DE3002626C2

DE3002626C2 - Dichtungsvorrichtung zum Abdichten zweier Räume unterschiedlichen Druckes

Info

Publication number: DE3002626C2
Application number: DE3002626A
Authority: DE
Inventors: Erik Nordborg Andersen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE3002626A1; IT1143294B; JPS6227307B2; GB2068060A; IT8167073A0; DK21481A; CA1156692A; FR2474630A1; FR2474630B1; JPS56109952A; GB2068060B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten zweier Räume unterschiedlichen Druckes, bei der ein Dichtelement, das aus einem Tragkörper und einer damit verbundenen Feder besteht, zwischen zwei parallelen Wänden unter Vorspannung eingesetzt und relativ zu zumindest einer Wand, die einen abzudichtenden Durchbruch aufweist, bewegbar ist.

Bei einer bekannter·. Dichtungsvorrichtung dieser Art (DE-AS 22 55 278) liegt der plattenförmige Tragkörper selbst mit einem ovalen Wulst dichtend an der einen Wand an. Die Feder ist aus Blech gebogen; ihr flaches Mittelteil ist mit Löchern auf Zapfen des Tragkörpers aufgeschoben, vier abgebogene Arme liegen an der gegenüberliegenden Wand unter Vorspannung an. Die Feder ist ein kompliziertes Formteil. Außerdem kann sie vor dem Einbau verlorengehen, da sie lediglich durch Aufstecken mit dem Tragkörper verbunden ist

Bei einer bekannten elastischen Dichtung für Rohrverbindungen oder Maschinenteile (DE-GM 66 04 559) ist eine Tellerfeder, die mit einem weicheren Werkstoff überzogen ist, zwischen zwei fest miteinander verbundene Maschinenteile eingespannt. Die Tellerfeder wird in ungespanntem Zustand in die Ringnut eingelegt und ist daher weder mit dem einen noch mit dem anderen Maschinenteil fest verbunden. Solche Dichtungen, bei denen in ein., η Kunststoffkörper eine Tellerfeder eingeformt ist, sind auch ohne Angabe des Anwendungszwecks bekannt (DE-GM 19 65 014).

Bekannt ist auch eine Dichtung zwischen zwei fest miteinander montierten Flanschen (GB-PS 9 28 699), bei denen eine Tellerfeder lose in einen Hohlraum eingelegt ist und sich an ihrem inneren und äußeren Rand an Einlagen aus hartem Material abstützt. Mit diesen Teilen ist die Tellerfeder nicht verbunden. Sie soll vielmehr austauschbar sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die billig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Feder eine Tellerfeder ist, die im Bereich ihres Lochumfangs an dem Tragkörper abdichtend befestigt ist, und daß ihre im Bereich des anderen Umfangs an der Wand anliegenden Teile einen geschlossenen Dichtrand bilden.

Eine solche Dichtungsvorrirhtung läßt sich billig herstellen. Denn die Feder ist eine preiswerte Tellerfeder. Da diese Tellerfeder auch die Funktion eines Dichtelements übernimmt, also der Tragkörper nicht mehr zu dichten braucht, kann dessen Material nach anderen Gesichtspunkten, also insbesondere preiswerte, gewählt werden. Wegen der Doppelfunktion der Tellerfeder ist auch der Platzbedarf geringer. Da die Tellerfeder am Tragkörper befestigt ist, ergibt sich ein einstückiges Dichtelement, das nicht erst bei der

Montage zusammengesetzt werden muß. Da der AuBenrand an der Wand anliegt, ergibt sich im Vergleich zum Innenrand eine geringere Flächenpressung; die Reibungsabnutzung bei der erforderlichen Relativbewegung ist daher geringer. Weil die Tellerfeder im Bereich des Lochumfangs an dem Tragkörper befestigt ist, wird, wenn das Dichtelement außen vom abzudichtenden Druck umgeben ist, die Kraft der Tellerfeder durch diesen Druck unterstützt.

Bei einer bevorzugten A.usführungsform ist dafür gesorgt, daß eine zweite gleichartige Tellerfeder symmetrisch zur ersten Tellerfeder zwischen der anderen Seite des Tragkörpers und der zweiten Wand vorgesehen ist. Auf diese Weise ergibt sich ein vollkommen symmetrisches Dichtelement. Dies hat mechanische Vorteile, weil bei der Relativbewegung an beiden Seiten annähernd gleiche Reibungskräfte auftreten. Auch die Abnutzung ist beidseitig gleich groß. Wenn ein zwischen den Wänden herrschender Druck nach beiden Seiten hin abzudichten ist, ergeben sich an beiden Dichtstellen absolut gleiche Verhältnisse. Insbesondere ist der Tragkörper selbst druckentlastet Das Dichtelement zentriert sich auch selbst, im Vergleich zu einer Konstruktion mit einem dichtend anliegenden plattenförmigen Tragkörper sind die Anforderungen an die Planparallelität der gegenüberliegenden Dichtflächen nicht groß.

Mit Vorteil weist der Dichtrand eine Planfläche auf. Diese kann beispielsweise durch Planschleifen erzeugt sein. Auf diese Weise ist der Dichtrand flächig ausgeführt, so daß die Flächenpressung nicht zu große Werte annimmt.

Der Tragkörper und die Tellerfeder können insbesondere aus Stahl bestehen. Dies ist nicht nur aus mechanischen Gründen von Interesse. Vielmehr läßt sich korrosionsfester Stahl in vielen chemischen Prozessen für das Abdichtelement einsetzen. Außerdem ist eine solche Dichtung hoch temperaturbeständig.

Hierbei ist es günstig, wenn der Stahl der Tellerfeder zumindest am Dichtrand gehärtet ist. Dies erhöht die Lebensdauer. Den gleichen Effekt erreicht man auch, wenn die Tellerfeder zumindest am Dichtrand einen Überzug aus hartem Material, wie Titancarbid, aufweist. In anderen Fällen ist es aber auch möglich, den Tragkörper und die Tellerfeder aus Kunststoff bestehen zu lassen. Kunststoff hat häufig auch bei geringeren Andruckkräflen eine außerordentlich gute Dichtwirkung Er 'äßt sich in den meisten Fällen auch so wählen, daß er gegenüber dem abzudichtenden Medium beständig ist.

Eine besonders einfache Möglichkeit, Tellerfeder und Tragkörper abgedichtet aneinander zu befestigen, besteht dann, sie durch Preßschweißung miteinander ?u verbinden. Dies gilt sowohl für Stahl- als auch für Kunststoflf-Dichtelemente.

In diesem Zusammenhang ist es empfehlenswert, daß der Tragkörper an seiner Stirnseite eine kreisförmige Kante mil einem etwas größeren Durchmesser als dem Lochdurchmesser der Tellerfeder aufweist Durch diese Kante ergibt «,ich eine definierte Auflagefläche beim Schweißvorgang, an der sich eine gleichmäßige, dichte Naht bilden,

Ein Ktlnststoff-Dichlelement kann auch einstückig gespritzt werden.

Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß der Tragkörper ein IVlittellöch aufweisen darf. Denn der Raum außerhalb des Dichtelements ist sicher gegenüber diesem Mitlelloch abgedfojltet, weil die Tellerfeder abgedichtet mit dem Tragkörper verbunden ist

Das Dichtelement eignet sich besonders zur Abdichtung des Betätigungsgliedes eines Flachschiebers nacn außen hin, weil in diesem Fall nur wenig Platz zur Verfügung steht.

Das Dichtelement kann ferner mit einer den Wanddurchbruch durchsetzenden rotierenden Welle drehfest verbunden sein. Es eignet sich daher nicht nur für lineare Relativbewegungen, wie sie bei einem lu Flachschieber für ein Ventil auftreten, sondern auch für Drehbewegungen. Das Dichtelement übernimmt hierbei die Funktion der bekannten Gleitringdichtungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Tragkörper eine Außenverzahnung auf, die mit einem weiteren Zahnelement, beispielsweise einem verzahnten Rotationsschieber, zusammenwirkt, und das Mittelloch ist von der Welle durchsetzt. Der im Bereich der Zahnelemente auftretende Druck wird sicher nach beiden Seiten hin abgedichtet

Eine andpre Möglichkeit besteht darin, daß die Wanddurchbrüche Schlitze sind, in de . η eine mit dem Dichtelemeni verbundene Achse quer zu ihrer Längserstreckung verschiebbar ist, und daß der Durchmesser des Dichtrandes der Tellerfeder größer ist als die Länge der Schlitze. Auch auf diese Weise kann ein zwiscnen den Wänden herrschender Druck trotz Beweglichkeit des Dichtelements nach beiden Seiten hin abgedichtet werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Ji) Erfindung anhand der Zeichnungen btschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Dichtelements,

F i g. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel, in π welchem das Dichtelement der Fi g. 1 als Flachschieber benutzt wird.

Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Dichtelements,

Fig.4 einen Teilschnitt durch ein Gehäuse, in welchem dieses Dichtelement als Betätigungsglied für einen Rotations-Flachschieber benutzt wird.

F i ι. 5 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Dichtelements.

Fig. 6 einen Teilschnitt durch ein Gehäuse, in welchem dieses Dichtelement als Betätigungsglied für einen auf und ab bewegbaren Flachschieber dient,

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ventils mit Flachschieberund

Fig. 8 einen Längsschnitt längs der Linie A-A der >o F i g. 7.

Das Dichtelement 2 in Fig. 1 weist einen plattenförmigen Tragkörper 4 auf. der beidseitig mit einer Tellerfeder 6 und 8 versehen ist. Der Tragkörper 4 ist eine durrh,i;ehende Kreisplatte, die auf beiden Seiten je eine Vertiefung 10 und 12 besitzt, deren Durchmesser etwas größer ist als drv Durchmesser des Locni;mfangs 14 bzw. 16 der Tellerfedern 6 und 8. Am Rand der Vertiefung 10 ergib* sich eine Ringkante 18. an der die Tellerfeder 6 mit dem Tragkörper 4 durch Preßschwei-Dung fest und abgedichtet verbunden ist. Am Rand der Vertiefung 12 ergibt sich em.e Ringkante 20, an der die Tellerfeder 8 durch Preßschweißung fest und abgedichtet mit^ dem Tragkörper 4 verbunden ist bie beiden Stirnseiten sind plangeschliffen, so daß sich bei der tellerfeder 6 eine Ringfläche als Dichtrand 22 und bei der Tellerfeder 8 eine Ringiiäche als Dichtrand 24 «rgibt.
Gemäß Fig,2 ist das Dichtelemeni 2 als Flachschie-

ber in einer Bohrung 26 eines Ventilstellglieds 28 eingesetzt, das um eine in der Zeichenebene liegende Achse drehbar ist. Ein Ventilgehäuse 32 wird durch zwei Gehäuseteile 34 und 36 gebildet, die unter Zwischenschaltung einer Dichtung aneinandergepreßt sind, Im Gehäüseabschnitt 34 befindet sich ein Kanälabschnitt 38, der mit einer Wand 40 endet. Im Gehäuseteil 36 befindet sich ein Kanalabschnitt 42, der in einer Wand 44 endet. An diesen beiden Wänden 40 und 44 liegen die Dichlränder 22 und 24 der Tellerfedern 6 und 8 unter Vorspannung an. In der veranschaulichten Stellung sind die Kanaiabschnitte 38 und 42 durch zwei hintereinander geschaltete Dichtstellen voneinander getrennt. Dies entspricht einer Art Labyrinthdichtung, bei der zwei Dichtstellen 46 und 48 hintereinander geschaltet sind. Wenn im Kanalabschnitt 38 der höhere Druck p\ und im Kanalabschnitt 42 der kleinere Druck pi herrscht, stellt sich im Raum 50 zwischen den beiden Wänden 40 und 44 ein Druck pi ein. der etwa in der Mitte zwischen den beiden Drücken p\ uiiti μι iiegi. Das ucdcüici, uüS uicScf Druck auf die Rückseite der Tellerfedern 6 und 8 wirkt und dadurch die Federkraft unterstützt. Durch Verdrehen des Stellgliedes 28 werden die Kanalabschnitte 38 und 42 über eine in Umfangsrichtung versetzte Bohrung im Stellglied 28 miteinander verbunden.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4 besteht ein Dichtelement 52 aus einem Tragkörper 54 und den beiden Tellerfedern 56 und 58. Diese sind in ähnlicher Weise wie in Fig. 1 an der Tragplatte befestigt. Unterschiedlich ist es. daß der Tragkörper außen eine Verzahnung 60 aufweist und ein Mittelloch 62 besitzt, das Axialleisten 64 zur Bildung einer Vielnutverbindung mit einer Welle 66 besitzt.

Wie Fig.4 zeigt, ist die Welle 66 in zwei Lagerbuchsen 68 und 70 gelagert, die in zwei Teilen 72 und 74 eines Gehäuses 76 angeordnet sind. Die Stirnseiten der beiden Lagerbuchsen bilden Wände 78 und 80. an denen der Dichtrand der Tellerfedern 56 und 58 anliegt. Die Verzahnung 60 wirkt mit einem weiteren Zahnrad 82 zusammen, das beispielsweise ein Rotations-Flachschieber. Teil eines Getriebes o. dgl. sein kann. Der Raum 84 zwischen den Wänden 78 und 80 kam beispielsweise unter einem höheren Druck p₄ stehen, der durch die beiden Dichtstellen 86 und 88 nach außen hin abgedichtet ist. Hierbei ist es nicht erforderlich, daß die Welle 66 das Mittelloch 62 abgedichtet durchsetzt

In beiden vorgenannten Fällen können die Dichtränder 22 und 24 gehärtet und mit Titancarbid überzogen sein, um die Abnutzungs- und Gleiteigenschaften zu verbessern.

Bei der Ausführungsform nach Fig.5 ist ein Dichtelement 102 einstückig aus Kunststoff gespritzt. Ein Tragkörper 104 und zwei Tellerfedern 106 und 108 sind-'über innere VerbindungssTellen 110 und 112 miteinander verbunden. Außerdem ist ein Mittelloch 114 vorgesehen.

In F i g. 6 ist dieses Dichtelement 102 mit einer Achse 116 verbunden, die mit Hilfe eines Betätigungsgliedes 118 in Richtung des Pfeiles 120 auf- und abbewegbar ist.

Ein Gehäuse 122 besteht aus zwei Teilen 124 und 126. Einsätze 128 und 130 weisen je einen vertikalen Schlitz 132 bzw. 134 auf, in welchem die Achse 116 vertikal geführt ist. Wände 136 und 138 bilden mit den Tellerfedern 106 und 108 zwei Dichtstellen 140 und 142,

ίο welche den Druck ps im Innenraum 144 zwischen den Gehäuseteilen 124 und 126 nach außen hin abdichten. Das Dichtelerhenf 102 ist in eine Bohrung 146 eines Flachschiebers 148 eingesetzt, der mehrere Durchbrüche 150 aufweist und mittels einer Feder 152 gegen ein

!■> im Gehäuseteil 124 festgehaltenes Gatter 154 gedrückt wird, das ebenfalls mehrere Durchbrüche 157 besitzt. Durch Auf- und Abbewegen des Betätigungsgliedes 118 wird das Flachschieberventil geöffnet bzw. geschlossen, wobei der in den Anschlußkanäten 157 bzw. 158

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Bei der Ausführungsform nach den F i g. 7 und 8 ist in einem Gehäuse 160 ein feststehendes Gatter 162 mit Durchbrüchen 164 angeordnet, längs dessen ein Flachschieber 166 mit Durchbrüchen 168 verschiebbar ist. Der Flachschieber ist durch eine Feder 170 belastet und durch einen Arm 172 an einer Betätigungswelle 174 verstellbar. Die BetätigungsweHe 174 weist einen Tragkörper 176 auf, an dessen beiden Stirnseiten je eine Tellerfeder 178 und 180 befestigt ist. Der Dichtrand der Tellerfeder 178 liegt an einer Wand 182 einer Buchse 184, der Dichtrand der Tellerfeder 180 an einer Wand 186 einer Buchse 188 an. Let?*ere ist mittels einer Schraubhülse 190 axial verlagerbar. Auf diese Weise läßt sich die Andruckkraft der beiden Tellerfedern 178 und 180 einstellen. Auch in diesem Fall ist der im innenraum 132 des Gehäuses 160 herrschende Druck /% durch die Dichtwirkung der Tellerfeder 180 nach außen hin abgesperrt. Die Tellerfeder 178 sorgt für eine symmetrische Lage des Tragkörpers 176. Dieser bildet

·« daher zusammen mit der Tellerfeder 180 ein Dichtelement 194 zur abgedichteten Herausführung der BetätigungsweHe 174.

Auf diese Weise ergibt sich eine Dichtverbindung, die einfach und billig hergestellt werden kann. Das

•'s Dichtelement gleicht kleinere Ungleichmäßigkeiten zwischen den beiden Wandflächen aus und justiert sich selber. Die Materialpaarungen können so gewählt werden, daß sich eine große Verschleißbeständigkeit ergibt. Auch lassen sich beliebige Materialien so wählen.

so daß auch bei aggressiven Medien eine hohe Korrosionsbeständigkeit besteht Da der Druck teilweise auf die Rückseiten der Tellerfedern wirkt, ergibt si Ί mit steigendem Druck in dem Raum zwischen den beiden Wänden auch eine höhere Anpreßkraft für die Abdichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsvorrichtung zum Abdichten zweier Räume unterschiedlichen Druckes, bei der ein Dichtelement, das aus einem TragKÖrper und einer damit verbundenen Feder besteht, zwischen zwei parallelen Wänden unter Vorspannung eingesetzt und relativ zu zumindest einer Wand, die einen abzudichtenden Durchbruch aufweist, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Tellerfeder (6,8; 56,58; 106,108; 180) ist, die im Bereich ihres Lochumfangs an dem Tragkörper (4; 54; 176; 104) abdichtend befestigt ist, und daß ihre im Bereich des anderen Umfangs an der Wand (40, 44; 78, 80; 136, 138; 186) anliegenden Teile einen geschlossenen Dichtrand (22,24) bilden!

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite gleichartige Tellerfeder (8; 58; 108; 178) symmetrisch zur ersten Tellerfeder (6; 56; 106; ifcO) zwischen der anderen Seite des Tragkörpers (4; 54; 104) und der zweiten Wand vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrand (22, 24) eine Planfläche aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (4) und die Tellerfeder (6,8) aus Stahl bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl der Tellerfeder (6, 8) zumindest ar Dichtrand (22,24) gehärtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (6,8) zumindest am Dichtrand (22, 24) einen Oberzug aus hartem Material, wie Titancarbid, aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (104) und die Tellerfeder (106, 108) aus Kunststoff bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (6, 8) mit dem Tragkörper (4) durch Preßschweißun.T verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (4) an seiner Stirnseite eine kreisförmige Kante (J8, 20) mit einem etwas größeren Durchmesser als dem Innendurchmesser der Tellerfeder (6,8) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (102) einstükkig gespritzt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (54, 104) ein Mittelloch (62; 114) aufweist.

I 2 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddurchbrüche Schlit/e (132, 134) sind, in denen eine mit dem Dichtelement (102) verbundene Achse (116) quer zu ihrer Längserstreckung verschiebbar ist, und daß der Durchmesser des Dightrandes (22, 24) der Tellerfeder (106, 108) größer ist als die Länge der Schlitze,

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß das Dichtelement (52; 102; 194) das Betätigungsglied (66; 116; 174) eines Flachschieber (82; 148; 166) nach außen hin abdichtet.

14, Anwendung der Dichlungsvöf richtung nach

einem der Ansprüche I bis 13, dadurch gekepnaeichnet, daß das Dichtelement (52; 194) mit einer den Wanddurchbruch durchsetzenden Welle (66; 174) drehfest verbunden ist.

15. Anwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (54) eine Außenverzahnung (60), die mit einem weiteren Zahnelement (86) zusammenwirkt, aufweist und das Mittelluch (62) von der Welle (66) durchsetzt ist.