DE4242290A1 - - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Dichtungseinrichtungen für drucktragen de Elemente, und Druckverbindungseinrichtungen, die derartige Dichtungs einrichtungen verwenden. Die Erfindung betrifft auch eine Anwendung der Druckverbindungseinrichtungen für die Filtration eines Fluids unter Mittel- bis Hochdruck in einem Filtersystem.The present invention relates to sealing devices for pressure supports de elements, and pressure connection devices that seal use facilities. The invention also relates to an application of the pressure connection devices for the filtration of a fluid under Medium to high pressure in a filter system.
Die Verwendung von O-Ringen aus Elastomermaterial als Fluiddichtungs einrichtungen zwischen zwei gekoppelten Komponenten ist im Stand der Technik wohlbekannt. Der O-Ring ist normalerweise in einer Aussparung oder einem Kanal auf dem zentralen Element der zwei zu verbindenden Elemente untergebracht. Aufgrund von zulässigen Toleranzgrenzen liegt zwischen den zu koppelnden Gliedern eine kleine Zwischenraumlücke vor. Unter Druck wird der O-Ring deformiert und verläßt zum Teil den O-Ring-Kanal und tritt in die Zwischenraum- oder Extrusionslücke ein. Dieser als Extrusion bezeichnete Effekt kann zu einem Ausfall des O- Rings führen, z. B. in Form eines Abschälens oder Abbröckelns der O- Ring-Oberfläche.The use of O-rings made of elastomer material as a fluid seal devices between two coupled components is in the state of the Technology well known. The O-ring is usually in a recess or a channel on the central element of the two to be connected Elements housed. Due to allowable tolerance limits there is a small gap between the links to be coupled in front. The O-ring is deformed under pressure and partially leaves the O-ring channel and enters the gap or extrusion gap. This effect, known as extrusion, can lead to a failure of the O- Lead rings, e.g. B. in the form of peeling or crumbling the O- Ring surface.
Ein Verfahren zur Vermeidung eines Ausfalls ist das Vorsehen eines zusätzlichen Stütz- bzw. Back-up-Rings von höherer Härte, der den O- Ring von einem Eintreten in die Extrusionslücke abhält.One method of avoiding failure is to provide one additional support or back-up rings of higher hardness, which Prevents ring from entering the extrusion gap.
Es besteht ein ständiger Bedarf an der Entwicklung neuer Dichtungs anordnungen, insbesondere für Mittel- bis Hochdruck-Fluidsysteme, die wesentlich das Problem eines Ausfalls eines O-Rings reduzieren. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Dichtungs einrichtungen, durch die eine Zwischenraumlücke auf der stromabseitigen Seite des O-Rings wesentlich eliminiert wird. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung von Druckverbindungseinrichtungen, die die Dichtungs einrichtungen verwenden, durch die eine minimale Zahl von Verbindungs elementen notwendig ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Hochdruck-Fluidfiltrationssystems, das die Druck verbindungseinrichtungen verwendet.There is a constant need to develop new seals arrangements, especially for medium to high pressure fluid systems, the significantly reduce the problem of an O-ring failure. A The object of the present invention is to provide sealing facilities that create a gap on the downstream side Side of the O-ring is substantially eliminated. Another job is the provision of pressure connection devices that the seal Use facilities through which a minimum number of connections elements is necessary. Another object of the invention is Providing a high pressure fluid filtration system that takes the pressure connecting devices used.
Gemäß dieser Erfindung werden Dichtungseinrichtungen für drucktragende Kopplungsglieder bereitgestellt, wie in den Ansprüchen definiert. Eine erste kegelförmige Oberfläche ist auf einem Kopplungsglied um eine zentrale Achse davon angeordnet. Das zweite Kopplungsglied hat darauf eine zweite kegelförmige Oberfläche angeordnet, die in teilweisen Kon takt mit der ersten Oberfläche gebracht ist. Die Kegelwinkel der Ober flächen, gemessen von der zentralen Achse, sind derart, daß der Winkel der zweiten Oberfläche etwas größer ist, bevorzugt 1 bis 10° größer, stärker bevorzugt etwa 5° größer ist, als der Winkel der ersten Ober fläche.According to this invention, sealing devices for pressure-bearing Coupling members provided as defined in the claims. A first conical surface is on a coupling member by one central axis of it arranged. The second coupling link has on it a second conical surface arranged in partial con is brought with the first surface. The cone angle of the upper surfaces measured from the central axis are such that the angle the second surface is somewhat larger, preferably 1 to 10 ° larger, more preferably about 5 ° larger than the angle of the first upper area.
Durch Bereitstellen geringfügig unterschiedlicher Winkel der Oberflächen wird die Kontaktfläche der zwei Kopplungsglieder in einem ringförmigen Bereich um die zentrale Achse ausgebildet. Mit dieser Anordnung ent steht keine Lücke zwischen den zwei Kopplungsgliedern, die in direktem Materialkontakt sind.By providing slightly different angles of the surfaces the contact surface of the two coupling members in an annular Area formed around the central axis. With this arrangement ent there is no gap between the two coupling links in direct Are material contact.
Die Dichtungseinrichtungen weisen vorzugsweise auch einen O-Ring auf, der die zwei Kopplungsglieder kontaktiert, wobei die Kontaktfläche stromaufseitig von der Hochdruckseite des ringförmigen Kontaktbereichs der zwei kegelförmigen Oberflächen versetzt ist. The sealing devices preferably also have an O-ring, which contacts the two coupling members, the contact surface upstream from the high pressure side of the annular contact area which is offset from two conical surfaces.
Druckverbindungseinrichtungen werden gemäß dieser Erfindung wie in den Ansprüchen definiert auch bereitgestellt. Die Verbindungseinrichtun gen weisen ein erstes und zweites Kopplungsglied auf, von denen jede Innenkammern zur Bereitstellung eines Fluiddurchgangs besitzt. Das erste Kopplungsglied besitzt ein äußeres Gewindeteil, das in Eingriff steht mit einem inneren Gewindeteil des zweiten Kopplungsgliedes im verbundenen Zustand.Pressure connection devices are according to this invention as in the claims also provided. The connection device gen have a first and second coupling member, each of which Has inner chambers for providing a fluid passage. The first Coupling member has an outer threaded part that is engaged with an inner threaded part of the second coupling member in the connected Status.
Die Gewindeteile sind vorzugsweise auf den Kopplungsgliedern angeord net, und zwar axial von der ersten und zweiten kegelförmigen Ober fläche versetzt derart, daß ein Kontakt zwischen den kegelförmigen Ober flächen zur Ausbildung eines dichten Materialkontakts erzwungen wird. Die Verbindungseinrichtungen haben den Vorteil, nur zwei durch eine Schraubverbindung verbundene Stücke aufzuweisen. Bevorzugt sind die Gewindeteile auf der trockenen Seite der Dichtung angeordnet, was die Chance einer möglichen Kontaminierung reduziert, wenn die Verbindung zusammengebaut oder auseinandergebaut wird.The threaded parts are preferably arranged on the coupling members net, axially from the first and second conical upper area offset such that contact between the conical upper surfaces to form a tight contact with the material. The connecting devices have the advantage of only two by one To have screwed pieces connected. Those are preferred Threaded parts are arranged on the dry side of the seal, which is the Chance of possible contamination is reduced if the connection is assembled or disassembled.
Ein anderer Vorteil der beanspruchten Dichtungseinrichtungen und Ver bindungseinrichtungen ist, daß mit der kegelförmigen Oberflächen-Kon taktdichtung die zulässigen Toleranzgrenzen der zwei Kopplungsglieder weniger exakt sein können. Die Kosten der Herstellung der Kopplungs glieder können daher niedrig gehalten werden.Another advantage of the claimed sealing devices and ver binding devices is that with the conical surface con the permissible tolerance limits of the two coupling elements can be less exact. The cost of making the coupling links can therefore be kept low.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich in der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform in Ver bindung mit der Zeichnung.Other objects and advantages of the present invention will become clearly in the following description of an embodiment in Ver binding with the drawing.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Dichtungseinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows an embodiment of the sealing means according to the present invention.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Druckverbindungseinrichtungen der vorliegenden Erfindung, wobei ein Kopplungsglied ein Filtertopf ist. Fig. 2 shows an embodiment of the pressure connection devices of the present invention, wherein a coupling member is a filter bowl.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Dichtungs einrichtungen 1 gezeigt, die zur Bereitstellung einer Dichtung zwischen den drucktragenden Kopplungsgliedern 10 und 11 angeordnet ist. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Abschnitt des ersten Kopp lungsgliedes 10 mit einer zentralen Achse 20 koaxial innerhalb eines Ab schnitts des zweiten Kopplungsgliedes 11 angeordnet ist. Das erste Kopp lungsglied 10 besitzt eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Ober fläche 6, die sich um die zentrale Achse 20 erstreckt.Referring to FIG. 1, an embodiment of the sealing devices 1 shown, which is arranged to provide a seal between the pressure-carrying coupling members 10 and 11. Fig. 1 shows an embodiment in which a portion of the first coupling member 10 with a central axis 20 coaxially within a section from the second coupling member 11 is arranged. The first coupling member 10 has a conical or frustoconical upper surface 6 which extends around the central axis 20 .
Eine zweite kegelförmige oder kegelstumpfförmige Oberfläche 9 ist auf dem zweiten Kopplungsglied 11 angeordnet und in teilweisen Kontakt mit der ersten Oberfläche 6. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Kegelwinkel der zweiten kegelförmigen Oberfläche 9 bezüglich der Achse 20 größer als der entsprechende Winkel der ersten kegelförmigen Oberfläche 6.A second conical or frustoconical surface 9 is arranged on the second coupling member 11 and in partial contact with the first surface 6 . As shown in FIG. 1, the cone angle of the second conical surface 9 with respect to the axis 20 is greater than the corresponding angle of the first conical surface 6..
Die Oberflächen 6, 9 kontaktieren einander in einem Bereich 13, der sich ringförmig um die zentrale Achse 20 erstreckt. Die radiale Aus dehnung des Kontaktbereichs 13 ist geringer als die radiale Ausdehnung von jeder der zwei kegelförmigen Oberflächen. Der radiale Kontakt abstand auf den Oberflächen hängt auch vom Unterschied der Kegelwin kel der zwei Oberflächen ab. Mit anderen Worten, je kleiner der Unter schied, desto größer das radiale Ausmaß des ringförmigen Kontaktbe reichs.The surfaces 6 , 9 contact one another in a region 13 which extends in a ring around the central axis 20 . The radial expansion of the contact area 13 is less than the radial expansion of each of the two conical surfaces. The radial contact distance on the surfaces also depends on the difference in the cone angle of the two surfaces. In other words, the smaller the difference, the greater the radial extent of the annular contact area.
Der Kegelwinkel der ersten kegelförmigen Oberfläche bezüglich der Achse 20 liegt vorzugsweise im Bereich von 3 und 45° und stärker bevorzugt im Bereich von 15 bis 20°. Der Winkel der zweiten kegelför migen Oberfläche ist nominell um 1 bis 10° größer als der Kegelwinkel der ersten Oberfläche, bevorzugt um etwa 5° größer.The cone angle of the first conical surface with respect to the axis 20 is preferably in the range of 3 and 45 ° and more preferably in the range of 15 to 20 °. The angle of the second conical surface is nominally 1 to 10 ° larger than the cone angle of the first surface, preferably approximately 5 ° larger.
Wie leicht aus Fig. 1 ersichtlich, bilden die zwei Kopplungsglieder, wenn sie miteinander in Eingriff stehen, einen Materialkontakt aus. Auf Grund der Anordnung von kegeligen Kontaktoberflächen können die zulässigen Toleranzgrenzen der zwei Kopplungsglieder, z. B. deren Durch messer, gelockert werden oder müssen zumindest nicht so streng sein. Eine Zwischenraumlücke oder Toleranzlücke wird in dem Kontaktbereich eliminiert.As can easily be seen from Fig. 1, the two coupling members, when they are in engagement with each other, form a material contact. Due to the arrangement of tapered contact surfaces, the permissible tolerance limits of the two coupling elements, for. B. whose diameter can be loosened or at least not be so strict. A gap or tolerance gap is eliminated in the contact area.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein O-Ring in Kontakt mit dem ersten und zweiten Kopplungsglied mit einer Kontaktfläche bereitgestellt, die stromaufseitig von der Hochdruckseite des ringförmigen Kontaktbe reichs versetzt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Hochdruckseite mit (a) und die Niederdruckseite mit (b) angezeigt. Die Kontaktfläche des O- Rings 2 mit dem zweiten Kopplungsglied 11 ist vorzugsweise unmittelbar benachbart zu dem ringförmigen Kontaktbereich 13 der zwei kegelförmi gen Oberflächen. Auf diese Weise ist im wesentlichen keine Extrusions lücke oder Zwischenraumlücke stromabseitig des O-Rings 2. Der O-Ring 2 ist bevorzugt in einem ringförmigen Kanal 3 in einer äußeren Ober fläche des ersten Kopplungsgliedes 10 angeordnet. Der Kanal 3 ist bevorzugt benachbart in einer axialen Richtung zu der innenliegenden Kante der ersten kegelförmigen Oberfläche 6 versetzt.In another embodiment, an O-ring is provided in contact with the first and second coupling members with a contact surface that is offset upstream from the high pressure side of the annular contact area. As shown in Fig. 1, the high pressure side is indicated by (a) and the low pressure side by (b). The contact surface of the O-ring 2 with the second coupling member 11 is preferably immediately adjacent to the annular contact region 13 of the two conical surfaces. In this way there is essentially no extrusion gap or gap gap downstream of the O-ring 2 . The O-ring 2 is preferably arranged in an annular channel 3 in an outer upper surface of the first coupling member 10 . The channel 3 is preferably offset adjacent in an axial direction to the inner edge of the first conical surface 6 .
Eine Ausführungsform der Druckverbindungseinrichtungen gemäß der vor liegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Das erste Kopplungsglied 4 dieser Ausführungsform weist eine Innenkammer 14 auf, und das zweite Kopplungsglied 7 weist eine Innenkammer 17 auf. Die zwei Kammern stehen miteinander in Verbindung zur Ausbildung eines Fluiddurchgangs. An embodiment of the pressure connection devices according to the prior invention is shown in Fig. 2. The first coupling member 4 of this embodiment has an inner chamber 14 , and the second coupling member 7 has an inner chamber 17 . The two chambers communicate with each other to form a fluid passage.
Das erste Glied 4 weist auch ein äußeres Gewindeteil 5 auf, das mit einem inneren Gewindeteil 8 des zweiten Kopplungsgliedes 7 in Eingriff steht.The first link 4 also has an outer threaded part 5 which is in engagement with an inner threaded part 8 of the second coupling member 7 .
Die Gewindeteile 5, 8 sind auf den Kopplungsgliedern angeordnet, und zwar axial versetzt von der ersten und zweiten kegelförmigen Oberfläche der Dichtungseinrichtungen 1, und zwar derart, daß ein Kontakt zwischen den zwei Oberflächen beim Zusammenschrauben erzwungen wird. Die zwei Teile stoßen materiell aneinander und bleiben in Kontakt während des Betriebs, wenn das richtige Drehmoment angewandt worden ist und aufrechterhalten wird.The threaded parts 5 , 8 are arranged on the coupling members, axially offset from the first and second conical surface of the sealing devices 1 , in such a way that contact between the two surfaces is forced when screwing together. The two parts physically abut and remain in contact during operation when the correct torque has been applied and is maintained.
Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Gewindeteile 5, 8 der Kopp lungsglieder 4, 7 stromabseitig oder auf der Niederdruckseite der Dich tungseinrichtungen 1 angeordnet. Dies entspricht der Niederdruckseite (b) von Fig. 1. Die Gewinde sind daher nicht dem mit Druck beaufschlag ten Medium ausgesetzt, das durch die Innenkammern 14 und 17 hin durchtritt.As can also be seen from FIG. 2, the threaded parts 5 , 8 of the coupling elements 4 , 7 are arranged downstream or on the low-pressure side of the processing devices 1 . This corresponds to the low-pressure side (b) of Fig. 1. The threads are therefore not exposed to the pressurized medium which passes through the inner chambers 14 and 17 .
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform veranschaulicht die Verwendung der Druckverbindungseinrichtungen in einem Hochdruck-Fluidfiltrations system. Das erste Kopplungsglied 4 weist einen Filtertopf auf, in dem ein Filterelement (nicht gezeigt) in der Kammer 14 vorgesehen sein kann. In dieser Ausführungsform ist das zweite Kopplungsglied 7 ein Filterkopf, der das zu filtrierende Fluid über die Kammer 17 zuführt.The embodiment shown in FIG. 2 illustrates the use of the pressure connection devices in a high-pressure fluid filtration system. The first coupling member 4 has a filter bowl in which a filter element (not shown) can be provided in the chamber 14 . In this embodiment, the second coupling member 7 is a filter head which supplies the fluid to be filtered via the chamber 17 .
Die Druckverbindungseinrichtungen sind insbesondere nützlich in diesem Fluidfiltrationssystem. Die Einrichtungen weisen nur zwei zu verschrau bende Teile auf. Die Toleranzen der Komponenten, wie oben erwähnt, müssen nicht exakt sein. Zusätzlich kann der O-Ring-Kanal 3 auch unter Verwendung normaler Toleranzen bearbeitet werden. Das Filtertopf- und Filterkopfmaterial werden normalerweise Kohlenstoffstahl, duktile Eisen gußstücke oder rostfreier Stahl sein.The pressure connection devices are particularly useful in this fluid filtration system. The facilities have only two parts to be screwed. The tolerances of the components, as mentioned above, do not have to be exact. In addition, the O-ring channel 3 can also be machined using normal tolerances. The filter bowl and filter head material will normally be carbon steel, ductile iron castings or stainless steel.
Integritätstests in Form von Ermüdungsversuchen wurden für die Aus führungsform der in Fig. 2 gezeigten Druckverbindungseinrichtungen durchgeführt. Die Anforderungen für einen theoretischen Ermüdungsdruck von 250 bar und für 400 bar wurden unter dem Industriestandard T2.6.1- 1974 der Nationalen Fluiddruck Vereinigung (National Fluid Power Association) des Vereinigten Königreichs gezeigt.Integrity tests in the form of fatigue tests were carried out for the embodiment of the pressure connection devices shown in FIG. 2. The requirements for a theoretical fatigue pressure of 250 bar and for 400 bar have been demonstrated under the industry standard T2.6.1-1974 of the United Kingdom's National Fluid Power Association.
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