DE6945896U - Selbsthalternde dichteinrichtung - Google Patents
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Description
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 Fige 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
6S 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)
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).
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