DE4028225C1 - Joint for vehicle exhaust - has soft seal between two radial ring surfaces on pipes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine aus ineinander längs verschiebbaren Rohrstücken bestehende Heißgasleitung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 6 68 607 als bekannt hervorgeht. Zur Vermeidung von Wärmespannungen werden Heißgasleitungen, wie beispielsweise Abgasleitungen bei Brennkraftmaschinen, aus mehreren Rohrstücken zusammengesetzt, die gegeneinander verschieblich angeordnet sind. Die Spalte zwischen den Rohrstücken müssen abgedichtet werden, um den Austritt von Gasen zu vermeiden.

Die Rohrleitung nach der DE-PS 6 68 607 ist aus zwei Rohrstücken zusammengesetzt, die längs verschieblich ineinandergreifen. Die Abdichtung erfolgt über eine Stopfbuchsenpackung und mehrere der Stopfbuchsenpackung vorgelagerte Federringe aus Stahl. Dabei bilden die Federringe eine Labyrinthdichtung zur Entspannung des in den Spalt zwischen den Rohrstücken eintretenden Mediums, das aus Dampf besteht, so daß vor der Stopfbuchsenpackung nur noch Wasser vorliegt. Die Dichtwirkung einer Stopfbuchsendichtung beruht bekanntlich auf einer Querdehnung des Packungswerkstoffes. Die Querdehnung wird beispielsweise durch den Betriebsdruck oder, wie hier vorliegend, durch einen Ring erzeugt, durch den eine Axialpressung der Packungsringe erfolgt.

In der Anlagefläche ergibt sich infolge Reibung ein von der Größe der Axialpressung und den Verschiebungen der Rohrstücke abhängiger Verschleiß der Dichtung mit daraus resultierender, nachlassender Dichtwirkung. Ferner behindert die ständig wirkende Vorpressung die freie Längsbeweglichkeit der Rohrstücke gegeneinander. Die radiale Vorpressung verursacht auch Spannungen in den Rohrstücken, die zwar gering sind, bei hochtemperaturbelasteten Abgasleitungen von Brennkraftmaschinen aber dennoch zu vermeiden sind. Nachteilig ist ferner der notwendige große radiale Bauraum, der für die Einrichtung zur Erzeugung der Vorpressung der Stopfbuchsendichtung benötigt wird.

Bei einer Dichtungsanordnung nach der DE-AS 14 76 837 für eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine werden zur Abdichtung Ringdichtungen verwendet, die nach Art von Kolbenringen ausgebildet sind. Da Kolbenringe allein aber nicht ausreichend dicht sind, wird ein zwischen den Dichtungsgruppen von Kolbenringen liegender Raum mit Sperrluft beaufschlagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung aufzuzeigen, die einen geringen radialen und axialen Bauraum beansprucht, sowie der Bewegung der Rohrstücke gegeneinander wenig Widerstand entgegensetzt und nur geringem Verschleiß unterworfen ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Ausführung der Dichtungsanordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei Heißgasleitungen, die als Abgasleitungen für Brennkraftmaschinen verwendet werden, reicht die Dichtwirkung von Lamellen- oder Kolbenringen aus, wenn der Motor, wie beispielsweise bei Start- und Hochlauf, im Teillastbereich gefahren wird. Erst bei Vollast treten Druckspitzen im Abgasrohr auf, bei denen die Abdichtung durch Lamellen- oder Kolbenringe nicht mehr ausreicht. Bei niedrigen Temperaturen der Heißgasleitungen, und entsprechend niedrigen Drücken des transportierten Mediums, die einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine entsprechen, erfolgt deshalb die Abdichtung nur durch harte Dichtringe. Erst bei hohen Betriebstemperaturen, die hoher Last der Brennkraftmaschine entsprechen, tritt die Dichtwirkung eines weichen, elastisch verformbaren Dichtrings ein. Dieser liegt zwischen zwei Ringflächen der Rohrstücke, die sich mit zunehmender Temperatur aufeinander zu vorschieben. Der Abstand zwischen den Ringflächen und die Breite der Dichtung ist so abgestimmt, daß die Dichtwirkung erst bei einer vorgegebenen Betriebstemperatur einsetzt, die einem bestimmten Verschiebezustand der Rohrstücke entspricht. Mit dieser Ausbildung werden mehrere Vorteile erzielt. So läßt sich der Verschleiß des weichen Dichtrings gering halten, denn solange der Dichtring nicht axial gepreßt wird, erfolgt keine Querdehnung des Dichtrings und damit kein Verschleiß der Dichtfläche, da keine Reibung auftritt. Entsprechend wird bis zum Erreichen der vorgegebenen Temperatur der Bewegung der Rohrstücke kein Widerstand entgegengesetzt. Weiter wird nur ein geringer axialer Bauraum beansprucht, auch wenn ein Dichtungswerkstoff mit geringem elastischem Dehnvermögen, wie beispielsweise Graphit verwendet wird. Denn die Dichtwirkung des weichen Dichtrings ist auf den oberen Temperaturbereich beschränkt. Es sind deshalb nur kleine Verschiebungen aufzunehmen, weshalb der weiche Dichtring mit entsprechend geringer Breite ausführbar ist. Die vorgeschalteten harten Dichtringe schützen den weichen Dichtring vor Beschädigung durch die heißen, in der Heißgasleitung transportierten Gase.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch eine Heißgasleitung im Übergangsbereich zwischen zwei Rohrstücken.

Die in der Figur dargestellte Dichtungsanordnung dient zum Abdichten zweier längsverschiebbar ineinandergreifender Rohrstücke 1 und 2. Zur Abdichtung des Spalts der mit ihren Endbereichen ineinander liegenden Rohre dienen ein weicher Dichtring 4 und ein oder mehrere dem weichen Dichtring 4 vorgelagerte harte Dichtringe 3. Die harten Dichtringe 3 sind bevorzugt als Kolbenringe oder Lamellenringe aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet, die in Nuten axial fixiert sind. Die Dichtringe 3 stehen unter einer radialen Vorspannung und liegen mit ihrer inneren Umfangsfläche auf dem inneren Rohr an. Die Nuten sind dann im außenliegenden Rohrstück 2 ausgebildet. Natürlich können die Dichtringe 3 auch in Nuten des innenliegenden Rohrstücks 1 liegen, wie jedoch nicht dargestellt. Die Dichtringe 4 sind dann nach außen vorgespannt und liegen mit ihrer äußeren Umfangsfläche am außenliegenden Rohrstück 2 an. Der weiche Dichtring 4 ist elastisch verformbar und liegt im Raum zwischen zwei radialen Ringflächen der Rohrstücke 1 und 2. Wegen der Temperaturbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen ist der Dichtring vorzugsweise ein Graphitring. Um den Verschleiß, den Widerstand gegen Bewegung und den axialen Bauraum gering zu halten, ist der Abstand zwischen den radialen Ringflächen und die Breite des Dichtrings 4 so abgestimmt, daß eine Pressung des Dichtrings erst eintritt, wenn ein vorgegebener Verschiebezustand der Rohrstücke infolge Erwärmung der Bauteile eingetreten ist. Die Abmessungen sind dabei ferner so gewählt, daß nur eine elastische Verformung des Dichtrings 4 auftreten kann, so daß der Dichtring 4 bei Temperaturabsenkung wieder seine ursprüngliche Länge einnimmt. Im Temperaturbereich, der niedrigen Drücken des transportierten Mediums entspricht, erfolgt die Abdichtung allein durch die harten Dichtringe 3.

Die beschriebene Dichtungsanordnung ist insbesondere bei Abgasleitungen von Brennkraftmaschinen verwendbar. Im Teillastbereich, also bei Start, Leerlauf und Hochlaufen der Brennkraftmaschine sind die Drücke der durch die Abgasleitung strömenden Abgase so niedrig, daß zur Abdichtung Kolben- oder Lamellenringe ausreichen. Bei hoher Last, etwa bei Vollast der Brennkraftmaschine, steigen die Abgasdrücke aber auf so hohe Werte an, daß eine Abdichtung allein durch Kolben- oder Lamellenringe nicht mehr ausreichend ist. Entsprechend der Last nimmt auch die Temperaturbelastung der Abgasanlage zu. Die sich daraus ergebenden Verschiebungen der Anlagenteile lassen sich leicht vorausberechnen, und daraus die Abmessungen für den Dichtring 4 und den Abstand der Ringflächen an den Rohrstücken für die beschriebene Dichtwirkung bestimmen. Aufgrund der Abdichtung durch Kolben- oder Lamellenringe in einem unteren Temperaturbereich und der Abdichtung mit einem weichen Dichtring im oberen Temperaturbereich lassen sich die nachstehenden Vorteile erreichen. Der Verschleiß des weichen Dichtrings wird gering gehalten, weil er nicht ständig unter Vorspannung steht, und deshalb seine Umfangsflächen nicht während der gesamten Verschiebebewegung der Rohrstücke gegeneinander einer Reibungsbeanspruchung unterliegen. Aus dem selben Grund setzt der Dichtring 4 der Bewegung der Rohrstücke gegeneinander nur dann einen Widerstand entgegen, wenn die radialen Ringflächen der Rohrstücke beidseitig am Dichtring 4 anliegen. Die Ausbildung der Abdichtung ermöglicht insbesondere auch einen geringen axialen Bauraumbedarf, auch wenn als Dichtungsmaterial für den Dichtring 4 Graphit verwendet werden muß, das bekanntlich nur ein geringes elastisches Dehnungsvermögen besitzt. Dabei ist die Dichtwirkung des Dichtrings 4, wie beschrieben, auf den oberen Temperaturbereich beschränkt, und dadurch der Dichtring 4 mit geringer Breite ausführbar. Die vorgelagerten Kolbenringe übernehmen die Abdichtung im unteren Temperaturbereich, und schützen zugleich den Graphitring, im Falle seines Einsatzes in Abgasleitungen, vor Verbrennung.

Claims (5)

1. Dichtungsanordnung für eine aus ineinander längs verschiebbaren Rohrstücken bestehende Heißgasleitung, wobei im Überdeckungsbereich der Rohrstücke ein verformbarer, weicher Dichtring angeordnet ist, und diesem wenigstens ein harter, radial vorgespannter, in einer Nut eines Rohrstücks axial fixierter Dichtring vorgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer Temperaturerhöhung des in der Heißgasleitung transportierten Mediums eine Drucksteigerung entspricht, daß der weiche Dichtring (4) zwischen mit den Rohrstücken (1, 2) verbundenen radialen Ringflächen angeordnet ist, daß die Breite des weichen Dichtrings (4) und der Abstand zwischen den Ringflächen derart aufeinander abgestimmt sind, daß eine dichtende Anlage des weichen Dichtrings (4) mit seinen beiden Stirnseiten an den Ringflächen erst dann erfolgt, wenn eine vorgegebene Druckerhöhung und eine dementsprechende Erwärmung der Heißgasleitung mit vorgegebenem Verschiebezustand der Rohrstücke (1, 2) stattgefunden hat, und daß der weiche Dichtring (4) bei Abkühlung der Heißgasleitung elastisch zurückfedert.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weiche Dichtring (4) als Graphitring ausgebildet ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der harte Dichtring (3) als Kolbenring aus einem metallischen Material ausgebildet ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der harte Dichtring (3) aus einer Gruppe von mehreren, jeweils in einer gemeinsamen Nut angeordneten Lamellenringen gebildet ist.

5. Verwendung der Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einer Abgasleitung für Brennkraftmaschinen.