig. 3 druckseitig ein Überdruck aufgebracht wird. Dann wird der Dichtring auch gegen die Stützflächenanteile 6b und 6c gepreßt, wobei Verformungen stattfinden, die den Höhenunterschiesd der Stufen wettmachen. Die zuvor etwa gerade und rechtwinklig zur Gegendichtflache durchlaufenden Linien sind nun S-förmig gekrümmt und zeigen an, daß der Dichtringquerschnitt auf seiner der Gegendichtfläche nahen Seite stärker abgesenkt ist als auf der anderen. Die Kompression des Dichtrings parallel zur Gegendichtflache 3 und seine entsprechende Expansion quer dazu beschränkt sich in diesem Zustand im wesentlichen auf den der Gegendichtflache fernliegenden Bereich 20 oberhalb der Stütz- und Stirnflächenanteile 6a bzw. 7a. Dabei vergrößert sich die Anlagefläche 21 des Dichtrings an der Gegendichtflache 3. In dem Querschnittsbereich 22, der dem Spalt 14 besonders nahe liegt, hat sich hingegen kaum Verformung zugetragen, was man daran erkennt, daß die ursprünglich quadratischen Flächenelemente in diesem Bereich ihre Gestalt kaum verändert haben.This changes when, as shown in Fig. 3, excess pressure is applied on the pressure side. The sealing ring is then also pressed against the support surface portions 6b and 6c, whereby deformations take place that compensate for the height difference of the steps. The lines that were previously straight and perpendicular to the counter sealing surface are now curved in an S-shape and indicate that the sealing ring cross-section is lowered more on the side closest to the counter sealing surface than on the other. The compression of the sealing ring parallel to the counter sealing surface 3 and its corresponding expansion transversely to it is essentially limited in this state to the area 20 far from the counter sealing surface above the support and end surface portions 6a and 7a respectively. In the process, the contact surface 21 of the sealing ring on the counter sealing surface 3 increases in size. In the cross-sectional area 22, which is particularly close to the gap 14, hardly any deformation has occurred, which can be seen from the fact that the originally square surface elements in this area have hardly changed their shape.
Demzufolge ist in diesem Bereich 22 auch noch keine wesentliche Querdehnung zu verzeichnen, die zu einer Annäherung der Dichtringoberfläche 16 in diesem Bereich an die Gegendichtflache hätte führen können.As a result, no significant transverse expansion has yet been observed in this area 22, which could have led to the sealing ring surface 16 in this area coming closer to the counter sealing surface.
Es ist aber nicht nur die geringe Verformung dieses Querschnittsteils 22, die ihn in Abstand von der Gegendichtflache hält. Vielmehr wird auf den Querschnitt des Dichtrings ein Drehmoment ausgeübt, das darauf beruht, daß er außermittig hauptsächlich oberhalb der Flächenelemente 6a, 7a gegenüber der von oben einwirkenden Druckkraft abgestützt wird. Dieses Drehmoment führt dazu, daß der untere Querschnittsteil 22 desHowever, it is not only the slight deformation of this cross-sectional part 22 that keeps it at a distance from the counter sealing surface. Rather, a torque is exerted on the cross-section of the sealing ring, which is based on the fact that it is supported off-center mainly above the surface elements 6a, 7a against the pressure force acting from above. This torque leads to the lower cross-sectional part 22 of the
Dichtrings die Tendenz hat, von der Gegendichtflache 3 wegbewegt zu werden.Sealing ring has a tendency to be moved away from the counter sealing surface 3.
Wird die Druckdifferenz gemäß Fig. 4 weiter gesteigert, so verformt sich der Dichtring im Sinne einer Füllung der auf seiner Niederdruckseite noch bestehenden Leerräume. Da der dem Spalt 14 nahe Querschnittsteil 22 oberhalb der Flächenelemente 6c, 7c wesentlich schmaler als die sonst in diesem Bereich zur Verfugung stehende Eireite des Dichtrings ist, muß er sich zur Füllung des neben ihm befindlichen LeerraumsIf the pressure difference is further increased according to Fig. 4, the sealing ring deforms in the sense of filling the empty spaces still existing on its low-pressure side. Since the cross-sectional part 22 close to the gap 14 above the surface elements 6c, 7c is considerably narrower than the width of the sealing ring otherwise available in this area, it must deform in order to fill the empty space next to it.
15 wesentlich stärker verformen als es bei bekannten Anordnungen der Fall ist, was man in Fig. 4 an der extremen Querdehnung der im Ausgangszustand quadratischen Flächenelemente dieses Bereichs erkennt. Diese Querdehnung ist ersichtlich wesentlich größer als oberhalb der Stütz- und Stirnflächenelemente 6b, 7b und 6a, 7a. Je mehr sich der in Anlage an der Gegendichtflache 3 befindliche Teil 23 der Umfangsflache15 deform significantly more than is the case with known arrangements, which can be seen in Fig. 4 from the extreme transverse expansion of the initially square surface elements of this area. This transverse expansion is clearly significantly greater than above the support and end surface elements 6b, 7b and 6a, 7a. The more the part 23 of the peripheral surface in contact with the counter sealing surface 3
16 des Dichtrings dem Spalt 14 nähert, um so größere Verformung der Querschnittselemente des Dichtrings ist also erfor-0 derlich und um so größer sind auch die elastischen Rückstellkräfte, die im Dichtring seiner Anlage an der Gegendichtflache 3 entgegenwirken. Daraus folgt zum einen, daß der Dichtring sich nahe dem Spalt 14 unter sonst gleichen Form- und Druckverhältnissen im Zusammenhang mit der Erfindung erst bei wesentlich größeren Druckdifferenzen an der Gegendichtflache anlegt als bei bekannten Dichtungsanordnungen und daß er daher bis zu größeren Druckdifferenzen ohne Beschädigungsgefahr durch den Spalt 14 verwendbar ist als bekannte. Zum anderen folgt daraus, daß der Anlagedruck des Dichtrings in dem dem Spalt 14 nahen Bereich geringer ist als bei entsprechenden bekannten Anordnungen und daß demzufolge das abzudichtende Medium, das bei einer Bewegung der Gegendichtflache 3 in der Richtung von der Hoch- zur Niederdruckseite durch die Dichtungsanordnung zur Niederdruckseite hindurchgetreten sein mag, bei der Rückbewegung der Gegendichtflache wieder in den Dichtspalt eingezogen und zurückgefördert wird. Die gesamte Leckmenge wird dadurch verringert; das Dichtvermögen der er-16 of the sealing ring approaches the gap 14, the greater the deformation of the cross-sectional elements of the sealing ring is required and the greater the elastic restoring forces that counteract its contact with the counter sealing surface 3 in the sealing ring. This means that, on the one hand, the sealing ring near the gap 14, under otherwise identical shape and pressure conditions in connection with the invention, only contacts the counter sealing surface at significantly greater pressure differences than in known sealing arrangements and that it can therefore be used up to greater pressure differences without risk of damage through the gap 14 than in known ones. On the other hand, it follows that the contact pressure of the sealing ring in the area close to the gap 14 is lower than in corresponding known arrangements and that, as a result, the medium to be sealed, which may have passed through the sealing arrangement to the low pressure side when the counter sealing surface 3 moves in the direction from the high to the low pressure side, is drawn back into the sealing gap and conveyed back when the counter sealing surface moves back. The total leakage quantity is thereby reduced; the sealing capacity of the
findungsgeitiäßen Anordnung ist entsprechend größer, und der Dichtring wird besser geschmiert als bekannte Anordnungen.The arrangement according to the invention is correspondingly larger and the sealing ring is better lubricated than known arrangements.
Man erkennt anhand dieser Erläuterung, daß die erfindungsgemäße Wirkung darauf beruht, daß die Stufung der Stützfläche 7 die Breite des elastischen Dichtringmaterials um so mehr verringert, je näher dieses der Niederdruckseite und dem Spalt 14 liegt. Die Breite des dem Spalt 14 nächsten Stufenbereichs 22 sollte unabhängig von der Stufenzahl zwischen 5 und 60% der Gesamtbreite des Rings (Abstand zwischen den Flächen 3 und 5), vorzugsweise zwischen 20 und 50% liegen.It can be seen from this explanation that the effect according to the invention is based on the fact that the stepping of the support surface 7 reduces the width of the elastic sealing ring material the more it is located to the low-pressure side and the gap 14. The width of the step region 22 closest to the gap 14 should, regardless of the number of steps, be between 5 and 60% of the total width of the ring (distance between the surfaces 3 and 5), preferably between 20 and 50%.
Versuche haben gezeigt, daß eine Dichtungsanordnung gemäß Fig. 1 bis 4 bis zu Drücken von der Größenordnung 500 bar betriebsfähig ist. In der Versuchsanordnung hatte der Dichtring eine gesamte, parallel zur Gegendichtflache 3 gemessene Höhe von 10 mm, während der Radialabstand zwischen der Gegendichtfläche 3 und der ihr gegenüberliegenden Fläche 5 des Einbauraums 7,5 mm betrug. Als Dichtringmaterial fand ein Polyurethan mit einer Härte von ca. 95 Shore A Verwendung. Elastomerische Werkstoffe werden bevorzugt. Jedoch lassen sich auch mit sogenannten zähelastischen Werkstoffen, z.B. Polytetrafluorethylen und dessen kaltflußarme Varianten gute Ergebnisse erwarten.Tests have shown that a sealing arrangement according to Fig. 1 to 4 is operable up to pressures of the order of 500 bar. In the test arrangement, the sealing ring had a total height, measured parallel to the counter sealing surface 3, of 10 mm, while the radial distance between the counter sealing surface 3 and the opposite surface 5 of the installation space was 7.5 mm. A polyurethane with a hardness of approx. 95 Shore A was used as the sealing ring material. Elastomeric materials are preferred. However, good results can also be expected with so-called viscoelastic materials, e.g. polytetrafluoroethylene and its low-cold flow variants.
Im Beispiel der Fig. 1 bis 4 ist die Stützfläche 6 dreistufig ausgebildet. Es können auch mehr oder weniger Stufen vorgesehen werden können; beispielsweise sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 zwei und im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 fünf Stufen vorgesehen.In the example of Fig. 1 to 4, the support surface 6 is designed in three stages. More or fewer stages can also be provided; for example, in the embodiment according to Fig. 5, two stages are provided and in the embodiment according to Fig. 10, five stages are provided.
Man erkennt auch, daß die erfindungsgemäße Wirkung unabhängig von der druckseitigen Ausbildung des Dichtrings ist. Es ist insbesondere nicht erforderlich, daß er als Nutring mit zwei Lippen 2, 4 ausgeführt ist. Fig. 6 zeigt eine beliebige flache Ausbildung, wobei die entspannte Form die Dichtrings strichpunktiert angedeutet ist.It can also be seen that the effect according to the invention is independent of the pressure-side design of the sealing ring. In particular, it is not necessary for it to be designed as a grooved ring with two lips 2, 4. Fig. 6 shows any flat design, with the relaxed shape of the sealing ring indicated by a dot-dash line.
Zweckmäßig kann es auch sein, wenn gemäß Fig. 11 in den der Niederdruckseite näheren Stufen radiales Spiel zwischen den parallel zur Gegendichtflache verlaufenden Verbindungsflächen 9 bzw. 10 vorgesehen ist.It may also be expedient if, according to Fig. 11, radial play is provided between the connecting surfaces 9 and 10 running parallel to the counter sealing surface in the stages closer to the low-pressure side.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 6 und 10 werden die Stufen als Teil 18 einstückig von dem in der Zeichnung linken Bauteil gebildet. Man erkennt, daß statt dessen im Sinne des in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiels auch ein Einlegering 25 zur niederdruckseitigen Einengung des elastischen Teils des Dichtrings verwendet werden könnte.In the embodiments of Fig. 1 to 6 and 10, the steps are formed as part 18 in one piece from the component on the left in the drawing. It can be seen that instead of this, in the sense of the embodiment shown in Fig. 7, an insert ring 25 could also be used to constrict the elastic part of the sealing ring on the low pressure side.
In den Ausführungen gemäß Fig. 1 bis 7 sind die Stufen im wesentlichen rechteckig ausgeführt. Statt dessen kann auch gemäß Fig. 8 der Abstand zwischen Stütz- und Stirnfläche innerhalb jedes Stufenbereichs keilförmig verlaufen. Es ist auch möglich, lediglich die der Gegendichtflache nächste Stufenflächenpaarung (in Fig. 1 bis 4 die Flächen 6c bzw. 7c) mit einem Keilspalt auszurüsten. Schließlich ist es möglich, daß die Stufen kurvig begrenzt sind, wie dies in Fig. 9 veranschaulicht ist. Es ist dort vorgesehen, daß die Stufenfläche 26 ihren höchsten Punkt 27 etwa in der Mitte zwischen der Gegendichtf lache 3 und der dieser gegenüberliegenden Seitenfläehe 5 hat und auf der von der Gegendichtflache entfernteren Seite dieses höchsten Punkts 27 wieder abfällt. Dadurch wird eine Art Tasche gebildet, die den niederdruckseitigen Teil der Rings von der Gegendichtflache 3 fernhält. Bei den Ausführungen gemäß Fig. 1 bis 7 könnte jede oder könnten einzelne der Stufenflächen kurvig wie in Fig. 9 oder auch geradlinig geneigt sein.In the designs according to Fig. 1 to 7, the steps are essentially rectangular. Instead, according to Fig. 8, the distance between the support surface and the front surface can be wedge-shaped within each step area. It is also possible to equip only the step surface pair closest to the counter-sealing surface (in Fig. 1 to 4, the surfaces 6c and 7c) with a wedge gap. Finally, it is possible for the steps to be curved, as shown in Fig. 9. There, it is provided that the step surface 26 has its highest point 27 approximately in the middle between the counter-sealing surface 3 and the side surface 5 opposite it, and drops off again on the side of this highest point 27 further away from the counter-sealing surface. This forms a kind of pocket that keeps the low-pressure side part of the ring away from the counter-sealing surface 3. In the designs according to Fig. 1 to 7, each or some of the step surfaces could be curved as in Fig. 9 or straight-line inclined.
Diese Taschenbildung kann auch in mehreren Stufen jeweils vorgesehen werden. So zeigt Fig. 12 eine dreistufige Ausführung, in der die quer zur Gegendichtflache verlaufenden Stützflächen von der Gegendichtflache weg zur Niederdruckseite hin abfallen. Auf die zugehörigen Stirnflächen desThis pocket formation can also be provided in several stages. Fig. 12 shows a three-stage design, in which the support surfaces running transversely to the counter sealing surface slope away from the counter sealing surface towards the low-pressure side. The corresponding end faces of the
Dichtstreifens wird dadurch eine Kraft ausgeübt, die sie von der Gegendichtflache fernzuhalten bestrebt ist. Das gilt auch dann, wenn - wie gezeigt - die Stirnflächen mit den Stützflächen jeweils ein von der Gegendichtflache weg sich vergrößerndes Spiel einschließen.This exerts a force on the sealing strip that tends to keep it away from the counter sealing surface. This also applies if - as shown - the end faces with the support surfaces each enclose a clearance that increases away from the counter sealing surface.
Die in den Beispielen der Fig. 1 bis 4, 8 und 10 in der Stützfläche 6 und der Stirnfläche 7 unterschiedlich vorgesehenen Stufenhöhen bewirken, daß dort der der Niederdruckseite nächstliegende Querschnittsteil 22 unterhalb einer gewissen Druckdifferenzstufe praktisch nicht an der Verformung teilnimmt. Dies ist zwar vorteilhaft, aber nicht unbedingt erforderlich, wie die Ausführungen gemäß Fig. 5 bis 7 zeigen, in denen eine solche unterschiedliche Stufenhöhe nicht vorgesehen ist. Vielmehr beruht die erfindungsgemäß zu erreichende Wirkung dort nur auf der Verringerung der Breite des elastischen Materials zur Niederdruckseite hin.The different step heights provided in the support surface 6 and the front surface 7 in the examples in Fig. 1 to 4, 8 and 10 mean that the cross-sectional part 22 closest to the low-pressure side practically does not participate in the deformation below a certain pressure difference level. This is advantageous, but not absolutely necessary, as the embodiments according to Fig. 5 to 7 show, in which such a different step height is not provided. Rather, the effect to be achieved according to the invention is based only on the reduction of the width of the elastic material towards the low-pressure side.
Dabei wurde davon ausgegangen, daß die Stützfläche 6 des Einbauraums und die Stirnfläche 7 des Dichtrings unverbunden sind. In Fig. 13 bis 15 ist nun ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem diese Flächen fest miteinander verbunden sind. Der Dichtring besteht aus zwei Querschnittsteilen, nämlich einem Querschnittsteil 30 aus elastisch nachgiebigem Material und einem Querschnittsteil 31, das einen wesentlich höheren Elastizitätsmodul aufweist und beispielsweise aus Metall besteht. Die Querschnittsteile 30 und 31 sind in der Grenzfläche 32 fest miteinander verbunden, beispielsweise durch Vulkanisierung. Die Grenzfläche verläuft in solcher Weise, daß die Breite des elastischen Teils 30 zur Niederdruckseite hin abnimmt. In dem dem Spalt 14 nächstliegenden Bereich 33 hat sie eine Breite, die nur noch bei 5-30% der gesamten Breite zwischen Gegendichtflache 3 und der gegenüberliegenden Fläche 5 des Einbauraums liegt. Ferner ist die Breite des Bereichs 33 im Mittel nicht viel größer, teilweise sogar geringer als die Breite des zwischen diesem Bereich 33 und der Gegendichtflache befindlichen Zwischenraums 34 imIt was assumed that the support surface 6 of the installation space and the end face 7 of the sealing ring are unconnected. Fig. 13 to 15 show an embodiment in which these surfaces are firmly connected to one another. The sealing ring consists of two cross-sectional parts, namely a cross-sectional part 30 made of elastically flexible material and a cross-sectional part 31 which has a significantly higher modulus of elasticity and is made of metal, for example. The cross-sectional parts 30 and 31 are firmly connected to one another in the interface 32, for example by vulcanization. The interface runs in such a way that the width of the elastic part 30 decreases towards the low-pressure side. In the area 33 closest to the gap 14, it has a width which is only 5-30% of the total width between the counter sealing surface 3 and the opposite surface 5 of the installation space. Furthermore, the width of the area 33 is on average not much larger, and in some cases even smaller, than the width of the gap 34 between this area 33 and the counter sealing surface in the
druckdifferenzfreien Zustand. Wie klein die Breite des Bereichs 33 im Verhältnis zur Breite des Zwischenraums 34 gemacht werden kann, hängt von der elastischen Verformbarkeit des Materials ab. Sie läßt sich durch Versuch leicht ermitteln. Die Querschnittsform des Ringteils 31 ist durch Stufen einer Dreiecksform angenähert.pressure difference-free state. How small the width of the area 33 can be made in relation to the width of the gap 34 depends on the elastic deformability of the material. This can easily be determined by experiment. The cross-sectional shape of the ring part 31 is approximated to a triangular shape by means of steps.
Dadurch, daß der Bereich 33 an dem härteren Ringteil 31 festgehalten ist, sind beträchtliche Drücke erforderlich, um die Umfangsflache 16 des elastischen Teils 30 bis hin zur Nähe zum Spalt 14 zur Anlage an der Gegendichtflache 3 zu bringen. Dies wird deutlich beim Vergleich der Fig. 13 und 14, die den Dichtring zum einen im druckdifferertzfreien Einbauzustand und zum anderen bei hoher Druckdifferenz zeigen. An der Deformation der ursprünglich quadratisch zu denkenden Querschnittselemente in Fig. 14 erkennt man, daß hohe elastische Kräfte der Anlage des Dichtrings im niederdrucknahen Bereich an der Gegendichtflache entgegenwirken.Because the area 33 is held on the harder ring part 31, considerable pressures are required to bring the peripheral surface 16 of the elastic part 30 into contact with the counter sealing surface 3 up to the vicinity of the gap 14. This becomes clear when comparing Fig. 13 and 14, which show the sealing ring in the installed state without a pressure difference and at a high pressure difference. The deformation of the cross-sectional elements, which were originally thought to be square, in Fig. 14 shows that high elastic forces counteract the contact of the sealing ring in the area close to the low pressure on the counter sealing surface.
In allen dargestellten Beispielen ist vorausgesetzt, daß zumindest im niederdrucknahen Bereich die Umfangsflache 16 des Dichtrings im druckdifferenzfreien Einbauzustand einen Abstand 15, 34 von der Gegendichtflache 3 besitzt. Jedoch ist dies nicht in allen Fällen erforderlich.In all examples shown, it is assumed that at least in the area close to low pressure, the circumferential surface 16 of the sealing ring has a distance 15, 34 from the counter sealing surface 3 in the pressure difference-free installation state. However, this is not necessary in all cases.
Wenn die Stirnfläche des Dichtrings und die damit zusammenwirkende Stützfläche von getrennten Teilen gebildet sind, sollten sie bzw. ihre Stufenelemente im wesentlichen rechtwinklig zur Gegendichtflache oder in Richtung von der Gegendichtfläche weg niederdruckwärts (Fig. 12) verlaufen. Eine geringe Neigung im entgegengesetzten Sinn kann unschädlich sein. In dem der Gegendichtflache 3 nächstliegenden Abschnitt (6c in Fig. 1) ist eine nach innen niederdruckwärts gerichtete Neigung jedoch in der Regel nachteilig, weil dadurch eine zur Gegendichtflache hin gerichtete Kraft auf den Dichtring ausgeübt wird.If the front surface of the sealing ring and the supporting surface interacting with it are formed by separate parts, they or their step elements should run essentially at right angles to the counter sealing surface or in the direction away from the counter sealing surface towards the low pressure (Fig. 12). A slight inclination in the opposite direction can be harmless. In the section closest to the counter sealing surface 3 (6c in Fig. 1), however, an inclination directed inwards towards the low pressure is generally disadvantageous because it exerts a force on the sealing ring directed towards the counter sealing surface.
Wenn aber die Stirnfläche des Dichtrings und die Stützfläche eines härteren Ringteils fest miteinander verbunden sind, können sie auch zur Gegendichtflache hin und niederdruckwärts geneigt sein, wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 bis 15 im Bereich 35 zeigt.However, if the front surface of the sealing ring and the support surface of a harder ring part are firmly connected to one another, they can also be inclined towards the counter sealing surface and towards the low pressure, as the embodiment according to Fig. 13 to 15 shows in area 35.
Claims (16)
Seitenfläche (5) und einer quer zur Gegendichtf lache (3) verlaufenden, niederdruckseitigen Stützfläche (6) eines zweiten Bauteils begrenzt ist, einenfrom a counter sealing surface (3) of a first component and on the other hand from a counter sealing surface (3) opposite
side surface (5) and a low-pressure side support surface (6) of a second component running transversely to the counter sealing surface (3), a
Druckdifferenz großenteils an der Gegendichtflache an-Sealing strip (1) made of elastic material, the side surface (16) of which interacts with the counter sealing surface (3) in the state of pressure equality of the said spaces at least on the pressure side and in the state of maximum
Pressure difference largely at the counter sealing surface
Gegendichtflache (3) zugewandten Querschnittsteil be-characterized in that on the side of the sealing strip facing away from the counter sealing surface (3) a cross-sectional part (18, 25, 31) made of harder material is provided, which presses the elastic material onto one of the
Cross-sectional part facing the counter sealing surface (3)
ist.whose width measured transversely to the counter sealing surface (3) is less than the total width of the sealing strip
is.
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