DE69207529T2 - Dichtungsstruktur für eine schneidstrahldüse - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft im wesentlichen eine Dichtung zur Verwendung in Fluidströmen und insbesondere ein Gehäuse und eine Dichtung zur Verwendung bei der Beförderung von Fluid in einem Fluidstrom.
• Früher wurden Düsenanordnungen in Position gehalten und abgedichtet, indem man zwischen einem Düsenkörper und einem separaten Befestigungsteil, beispielsweise mit einer Mutter Druck erzeugte. Diese Vielzahl von Bauteilen macht die Anordnung komplexer. Die zwischen den Befestigungsteilen aufgebrachten Belastungen können zu hohen Beanspruchungen und möglicherweise zur Zerstörung oder dem Verkürzen der Lebensdauer der Düsenanordnung fuhren. Dadurch, daß man nicht jedes Mal, wenn die Düsenanordnung ersetzt wird, das Befestigungsteil entfernen muß, oder jedes Mal, wenn die Düsenanordnung positioniert wird, das Befestigungsteil lösen muß, wird ebenfalls die Ersatz- und Reparaturzeit reduziert.
• Die US-A-4,836,455 offenbart eine Dichtung für eine Fluidstromvorrichtung, die einen zentral durchbohrten Körper aufweist, der eine teilkugelförmige Buchse hat, die einen korrespondierend gestalteten Körper eines Strahlöffnungselementes trägt. Einstellungsschrauben durchdringen den Düsenkörper, um die Lage eines Schaftabschnittes des Strahlenöffnungselementes einzustellen.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Dichtung in einer Fluidstromvorrichtung vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen Körper mit einer darin angeordneten Bohrung aufweist, wobei die Bohrung einen stromaufwärts liegenden Abschnitt mit einem ersten Durchmesser, einem stromabwärts liegenden Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner ist als der erste Durchmesser und einen sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt aufweist, der den stromaufwärts liegenden und den stromabwärts liegenden Abschnitt verbindet; und mit einer in der Vorrichtung angeordneten Düsenanordnung, wobei die Düsenanordnung einen Kopfabschnitt, einen Rumpfabschnitt und eine Durchgangsbohrung aufweist, wobei der Rumpfabschnitt einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der zweite Durchmesser und relativ zum Kopfabschnitt stromabwärts angeordnet ist, wobei der Kopfabschnitt einen maximalen Querschnitt hat, der kleiner ist als der erste und größer als der zweite Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidverbindung zwischen dem stromaufwärts liegenden Abschnitt und dem stromabwärts liegenden Abschnitt der Bohrung auf die Durchgangsbohrung in der Düsenanordnung aufgrund einer Oberfläche/Oberfläche-Kontaktdichtung beschränkt ist, die ausschließlich zwischen dem Kopfabschnitt und dem sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt der Bohrung gebildet ist.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung und um darzustellen, wie diese ausgeführt werden kann, wird nun in beispielhafter Weise auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen.
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht von der Seite, die ein Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung, einer Gehäusestruktur und einer zugehörigen Dichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht von der Seite, die eine andere Dichtungsausführung einer Düsenanordnung, einer Gehäusestruktur und einer zugehörigen Dichtung aus dem Stand der Technik zeigt.
• Fig. 3 ist eine Schnittansicht von der Seite, die ein Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung und ein zugeordnetes Gehäuse der vorliegenden Erfindung zeigt.
• Fig. 4 ist eine Schnittansicht von der Seite, die ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Düsenrohrgehäuses der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei das Düsenrohr teilweise entfernt dargestellt ist.
• Fig. 5 ist eine Schnittansicht von der Seite, die das Düsenrohrgehäuse von Figur 3 zeigt, wobei sich das Düsenrohr in einer Dichtungsposition befindet.
• Fig. 6 ist eine Schnittansicht von der Seite, die ein Düsenrohrgehäuse zeigt, in dem sich ein konvergierender Abschnitt zwischen dem Düsenrohr und der Düsenanordnung erstreckt.
• Fig. 7 ist eine Schnittansicht von der Seite, die ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Düsenanordnung zeigt, bei der der Kopfabschnitt mit einer ausgeprägten halbkugelförmigen Schale ausgeformt ist.
• Fig. 8 ist eine Seitenansicht, die ein Fluidstromsystem mit einer Drehschwenkverbindung zeigt, die das Dichtungssystem der vorliegenden Erfindung einsetzt.
• Fig. 9 ist eine Schnittansicht der Drehschwenkanordnung von Figur 8.
• In dieser Beschreibung werden Elemente, die in unterschiedlichen Ausfuhrungsformen ähnliche Funktionen haben, mit gleichen Bezugszeichen benannt.
• Figur 1 zeigt ein Gehäuse und eine Dichtung für eine Fluidstromdüsenanordnung 10 aus dem Stand der Technik, die einen Kopfabschnitt 12 und einen Rumpfabschnitt 14 aufweist. Eine Düsenöffnung 16 ist in der Düsenanordnung 10 angeordnet und führt Fluid für alle praktischen Anwendungen entlang einer Mittellinie 18. Ein Düsenkörper 20 enthält eine Düsenbohrung 22, die mit einer Dichtungsoberfläche 24 gebildet ist, die die Düsenanordnung 10 berührt.
• Ein Düsenrohr 26 spannt den Kopfabschnitt 12 gegen die Dichtungsoberfläche 24 vor, wobei zwischen dem Düsenkopfabschnitt 12 und der Dichtungsoberfläche 24 eine Kontaktdichtung gebildet wird. Eine Kontaktdichtung 27 wird ebenfalls zwischen dem Düsenrohr 26 und dem Kopfabschnitt 12 gebildet. Eine Befestigungsvorrichtung 28, die aus einem oder mehreren konzentrischen Gliedern bestehen kann, die in derselben Richtung eingeschraubt werden, spannt das Düsenrohr 26 vor, um die Kontaktdichtungen zu schaffen.
• Um die Kontaktdichtungen herzustellen, wird eine beachtliche Kraft benötigt, wodurch nicht zu akzeptierende Belastungen entwickelt werden, die eine Verformung oder Zerstörung der Düsenanordnung 10 verursachen können. Aufgrund von Herstellungstoleranzen fluchten die Mittellinien des Düsenrohrs 26 und der Düsenöffnung 16 nicht, und die Orientierung der Mittellinie der Düsenanordnung 10 kann nicht in die erforderliche Ausrichtung eingestellt werden.
• Das Düsenrohr 26 kann alternativ, wie in Figur 2 gezeigt ist, die auch den Stand der Technik beschreibt, zusammengehörende Gewinde 29 enthalten, die das Düsenrohr 26 direkt mit der Düsenbohrung 22, die in dem Körper 20 geformt ist, befestigt. Bei dieser Konfiguration muß, wenn das Düsenrohr in Position befestigt wird, das Düsenrohr gedreht werden. Diese relative Drehung zwischen dem Düsenrohr 26, dem Düsenkörper 20 und dem Kopfabschnitt 12 und die Belastung, die dazwischen zur Dichtung benötigt wird, kann dem Kopfabschnitt beträchtlichen Schaden zufügen.
• Die vorliegende Erfindung betrifft das Abdichten einer Düsenanordnung in einer Düsenbohrung 22, die in einem Düsenkörper 20 geformt ist, ohne daß irgendein Kontakt oder Druck zwischen dem Düsenrohr 26 und dem Kopfabschnitt 12 der Düsenanordnung 10 ausgeübt wird, sie ist jedoch nicht auf den beschriebenen Anwendungsfall beschränkt.
• Figur 3 zeigt eine Fluidstromanordnung 10, die entweder für Schneide- oder für Reinigungsanwendungen eingesetzt werden kann. Die Düsenbohrung 22 des Düsenkörpers 20 hat drei Abschnitte. Ein erster (oder stromaufwärts gelegener) Abschnitt 30 mit einem ersten Durchmesser 31 steht mit einem Düsenrohr 26 in Fluidverbindung. Der erste Abschnitt 30 ist so gestaltet, daß das Düsenrohr 26 sich in einem Abstand von der Düsenanordnung 10 befindet. Ein zweiter (oder stromabwarts gelegener) Abschnitt 34 der Düsenbohrung 22 mit einem zweiten Durchmesser 36 liegt im Abstand zu dem ersten Abschnitt 30. Ein sich axial erstreckender konvergierender Abschnitt 32 verbindet den ersten Abschnitt 30 mit dem zweiten Abschnitt 34.
• Die Düsenanordnung 10 ist in der Düsenbohrung 22 eingesetzt. Ein stromabwärts liegender Abschnitt 42 des Kopfabschnittes 12 ist als Halbkugel ausgebildet. Der sich axial erstreckende konvergierende Abschnitt 32 paßt mit dem stromabwärts liegenden Abschnitt 42 zusammen, und der sich axial erstreckende konvergierende Abschnitt ist vorzugsweise entweder als Halbkugel oder als kegelstumpfartige Oberfläche (siehe Figuren 6 und 3) ausgebildet. Diese Konfigurationen dienen zum Zentrieren des Kopfabschnitts 12 innerhalb des sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnittes 32. Der stromaufwarts liegende Abschnitt des Kopfabschnittes 12 und der stromabwärts liegende Abschnitt 42 können aus dem gleichen Teil bestehen oder nicht. Figur 7 zeigt eine Dü-senanordnung 10 mit einem Kopfabschnitt 12, der einen halbkugelförmigen Schalenabschnitt 43 aufweist, der an dem Überstand des Kopfabschnittes befestigt ist.
• Eine zweite Dichtung 50 in der Form eines O-Ringes ist stromaufwärts des Kopfabschnittes 12 eingesetzt. Vorzugsweise wird die zweite Dichtung aus einem Material gebildet, das sich verformen kann, um den Durchgang zwischen dem Kopfabschnitt 12 und entweder dem ersten Abschnitt 30 oder dem sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt 32 abzudichten. Die Dichtverbindung zwischen dem stromabwärts liegenden Abschnitt 42 des Kopfabschnittes 12 und dem sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt 32 macht es nicht erforderlich, daß die zweite Dichtung 50 wirksam ist, es sei denn, die Umstände sind so, daß die notwendige Oberfläche/Oberfläche-Dichtungskraft unterhalb dem erforderlichen Wert für eine wirkungsvolle Dichtung liegt.
• Eine Einstelleinrichtung 52 kann verwendet werden, um eine Abwinkelung des Rumpfabschnittes 14 gegenüber der Düsenanordnung 10 einzustellen. Es können irgendwelche Einstelleinrichtungen 52 verwendet werden, selbst wenn festgestellt wurde, daß sich radial ausdehnbare Einstelleinrichtungen, die mit dem Rumpfabschnitt 14 zusammenwirken, ähnlich wie dies in der US-A-4,836,455 gezeigt ist, besonders zweckmäßig sind. Es ist geplant, daß diese Einstellung vorgenommen werden kann, wenn die Fluidstromanordnung 10 in Betrieb ist.
• Das Düsenrohr 26 berührt die Düsenanordnung 10 nicht wie im Stand der Technik (und kann deshalb nicht zerstören). Dies erfordert eine getrennte Dichtung zwischen dem Düsenrohr 26 und einem Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt 30 in Fluidverbindung steht. Ein Ausgangsanschluß 54, der in dem Düsenrohr 26 gebildet ist, steht mit der Düsenanordnung 10 in Fluidverbindung. Eine Fläche 55 des Düsenrohres in der Nähe des Ausgangsanschlusses ist abgewinkelt, um das Dichten des Düsenrohres gegen den Düsenkörper 20 zu unterstützen. Die Düsenanordnung 10, die in Figur 3 gezeigt ist, erstreckt sich teilweise in den ersten Abschnitt 30, der in der Düsenbohrung 22 geformt ist. Die Düsenanordnung 10 berührt die Düsenbohrung 22, wobei eine Kontaktdichtung dazwischen gebildet wird, die eine Fluidströmung hinter die Kontaktdichtung oder vom ersten Abschnitt 30 einschränkt.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß außer dem Düsenkörper 20 kein Bauteil benötigt wird, um die Düsenanordnung festzuhalten. Aus diesem Grund kann die Konfiguration des Düsenkörpes und ein Raum 80, der zwischen dem Düsenrohr und der Düsenanordnung 10 geformt ist, speziell ausgebildet werden, um eine Strömung zu optimieren, ohne negative Effekte zu berücksichtigen, die von irgendeinem Befestigungsteil ausgehen würden.
• Diese Konfiguration vereinfacht auch die Entfernung und den Ersatz der Düsenanordnung, da eine Befestigungsvorrichtung 28 wie in Figur 1 gezeigt ist, nicht verwendet werden muß.
• Bei einer alternativen Dichtungskonstruktion, dargestellt in den Figuren 4 und 5, paßt das Düsenrohr 26 in eine Ausnehmung, die in dem Düsenkörper 20 in der Nähe der Düsenbohrung 22 geformt ist, hinein. Eine verformbare Ringdichtung 56 (die aus einem Azetalkopolymer oder dergleichen geformt ist) ist zwischen dem Düsenrohr 26 und dem Düsenkörper 20 eingesetzt. Der Zweck dieser beiden Ausfuhrungsformen ist es, gegen einen Fluiddurchgang zwischen dem Düsenrohr 26 und dem Düsenkörper 20 abzudichten. Ein Axialdruck auf das in Richtung der Dichtung orientierte Düsenrohr bewirkt, daß der Ring sich plastisch verformt und die Ausnehmung 71 füllt, wobei er eine wirkungsvolle Dichtung bildet. Diese Dichtung kann bei allen hier gezeigten Konfigurationen Düsenanordnung 10- Düsenbohrung eingesetzt werden.
• Um das Rohr in dichtende Berührung mit dem Düsenkörper 20 zu zwingen, hat eine Verbindermutter 62 dazu passende Gewinde, die einen mit Gewinde versehenen Abschnitt 66 des Düsenkörpers 20 verbinden. Die innere Position 68 der Verbindermutter 62 enthält ein dazu passendes Gewinde mit einem außen mit Gewinde versehenen Segment 70 des Düsenrohres 26.
• Die Gewinderichtung zwischen dem äußeren Abschnitt und dem mit Gewinde versehenen Abschnitt 66 von Figur 3 ist entgegengesetzt zu der zwischen dem inneren Abschnitt 68 und dem mit Außengewinde versehenen Segment. Wenn die Verbindermutter in einer Richtung gedreht wird und das Düsenrohr 26 am Drehen relativ zum Düsenkörper 20 gehindert wird, wird die Verbindermutter in dem Düsenkörper 20 zur selben Zeit angezogen, wie das Düsenrohr 26 sich innerhalb der Düsenbohrung 22 fortbewegt. Wenn die Verbindermutter 62 in der Gegenrichtung gedreht wird, dann wird die Verbindermutter vom Düsenkörper 20 gelöst, während das Düsenrohr von der Düsenbohrung 22 zurückgezogen wird.
• Die vorliegende Dichtung kann bei Fluidstromsystemen nicht nur bei Düsenanordnungen eingesetzt werden, sondern auch bei Drehschwenkverbindungen 72, wie in den Figuren 8 und 9 dargestellt ist. Die Drehschwenkverbindung enthält eine Drehschwenkanordnung 74 und einen Drehschwenkkörper 75. Eine Drehschwenkanordnung 74 enthält einen Drehschwenkkopf 76 und einen Drehschwenkarm 78. Der Drehschwenkarm 78 steht mit einer Düse 80 in Fluidverbindung, und die Düse kann von der oben beschriebenen Art sein oder als nicht einstellbare Ausführung vorliegen.
• Der Drehschwenkkörper 75 hat eine darin geformte Drehschwenkbohrung 82. Die Drehschwenkbohrung 82 hat einen ersten Abschnitt 30, einen zweiten Abschnitt 34 und einen sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt 32. Diese drei Abschnitte 30, 32 und 34 der Drehschwenkverbindung 72 sind in der Konstruktion ähnlich mit der Düsenanordnung. Die Länge des konvergierenden Abschnitts kann abhängig von Konstruktionswünschen abgeändert werden. Wie in den Figuren 6 und 9 dargestellt ist, erstreckt sich beispielsweise der konvergierende Abschnitt über virtuell die Gesamtlänge der Düsenbohrung 22.
• Das Fluidstromsystem kann einen oder mehrere starre oder flexible Füße 84, 86 aufweisen, die die Stellung der Düsenanordnung 80 einschränken. Diese Stellung kann beeinflußt werden, wenn sie durch starre Beine unterschiedlicher Länge ersetzt wird, oder durch die Bewegung der flexiblen Füße. Zweckmäßigerweise kann bei Standardbetrieb ein Träger 87 an der Düsenanordnung 80 angebracht werden, um eine außergewöhnliche Bewegung eines oder beider Füße 84, 86 zu verhindern. Man kann sich vorstellen, daß die Relativpositionen der Füße 84, 86 eingestellt werden können, wenn die Fluidstromanordnung 10 in Betrieb ist, was eine exakte Ausrichtung der Düsenanordnung vor und nach dem Aufbringen der Betriebsdrücke erlaubt.
• Alle zuvor genannten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Kontaktdichtung zwischen dem Kopfabschnitt und dem konvergierenden Abschnitt. Diese Dichtung nimmt zu, wenn der Druck innerhalb des ersten Abschnittes zunimmt.

Claims (10)

1. Dichtung in einer Fluidstromvorrichtung, mit einem Körper (20, 75) mit einer darin angeordneten Bohrung (22, 82), wobei die Bohrung einen stromaufwärts liegenden Abschnitt (30) mit einem ersten Durchmesser (31), einen stromabwärts liegenden Abschnitt (34) mit einem zweiten Durchmesser (36), der kleiner ist als der erste Durchmesser und einen sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt (32) aufweist, der den stromaufwärts liegenden und den stromabwärts liegenden Abschnitt verbindet; und mit einer in der Vorrichtung angeordneten Düsenanordnung (10), wobei die Düsenanordnung einen Kopfabschnitt (12, 76), einen Rumpfabschnitt (14, 78) und eine Durchgangsbohrung aufweist, wobei der Rumpfabschnitt einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der zweite Durchmesser und relativ zum Kopfabschnitt stromabwärts angeordnet ist, wobei der Kopfabschnitt einen maximalen Querschnitt hat, der kleiner als der erste und größer als der zweite Durchmesser ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidverbindung zwischen dem stromaufwärts liegenden Abschnitt (30) und dem stromabwärts liegenden Abschnitt (34) der Bohrung auf die Durchgangsbohrung in der Düsenanordnung (10) aufgrund einer Oberfläche/Oberflächekontaktdichtung beschränkt ist, die ausschließlich zwischen dem Kopfabschnitt und dem sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt (32) der Bohrung (22, 82) gebildet ist.

2. Dichtung in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung innerhalb der Bohrung aufgrund der Konfiguration des sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnittes (32) zentriert ist.

3. Dichtung in einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abschnitt (42, 43) des Kopfabschnittes, der den sich axial erstreckenden konvergierenden Abschnitt berührt, eine im wesentlichen halbkugelfömiige Oberfläche bildet.

4. Dichtung in einer Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die im wesentlichen halbkugelförmige Oberfläche ein integraler Abschnitt des Kopfabschnittes ist.

S. Dichtung in einer Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die im wesentlichen halbkugelförmige Oberfläche ein getrenntes Element ist, das den Rumpfabschnitt umgibt und in nächster Nähe zum Überstand des Kopfabschnittes liegt.

6. Dichtung in einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der sich axial erstreckende konvergierende Abschnitt kegelstumpfartig ist.

7. Dichtung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der sich axial erstreckende konvergierende Abschnitt die Form eines Halbkugelstumpfes hat.

8. Dichtung in einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung eine Drehschwenkanordnung und der Körper ein Drehschwenkkörper ist.

9. Dichtung in einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtung außerdem eine Hilfsdichtung (50) in Form eines O-Rings aufweist, der zwischen dem Kopfabschnitt und der Wand der Bohrung und stromaufwärts der Oberfläche/Oberflächekontaktdichtung liegt.

10. Dichtung in einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wirkungsgrad der Oberfläche/Oberflächekontaktdichtung so eingestellt ist, daß er mit dem Druck des durch die Vorrichtung fließenden Fluids steigt.