DE69114810T2

DE69114810T2 - Abdichtungsvorrichtung mit Überdruckentlastung.

Info

Publication number: DE69114810T2
Application number: DE69114810T
Authority: DE
Inventors: Leonard V Chabala
Original assignee: S&C Electric Co
Current assignee: S&C Electric Co
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: CA2051262A1; KR100199320B1; EP0479467B1; ATE130665T1; CA2051262C; US5100157A; KR920008394A; DE69114810D1; EP0479467A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Dichtungsanordnungen und insbesondere eine Dichtungsanordnung, die in Gegenwart von Überdruck eine Druckentlastungsfunktion ausübt.
Von verschiedenen Anordnungen ist bekannt, dass sie zwischen zwei Gehäuseteilen eine Abdichtung vorsehen, womit sie eine Abdichtung zwischen dem Inneren eines Gehäuses und der Aussenatmosphäre gewährleisten. In typischen Anordnungen wird ein Dichtungselement direkt oder indirekt zwischen zwei Flächen zusammengedrückt. Vgl. dazu beispielsweise das US-Patent Nr. 4'583'750, welches eine Anordnung offenbart, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.
Zudem werden Beispiele von Anordnungen zur Überdruckentlastung in den US-Patenten Nr. 4'775'849, 3'952'233, 3'733'452, 2'915'674, 3'229'848, 4'229'723, 4'484'247 und 4'102'469 gegeben. Die ersten drei Patente verwenden ein versetzbares Ventil oder einen versetzbaren Kolben, das bzw. der auf Überdruck anspricht. Die restlichen unter diesen Anordnungen (sowie das US-Patent Nr. '452) sehen Bruchelemente vor, die bei Überdruckbedingungen gebrochen oder durchlöchert werden.
Während diese Anordnungen im allgemeinen für deren Verwendungszweck geeignet sein können, sind sie komplex und/oder sie erfordern unabhängige Dichtungsanordnungen und Anordnungen zur Überdruckentlastiing.
Somit ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung vorzusehen, bei welcher ein Dichtungselement auf Überdruck anspricht und als versetzbares Element zur Überdruckentlastung dient.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Überdruckentlastung vorzusehen, die ein Dichtungselement verwendet, auf welches Überdruck einwirkt, sowie eine auf Kraft ansprechende Rückhalteanordnung verwendet, die vom Dichtungselement beim Vorherrschen von vorbestimmtem Überdruck versetzt wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Dichtungsanordnung für ein Gehäuse mit zwei Gehäuseteilen vorgesehen, umfassend:
Mittel zum Definieren eines Durchgangs zwischen den beiden Gehäuseteilen, wenn diese auf vorbestimmte Weise zusammengefügt sind, wobei dieser Durchgang das Innere und das Äussere des Gehäuses verbindet;
ein Dichtungselement, das in diesem Durchgang so angeordnet ist, dass es entlang diesem Dichtungselement und quer zu diesem Durchgang eine Dichtungsfläche definiert, wobei dieses Dichtungselement dem Umstand ausgesetzt ist, dass der innerhalb des Gehäuses herrschende Druck in einer mit Bezug auf dieses Dichtungselement ersten Richtung darauf einwirkt; und
Rückhaltemittel zur Erzeugung einer Rückhaltekraft auf dieses Dichtungselement in Antwort auf einen in der ersten Richtung wirkenden inneren Druck, derart, dass für Drücke unterhalb eines vorbestimmten Wertes die Dichtungsfunktion gleichmässig erhalten bleibt, während in Antwort auf einen auf das Dichtungselement wirkenden inneren Druck, der gleich oder höher ist als dieser vorbestimmte Wert, Überdruck entlastet wird,
welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:
das Dichtungselement in einem ersten Abschnitt des Durchgangs unmittelbar zwischen den beiden Gehäuseteilen zusammengedrückt wird, wenn der innere Druck unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt,
der Durchgang einen zweiten Abschnitt umfasst, dessen Querschnitt grösser ist als der erste Querschnitt des Abschnitts, in welchem das Dichtungselement zusammengedrückt wird, und
das Rückhaltemittel von diesem Dichtungselement unabhängig ist, mit diesem zusammenwirkt und diesem benachbart ist, und Entlastung des Überdrucks mittels plötzlicher Bewegung des Dichtungselements innerhalb des Durchgangs von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt des Durchgangs bewerkstelligt wird, derart, dass das Innere des Gehäuses im wesentlichen auf der ganzen Dichtungsfläche von Druck entlastet wird.
In der Ausbildung der Erfindung umfasst die Dichtungsanordnung ein Dichtungselement, das zwischen zwei Gehäuseteilen zusammengedrückt wird und auf welches der innerhalb des Gehäuses herrschende Druck einwirkt. Eine auf Kraft ansprechende Rückhalteanordnung hält das Dichtungselement an einer vorbestimmten Stelle. Beim Auftreten von Überdruck, der höher ist als ein vorbestimmter Wert, übt das Dichtungselement auf die auf Kraft ansprechende Rückhalteanordnung eine Kraft aus, die ausreicht, um eine geeignete Versetzung des Dichtungselements zu verursachen und die Druckentlastung im Gehäuse zu ermöglichen.
Die Erfindung wird nun, betreffend deren Ausbildung wie auch deren Betrieb sowie andere Zwecke und Vorteile davon, am besten unter Bezugnahme auf die Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen verständlich gemacht. In den Zeichnungen zeigen die
Figuren 1, 2 und 3 Ausschnittansichten von drei jeweiligen Ausbildungen der erfindungsgemässen Dichtungsanordnung, teilweise im Schnitt.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1 gewährleistet die erfindungsgemässe Dichtungsanordnung 10 eine Abdichtung zwischen einem ersten Gehäuseteil 12 und einem zweiten Gehäuseteil bzw. einer Endabdeckung 14. Lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung sind die Gehäuseteile 12, 14 allgemein kreisförmig ausgebildet und mit Befestigungsmitteln 16, 18 sowie einer dazwischen angeordneten (nicht dargestellten) Abstandhülse zusammengebaut. Die Dichtungsanordnung 10 umfasst ein Dichtungselement 22, das zwischen den Gehäuseteilen 12, 14 zusammengedrückt wird, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum oder Durchgang 24 definiert wird. In der dargestellten Ausbildung ist das Dichtungselement 22 ein torusförmiger Ring aus einem elastomeren Material. Das zweite Gehäuseteil 14 umfasst eine ringförmige Rippe oder Wandung 26.
Ein innerer Druck wirkt bei P innerhalb des Gehäuses auf das Dichtungselement 22. Für einen Bereich von positiven inneren Drücken bis zu einem vorbestimmten Wert P&sub1; wird das Dichtungselement 22 wie dargestellt zurückgehalten, und die Abdichtung wird aufrechterhalten. Wenn der Druck P den Wert P&sub1; übersteigt, wird das Dichtungselement 22 versetzt, weil es wie ein ringförmiger Kolben wirkt; d.h. die am Dichtungselement 22 ausgeübte Kraft überwindet die von der Wandung 26 ausgeübte Rückhaltewirkung. Beispielsweise kann der Druck P&sub1;, bei welchem eine Druckentlastung stattfindet, eine oder zwei Grössenordnungen höher sein als der normale innere Druck P. Bei einer Versetzung des Dichtungselements 22 von der in Fig. 1 gezeigten Stellung weg bewegt sich das Dichtungselement durch den Durchgang 24 hindurch. Wenn sich das Dichtungselement 22 bis zu einer Position bewegt, bei welcher der Querschnitt des Durchgangs 24 grösser ist als der Querschnitt des Dichtungselements 22, wird der innere Druck durch Druckauslass bei 28 entlastet. Das Dichtungselement 22 kann bei 22' zurückgehalten werden, oder es kann zusammen mit dem Ablassen von Fluid bei 28 weggeblasen werden.
Aus dem Vorangehenden geht hervor, dass die Dimensionen des Durchgangs 24 vom Querschnitt des Dichtungselements 22 auf solche Weise vorgegeben sind, dass eine geeignete Druckentlastung stattfindet, und dass sichergestellt wird, dass das Dichtungselement 22 das Ablassen von Fluid im Durchgang 24 nicht blockiert, nachdem das Dichtungselement an der Wandung 26 vorbei versetzt wurde.
Bei der Ausbildung der Fig. 1 ist eine ringförmige Dichtung 30 am Umfang des Durchgangs 24 angeordnet, um eine Abdichtung gegen die Witterung usw. zum umliegenden Raum hin zu gewährleisten. Bei der Entlastung von Überdruck wird selbstverständlich die Dichtung 30 versetzt, aufgetrennt und/oder zersetzt, um die gewünschte Druckentlastung zu ermöglichen. Zusätzlich sind ein Blendenring oder eine Mehrzahl von Abstandhaltern 32 für Ausbildungen vorgesehen, bei denen negative innere Drücke auftreten können, d.h. im Hinblick auf Fälle, bei denen das Innere unter Vakuum gesetzt wird, bevor es mit einem gewünschten Fluid im Hinblick auf den bestimmten Zweck gefüllt wird. Der Ring oder die Abstandhalter 32 haben den Zweck zu vermeiden, dass das Dichtungselement 22 von der normalen, in Fig. 1 dargestellten Position nach innen versetzt wird.
Bei einer anderen Ausbildung, die nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 betrachtet wird, umfasst die Dichtungsanordnung 50 ein Dichtungselement 52, das zwischen zwei Gehäuseteilen 54, 56 zusammengedrückt wird, wobei diese so zueinander angeordnet sind, dass sie einen Durchgang 58 definieren. Eine Ringbandfeder 60 ist am Umfang eines Dichtungselements 52 so angeordnet, dass sie unter normalen Bedingungen das Dichtungselement 52 in der in Fig. 2 dargestellten Position zurückhält. Sollte ein Überdruck P auftreten, der P&sub1; übersteigt, so übt der Druck auf das Dichtungselement 52 eine Kraft aus, die auf die Ringbandfeder 60 übertragen wird, so dass das Dichtungselement 52 genügend versetzt und die Ringbandfeder 60 genügend gedehnt wird, um eine Druckentlastung des Inneren zu gewährleisten; dabei werden das Dichtungselement 52 und die Ringbandfeder 60 entweder zur Aussenseite des Gehäuseteils 54 hin oder in den verbreiterten Entlastungsbereich bei 62 hinein bewegt. Falls gewünscht ist ein Abstandhalter oder Schlitzring 63 vorgesehen, um sicherzustellen, dass sich das Dichtungselement 52 nicht in das Innere hinein bewegt. Ähnlich wie bei der Dichtung 30 der Fig. 1 ist zur Abdichtung gegen die Witterung eine Dichtung 64 vorgesehen. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann auch ein mit geeigneten Druckentlastungslöchern versehenes Abdeckband 66 vorgesehen sein.
Unter Bezugnahme auf eine andere, in Fig. 3 dargestellte Ausbildung umfasst die Dichtungsanordnung 70 ein Dichtungselement 72, das zwischen zwei Gehäuseteilen 74, 76 zusammengedrückt wird, die mit einer Schraube 78, einer Gewindehülse 80 und einer Abstandhülse 82 miteinander befestigt sind. Diese Anordnung ist besonders für das Gehäuse eines gasgefüllten Stromkreisunterbrechers geeignet. Die Anordnung definiert einen Durchgang 84, der sowohl in Längsrichtung wie am Umfang Erweiterungen aufweist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Eine Ringbandfeder 86 ist in einer dem Dichtungselement 72 benachbarten ringformigen Nut oder Ausnehmung 88 angeordnet. Zwischen dem Dichtungselement 72 und der Ringbandfeder 86 ist eine Ringscheibe 90 angeordnet. Die Ringscheibe 90 bewirkt in effizienter und gezielter Weise die Übertragung der auf das Dichtungselement 72 ausgeübten Kraft auf die Ringbandfeder 86. In dem Gehäuseteil 76 ist ein Entlastungsbereich bzw. eine Nut 92 vorgesehen, um für die Ringbandfeder 86, nach deren Versetzung zufolge von Überdruckentlastung, eine definierte Position festzulegen.
Beim Auftreten eines genügenden Überdrucks P, der P&sub1; übersteigt, versetzt die auf das Dichtungselement 72 ausgeübte Kraft das Dichtungselement 72, die Ringscheibe 90 und die Ringbandfeder 86, wobei sich die Ringbandfeder 86 schnell von ihrer Position in der Nut 88 zur Nut 92 hin bewegt, die Ringscheibe 90 aufgebrochen, zerteilt oder zerstört wird, und das Dichtungselement 72 zu einer Position 72' bewegt oder bei 94 durch den Durchgang 84 hindurch weggeblasen wird. Wie im vorangehenden erörtert wurde, ist eine Dichtung 96 vorgesehen, die den Dichtungen 30 und 64 ähnlich ist. Um eine Bewegung des Dichtungselements 72 in das Innere des Gehäuses hinein zu verhindern, sind eine Ringscheibe 98 und ein Rückhaltering 100 vorgesehen. Der Rückhaltering 100 umfasst Umfangabschnitte, die sich in genügende Weise bei 102 erstrecken, um das Dichtungselement 72 beim Auftreten eines vorbestimmten Bereiches von negativen Innendrücken zurückzuhalten.
Bei jeder der Ausbildungen der Fig. 1 bis 3 ist das Dichtungselement im Zusammenhang mit dem Gehäuseteil so gefertigt, das es vorbestimmte Dimensionen aufweist, so dass das Dichtungselement auf geeignete Weise zusammengedrückt wird, um beim Zusammenbau eine gewünschte Abdichtungskraft zu gewährleisten. Beispielsweise ist bei Fig. 3 das Dichtungselement 72 derart hergestellt, dass es beim Zusammenbau im eine geeignete Presspassung zu den Gehäuseteilen 74, 76 gewährleistet. Das Dichtungselement 72 kann geschmiert werden, um den Einbau des Gehäuseteils 76 mit dem daran abgestützten Dichtungselement 72 in das Gehäuseteil 74 zu erleichtern.
Während verschiedene Ausbildungen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen in den Sinn kommen werden. Beispielsweise sollte ganz besonders verstanden werden, dass die Form des Dichtungselements und der Dichtungsfläche des Gehäuseteils jede Form sein kann, wie es die besondere Anwendung und praktische Überlegungen erfordern. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche alle solchen Änderungen und Abwandlungen in den Schutzumfang mit umfassen.

Claims

1. Dichtungsanordnung (10) für ein Gehäuse mit zwei Gehäuseteilen (12, 14), umfassend:

Mittel zum Definieren eines Durchgangs (24) zwischen den beiden Gehäuseteilen (12, 14), wenn diese auf vorbestimmte Weise zusammengefügt sind, wobei dieser Durchgang (24) das Innere und das Äussere des Gehäuses verbindet;

ein Dichtungselement (22), das in diesem Durchgang (24) so angeordnet ist, dass es entlang diesem Dichtungselement (22) und quer zu diesem Durchgang (24) eine Dichtungsfläche definiert, wobei dieses Dichtungselement (22) dem Umstand ausgesetzt ist, dass der innerhalb des Gehäuses herrschende Druck P in einer mit Bezug auf dieses Dichtungselement (22) ersten Richtung darauf einwirkt; und

Rückhaltemittel (26) zur Erzeugung einer Rückhaltekraft auf dieses Dichtungselement in Antwort auf einen in der ersten Richtung wirkenden inneren Druck P, derart, dass für Drücke unterhalb eines vorbestimmten Wertes P&sub1; die Dichtungsfunktion gleichmässig erhalten bleibt, während in Antwort auf einen auf das Dichtungselement (22) wirkenden inneren Druck P, der gleich oder höher ist als dieser vorbestimmte Wert P&sub1;, Überdruck entlastet wird,

welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:

das Dichtungselement (22) in einem ersten Abschnitt des Durchgangs (24) unmittelbar zwischen den beiden Gehäuseteilen (12, 14) zusammengedrückt wird, wenn der innere Druck (P) unterhalb des vorbestimmten Wertes P&sub1; liegt,

der Durchgang (24) einen zweiten Abschnitt (22') umfasst, dessen Querschnitt grösser ist als der erste Querschnitt des Abschnitts, in welchem das Dichtungselement zusammengedrückt wird, und

das Rückhaltemittel (26) von diesem Dichtungselement (22) unabhängig ist, mit diesem zusammenwirkt und diesem benachbart ist, und Entlastung des Überdrucks mittels plötzlicher Bewegung des Dichtungselements (22) innerhalb des Durchgangs (24) von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt (22') des Durchgangs (24) bewerkstelligt wird, derart, dass das Innere des Gehäuses im wesentlichen auf der ganzen Dichtungsfläche von Druck entlastet wird.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (22) ein ringförmiges Element ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhaltemittel (26) Mittel zum Definieren einer dem Dichtungselement benachbarten aufrechten Wandung (26) umfasst.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhaltemittel eine Feder (86 - FIG.3) umfasst, die aussenseitig vom Dichtungselement (72) angeordnet ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (86) und das Dichtungselement (72) als ringförmige Elemente angeordnet sind, wobei das Rückhaltemittel ausserdem eine Ausnehmung (88 oder 92) umfasst, welche zur Aufnahme dieser Feder innerhalb eines der beiden Gehäuseteile definiert ist.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch Mittel (32 oder 98, 100 - FIG.3) zum Vermeiden, dass das Dichtungselement (22 oder 72) sich in Antwort auf negative innere Drücke zum Inneren des Gehäuses hin bewegt.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (24) einen ersten Teil (FIG.1) umfasst, in welchem das Dichtungselement (22) angeordnet ist, sowie einen zweiten Teil (bei 22'), das eine grössere lichte Weite hat als der erste Teil und in welches das Dichtungselement (22) hinüberwechselt, um das Innere von Druck zu entlasten.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite des zweiten Teils (bei 22') des Durchgangs (24) genügt, um dem Dichtungselement (22) zu ermöglichen, aus dem Durchgang (24) heraus und zur Aussenseite (bei 28) des Gehäuses zu gelangen.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhaltemittel (86 - FIG.3) ein erstes Mittel (86) umfasst, auf welches das Dichtungselement (72) einwirkt und das während der Entlastung des Überdrucks versetzt wird.

10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (84) ein Mittel (92) zum Aufnehmen und Zurückhalten des ersten Mittels (86) während der Entlastung des Überdrucks umfasst.

11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch ein zwischen dem Dichtungselement (72) und dem Rückhaltemittel (86) angeordnetes Mittel (90 - FIG.3) zum Übertragen von auf das Dichtungselement (72) ausgeübten Kräften auf das Rückhaltemittel (86).

12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch ein Bruchmittel (30), das im Durchgang aussenseitig in bezug auf das Dichtungselement (22) angeordnet ist, um den Durchgang (22) gegen Aussen abzudichten, wobei sich das Bruchmittel (30) während der Entlastung des Überdrucks abtrennt.