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Dichtring aus Stahl Zusatz zum Patent 819340 Die bekannten Dichtungen
gehen davon aus, daß der Werkstoff des zur Verwendung kommenden Dichtmittels verhältnismäßig
weich und nachgiebig ist und alle Unebenheiten der eigentlichen Dichtflächen durch
den sich entsprechend deformierenden Werkstoff des Dichtmittels ausgeglichen werden
sollen.
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Die hierbei als Dichtmittel zur Verwendung kommenden Dichtscheiben,
die entweder aus Leder, Asbest, Gummi, Hartblei, Kupfer, Nickel, Weicheisen oder
Stahl bestehen, werden vermittels des durch die Anpreßkraft der Dichtflächen hervorgerufenen
Reibungswiderstandes gehalten. Solche in der Dichtwirkung wegen der dazu erforderlichen
plastischen Verformung ihres Werkstoffes an sich schon unsichere Dichtungen können
nur insoweit Verwendung finden, als .die Reibungskräfte ausreichen, um dem auftretenden
Innendruck zu widerstehen. Dieser Umstand wiederum bedingt die Verwendung verhältnismäßig
großer Dichtflächen; mit wachsenden Abmessungen der Dichtflächen vermindert sich
jedoch bei konstanter Anpreßkraft .die spezifische Flächenpressung. Dies führt schließlich
dazu, .daß die auf die Flächeneinheit ausgeübte Druckkraft nicht mehr ausreicht,
um die zur Herbeiführung der Dichtwirkung erforderliche plastische Verformung des
Dichtwerkstoffes in dem Maße zu bewirken, daß Jie in
den Dichtflächen
vorhandenen Unebenheiten ausgeglichen und, abgedichtet werden können. Die Folge
ist ein Nachlassen der Dichtwirkung. Aus diesem Grunde müß mit wachsenden Abmessungen
der Dichtflächen auch die Genauigkeit bezüglich,der Bearbeitung derselben eine Steigerung
erfahren, und, in zahlreichen Fällen ist sogar ein Schleifen der Dichtflächen erforderlich,
um überhaupt eine Dichtung zu erzielen. Hierdurch sind solche Dichtflächen im Materialaufwand
hoch und in der Herstellung teuer und unwirtschaftlich, abgesehen davon, däß, wie
bereits erläutert, höhere Innendrücke mit Dichtscheiben nicht beherrscht werden
können: Daneben haben die bekannten Dichtungen ,eine Reihe weiterer Nachteile. So
vermindert die Nachgiebigkeit der mehr oder minder elastischen Dichtscheiben deren
Widerstandsfähigkeit gegen Erschütterungen und Querbeanspruchungen, was zu Undichtigkeiten
und zur Lockerung der Anpreßmittel führt. Die gleichen Beeinträchtigungen ergeben
sich durch Temperaturschwankungen bzw. durch Wärmestauungen aus den" dabei auftretenden
Ausdehnungen und Schrumpfungen.
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Auch die aus Stahl gefertigten profilierten und stirnseitig in Dichtkanten
auslaufenden Spießkantdichtengen arbeiten mit,der plastischen Verformung dieser
Dichtkanten und gehören daher zu den Weichdichtungen. Ihr Vorteil gegenüber den
Flachdichtungen beruht lediglich darauf, daß infolge der Abdichtung entlang einer
Linie bzw. schmalen Fläche geringere Anpreßkräfte erforderlich oder bei Verwendung-
gleicher Anpreßkräfte bessere Dichtwirkungen erzielbar sind, so daß derartige Spießkantdchtungen
auch noch für Medien mit höheren Innendrücken Verwendung finden können.
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Die Erfindung vermeidet die Mängel der bisherigen Dichtungen. Dabei
wird von einem Dichtring aus Stahl mit harten Dichtkanten an den Stirnseiten nach
Patent 819 340 ausgegangen.
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Bei der praktischen Ausführung von Dichtungen mit Hilfe -derartiger
Dichtringe für hohe und höchste Drücke hat sich eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung
ergeben, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
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Dieselbe besteht darin, - daß jede Stirnseite des Dichtringes ausStahl
nur eineDichtkante inKreisform aufweist, beide Dichtkanten konzentrische Kreise
mit gleichen Durchmessern bilden, ihre Querschnitte keilförmig und @die Dichtkanten
aberflächengehärtet sind,. Diese harten Dichtkanten schneiden beim Herstellen der
Dichtung in die anliegenden Dichtflächen ein, wodurch sich eine ausgezeichnete Dichtwirkung
ergibt.
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Dias Herstellen von Dichtungen erfolgt von Hand durch Anziehen von
überwurf.muttern oder von Muttern auf Schraubenbolzen, z. B. bei Flanschen.. Demzufolge
sind -die erreichbaren Anpreß,drücke begrenzt durch die menschlichen Anzugskräfte;
die !, auf die genanntenMuttern ausgeübtwerden können.
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Aus diesem Grunde ,ist erfindungsgemäß an jeder Stirnfläche des Dichtringes
aus Stahl nur je eine harte Dichtkante vorgesehen. Die .durch die ausübbare Anpreßkraft
begrenzten Anpreßd'rücke wirken durch diese Anordnung nur auf je eine Dichtkante
an jeder Stirnseite. Hierdurch ergibt sich das erforderliche zügige und scharfe
Einschneiden jeder Dichtkante in die .zugehörige Dichtfläche und darüber hinaus
auch ein jeweils genügend tiefer Einschnitt in ,die Dichtflächen. Mit dieser Maßnahme
ist die Gewähr gegeben, daß auch bei nicht völlig ebener Beschaffenheit der einzelnen
Dichtflächen eine einwandfreie Abdichtung erzielt wird, denn alle etwa vorhandenen
Unebenheiten werden unterschnitten. Da nicht mehrere Dichtkanten einzuschneiden
haben und demzufolge,der begrenzte Anpreßdruck sich nicht zu verteilen braucht,
ergibt sich nicht nur eine ausreichende Einschnittiefe, sondern darüber hinaus auch
noch eine Verdichtung und Verfestigung !des einzelnen Einschnitts an den Flanken
und am Bodien, was eine weitere Steigerung der Güte der Dichtwirkung herbeiführt.
Die Dichtkante selbst ist fest in ihrem Einschnitt eingebettet und kann in keiner
Weise nachgeben.
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Von wesentlicher Bedeutung für das Einschneiden und damit für den
Dichtungsvorgang ist der Umstand, daß,die an jeder Stirnfläche des Ringes vorgesehene
Dichtkante eine genügend große Härte aufweist, um mit ausreichender Standfestigkeit
der Schneide in die jeweilige Dichtfläche einschneiden zu können. Da die Verwendung
von naturhartem Stahl für ,die Dichtringe wegen des erheblichen Preises de.s Ausgangsmaterials
und der außerordentlich schlechten Bearbeitbarkeit technisch nicht in Frage kommt,
ist dieArt der Härtung des Dichtringes für die Güte der herzustellenden Verbindung
von ausschlaggebender Bedeutung.
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Als Ausgangsmaterial für den Dichtring kommt solcher Stahl zur Anwendung;
der im weichen Zustand gut bearbeitet und, erfindungsgemäß anschließend oberflächengehärtet
werden kann. Dadurch werden einerseits die Dichtkanten außergewöhnlich hart, andererseits
aber bleibt der Kern des Dichtringes weich genug, um die beim Herstellen der Dichtung
auf den Dichtring ausgeübten Anzugskräfte und Belastungen ohne Reißen oder Zerspringen
aufnehmen zu können. Außerdem besteht so die Möglichkeit"daß die z. B. beim Warmhärten
auftretenden Verzüge nachträglich wieder zurückgerichtet und damit ausgeglichen
werden können. Durch Oberflächenhärtung hergestellte Dichtkanten zeigen die erforderliche,
außerordentliche Härte und ausreichende Schneidenstandfestigkeit. Solche Dichtungsringe
stumpfen beim Anzug an der Schneidkante nicht ab und haben infolge des weichen Kernes
keinerlei Neigung zum Reißen oder Zerspringen, wie, dies etwa bei durchgehärteten
Dichtringen der Fall ist.
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Erfindungsgemäß verlaufen die beiden Schneidkanten je eines Dichtringes
in konzentrischen Kreisen gleicher Durchmesser. Damit verlaufen auchderen Einschnitte
zueinander konzentrisch und in einander gleichen Kreisen. Infolgedessen können die
beim Herstellen zahlreicher Verbindungsarten erforderlichen Drehbewegungen der Verbindungsteile
gegenüber oder in Verbindung mit dem
Dichtring nicht nur einwandfrei
ausgeführt werden, sondern es wird auch gewährleistet, daß die Dichtung beliebig
oft gelöst und wiederhergestellt werden kann. Hierbei braucht bei lose eingelegtem
Dichtring nicht darauf geachtet zu werden, daß der Dichtring mit der vorherigen
Vorder- oder Rückenkante jeweils wieder eingesetzt wird, da dies wegen der Gleichheit
der Einschnittskreise und deren konzentrische Anordnung gleichgültig ist.
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An Stelle lose eingelegter Dichtringe ist es auch möglich, dieselben
in (der Art und Weise eines Hohlzylinders zu gestalten und .die derart ausgebildeten
Ringe in die .zum Herstellender Verbindung erforderlichen Elemente von vornherein
einzuschrauben oder innerhalb dieser Elemente in sonstiger geeigneter Weise zu halten.
Die Dichtungsringe bilden so eine Büchse im Inneren ,der Verbindungselemente. Derartige
Ausführungen sind dann besonders vorteilhaft, wenn es sich um Rohranschlüsse bzw.
Rohrverbindungen handelt, deren Werkstoffe im Hinblick auf die Durchflußmedien besonderen
Anforderungen und Qualitäten, wie z. B. Rost- und Säurebeständigkeit, genügen sollen.
In diesem Falle ist es nur erforderlich, den eigentlichen, büchsenartigen Dichtring
aus dem hochwertigen Werkstoff zu fertigen, während alte übrigen Teile der Verbindung
aus normalen Werkstoffen, wie z. B. Stahl, bestehen. Da die genannten hochwertigen
Werkstoffe teuer sind, ergibt sich durch die angeführte Maßnahme eine wesentliche
Verbilligung der Materialkosten.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar jeweils zur Hälfte in Ansicht und zur Hälfte im Schnitt.
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Fig. i und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele, bei welchen das Rohr
i dicht mit der Bohrung 2 in der Wand, 3 eines Behälters od. dgl. verbunden ist.
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Als Dichtmittel dienen beimAusführungsbeispiel nach Fig. i zwei Stahlringe
q., welche erfindungsgemäß an jeder Stirnseite je eine kreisförmig- verlaufende
Dichtkante 5 aufweisen. Die beiden Dichtkanten bilden untereinander konzentrische
und gleiche Kreise, weisen keilförmigen Querschnitt auf 'und sind zur Erreichung
der erforderlichen besonderen Härte oberflächengehärtet.
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Das Anschließen des Rohres i erfolgt ,durch den sich an den Innenkonus
6 des Anschlußstückes 7 anlegenden und unter der Wirkung eines AnpreßstÜckes 13
in die Rohroberfläche einschneidenden Schneidring B. Das Anschlußstück 7 ist vorzugsweise
an beiden Stirnseiten mit Ausnehmungen 9, 1o versehen, zwischen denen die Dichtringe
einerseits zur Wand 3 und andererseits zur Stirnfläche 1 i des Rohres i zu eingesetzt
sind. Beim Anziehen des Anschlußstückes 7, das mit seinem Außengewinde 12 in das
entsprechende Aufnahmegewinde des in der Wand 3 befindlichen Loches eingeschraubt
ist, schneidet .der vordere Dichtring mit seinen harten Schneidekanten 5 in die
Bodenfläche des in der Wand 3 befindlichen Gewinde-Loches und der Ausnehmung 9 des
Anschlußstückes7 ein, wobei die Kreisform derDichtkanten 5 ein wiederholtes Einschneiden
mit der Einschraubdrehbewegung ermöglicht. Anschließend wird das Einschneiden des
hinteren Dichtringes 4 bewirkt. Dazu wird das Anpreßstück 13 auf .das analoge Gewinde
des nun festsitzenden Anschlußstückes 7 aufgeschraubt. Unter dem Druck der sich
,dabei ergebenden Axialverschiebung auf das Anschlußstück 7 zu dringt der Schneidring
8 in. den Außenmantel des anzuschließenden Rohres i ein, und weiter werden die Stirnfläche
1 i ,des Rohres i einerseits und die Ausnehmung io des Anschlußstück.es 7 andererseits
von den Schneidkanten 5 des hinteren Dichtringes 4 eingeschnitten.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird der gleiche Anschluß nicht
mit zwei Dichtringen 4, sondern mit einem einzigen, entsprechend langen, büchsenartigen
Dichtring 14 durchgeführt. Die Dichtung wird, unmittelbar zwischen der Bodenfläche
des in der Wand 3 befindlichen Gewindeloches und der Stirnfläche i i des Rohres
i hergestellt. Das Anschließendes Rohres i erfolgt über die Teile 6 und 8 analog
wie in Fig. i. Lediglich das Anschlußstück 7 ist im Inneren mit Gewinde zum Einschrauben
des Dichtringes 14 ausgerüstet und mit diesem über ,den Anschlag 15 fest verschraubt.
Beim Einschrauben des Anschlußstückes 7 mit seinem Außengewinde 12 in das entsprechende
in der Wand 3 befindliche Gewindeloch dringt die vordere harte Dichtkante 5 des
Dichtringes 14 in die Bodenfläche dieses Gewindeloches und beim Anziehen des Anpreßstückes
13 auf dem analogen Gewinde des Ansehlußstückes 7 die hintere Dichtkante 5 in ,die
Stirnfläche i i des Rohres i in gleicher Weise ein, wie bei Fig. i ausgeführt ist,
wodurch die Dichtung hergestellt ist.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 stellt eine Verbindung von zwei
Rohren 16 und i7,dar. Auch hierbei kommt ein ähnlich wie in Fig. 2 ausgebildeter
längerer, büchsenartiger Dichtring 18 zur Anwendung. Mit .seiner bundartigen Verstärkung
i9 ist der Dichtring 18 zwischen entsprechenden Ausnehmungen eines zweiteiligen,
miteinander bei 2o verschraubten Verbindungskörpers 21 gehalten. Das Einschneiden
der harten Dichtkanten 5 des Dichtringes i8 in die Stirnflächen 22 und 23 der anzuschließenden
Rohre 16 und 17 erfolgt beim Aufschrauben der Anpreßstücke 24 und. 25 auf die entsprechenden
Gewindezapfen des Verbindungskörpers 21 unter der Wirkung der sich dabei ergebenden
Axialdrücke auf den Verbindungskörper 21 zu, nachdem .die Rohre 1.6 und. 17 in gleicher
Weise, wie zu Fig. i näher ausgeführt, im Zusammenwirken mit den sich in den Innenkonen
6 des Verbnndungskörpers 21 anlegenden Schneidringen 8 angeschlossen sind.
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An Stelle von Schneidringen 8 beim Anschließen bzw. Festhalten der
Rohre können auch Klemmringe verwendet werden. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Dichtringausführungen, bei denen die Dichtringe als Büchse im Inneren der Verbindungskörper
liegen, sind für besondere Zwecke
gedacht. Sollen beispielsweise
in der chemischen Industrie Rohre aus korrosions- und säurefesten Werkstoffen verbunden
werden, so genügt es, nur den eigentlichen Dichtring i4.-i8 aus derartigen Werkstoffen
zu fertigen. Alle weiteren Teile der Verbindung 'können aus gewöhnlichem Stähl hergestellt
werden, was sich preislich sehr günstig auswirkt.
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Von wesentlicher Bedeutung für den erfindungsgemäßen Dichtvorgang
ist es, daß die Dichtringe stets einen weichen Kern behalten, ihre große Schneidkantenhärte
also nur durch Oberflächenhärtung erzielt wird. In der Hauptsache erfolgt dies durch
Warmhärtung geeigneter Stahlsemen. Kommen als Ausgangswerkstoffe für die Dichtringe
nichtrostende und säurebeständige Stähle zur Anwendung, erfolgt die Oberflächenhärtung
durch Kaltverfestigung bzw. Kaltverformung.