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Dichtring aus Stahl Einschraubkörper, wie sie in der Technik in Form
von Verschlußstücken, z. B. zum Schließen von Öffnungen in Behältern, oder als Anschlußstücke,
z. B. zum Verbinden von Rohrleitungen mit Austrittsöffnungen, oder als selbständige
Geräte, z. B. Zündkerzen, Verwendung finden, sind üblicherweise mit einem Bund mit
zylindrischem Außenmantel versehen, der den sich anschließenden Einschraubgewindestutzen
überragt. Zwischen diesem Bund- und der Stirnfläche bzw. Wand des Anschlußkörpers,
Behälters oder Gerätes sind die Mittel vorgesehen, welche das Abdichten bewirken.
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Die Wahl der Dichtmittel ist abhängig von der erforderlichen Dichtwirkung.
Für geringe Drücke, wie sie z. B. im Wasserleitungs- oder Gasnetz vorkommen, genügen
sogenannte Weichdichtungen, bei welchen das Dichtmittel beim Einschrauben und Anziehen
des betreffenden Körpers sich mehr oder weniger plastisch verformt, je nach der
Form und der Materialbeschaffenheit des vorgesehenen Weichdichtungsringes. Werden
derartige Ringe mit keilförmig zulaufenden, möglichst schmalen Dichtflächen versehen,
so ergibt sich beim Einschrauben gegenüber Flachdichtungen eine größere spezifische
Flächenpressung an den Dichtflächen und damit eine bessere Dichtwirkung.
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Für hohe und höchste Drücke jedoch reichen derartige Weichdichtungen
nicht aus. Für solche Fälle sind Dichtringe aus Stahl mit je einer keilförmigen
und kreisförmig verlaufenden Dichtkante an beiden Stirnflächen vorgeschlagen worden.
Für Rohrverbindungen sieht ein derartiger Vorschlag einen aus zwei zusammenhängenden
oder losen Teilen mit auf der Spitze stehendem quadratischem Querschnitt bestehenden
Dichtring vor. Die Teile sollen mit ihren am inneren und äußeren Ringrand vorhandenen
Kanten
einerseits in die Wandung des anzuschließenden Rohres und andererseits in diejenige
des zylindrischen Teiles der Überwurfmutter einschneiden, wenn infolge des Anzuges
der Ü'berwurfmutter eine axiale Zusammenpressung des Dichtringes stattfindet.
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Wenn diese Wirkung eintreten soll, so müßte der Ring aus einem Material
bestehen, welches unter der Wirkung der axialen Zusammenpressung je nach dem vorliegenden
Toleranzbereich zwischen Rohr und überwurfmutter gleicherweise nach einwärts und
auswärts verformbar ist. Ein Material von derartiger Beschaffenheit weist aber nicht
die erforderliche Härte auf, .die es den Kanten ermöglicht, in die: Rohroberfläche
einerseits und die `'Wandung der Überwurfmutter andererseits einzudringen.
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Die Praxis hat gezeigt, daß bei nicht genügender Härte des Ringes
dieser einschließlich der Kanten zusammengequetscht wird und die Wirkung über diejenige
einer schlechten Klemmringverbindung nicht hinausgeht, während mit zunehmender Härte
des Ringes seine '#Terformbarkeit derart zurückgeht, daß die Dehnung nicht ausreicht,
um die vorgesehenen radial wirkenden Kanten zum Einschneiden zu bringen. Ein weiterer
Vorschlag zur Verbindung zweier Rohre besteht in einem im Querschnitt U-förmig gestalteten
Ring aus härterem `\rerkstoff als die zu vereinigenden Rohrenden, der mit seiner
Höhlung dem Rohrinnern zugekehrt ist und dessen Schenkel in Schneidkanten auslaufen,
welche beim Anziehen der Verbindung in die Stirnflächen der Rohrenden einschneiden
sollen. Ein solcher Ring, der in sich elastisch sein soll bei gleichzeitig ausreichender
Härte der Schneidkanten, läßt sich praktisch nicht herstellen, so daß auch dieser
Vorschlag unbrauchbar ist.
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Um das Auswechseln von Rohren beim Zusammensetzen langer Stränge zu
ermöglichen, ist eine Rohrverbindung vorgeschlagen worden, bei welcher stirnseitig
mit Bunden versehene Hülsen auf die zu verbindenden Rohre aufgeschraubt werden,
wobei deren Innenfläche über einen. dort vorgesehenen, spitz zulaufenden Vorsprung
mit der Stirnfläche des Rohres zur dichtenden Anlage kommt. Zwischen die einander
zugekehrten Stirnflächen der beiden Hülsenbunde wird eine übliche weichelastische
Dichtung eingelegt und das Ganze mit Hilfe von zwei Klemmstücken und einer Schraubmuffe
untereinander verbunden.
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Sollen tatsächlich mit derartigen Kantendichtungen hohe und höchste
Drücke beherrscht werden, so sind bestimmte Voraussetzungen erforderlich. Zunächst
muß die zum unmittelbaren Einschneiden in die Dichtfläche des Gegenstückes bestimmte
Dichtkante von wesentlich härterer Beschaffenheit sein als das Gegenstück, wobei
mit zunehmender Härte die Güte der Dichtung und die Sicherheit gegen Abstumpfung
wächst, welche die Wiederverwendung ausschließen würde. Weiter muß die harte und
unnachgiebige Dichtkante so tief in die Dichtfläche des Gegenstückes einschneiden,
daß unabhängig von deren Material- und instresondere Oberflächenbeschaffenheit eine
einwandfreie Abdichtung unter allen Betriebsverhältnissen gewährleistet ist.
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Die Anwendung derartiger Dichtungen mit harten Schneidkanten bei Einschraubkörpern
ergibt zwar eine außerordentlich gute Dichtwirkung, bringt jedoch in anderer Hinsicht
Nachteile mit sich, die mit der Erfindung beseitigt werden.
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Diese Nachteile bestehen zunächst in der mangelnden. Zentriermöglichkeit
der Dichtringe. Bekanntlich laufen aus fabrikatorischer Zweckmäßigkeit die Gewinde
an derartigen Einschraubkörpern bzw. ähnlichen Massenteilen am Übergang in den Bund
in einer hinterdrehten Rille aus. Da einerseits der Dichtring gerade an dieser Stelle
zu liegen kommt und andererseits über den Gewindestutzen dorthin gebracht «erden
muß, ist es unvermeidlich, daß der Dichtring innerhalb dieses zwangläufig vorhandenen
Spielraumes lose liegt und unkontrollierbare Eigenbewegungen auszuführen vermag.
Die Folge davon ist, daß unter diesen Verhältnissen die Dichtringe leicht verlorengehen
und infolge von möglichen Verschiebungen nicht mit Sicherheit zum vorgesehenen Dichtsitz
gebracht werden können. Söllen Dichtungen mit derartigen Dichtringen an @derselbenDichtfläche
wiederholt gelöst und wiederhergestellt werden, so können Überschneidungen der Einschnittgräben
vorkommen, wodurch Undichtigkeiten auftreten.
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Weiterhin dreht sich bei den bisherigen Ausführungsformen beim Einschrauben
des Anschlußkörpers der lose auf dem Gewindestutzen gehaltene Dichtring mit, wodurch
sich die sich drehende harte dichtendeSchneidkante beimAnziehen in dieDichtfläche,
gegen welche sie wirkt, einfrißt. Die Folge ist eine geringe Einschnittiefe, denn
ein Teil der Anzugskräfte geht durch die bremsende Reibung in den Einschnittgräben
verloren, was sich in einem Festfressen der Schneidkantenseitenflächen äußert.
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Am Einschraubkörper fest angebrachte Hartkantendichtungen gewährleisten
zwar die Zentrierung und die Unverlierbarkeit der harten Dichtkanten, und somit
derDichtung, doch ist inrnanchen Fällen die erforderliche Oberflächenhärtung der
schneidenden Kanten; äußerst schwierig. Die sich stets beim Anziehen drehende Schneidkante
frißt sich unter Reibung im Einschnittgraben fest und verzehrt einen Teil der Anzugskräfte,
woraus eine Verringerung derEindringtiefe dereinschneidenden Dichtkante resultiert.
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Erfindungsgemäß sind diese Nachteile dadurch behoben, daß der Dichtring
auf dem Bund hinter der Gewinderille am Einschraubkörper zentriert ist und zwischen
dem Einschraubkörper bzw. dem Bund und der diesem anliegenden Fläche des Dichtringes
eine Liniendichtung geschaffen ist mit beim i Einschrauben auftretenden Reibungskräften,
welche kleiner sind als diejenigen, die sich an der harten Kante beim Einschneiden
in den anliegenden Werkstoff ergeben.
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Durch diese Maßnahme steht der Dichtring beim i Anziehen fest, und
nur der Bund führt zusammen
mit dein Einschraubkörper die erforderliche
Drehbewegung aus.
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Hieraus ergibt sich ein tiefes Einschneiden der Dichtkanten. Durch
eine geeignete Halterung zwischen Bund und Dichtring, welche die zum Einschrauben
erforderliche Drehmöglichkeit zwischen rotierendem Bund und feststehendem Dichtring
nicht beeinträchtigt, kann darüber hinaus der Dichtring unverlierbar mit dem Einschraubkörper
verbunden sein.
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Je nach Ausbildung und Werkstoff des Führungsgewindes für den Einschraubkörper
und der Ausbildung des Keilwinkels der harten Kante des zugehörigen Dichtringes
kann beim Einschneiden der Dichtkante infolge Werkstoffverdrängung eine Art Aufschrumpfen
des Führungsgewindes im Bereich des Dichtgrabens auf den Einschraubbolzen erreicht
werden, wodurch eine Sicherung gegen unbeabsichtigtes Lockern, mindestens aber eine
Erschwerung des Lockerns herbeigeführt wird.
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Die Zentrierung des Dichtringes am zylindrischen Bund hinter der Gewinderille
des Einschraubkörpers erfolgt zweckmäßig durcheinenapfartige Ausbildung des zähen
Kerti:körpers des Dichtringes, derart, daß dessen innere Zylindermantelfläche im
Durchmesser dem Bund entspricht und so die Zentrierung des Dichtringes gegenüber
dem Bund und damit gegenüber dem Einschraubkörper besorgt.
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In dieser Weise zentrierte und gegen Mitdrehen gesicherte Dichtringe
gewährleisten ein einwandfreies und stets sicheres Arbeiten beim Herstellen der
Verbindung. Beim Anziehen der Anschluß-bzw. Verschlußstücke schneidet die feststehende
harte Dichtkante in die gegenüberliegende Fläche des Anschlußkörpers genügend tief
ein, und gleichzeitig kommt unter derWirkung der von der Dichtkante ausgehenden
Reaktionskräfte auch die rückwärtige Stirnfläche des Dichtringes entlang einer Kreislinie
an der Stirnfläche des Einschraub- oder Verschlußkörpers bzw. seines Bundes zur
dichtenden Anlage.
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Sofern dieBodenstärke desDichtringes genügend schwach ist, ergibt
die Reaktionskraft beim Einschneiden der Dichtkante an der dem Bund anliegenden
Oberfläche des Dichtringes unmittelbar eine unmerkliche ballige Verformung derselben,
welche eine Liniendichtung bewirkt. Werden stärkere Dichtringe verwendet, so ist
zu diesem Z-,veck die dem Bund zugekehrte Stirnfläche von vornherein schwach ballig
ausgebildet.
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Auf diese Weise ist eine unter allen Umständen auch den höchsten Anforderungen
gerecht werdende Dichtung erreicht. Dazu kommt, daß eine derartig zentrierte Dichtung
beliebig oft an derselben Verbindungsstelle verwendet werden kann, denn beim erneuten
Herstellen der Dichtung bedingt die Zentrierung des Dichtringes ein genaues Einmünden
in den beim ersten Anzug des Einschraubkörpers hergestellten eingeschnittenen Ringgraben.
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Die unverlierbare Halterung des Dichtringes am Einschraubkörper kann
auf jede beliebige Art hergestellt «-erden, welche die Drehbewegung des Einschraubkörpers
bzw. seines Bundes bei feststehendem Dichtring gewährleistet. Es kann beispielsweise
ein kraftschlüssiger gleitfähiger Haftsitz vorgesehen sein, vorzugsweise federnd
durch geeignetes Pressen oder auch formschlüssig dadurch, daß der Dichtring gegenüber
dem Bund am Anschluß- oder Verschlußstück verkörnt, versickt oder verbördelt wird.
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Mit Rücksicht darauf, daß es für das ordnungsgemäße Arbeiten von schneidenden
Dichtkanten erforderlich ist, diese Dichtkanten bei zähem Kern überaus hart, unnachgiebig
und mit nahezu spiegelglatten Oberflächen auszubilden, um ein zügiges, glattes und
kein feilenartiges gebremstes Einschneiden zu gewährleisten, ist es vorteilhaft,
den Dichtring durch plastisches Verformen auf kaltem oder auch warmem Wege, je nach
Werkstoffeigenschaften und in Abhängigkeit von den gewollten Härtegraden, zu fertigen,
also z. B. kalt zu schlagen. Unter normalen Umständen und bei Fertigung des Dichtringes
z. B. aus kohlenstoffarmem Stahl werden die Schneidkanten einschließlich Ringkörper
zusätzlich, z. B. im Salzbad, oberflächengehärtet. Die Möglichkeit, den Dichtring
durch spanlose Kaltverformung herzustellen, erlaubt die Verwendung von rostfreien
Stählen, die sich mittels Verdichtung der Oberflächen z. B: durch Pressen oder Schlagen
härten lassen, wobei zugleich eine Glättung der Oberflächen der Schneidkanten erreicht
ist.
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Infolge ihrer besonderen physikalischen Eigenschaften gleiten rostfreie
Stähle sehr schlecht aufeinander und neigen zum Festfressen. Sollen Bund und Dichtung
aus rostfreiem Stahl bestehen, so können zwischen Bund und Dichtring geeignete Gleitmittel
in möglichst dünner Schicht zusätzlich vorgesehen - sein, etwa Schmiermittel, Graphit
oder auch eine metallische oder nichtmetallische Zwischenlage.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. i einen in eine Behälterwand eingeschraubten Verschlußstopfen in Ansicht
mit Querschnitt durch den Dichtring, Fig. 2 die linke Seite der Fig. i im vergrößerten
Maßstab mit dem Dichtring vor dem Anziehen, Fig. 3 die gleiche Einrichtung mit eingeschnittenem
Dichtring und Fig. q eine weitere Ausführungsform; ebenfalls mit dem Dichtring im
Querschnitt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. i bis 3 bezeichnet i den Bund
hinter der Gewinderille 2 des Verschlußstopfens 3. Der vorgesehene Dichtring q.
mit seiner glasharten, dichtenden Schneidkante 5 ist mit einem napfartig hochgezogenen
Mantel 6 versehen, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des zylindrischen
Bundes i genau entspricht, so daß beide Teile gegeneinander einwandfrei zentriert
sind. Das unverlierbare Halten des Dichtringes q. am zylindrischen Bund i, das andererseits
bei feststehendem Dichtring q. das Drehen des Verschlußstopfens 3 beim Einschrauben
und Anziehen erlaubt, erfolgt durch schwach
federndes Haften. Wie
aus dem Vergleich der Fig. 2 mit Fig. 3 zu ersehen ist; schneidet die glasharte
Schneidkante 5 dichtend in die gegenüberliegende Wandfläche 7 ein. Die Bodenstärke
des Dichtringes 4 ist so schwach gewählt, daß sich unter der Reaktionswirkung der
Einschneidkraft an denjenigen Stellen der dem Bund i anliegenden Stirnfläche des
Dichtringes 4, welche der kreisförmig verlaufenden Schneidkante 5 gegenüberliegen,
beim Anzug eine unmerkliche ballige Verformung ergibt, welche in Fig. 3 mit einem
Pfeil angedeutet ist und eine zuverlässige Abdichtung entlang einer Linie gegenüber
dem Bund i sicherstellt. Die sich entlang dieser Liniendichtung beim Einschrauben
am Bund gegenüber dem Dichtring ergebende Reibung ist geringer als diejenige der
Sehneidkante beim Einschneiden in den zugeordneten Werkstoff. Auf diese Weise ist
der Dichtring gegen das schädliche Mitdrehen beim Einschrauben gesichert und steht
während des Einschraubens fest.
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Bei der Ausführung nach Fig. q. weist der die glasharte Einschneidkante
5 tragende Dichtring 8 einen Querschnitt auf, der in der Höhe stärker als in der
Breite gehalten ist. Hier genügt der Reaktionsdruck der Einschneidkraft nicht mehr
zu einer die Liniendichtung gegenüber dem Bund i gewährleistenden und das Mitdrehen
des Dichtringes 8 ausschließenden, schwach Balligen Verformung der am Bund i artliegenden
Stirnfläche des Dichtringes B. Dieser ist daher von vornherein mit einer leicht
Balligen Stirnfläche 9 versehen, die hier wesentlich übertrieben dargestellt ist,
um sie zu veranschaulichen. Tatsächlich ist die Krümmung sehr gering und kaum zu
erkennen. Der Bund i ist stufenförmig unterteilt ausgebildet, derart, daß der Dichtring
8 auf der Wand der im Durchmesser kleiner gehaltenen Blindstufe io zentriert ist
und dort unverlierbar haftet.