DE3923988A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zum Ab­ trennen zweier, über einen zwischen zwei Bauteilen vor­ handenen Ringspalt miteinander verbundener Räume, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.

Eine Dichtungsanordnung dieser Art ist bekannt (DE-OS 19 35 702).

Bei dieser Konstruktion liegt der Dichtring mit seinen äußeren und inneren Dichtflächen an jeweils einer der den Ringspalt begrenzenden, zylindrischen Umfangsflächen an und ist niederdruckseitig mit einer geschlossenen Stirn­ seite an einer radialen Ringschulterfläche des diesen aufnehmenden Spaltabschnittes abgestützt.

Zur Erzielung einer ausreichenden Radialanpressung seiner umfangsseitigen Dichtflächen ist dessen von einer elastomeren Ummantelung umschlossene, im Querschnitt U-förmige und sich zur Druckseite hin öffnende Armierung derart ausgebildet, daß sich deren U-Schenkel in nicht eingespanntem Zustand des Dichtringes spreizen. Demgemäß ist der Radialabstand beider Dichtflächen größer als der­ jenige der zueinander abzudichtenden Spaltbegrenzungsflä­ chen, wodurch nach erfolgter Dichtringmontage dessen Dichtflächen durch eine Radialkraft mit den abzudichtenden Umfangsflächen in Berührung gehalten werden, die eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet.

Durch die sich hierzu in radialer Richtung federnd auf­ weitende Ausbildung der Armierung wurde es möglich, zur Herstellung der Dichtflächen bzw. Armierungsummantelung ein Dichtungsmaterial einsetzen zu können, daß sich durch besonders hohe Verschleißfestigkeit, hohe Dehn- und Druckfestigkeit sowie geringe Reibung, jedoch auch durch weitgehend fehlende Elastizität auszeichnet. Um ein der­ artiges Material handelt es sich beispielsweise bei Polytetrafluorethylen-Harz (Teflon).

Das radiale Aufweiten der ringförmigen Armierung wurde in diesem Falle durch eine in ihrer Herstellung aufwendige und entsprechend teure Spezialkonstruktion erreicht. Hierzu ist ein Stahlband zu einem flexiblen, am Umfang geschlossenen Rohr gewendelt, aus dem anschließend ein geschlossener Ring hergestellt wird, in dessen Mantel in Ringachsrichtung eine im Querschnitt U-förmige, kanalartige Vertiefung eingeformt wird. Dadurch entstehen gespreizte, in radialer Richtung federnd nachgiebige Ringschenkel. Die Armierung wird schließlich mit dem Dichtmaterial ummantelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungs­ anordnung in einer Ausbildung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so zu verbessern, daß für den Dichtring gleichfalls gute Dichteigenschaften, jedoch nur eine ge­ ringe Elastizität aufweisendes Dichtungsmaterial verwen­ det, dabei aber für die Radialanpressung seiner Dichtflä­ chen an die Spaltbegrenzungsflächen auf eine aufwendig herzustellende Dichtringarmierung verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion kommt die Radial­ anpressung des Dichtringes aufgrund seiner Konizität und axialverschieblichen Anordnung im radial erweiterten Spaltabschnitt, in Abhängigkeit von der anstehenden Druckdifferenz zwischen beiden, gegenseitig abzudichtenden Räumen zustande. Dabei wird bei einer Axialverlagerung der Druck auf die Armierung des Dichtringes in radialer Rich­ tung erhöht. Entsprechend ergibt sich eine erhöhte, Anpreßkraft auf die Ringdichtflächen. Es bietet sich da­ durch die Möglichkeit, mit einer Dichtringarmierung ohne nach radial außen bzw. innen auffedernd wirkenden Eigen­ schaften auszukommen. Als Ringarmierung genügt deshalb ein aus einer Ringscheibe im Tiefziehverfahren entsprechend preiswert herstellbarer, im Querschnitt U-förmiger, ver­ hältnismäßig steifer Metallring.

Die Dichtflächen des Dichtringes lassen sich dabei während seiner Montage durch axiales Verschieben desselben an die Spaltbegrenzungsflächen abdichtend anlegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Neben der Dichtungsanordnung gemäß DE-OS 19 36 702, von der die Erfindung ausgeht, ist aus der DE-OS 21 11 312 eine Dichtungsanordnung bekannt, die gleichfalls einen in einem erweiterten Spaltabschnitt angeordneten Dichtring umfaßt, der eine ringförmige, von einer elastomeren Ummantelung umschlossene Armierung sowie einen U-förmigen Querschnitt aufweist.

Abgesehen davon, daß auch in diesem Falle die im Quer­ schnitt U-förmige Armierung als aufwendiges Bauteil zur Erzeugung eines Dichtlippen mit Spaltbegrenzungsflächen in abdichtender Berührung haltenden Stützelementes auszubil­ den ist, wird dessen abdichtende Anpressung nicht durch axiales Verlagern sondern ausschließlich durch druckab­ hängiges Spreizen der Dichtringschenkel bewirkt.

Der gleiche Sachverhalt ist auch bei den Dichtungsanord­ nungen gemäß US-PS 30 33 582 sowie US-Z: Hydraulics und Pneumatics, Mai 1961, Seite 134, Anzeige der Fa. Henkel Nr. 1 und 3, gegeben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung und

Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dich­ tungsanordnung,

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel der Dichtungsanord­ nung.

In Fig. 1 bezeichnen 10 und 12 zwei zueinander ortsfeste Bauteile, die zwischen sich einen Ringspalt 14 definieren, der zwei nicht näher gezeigte Räume miteinander verbindet, von denen einer an eine Druckquelle angeschlossen ist. Diese beiden Räume sind voneinander druckdicht getrennt. Hierzu dient eine als Ganzes mit 16 bezeichnete Dich­ tungsanordnung.

Diese weist einen Dichtring 18 auf, der in einem radial erweiterten Spaltabschnitt 20 des Ringspaltes 14 angeord­ net ist. Dieser Spaltabschnitt 20 ist beispielsweise in das Bauteil 12 eingearbeitet. Ebensogut könnte dieser auch im Bauteil 10 vorgesehen sein. Die Abmessung des Dicht­ ringes 18 in dessen Achsrichtung ist kleiner als die Breite des Spaltabschnittes 20.

Der Dichtring 18 weist eine aus geeignetem Metall, bei­ spielsweise aus tiefgezogenem Stahlblech, hergestellte, im Querschnitt U-förmige Armierung 22 in Form eines Ringes auf, die in einer aus geeignetem Dichtungsmaterial beste­ henden Ummantelung 24 liegt.

Der Dichtring 18 liegt mit einer an seinem Außenumfang vorgesehenen Dichtfläche 26 an einer innenumfangsseitigen Spaltbegrenzungsfläche 28 des Bauteils 10 und mit einer an dessen Innenumfang vorgesehenen Dichtfläche 30 an einem den Grund des radial erweiterten Spaltabschnittes 20 bil­ denden Außenumfangsflächenteil 32 abdichtend an.

Der Dichtring 18 ist am Innenumfang konisch ausgebildet. und erweitert sich dort in Richtung auf die mit p₀ be­ zeichnete Niederdruckseite, auf welcher Seite er stirnseitig auch geschlossen ausgebildet ist.

An seiner offenen Ringstirnseite ist er demgemäß von der Hochdruckseite p₁ aus beaufschlagt, wobei sich der Dicht­ ring 18, aufgrund der gegebenen Druckdifferenz, sich in Pfeilrichtung X solange axial verlagern wird, bis er durch die sich zwangsläufig entsprechend vergrößernde Radial­ spannung an den Spaltbegrenzungsflächen 28 und 32 fest­ sitzen wird.

Die Konizität der dabei miteinander in Berührung stehenden Dichtungs- und Spaltbegrenzungsflächen 30 und 32 ist vor­ zugsweise selbsthemmend gewählt, so daß der Dichtring 18 nach erfolgter Druckbeaufschlagung seinen Dichtsitz zu­ verlässig beibehalten wird.

Die außen- und innenumfangsseitigen Dichtflächen 26 und 30 des Dichtringes 18 können im wesentlichen die axiale Länge der beiden, im Querschnitt gesehen, durch einen Steg 33 miteinander verbundenen Schenkel 34 und 36 bildenden, ge­ schlossenen Ringwandteile aufweisen. Eine noch effizi­ entere Abdichtung wird bei einer Ausbildung der innen- und außenumfangsseitigen Dichtflächen 26 und 30 gemäß der dargestellten Bauart erzielt.

Die Dichtflächen 26 und 30 weisen hierzu, in Achsrichtung des Dichtringes 18 betrachtet, insgesamt drei Flächenbe­ reiche a, b und d auf.

Die inneren und äußeren Flächenbereiche a ragen hoch­ druckseitig über die Ringwände bildende U-Schenkel 34 und 36 der Armierung 22 hinaus. Diese auskragenden Flächenbe­ reiche a werden bei Druckbeaufschlagung ohne Beteiligung der U-Schenkel 34 und 36 an die jeweilige Spaltbegren­ zungsfläche 28 bzw. 32 angepreßt. Die Flächenbereiche b werden hingegen bei der druckbedingten Axialverlagerung des Dichtringes 18 in X-Richtung durch die U-Schenkel 34 und 36 (Ringwände) der Armierung 22 gegen die Spaltbe­ grenzungsflächen 28 bzw. 32 gedrückt.

Es sind somit zwei voneinander unabhängige, doppelte Ab­ dichtsicherheit gewährleistende Dichtwirkungen gegeben.

Dabei wird die Dichtwirkung im Flächenbereich b durch die im Zuge der Axialverschiebung des Dichtringes 18 nutzbare Keilwirkung zusätzlich vervielfacht.

Zwischen den Flächenbereichen b und d erstreckt sich über einen Bereich c jeweils eine in die Dichtflächen 26 und 30 eingeformte Umfangsnut 38 bzw. 40, die über in den Umfang des Dichtflächenbereiches d eingeformte nutartige Vertie­ fungen 42 mit der Niederdruckseite p₀ verbunden ist.

Der in der Ebene des U-Steges 33 der Armierung 22 vorge­ sehene und geringfügig breiter als der U-Steg 33 ausge­ bildete Flächenbereich d bildet ein Widerlager, das ver­ hindert, daß die Armierung 22 niederdruckseitig unter Hochdruckeinfluß um die Ringkante 44 des Flächenbereiches b abkippen kann, was eine Vergrößerung des Keilwinkels δ und damit eine Verminderung der Dichtwirkung bewirken könnte.

Der Zweck der mit der Niederdruckseite p₀ kommunizierenden Umfangsnuten 38 und 40 besteht in der Bildung innen- und außenumfangsseitiger Druckausgleichsräume, die bei Druck­ beaufschlagung des Dichtringes 18 in deren Bereich ein radiales Auswölben der U-Schenkel 34 und 36 und somit über den gesamten axialen Bereich der beiden inneren und äuße­ ren Flächenbereiche a und b eine im wesentlichen gleiche, erhöhte Flächenpressung und somit Dichtwirkung gewährlei­ sten.

Der konstruktive Unterschied der Dichtungsanordnung gemäß Fig. 2 zu derjenigen der Fig. 1 besteht lediglich in der Ausbildung des den Dichtring 18 aufnehmenden, mit 46 be­ zeichneten, radial erweiterten Spaltabschnittes.

Der den Grund dieses Spaltabschnittes bildende Umfangs­ flächenteil 48 ist zylindrisch ausgebildet. Um auch in diesem Falle den innenkonischen Dichtring 18 verwenden zu können, ist auf den Umfangsflächenteil 48 bzw. im Spalt­ abschnitt 46 ein außen, sich in Richtung auf die Nieder­ druckseite P₀ konisch erweiternder Zwischenring 50 ange­ ordnet, dessen Außenkonizität der Innenkonizität des Dichtringes 18 entspricht.

Der Zwischenring 50 stützt sich niederdruckseitig an einer Seitenwand 52 des Spaltabschnittes 46 ab. Vorzugsweise besteht dabei die sich mit dem Dichtring 18 in Eingriff befindende Umfangsfläche 54 aus Metall, insbesondere Stahl, während die sich mit dem Umfangsflächenteil 48 in Eingriff befindende Umfangsfläche 56 des Zwischenringes 50 aus Kunststoff besteht.

Einfachheitshalber ist dabei der Zwischenring 50 aus einer inneren, aus Kunststoff bestehenden Hülse 58 und einer äußeren, formschlüssig auf diese aufgezogene Metallhülse 60 gebildet.

Ein Anwendungsbeispiel der erläuterten Dichtungsanordnung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Das Bauteil 10 bildet hierbei eine Behälterwandung, in der eine durch einen das Bauteil 12 bildenden Deckel druckdicht zu verschließende Öffnung vorgesehen ist, was mit Hilfe des Dichtringes 18 bewerkstelligt ist.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung eignet sich sowohl für rotationssymmetrische Dichtflächen als auch nicht rotationssymmetrischen Dichtflächen und ist bevorzugt dort einzusetzen, wo Prüfdruckuntersuchungen vorgeschrieben sind.

Nach Beaufschlagen mit einem Prüfdruck nimmt der Dichtring 18 mit Sicherheit eine kontrollierte bzw. definierte Lage ein, sofern der die Konizität bestimmende Winkel richtig gewählt ist und Selbsthemmung auftritt. Sollten größere Druckdifferenzen als bei der Belastung mit dem Prüfdruck auftreten, paßt sich der Dichtring 18 dem durch eine weitere Bewegung in X-Richtung an. Die Dichtwirkung bleibt dann auch nach Abklingen der gegebenen Druckdifferenz er­ halten.

Sollten während des Betriebes beispielsweise Erweiterungen des Ringspaltes 14 auftreten, bleibt dennoch die Dicht­ wirkung durch nachsetzende Bewegungen des Dichtringes 18 in X-Richtung erhalten. Bei einer Verringerung der Ring­ spaltweite nimmt hingegen die Dichtwirkung im Flächenbe­ reich b noch zu.

Claims (7)

1. Dichtungsanordnung zum Abtrennen zweier, über einen zwischen zwei Bauteilen vorhandenen Ringspalt miteinander verbundener Räume, von denen der eine mit Druck beauf­ schlagt ist, mit einem im einen Bauteil vorgesehenen, ra­ dial erweiterten Spaltabschnitt zur Aufnahme eines eine Armierung umschließende elastomere Ummantelung aufweisen­ den Dichtringes, der mit seinen äußeren und inneren, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Dichtflächen an jeweils einer der Spaltbegrenzungsflächen elastisch abgestützt ist und einen U-förmigen, sich zur Druckseite hin öffnenden Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (18) außen- oder innenumfangsseitig ko­ nisch ausgebildet und auf einer komplementären Gegenfläche (32) des den Dichtring (18) axial verschiebbar aufnehmen­ den Spaltabschnittes angeordnet ist sowie an seiner ge­ schlossenen, der Niederdruckseite zugewandten Stirnseite das kleinere Radialmaß zwischen innerer und äußerer Dichtfläche (26 und 30) aufweist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die äußere und innere Dichtfläche (26 und 30) je­ weils eine Umfangsnut (38 bzw. 40) eingeformt ist, die über in den niederdruckseitigen Dichtflächenteil (Flä­ chenbereich d) eingeformte Ausnehmungen (42) von der ge­ schlossenen Ringstirnfläche aus zugänglich ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, gleiche Querschnitte aufweisenden Um­ fangsnuten (38 und 40) in der gleichen Radialebene liegen.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der niederdruckseitige Dichtflächenteil (Flächenbe­ reich d) in der Radialebene des die U-Schenkel (34 und 36) der Armierung (22) miteinander verbindenden Steges (33) liegt und dessen axiale Länge geringfügig größer als die Stegdicke ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (24) hochdruckseitig über die U- Schenkel (34 und 36) der Armierung (22) hinausragt.

6. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der aneinander anliegenden Flächen (30 und 32) von Dichtring (18) und Spaltabschnitt (20) selbsthemmend ist.

7. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Gegenfläche (54) durch die Außenumfangs­ fläche eines im erweiteren Spaltabschnitt (46) einen zy­ lindrischen Umfangsflächenteil (48) umschließenden Zwi­ schenringes (50) gebildet ist.