DE6945896U - Selbsthalternde dichteinrichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte , y

Dlpl-Ing. R. BEETZ sen. ' ' /·' U

Dlpl-Ing. K. LAMPf^ECHT v)

Dr.-Ing. R. B E E T Z Jr. r"

München 22, Steiradorfstr. 10

4io-i5.i7iH-TpF (5) 29.1.1971

Selbsthalternde Dichteinrichtung

Die Neuerung betrifft eine selbsthalternde Dichteinrichtung mit einem deformierbaren äußeren Dichtelement und mit diesem zusammenwirkenden Bimetallteilen.

Es ?;ibt bereits viele Arten von Dichteinrichtungen, die im allgemeinen jedoch nur durch die abzudichtenden Organe gehaltert werden.

Daher ist es unbedingt notwendig, auf eine derartige Dichteinrichtung ständig eine Spannung auszuüben, um eine ausreichende Abdichtung zu erzielen.

Um diese Spannung zu vermeiden, hat man versucht, Dichteinrichtungen mittels Metallbewehrungen herzustellen, die sich bei Wärmeeinwirkung ausdehnen. Derartige Dichteinrichtungen und insbesondere Kolbensegmente werden bereits gebaut und erfolgreich verwendet, ohne praktisch eine Haiterungsspannung auszuüben.

Nach der GB-PS 724 9j56 sind beispielsweise Bimetall-Kolbendichtungsringe bekannt, die aus einem Außenteilring aus z. B. Gußeisen mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizient und einem an diesem anliegenden Innenteilring aus z. B. Leichtmetall mit im Vergleich dazu größerem Wärmeausdehnungskoeffizient bestehen.

Dennoch ist die Dichtheit derartiger Dichteinrichtungen bei Umgebungstemperatur oder bei einem plötzlichen Temperaturabfall klein. Ihre Anwendung ist also auf Organe beschränkt, die normalerweise bei hohen Temperaturen arbeiten.

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichteinrichtung anzugeben, die einen selbsthalternden Einfluß der Temperatur gewährleistet sowie eine Verringerung und sogar Vermeidung von Halterungsspannungen insbesondere für tiefe Temperaturen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Dichteinrichtung der eingancs genannten Art neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß sie aus einem das deformierbare äußere Dichtelement bildenden voll- oder hohlprofilförmigen Dichtglied und einer Bimetallbewehrung besteht, von der das Metall mit großem Ausdehnungskoeffizient gegenüber dem Dichtglied angeordnet ist, während das Metall mit niedrigem Ausdehnungskoeffizient auf dem ersten liegt und fest mit diesem verbunden ist, so daß durch ihre unterschiedliche Ausdehung bei einer Abkühlung das Dichtglied deformierbar ist.

Da die beiden Metalle mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizient eng verbunden, beispielsweise verwalzt sind, ist die komplementäre Ausdehnung oder Ablenkung der Einheit bei einer Temperaturänderung die Resultierende der Dehnungskräfte. Die Auslenkung entsteht in Richtung des Metalls mit dem kleinen Ausdehnungskoeffizient bei einer Temperaturerhöhung, aber in umgekehrtem Sinn in Richtung des Metalls mit dem größten Ausdehnungskoeffizient bei einer Temperaturerniedrigung. Daher wird bei einer Temperaturerniedrigung das Dichtglied ausgedehnt und in Halterungseinrichtung gegen das abzudichtende Außenorgan deformiert, während bei einer Temperaturerhöung die Dichteinrichtung gegen das andere Organ zurückgedrückt wird.

Die Bewehrung kann beispielsweise ringförmig und in eintr Dichteinrichtung montiert sein, die als Kolbensegment verwendet wird, das eine Dichtheit bei Kälte gewährleistet.

Eine derartige Bewehrung kann ebenso in einer Dichteinrichtung angeordnet sein, die in einem Kälteerzeuger verwendet wird und so eine gute Abdichtung bei sehr niedrigen Temperaturen erlaubt.

Die Neuerung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, daß ein Ring als Bewehrung Lamellen trägt, die schief zur Walzrichtung des Bimetalls ausgeschnitten und durch Temperaturerhöhung verwindbar sind, wobei das Dichtglied eine Hülle ist, deren parallele Wände durch alle Lamellen nach außen zurückdrückbar sind.

Die Verformung der Dichteinrichtung und ihre Klemmwirkung des Gehäuses gegen die abzudichtenden Organe werden so durch jede Temperatüränderung, nämlich Erhöbung oder Erniedrigung, hervorgerufen, so daß die DichtAieit in allen Fällen gewährleistet ist.

Unabhängig von der speziellen Ausführung der Dichteinrichtung gemäß der Neuerung werden die durch die Organe ausgeübten Spannungen praktisch unterdrückt, d. h. die Dichteinrichtung übt eine Spannung aus.

Die Neuerung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Außenansicht, teilweise aufgeschnitten, eines Ausführungsbeispiels der selbsthaltemden Dichteinrichtung gemäß der Neuerung;

Pig. 2 einen Schnitt nach I-I von Pig. I;

?ig· 3> einen Axialschnitt durch eine als Kolbensegment verwendete Dichteinrichtung;

Fig. 4 eine Außenansicht eines abgewandelten, teilweise aufgeschnittenen Ausführungsbeispiels der selbsthalternden Dichteinrichtung;

Fig· 5 einen Schnitt nach II-II von Fig_e 4, woraus die Dichteinrichtung in der Ruhestellung ersichtlich ist; und

Fig. 6 eine Schnittansicht II-II von Fig. 4, wenn die Die iteinrichtung gespannt ist.

Es soll darauf hingewiesen werden,daß die abgebildeten AusfUhrungsbeispiexe der Dichteinrichtung gemäß der Neuerung zwar ringförmig sind, die Neuerung jedoch glattäquivalent; auch bei rechteckigen oder anders geformten Dich »,einrichtungen angewendet werden kann.

Die in Fig. 1 und ?. abgebildete Dicht einrichtung besteht in der Hauptsache aus einer metallischen Bewehrung 1, die durch eine Schraubenlinienwendel aus Bimetall gebildet ist, die zwei übereinanderliegende Schichten 2 und 3 aufweist, die sus zwei Metallen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizient bestehen. Die beiden Schichten 2 und 3 können eventuell durch eine Zwischenschicht verbunden sein. Sie sind in allen Fällen fest miteinander verbunden, beispielsweise verwalzt.

Die Wendel 1 befindet sich im Innern eines Dichtglieds 4, das ein Ringgehäuse bildet. Das Dichtglied 4 besteht aus einem deformierbaren Werkstoff wie Messung, Titan oder einem Kunststoff. Das Dichtglied 4 hat vorzugsweise einen im wesentlichen

rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken, Zwei sich gegenüberliegende Seiten 4a und 4b dieses Rechtecks sind eben, parallel und tangential zur Wendel 1, während die beiden anderen Seiten eine Faltung 5a und 5b aufweisen, die sine Einbuchtung nach innen bilden, die außen die Wendel berührt. Die Paltungen 5a, und 5b befinden sich vorzugsweise gegenüber den abzudichtenden Organen, die jedoch nicht abgebildet sind.

Jede Ausdehnung der Wendel 1 beweg die Faltungen 5a und 5b auseinander, so daß diese in Richtung der abzudichtenden Organe zurückgedrückt werden, wodurch die Dichteinrichtung an diesen Organen gehaltert wird. W in eine derartige Dichteinrichtung zwischen zwei Organen benutzt wird, die auf eine von der atmosphärischen Temperatur verschiedene Temperatur gebracht werden, ist es nicht notwendige daß diese Organe auf die Dichteinrichtung eine mechanische Haltespannung ausüben, eine schwache Spannung genügt.

Wenn das Metall der Schicht 2 einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, während c.as Metall der Schicht 3 einen wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten hat, beispielsweise, wenn das Metall 2 Nickel und das Metall 3 Kupfer ist, ruft eine Temperaturerhöhung eine Auslenkung in Richtung des Metalls 2 mit geringem Temperaturausdehnungskoeffizienten hervor, d. h. ein Zusammenziehen der Wendel, während umgekehrt eine Temperaturerniedrigung eine Ausdehnung der Wendel bewirkt, d. h. eine Erhöhung des Durchmessers der Windungen. Die Temperaturerniedrigung verursacht also eine Selbsthalterung der Dichteinrichtung an den abzudichtenden Organen. Die Temperaturerhöhung bewirkt eine Verkleinerung des Durchmessers der Wendel 1, d. h. die Zurückstellung der Bewehrung, die sich von den abzudichtenden Organen entfernt.

Eine derartige Dichteinrichtung ist deshalb besonders zur Abdichtung von Geräten geeignet, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten, insbesondere bei kryogenen oder kälteerzeugenden Apparaten. Es ist bei der praktischen Erprobung gelungen, bei Verwendung von zwei geeigneten Metalle·-?, eine sehr gute Dichtheit bis zu e;:trem niedrigen Temperaturen von etwa -25O°C zu erreichen.

Es kann allerdings vorteilhaft seirij die V/tadel 1 mit einer anderer. Wendel ζ α kombinieren, die ebenfalls durch zwei Meta] le mit ur> erschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten gebildet wird, die abe umgekehrt angeordnet sind., rudern sich ^ ar; Metall mit; niedrigem Ausdehnuagskoeffizien; ^vi ri.er AuE -ir^ite der Wendel ^efindeto Die Auslenkung dieser ^T- ten Wendel findet in umge cehrter Richtung zu der der -■rstdn st.tt·._o Die Wendel 1 gewährleistet di- Dichtheit bei t/ie:i η T mperaturen^ v/ährend die an< ore Wende., für die ...^.chthe. t bei hohen Temperaturen sorgt, Die beiden Wendeln könne!' ^ α gleichen Dichtglied 4 oder zwei vei^schiedenen Dichtglit rSU..,-n anp^ordnet s-;in, up ,wei k oip amentäre DichteinrichtuTigei zu bilden.

Iw übrige... kann das Dichtglied 4 jc-;de Form und Dicke aui vjeise _s die für Jca Zwischenraum g^eig.iet sind, o.er die abzi.dichtenden Organe trennt, Es kann Insbesondere eirr , regelmäßigen Querschnitt haben, boispielsvieise eine». Kreisquerschnitt, und braunst nicht geschlossen l;u r-ein, um die Ausdehnung der Bewehrung ·£.■- erleichtern.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Dichteinrichtung von Fig. 1, wobei dⁿ" e Bewehrung durch einen Bimetallstreifen 6, γ gebildet ist, der als Ring aufgewickelt und von einem Reibungsschluß 8 umgeben ist. Die

Dichteinrichtung befindet sich in einer Nut 10 eines in einem Zylinder 14 beweglichen Kolbens und bildet ein Kolbensegment.

Wie die Dichteinriohtung von Fig. 1 und 2 hat die Bewehrung 6_S 7 dieses Segments ein Metall 6 mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient, das sich im Innern gegenüber dem Boden der Nut 10 befindet, und ein Metall mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizient, das außen, d. h. in Berührung mit dem Dichtglied 8, angeordnet ist. Eine Temperaturerhöhung ruft daher das Zusammenziehen des Rings der Bewehrung hervor, d. h. e"ne Verringerung des Durchmessers des Rings O, Die Dicht einrichtung wird se· in den Boden der Nut 10 gedrückt. Dagegen führt eine Temperaturerniedrigung zu ihrer Ausdehnung durch Verlängerung des Rings und zum Zurückstoßen des Dichtglieds 8 gegen den Zylinder 14. Der mit einem derartigen Segment versehene Kolben weist also eine konstante Dichtheit auf, da in Abhängigkeit von der Abkühlung, die die gewöhnlichen Segmente zusammenzieht,, die Di chteinrichtung gemäß der Neuerung immer stärker angepreßt wird.

In manchen Fällen kann c s jedoch zweckmäßig sei;., eine einzige Dichteinrichtung voraus ;hen, die eine wirksame Halterung gleichzeitig bei niedrigen und hohen Temperaturen vornimmt.

Eine derartige Dichteir^ichtung ist in Fig. 4-6 abgebildeto Diese Dichteinrichtung hau einen e¹ men Ring 16, auf dem Bimetall-Lamellen 18 angeschweißt sind. Die Birnetall-LameIlen Io haben an beiden Seiten ihrer Befestigung leicht geneigte und gekrümmte Seiten. Sie sind im wesentlichen aus einer vorher ausgewalzten Bimetallplatte ausgeschnitten, und zwar entlang einer Richtung, die im wesentlichen einen Winkel von 45° mit der Walzrichtung bildet, so daß die Seitenwände der

Lamellen gegen lie Metallfasern geeignet sind. Diese Lamellen sind beispielsweise durch Punktschweißung an einem ihrer Enden am Ring 16 befestigt, jedoch an ihrem anderen Ende frei und so im wesentlichen radial um den Ring angeordnet· Sie sind außerdem wie der Ring im Innern eines Dichtgliedes 20 montiert, das auf seinem Umfang offen ist und im wesentlichen einen U-Querschnitt hat, wie in Fig. 5 und

j zu sehen ist.

Bei einer Temperatüränderung, nämlich Erhöhung oder Erniedrigung, verwinden sich die Lamellen und nehmen im wesentlichen die Form einer Wendel ein, wobei sich die eine Ecke ihres freien Endes in Richtung der oberen Wand 20a des Dichtgliedes anhebt, während sich die andere in Richtung der unteren Wand 20b des Dichtglieds absenkt. Alle Lamellen stützen sich an den beiden Wänden des Dichtglie^s ab und spreizen sich, wobei sie eine Kraft in Richtung der abzudichtenden Organe ausüben.

Obwohl die Temperaturerniedrigung und -erhöhung Deformationen iu entgegengesetzter Richtung erzeugen, stehen ständig alle Lamellen in Berührung mit den beiden Wänden 20a und 20b aes Dichtglieds. Dieses wird also gegen "ie abzudichtenden Oigane unabhängig davon gedrückt, wie die Temperaturänderungen vor sich gehen. Man erhält daher eine sehr gute Dichtheit, die nicht von den Anwendungsbedingungen abhängt. Die praktische Erprobung hat gezeigt, daß eine gute Dichtheit für einen Temperaturbereich von beispielsweise -150⁰C bis +65O⁰C mit der neuerungsgemäßen Einrichtung erreicht werden kann.

Die Neuerung kann in verschiedener Weise gegenüber den abgebildeten Ausführungsbeispielen Abweichungen erfahren. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele erlaubt die Wahl der Metalle,

die den Bimetallstreifen bilden, ebenso wie der Zahl der Metallschichten der Bewehrung die Einstellung der Auslenkung der Bewehrung und damit der Deformation der Dichteinrichtung, d. h. der Bedingungen ihrer Halterungswirkung. Außerdem werden die Form der Bewehrung und des Dichtglieds leicht der Form der abzudichtenden Organe angepaßt. Es ist auch möglich, Dichteinrichtungen vorzusehen, die jeweils genau den Anwendungsbedingungen entsprechen.

Claims (6)

- 10 - Schutzansprüche

1. Selbsthaltende Dichteinrichtung mit einem deformierbaren äußeren Dichtelement und mit diesem zusammenwirkenden Bimetallteilen, dadur ch gekennzeichnet, daß sie aus einem aas deformierbare äußere Dichtelement bildenden voll- oder hohlprofilförmigen Dichtglied (H; 8; 20) und einer Bimetallbewehrung (2, 3; 6, 7; 18) besteht, von der das Metali (3; 7) mit grünem Ausdehnungskoeffizient gegenüber dem Dichtglied (■'!■; 8) angeordnet ist, während das Metall (2; 6) mit niedrigem Ausdehnungskoeffizient auf dem ersten liegt und fest mit diesem verbunder., ist, so daß durch ihre unterschiedliche Ausdehnung bei einer Abkühlung das Dichtglied deformierbar ist (Pig= 1, 2; 3; 4 bis 6).

2c Dichteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen äußeren Reibring (8) als Dichtglied und eine ringförmige Bimetallbewehrung (6, 7)? deren Metall (7) mit dem höchsten Ausdehnungskoeffizient der Reibring (8) ' erührt, während das Metall (6) mit dem niedrigsten Ausdehnungskoeffizient zu innerst liegt ο

3o Dichteinric· cung npch Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine wendeiförmige Bimetallbewehrung (1), deren Metall (2) mit niedrigem Ausdehnungskoeffizient innen liegt und die im Innern einer biegsamen Hülle (^¹'. als Dichtglied angeordnet ist (Fig. I₉ 2)ο

4. Dichteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wendeiförmige Bewehrung (l) und die biegsame Hülle (4) ringförmig sind (Fig. 1, 2).

5. Dichteinrichtun^ nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ring (16) als Bewehrung, der Lamellen (18) trägt, die schief zur Walzrichtung des Bimetalls ausgeschnitten und durch Temperaturerhöhung verwindbar sind, wobei das Dichtglied eine Hülle (20) ist,deren parallele Wände durch alle Lamellen nach außen zurückdrückbar sind (Fig. 4-6).

6. Dichteinrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (20) einen rechteckigen offenen Querschnitt hat (Fig.4-6).