DE4302414A1

DE4302414A1 -

Info

Publication number: DE4302414A1
Application number: DE19934302414
Authority: DE
Inventors: Terence Peter Nicholson
Original assignee: Specialist Sealing Ltd
Current assignee: Specialist Sealing Ltd
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1993-08-05
Also published as: GB2263739A; GB9202242D0; GB2263739B

Abstract

A sealing ring has a cross-section which comprises a first limb 6 in a radially outer region and a second limb 8 in a radially inner region. The limbs 6, 8 are aligned generally in the direction in which the ring is normally compressed during use, and the free ends are directed in mutually opposite directions. An intermediate portion 10 interconnects the two limbs 6, 8 and includes two arcuate portions 12 and 14. The arcuate portions 12, 14 are each connected to a respective one of the limbs 6, 8. The sealing ring is used to effect a leakproof seal between opposed surfaces, such as are typically found in a valve, pump or motor for example. It is intended to be capable of a substantial degree of shape recovery after compression. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring und insbesondere einen Dichtungsring der sog. "Geringlast-Art", wie sie bei spielsweise in Ventilen, Pumpen, Brennkraftmaschinen und anderen Vorrichtungen Verwendung finden, um leckdichte Abdichtungen zwi schen zwei einander gegenüberstehenden im allgemeinen planen parallelen Flächen zu bilden.The invention relates to a sealing ring and in particular a sealing ring of the so-called "low load type", as in for example in valves, pumps, internal combustion engines and others Devices find use to leak-tight seals between generally plan two opposing ones to form parallel surfaces.

Eine bekannte Form eines Dichtungsrings verfügt über einen ra dialen Querschnitt von C-Gestalt, wobei die offene Seite des C gegen die Mitte des Ringes weist. Andere bekannte Dichtungen haben radiale Querschnitte von im wesentlichen ähnlichem Profil. Zwei Beispiele sind eine Dichtung mit einem Radialquerschnitt modifizierter Parabolform mit konvergenten Rändern, wie in der GB 21 87 805 beschrieben und eine weitere Dichtung, in der die Schenkel des Dichtungsquerschnitts nach außen gewandte Lippen haben, die einen Ω-förmigen Querschnitt haben, wie in der GB 20 38 961 gezeigt. W- oder M-Querschnittsdichtungen sind auch bekannt.A known form of a sealing ring has a ra dials cross section of C-shape, the open side of the C points towards the center of the ring. Other known seals have radial cross sections of a substantially similar profile. Two examples are a seal with a radial cross section modified parabolic shape with convergent edges, as in the GB 21 87 805 and another seal in which the Leg of the sealing cross-section lips turned outwards have an Ω-shaped cross-section, as in the GB 20 38 961 shown. W or M cross-sectional seals are also known.

Die oben genannten bekannten Dichtungen waren sehr erfolgreich in zahlreichen statischen Dichtungsanwendungsfällen, sind aber nicht immer geeignet, um die gewünschten Formrückstellungswerte nach der Kompression zu erfüllen.The known seals mentioned above have been very successful in numerous static seal applications, however not always suitable to get the desired shape reserve values to perform after compression.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung anzuge ben, die in der Lage ist, die Probleme der bekannten Dichtungen zu lösen und insbesondere in der Lage ist, einen wesentlichen Grad von Formrückstellung nach Kompression zu gewährleisten.The invention has for its object to tighten a seal ben who is able to solve the problems of the known seals to solve and in particular is able to make an essential Ensure degree of shape recovery after compression.

Erfindungsgemäß ist ein Dichtungsring mit einem Querschnitt vorgesehen, der einen ersten Schenkel in seinem radial äußersten Bereich und einen zweiten Schenkel in seinem radial am weitesten innen gelegenen Bereich umfaßt, wobei diese Schenkel im wesent lichen in der Richtung ausgerichtet sind, in der der Ring wäh rend der Benützung zusammengedrückt wird, wobei diese Schenkel in entgegengesetzt gegenüberliegenden Richtungen ausgerichtet sind und über einen Zwischenteil miteinander verbunden sind, der zwei einander gegenüber orientierte gekrümmte Teile definiert, um die zu komprimierenden Flächen zu kontaktieren, wobei die gekrümmten oder gewölbten Teile je mit einem jeweiligen dieser Schenkel verbunden sind.According to the invention is a sealing ring with a cross section provided that a first leg in its radially outermost Area and a second leg in its radial farthest includes the interior area, these legs essentially lichen in the direction in which the ring would be rend the use is compressed, these legs aligned in opposite opposite directions are and are connected to each other via an intermediate part, the defines two mutually oriented curved parts, to contact the surfaces to be compressed, the curved or curved parts each with a respective one of these Legs are connected.

Schenkel vorzusehen, dient dazu, diese Drehung des Querschnitts um den Zwischenteil während der Kompression der Dichtung zu verhindern. Die Umfangsfestigkeit bzw. sog. Mantelfestigkeit in den Schenkeln dient dazu, ein Ausbreiten des Ringes zu begrenzen und einen grob ähnlichen Grad des Ausbreitens gegeneinander im Zwischenteil innerhalb der den gesamten Querschnitt einhüllenden hervorzurufen, was dazu dient, der Drehung des Zwischenteils um die Querschnittsmitte entgegenzuwirken. Das Ergebnis dieser Anordnung ist, daß es möglich wird, eine Dichtung mit einem hohen Rückstellwert vorzusehen.Providing legs serves this rotation of the cross section around the intermediate part during compression of the seal prevent. The circumferential strength or so-called shell strength in the legs serve to limit the spreading of the ring and a roughly similar degree of spreading against each other in the Intermediate part within the whole cross section cause what serves to rotate the intermediate part by to counteract the cross-sectional center. The result of this The arrangement is that it becomes possible to seal with a to provide a high reset value.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mit bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denenAn example embodiment of the invention is now intended to be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Dichtung nach der Erfindung in einer Lage zwischen zwei abzudichtenden Flächen vor der Kom pression zeigt; und Fig. 1 shows a cross section through a seal according to the invention in a position between two surfaces to be sealed before the compression; and

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Dichtung gemäß der Erfindung, auch in einer Lage zwischen zwei abzudichtenden Flächen vor der Zusammendrückung. Fig. 2 shows a further embodiment of the seal according to the invention, also in a position between two surfaces to be sealed before compression.

Die Fig. 1 und 2 zeigen abzudichtende obere und untere Körper 1 und 2, bei denen es sich beispielsweise um rohrseitige End flansche oder Ventilgehäuseflansche handelt. Der obere Flansch 1 verfügt über eine plane Fläche, der untere Flansch 2 verfügt über eine rechteckige Nut 4 am Ende der Bohrung 15. Ein federn der Dichtungsring 3 sitzt in der Nut 4. Figs. 1 and 2 show sealed upper and lower bodies 1 and 2, which are, for example, to tube side flanges or end Ventilgehäuseflansche. The upper flange 1 has a flat surface, the lower flange 2 has a rectangular groove 4 at the end of the bore 15 . A spring of the sealing ring 3 sits in the groove 4 .

Der in Fig. 1 gezeigte Dichtungsring umfaßt einen radial äuße ren nach unten gerichteten Schenkel 6 und einen radial inneren nach oben gerichteten Schenkel 8. Die beiden Schenkel sind über einen im wesentlichen S-förmigen Zwischenteil 10 verbunden, der an seinen Enden zwei jeweilige gekrümmte (gewölbte) Teile 12 und 14 hat, um jeweils die Flansche bei P bzw. Q zu kontaktieren.The sealing ring shown in FIG. 1 comprises a radially outer downward leg 6 and a radially inner upward leg 8th The two legs are connected by an essentially S-shaped intermediate part 10 , which has two respective curved (arched) parts 12 and 14 at its ends in order to contact the flanges at P and Q, respectively.

Die Teile 12, 14 erstecken sich axial über die Enden der Schen kel 6 bzw. 8. Unter Kompression kontaktieren die Teile 12, 14 die Flanschflächen und der Teil 10 biegt sich durch und neigt dazu, sich um seine Mitte zu drehen.The parts 12 , 14 extend axially over the ends of the angle 6 and 8 respectively. When compressed, parts 12 , 14 contact the flange surfaces and part 10 flexes and tends to rotate about its center.

Wegen der Mantelfestigkeit in den vertikalen Schenkeln 6 und 8 wird der natürlichen Tendenz der Teile 12, 14 der Dichtung, sich in Richtungen BB und CC während der Kompression auszubreiten, entgegengewirkt und der Dichtungsringquerschnitt wird dazu nei gen, sich in entgegengesetzten Richtungen DD und EE als Reaktion auf die Mantelfestigkeit der Schenkel auszubreiten. Diese Bewe gungen erzeugen eine Reaktion am Zwischenteil 10 dadurch, daß dieses die Tendenz hat, eine Verminderung im Durchmesser des Zwischenteils an den Punkten F zu begünstigen und im Durchmesser des Zwischenteils im Bereich G zuzunehmen.Because of the shell strength in the vertical legs 6 and 8 , the natural tendency of the parts 12 , 14 of the seal to expand in directions BB and CC during compression is counteracted and the sealing ring cross-section will tend to act in opposite directions as DD and EE Spreading reaction to the sheath strength of the legs. These movements create a reaction on the intermediate part 10 in that it tends to favor a reduction in the diameter of the intermediate part at points F and to increase the diameter of the intermediate part in region G.

Die Durchbiegungen definieren effektiv Federn, wodurch eine Dich tung mit einem ungewöhnlich hohen Rückstellwert geschaffen wird. Der hohe Rückstellwert ist insbesondere wichtig in Umgebungen, die in der Lage sind, Extrema in Temperatur und Druck auszuhal ten, beispielsweise Explosionen und plötzliches Feuer.The deflections effectively define springs, creating a you tion with an unusually high reset value. The high reset value is particularly important in environments able to withstand extremes in temperature and pressure such as explosions and sudden fire.

Der Dichtungsring kann aus irgend einem geeigneten Material, Metall oder Nicht-Metall gemacht sein, ist jedoch vorzugsweise aus Legierungen mit hohem Nickelanteil oder anderem Metall ge macht, das fähig ist, durch Wärmebehandlung seine Federcharak teristiken zu verbessern, was zu einer Dichtung führt, in der die Flexbereiche effektiv Hochtemperaturfedern sehr hoher Quali tät sind, was zu einer Dichtung mit sehr hohen Rückstellwerten führt, die auch in der Lage ist, Extrema von Temperatur und Druck zu kompensieren, die beispielsweise aufgrund einer Explo sion oder plötzlichen Feuers auftreten. Solche Extrema können zu einer plötzlichen Leckage wegen Variationen in den Expansionen der Befestigungsbolzen führen, welche die Elemente verbinden, zwischen denen die Dichtung, beispielsweise am Ventilgehäuse, angeordnet wird.The sealing ring can be made of any suitable material, Metal or non-metal is preferred, however from alloys with a high nickel content or other metal that is capable of its spring character through heat treatment improve teristics, which leads to a seal in which the flex ranges effectively high temperature springs of very high quality act what a seal with very high reset values leads, which is also able to extremes of temperature and To compensate for pressure caused, for example, by an explo sion or sudden fire. Such extremes can too a sudden leak due to variations in the expansions the fastening bolts that connect the elements, between which the seal, for example on the valve housing, is arranged.

Während die Kompression gesteigert wird, kommt die Spitze des äußeren Schenkels 6 in Kontakt mit der hierzu passenden gegen überliegenden Fläche des Dichtungssitzes bei R und wird dann als Strebe gespannt. Als Reaktion wird hierdurch der Kontaktdruck bei P am Teil 14 erhöht.While the compression is increased, the tip of the outer leg 6 comes into contact with the matching opposite surface of the sealing seat at R and is then tensioned as a strut. In response, this increases the contact pressure at P on part 14 .

Der äußere Schenkel 6 hat drei Grundfunktionen:
(i) die Positionierung der Dichtung in ihrer Nut zu unter stützen;
(ii) das radiale nach Außenwandern oder Ausbreiten der Dichtung im komprimierten Zustand zu behindern; und
(iii) den Kontaktdruck am Punkt P zu erhöhen (bei dem es sich um einen nicht-selbstverstärkenden Kontaktpunkt handelt), wenn die Basis der Strebe 6 in Kontakt mit der gegenüberliegenden hierzu passenden Fläche der Nut 4 bei R kommt.The outer leg 6 has three basic functions:
(i) support the positioning of the seal in its groove;
(ii) hinder the radial compression or expansion of the seal in the compressed state; and
(iii) increase the contact pressure at point P (which is a non-self-reinforcing contact point) when the base of the strut 6 comes into contact with the opposite matching surface of the groove 4 at R.

Die Dichtung ist vorzugsweise aus einer Legierung mit hohem Nickelanteil hergestellt, damit sie durch Alterung gehärtet werden kann (beispielsweise wärmebehandelt werden kann) anstatt einfach kaltverfestigt zu werden. Die Dichtung kann mit PTFE oder einem geeigneten Metall wie Silber, Blei, Nickel oder Gold beispielsweise überzogen sein. Jedoch kann die Dichtung selbst aus irgend einem Metall gemacht sein, das geeignete Federcharak teristiken zur Verfügung stellen kann. Die Dichtung kann auch vollständig aus nicht-metallischen Materialien gemacht sein: vorausgesetzt ist, daß die notwendige Umfangsfestigkeit in die Federcharakteristiken erreicht werden können. The seal is preferably made of a high alloy Made of nickel so that it is hardened by aging can be (for example, heat treated) instead just to be work hardened. The seal can be made with PTFE or a suitable metal such as silver, lead, nickel or gold for example, be coated. However, the seal itself made of any metal, the appropriate feather character can provide statistics. The seal can too be made entirely of non-metallic materials: is provided that the necessary circumferential strength in the Spring characteristics can be achieved.

Die Dichtung ist, in relativen Ausdrücken, eine "Niedrig-Last"- Dichtung, jedoch nur zu 50% selbstverstärkend. Dies darum, weil während des Betriebs der Innendruck von der Bohrung sich zwi schen dem Schenkel 8 und dem Zwischenteil 10 aufbaut und damit den gekrümmten Teil 12 in Kontakt mit der Nut 4 am Punkt 2 drückt und damit die Dichtungswirkung unterstützt; dieser Druckaufbau erfolgt nicht zwischen dem Zwischenteil 10 und dem Schenkel 6: damit bildet der gekrümmte Teil 14 nicht eine selbstverstärkende Dichtung mit dem Flansch 1.The gasket is, in relative terms, a "low load" gasket, but only 50% self-reinforcing. This is because, during operation, the internal pressure of the bore builds up between the leg 8 and the intermediate part 10 and thus presses the curved part 12 into contact with the groove 4 at point 2 and thus supports the sealing effect; this pressure build-up does not take place between the intermediate part 10 and the leg 6 : the curved part 14 therefore does not form a self-reinforcing seal with the flange 1 .

Die dargestellte Dichtung wird verwendet zur Abdichtung gegen Innendrücke. Zur Abdichtung gegen Außendruck sollte der Dich tungsquerschnitt um 180° gedreht werden, d. h. der radial inner ste Schenkel sollte nach unten gerichtet und der radial äußerste Schenkel nach oben gerichtet sein, so daß der Fluiddruck in den Raum zwischen dem äußeren Schenkel 6 und dem Zwischenteil 10 eintreten kann.The seal shown is used for sealing against internal pressures. To seal against external pressure, the cross section of the device should be rotated by 180 °, ie the radially inner leg should be directed downwards and the radially outermost leg should be directed upwards, so that the fluid pressure in the space between the outer leg 6 and the intermediate part 10 can occur.

Nach der zweiten in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sieht man, daß der innere Schenkel gestreckt wurde, so daß er gegen die Fläche I während der Kompression zu ruhen kommt. Dies ist wün schenswert, um beispielsweise zu verhindern, daß der Hohlraum zwischen dem Schenkel 8 und dem Zwischenteil 10 mit Fremdmateri al gefüllt wird oder um Turbulenz in der Fluidströmung zu ver hindern. Wenn jedoch der innere Schenkel 8 in dieser Weise ge streckt wird, kann es wohl notwendig werden, Öffnungen 16 im inneren Schenkel vorzusehen, um einen Druckausgleich zu beiden Seiten des Schenkels 8 aufrechtzuerhalten und eine selbstver stärkende Dichtungswirkung zu erleichtern.According to the second embodiment shown in FIG. 2, it can be seen that the inner leg has been stretched so that it comes to rest against the surface I during the compression. This is desirable, for example, to prevent the cavity between the leg 8 and the intermediate part 10 from being filled with foreign matter or to prevent turbulence in the fluid flow. However, if the inner leg 8 is stretched in this way, it may be necessary to provide openings 16 in the inner leg to maintain pressure equalization on both sides of the leg 8 and to facilitate a self-reinforcing sealing effect.

Um im allgemeinen die Gefahr einer Verformung der Dichtung zu reduzieren, wird es notwendig, die Metalldicke sowie die Größe des Querschnitts proportional zum Durchmesser der Dichtung und zu seinem Arbeitsdruck zu vergrößern. To avoid the risk of deformation of the seal in general reduce, it becomes necessary the metal thickness as well as the size of the cross section proportional to the diameter of the seal and to increase his working pressure.

Examples

Zwei Dichtungen wurden untersucht, die je eine Breite des nicht komprimierten Radialquerschnitts und eine Gesamtaxialdicke (A) = 2,5 mm und einen Innendurchmesser = 26,5 mm haben. Die Länge der Schenkel 6, 8 war geringer als die Gesamtaxialdicke (A) vor der Kompression um einen Betrag gleich 55% des erwarte ten Kompressionsgrades für den Schenkel 8 und 45% für den Schen kel 6. Diese Dichtungen wurden aus einer Legierung mit hohem Nickelanteil, bekannt als Nimonic 80A (Warenzeichen der Inco Alloys) mit 0,3 mm Dicke hergestellt; eine Gruppe wurde (durch Bearbeitung) kaltverfestigt, die andere durch Alterung gehärtet. Die Dichtungen wurden auf ihre Fähigkeit sich rückzustellen untersucht, nachdem sie um 20% ihrer Gesamtdicke komprimiert worden waren. Die Ergebnisse sind die folgenden:Two seals were examined, each with a width of the uncompressed radial cross section and a total axial thickness (A) = 2.5 mm and an inner diameter = 26.5 mm. The length of the legs 6 , 8 was less than the total axial thickness (A) before compression by an amount equal to 55% of the expected degree of compression for the leg 8 and 45% for the leg 6 . These seals were made from a high nickel alloy known as Nimonic 80 A (trademark of Inco Alloys) with a thickness of 0.3 mm; one group was strain hardened (by machining), the other hardened by aging. The seals were tested for their ability to reset after being compressed by 20% of their total thickness. The results are as follows:

Kaltverfestigung (durch Bearbeitung) Strain hardening (by machining)

Gehärtet durch Altern Hardened by aging

Die durch Altern gehärteten Dichtungen wurden dann mit Silber galvanisiert (plattiert), und zwar auf eine Tiefe von 0,02 mm überall und wurden mit Stickstoff bis 6900 kN/m² (1000 psi) getestet, wenn sie perfekt abdichteten; wurde der Druck auf 8600 kN/m² (1250 psi) erhöht, wurde immer noch eine perfekte Dichtung erreicht. The aging hardened seals were then silver plated (plated) to a depth of 0.02 mm everywhere and tested with nitrogen to 6900 kN / m ² (1000 psi) if they sealed perfectly; if the pressure was increased to 8600 kN / m ² (1250 psi), a perfect seal was still achieved.

Im allgemeinen werden die Dichtungen hergestellt durch eine Reihe von Preßvorgängen. Gewünschtenfalls jedoch wird es mög lich, die Dichtungen durch Bearbeiten aus massivem Material zu erzeugen.Generally the seals are made by a Series of pressing operations. If desired, however, it will be possible Lich, the seals by machining from solid material too produce.

Zahlreiche Modifikationen bieten sich dem Fachmann beim Lesen der vorstehenden Beschreibung an, die nur als Beispiel gegeben ist und in der nicht beabsichtigt ist, den Schutzbereich der Erfindung in irgend einer Weise zu begrenzen.Numerous modifications are available to the person skilled in the art when reading the description above, given only as an example is and in which it is not intended to protect the scope of the Limit invention in any way.

Wenn beispielsweise die dargestellte Dichtung einen Z-ähnlichen Querschnitt hat, dann läßt sich doch die Anzahl der Zwischen teile und der gekrümmten Kontaktbereiche erhöhen, beispielsweise auf einen W- oder M-förmigen Querschnitt oder auf noch mehr.For example, if the seal shown is a Z-like Cross-section, then the number of intermediate can be parts and the curved contact areas increase, for example on a W- or M-shaped cross-section or even more.

Die eingesetzten Bezugszeichen sind als ob nicht vorhanden zu werten.The reference numerals used are as if not available evaluate.

Claims

1. Sealing ring with a cross section, which comprises a first leg ( 6 ) in a radially outer region and a second leg ( 8 ) in a radially inner region, the two legs
(i) are oriented substantially in the direction in which the ring is compressed during use,
(ii) directed in opposite directions and
(iii) connected to one another by an intermediate part ( 10 ) which defines two curved parts ( 12 ; 14 ) oriented opposite one another; these curved parts are each connected to a respective one of these legs.

2. Sealing ring according to claim 1, comprising a substantially straight the intermediate part, which is arranged between the two curved parts ( 12 ; 14 ).

3. Sealing ring according to claim 2, wherein the intermediate part is aligned substantially parallel to these legs ( 6 ; 8 ).

4. Sealing ring according to one of the preceding claims, wherein this first leg ( 8 ) is of such a length that during normal compression of the ring ( 3 ) by two surfaces ( 1 ; 2 ), between which a sealing effect is to be produced, the Tip of the first leg ( 6 ) comes into contact with the adjacent compressing surface ( 2 ; R).

5. Sealing ring according to one of the preceding claims, wherein the second leg ( 8 ) is of such a length that during the normal compression of the ring ( 3 ) two surfaces ( 1 ; 2 ), between which a sealing effect is to be caused, the tip of the second leg ( 8 ) does not come into contact with the adjacent compressing surface ( 1 ).

6. Sealing ring according to one of claims 1 to 4, wherein the second leg ( 8 ) is of such a length that during the normal compression of the ring by two surfaces between which a sealing effect is to be brought about, the tip of the second leg is in contact comes with the adjacent compressing surface.

7. Sealing ring according to claim 6, wherein at least one opening ( 16 ) is provided in the second leg ( 8 ).

8. Sealing ring according to one of the preceding claims, made from a high nickel alloy.

9. Sealing ring according to one of the preceding claims, comprising a coating selected from that of PTFE, Sil over, lead, nickel and gold standing group.

10. Sealing ring substantially as described with reference to Fig. 1 or 2 of the accompanying drawings.