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Dichtkörper für Öffnungen in sich überschleifenden Maschinenteilen
Die Erfindung bezieht sich auf die Abdichtung von Öffnungen von sich überschleifenden
Maschinenteilen. Die zu diesem Zwecke verwendeten Dichtteile sind meistens als sogenannte
Dichtkörper ausgebildet, die einerseits mit ihrer Stirnfläche abdichtend an den
überschleifenden Maschinenteil angepreßt erhalten werden, während andererseits der
Dichtkörper selbst gegenüber seinem Tragkörper durch Feinpassung oder zusätzliche
Dichtmittel abgedichtet wird.
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Die Nachteile der seitherigen Dichtkörper bestanden in großem Reibungsverlust
und schwierig erzielbarem dichtem Anliegen. Die hauptsächlichsten Ursachen hierfür
waren folgende.
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Bei einem Teil der seitherigen Dichtkörper wirkte der Gas- oder Flüssigkeitsdruck
voll auf die ganze Unterseite des betreffenden Dichtkörpers. Es stand also dem Anpreßdruck
an der Unterseite des Dichtkörpers eine von der Dichtkörpergröße abhängige beträchtliche
Angriffsfläche zur Verfügung, so daß auch die Dichtfläche auf der Oberseite des
Dichtkörpers flächeninhaltlich entsprechend groß bemessen werden mußte, um eine
Überlastung der reibenden Flächen durch den Anpreßdruck zu verhindern. Man bekam
also Dichtflächen oder Dichtränder um die zu steuernden Öffnungen herum, die weitaus
breiter waren, als sie zur Abdichtung allein benötigt worden wären. Jede verhältnismäßig
breite Dichtfläche aber bewirkt bei rasch laufenden Maschinen infolge viskoser Reibung
einen beträchtlichen Kraftverlust. Ferner ist es schwierig, eine breitere Dichtfläche
zum gleichmäßigen abdichtenden Anliegen zu bringen, da die im praktischen Betrieb
unvermeidlichen kleinen Wärmeverbiegungen des Baustoffes sich besonders störend
auswirken.
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Ein anderer Teil der seitherigen Dichtkörper versuchte diese Schwierigkeiten
dadurch zu umgehen, daß er überhaupt keinen Gasdruck auf die Unterseite der Dichtkörper
in dicht randanpressender Richtung wirken ließ, d. h. die Anpressung lediglich durch
Federkraft erzielen wollte.
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Eine hochdruckdichte, wärmedehnungszulässige und reibungsgeringe Abdichtung
mittels Dichtkörper ist aber durch reine Federanpressung nicht zu erreichen, weil
der zwischen den sich überschleifenden Dichtflächen durchdrücken wollende Gasdruck
teils nach Zurückdrängung des Ölfilms unmittelbar, teils hydraulisch übersetzt mittels
des Ölfilms imstande ist, eine recht beträchtliche Kraftwirkung in dicht flächentrennender
Richtung auszuüben. Eine demgegenüber ausreichend starke Federkraft wirkt aber beim
Nachlassen dieses ihr entgegengesetzten Druckes entsprechend der jeweiligen Arbeitsphase
der betreffenden Maschine viel zu stark anpressend auf die Dichtflächen, was Verschleiß
und hohe Reibung zur Folge hat.
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Der neue Dichtkörper gemäß der Erfindung vermeidet einerseits die
Nachteile einer zu großen Dichtrandbreite, die bedingt ist durch eine von der Dichtkörperabmessung
abhängige Druckfläche der Dichtkörperunterseite, und benötigt andererseits keine
starke Anpreßfederkraft, weil er das abdichtende Betriebsmittel
selbst,
aber in beliebig einstellbarer Stärke zur Unterstützung der Dichtrandanpressung
heranziehen kann.
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Gemäß der Erfindung besitzt der Dichtrand des Dichtkörpers zwecks
Reibungsverminderung: eine lediglich für die Abdichtung benötigi~ex Breite oder
Gleitflächengröße, und der Dichtkörper ist so geformt, daß er dem Gas- oder Flüssigkeitsdruck
in dicht randanpressender Richtung nur eine regelbare Mengenwirkung ermöglicht oder
nur eine beliebig klein herstellbare Angriffsfläche darbietet, wobei die sonstige
bauliche Ausgestaltung des Dichtkörpers z. B. mit Kühl- oder Heizmänteln unabhängig
von den erwähnten Abmessungen und Bedingungen des Dichtrandes, der regelbaren Mengenwirkung
oder der beliebig kleinen Angriffsfläche bleibt und in jeder Form und Größe durchführbar
ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Erfindungsgedanken an vier Beispielen.
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Abb. x zeigt den Dichtkörper in einfacher Ringform, von einer inneren
und äußeren Nutseitenwand umgeben, eine runde Öffnung an einer Planfläche abdichtend.
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Abb.2 zeigt den Dichtkörper in einfacher Ringform, von einer äußeren
Nutseitenwand umgeben, eine runde Öffnung an einer zylindrischen Fläche abdichtend.
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Abb. 3 zeigt den Dichtkörper als mit Kühl-oder Heizmantel versehenen
Zylinderkopf, die Zylinderöffnung an einem Steuerteil abdichtend.
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Abb. q., 5 und 6 zeigen den Dichtkörper als mit Kühl- oder Heizmantel
versehenen Zylinderkopf, der mit rechtwinklig ausgeformter Öffnung an einem Steuerteil
abdichtet.
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In Abb. z ist w die Wandung eines zylindrischen Raumes x, dessen Öffnung
o durch einen bewegten Planflächenteil b gesteuert wird. w und b befinden
sich in einem geringen Abstand voneinander, um nicht aufeinanderzureiben. Der dadurch
vorhandene Spalt s wird durch den Dichtkörper d abgedichtet. In der Stirnfläche
der Wandung w ist eine tiefe Nut, in die der Dichtkörper d als ein fugenloser Ring
eingesetzt ist. Der Dichtkörper d wird durch Federn f gegen den Planflächenteil
b gedrückt und liegt dort mit seinem Dichtrand .r an. Die außen spannenden
Kolbenringe a und die innen spannenden Kolbenringe i dichten den Dichtkörper in
seiner Nut ab, so daß keine Gas- oder Flüssigkeitsmengen in den oder aus dem Nutraum
n gelangen können.
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Der Vorteil des Dichtkörpers d besteht darin, daß die Hauptabdichtungsstelle
zwischen dem Raum z und der bewegten Fläche b mit dem fugenlosen Dichtrand r abgedichtet
wird, wobei dieser Dichtrand y eine lediglich für die Abdichtung benötigte Dichtrandbreite
oder Gleitflächengröße besitzt, um Reibungsverluste klein zu halten und ein sicheres
Anliegen trotz Wärmedehnungen zu gewährleisten. Dennoch ist eine Überlastung des
schmalen Dichtrandes mit Sicherheit vermieden, weil einesteils nur ein schwacher
Federdruck auf ihn wirkt und andernteils die Unterstützung dieses Federdrucks durch
eine auf die Dichtkörperunterseite wunde Gas- oder Flüssigkeitsmenge mittels der
' raube v geregelt werden kann. Eine derärtige Regelung ist bei dieser Ausführung
des Dichtkörpers notwendig, weil bei gleicher Größe oder bei gleichem Flächeninhalt
des Dichtrandes und der Dichtkörperunterseite eine Überlastung der Dichtflächen
durch den auf die Unterseite wirkenden Gasdruck eintreten würde. Denn der Gasdruck
könnte an der Dichtkörper-_unterseite in dicht randanpressender Wirkung eine weitaus
größere Kraft ausüben als zwischen den sich überschleifenden Dichtflächen, die für
ihn keine unmittelbare Angriffsfläche darstellen, da er in dicht flächentrennender
Richtung nur hydraulisch übersetzt mittels des Ölfilms wirken kann. Bei dieser Dichtkörperanordnung
aber kann durch die Regelschraube v die Menge des in den Nutraum neingelassenen
Betriebsmittels derart beschränkt werden, daß diese in dicht flächenanpressender
Richtung auf den Dichtkörper ausgeübte Druckwirkung nur um ein geringes stärker
ist als die in dicht flächentrennender Richtung vorhandene Druckwirkung. Der beim
Zeichnungsbeispiel nur als einfacher Ring gestaltete .Dichtkörper kann unbeschadet
seines schmalen Dichtrandes und seiner regelbaren Anpressung baulich ausgestaltet,
z. B. mit Kühl- oder Heizmänteln versehen werden, sofern er nur noch mit einem zylindrischen
Rohrstück in .die durch zusätzliche Dichtmittel abgedichtete Nut hineinreicht, so
daß die Anpressung nach wie vor sowohl von der Wandstärke oder der Stirnfläche dieses
Rohrstückes als auch von der regelbaren Gaszufuhr in den Nutraum n abhängig ist.
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In Abb. a ist der Dichtkörper ein fugenloser Ring von gleichem Durchmesser
wie der zylindrische Raum z. Der Dichtkörper d wird von der entsprechend
größer ausgesparten oberen Fortsetzung der Zylinderwand w umfaßt. Der Dichtkörper
wird durch Federn f gegen den bewegten Teil b gedrückt und liegt dort mit seinem
Dichtrand r an. Die Kolbenringe i verhindern, daß eine Gas- oder Flüssigkeitsmenge
zwischen Ringaußenwand und Zylinderinnenwand entweichen kann. Da bei dieser Anordnung
des Dichtkörpers eine Mengenregelung des auf die Dichtkörperunterseite wirkenden
Betriebsmittels wegen Fortfalls der inneren Nutwand nicht möglich ist, so kann durch
entsprechende Bemessung der Dichtkörperunterseite oder der Stirnfläche des zylindrischen
Rohrstückes die Anpreßwirkung festgesetzt .werden, wobei wiederum die sonstige Ausgestaltung
des Dichtkörpers oder die Dichtrandbxeite baulich davon unabhängig sind.
Abb.
3 zeigt einen Dichtkörper, der zu einem mit Kühl- oder Heizmantel versehenen Zylinderkopf
ausgebildet ist. Der Dichtkörper umfaßt von außen das rohrförmige Endstück des abzudichtenden
Raumes z. Der Dichtrand ist dadurch der den Dichtrand anpressenden Gasdruckwirkung
bis auf eine Fläche za entzogen, mit der er das rohrförmige Endstück des abzudichtenden
Raumes nach innen übergreift. Man kann also auch bei diesem Dichtkörper durch die
verschiedene Bemessung der Wandstärke w oder der übergreifenden Fläche u
jede beliebige Anpressung des schmalen Dichtrandes y in vorher bestimmter Stärke
erreichen, wobei die sonstige Form und Größe des Dichtkörpers ohne Einfluß bleibt.
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Abb. 4 bis 6 zeigen, daß der Erfindungsgedanke sich auch für die Abdichtung
beliebig geformter Öffnungen eignet. Der Dichtkörper d bildet wie in Abb. 3 einen
Zylinderkopf. Um aber kürzere Steuerwege zu haben, wie bei Abb. 3, formt sich innerhalb
dieses Dichtkörperzylinderkopfes die kreisrunde Zylinderöffnung bei gleichbleibendem
Durchflußquerschnitt zu einer rechteckigen Öffnung um. Auch die rechteckige Öffnung
hat einen fugenlosen Dichtrand, mit dem sie an der Steuerwalze b abgedichtet wird.
Infolge des gleichbleibenden Durchflußquerschnittes halten sich die inneren Flächen
des Dichtkörpers, auf die der Druck in der einen Richtung wirkt (Schnitt A-B, Abb.
5), das Gleichgewicht mit den Flächen, auf die der Druck in der entgegengesetzten
Richtung wirkt (Schnitt C-D, Abb. 6). Eine die Federkraft f
unterstützende
Anpressung des Dichtrandes y durch Gas- oder Flüssigkeitsdruck ist also wie in Abb.3
lediglich vom Breiteverhältnis des Dichtrandes r zur unteren Randbreite u
oder Wandstärke w bestimmt.