EP4278115A1 - Dichtring, dichtungsanordnung und verwendung des dichtrings - Google Patents

Dichtring, dichtungsanordnung und verwendung des dichtrings

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EP4278115A1
EP4278115A1 EP21844267.1A EP21844267A EP4278115A1 EP 4278115 A1 EP4278115 A1 EP 4278115A1 EP 21844267 A EP21844267 A EP 21844267A EP 4278115 A1 EP4278115 A1 EP 4278115A1
Authority
EP
European Patent Office
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sealing
sealing ring
permeation
permeation barrier
sealing element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21844267.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Lauer
Maik Bluhm
Mark Boggasch
Christian Mitschkal
Thomas Kramer
Christian Kohl
Manuel Hille
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Freudenberg KG filed Critical Carl Freudenberg KG
Publication of EP4278115A1 publication Critical patent/EP4278115A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16J15/3236—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip having two or more lips with at least one lip for each surface, e.g. U-cup packings

Definitions

  • Sealing ring Sealing ring, sealing arrangement and use of the sealing ring
  • the invention relates to a seal and its use.
  • Sealing rings are generally known and are used, for example, to seal off gaseous media.
  • the sealing can be static or dynamic.
  • the gaseous medium to be sealed can be pressurized.
  • O-rings or X-rings have been used to seal off gaseous media, which during their intended use are arranged in a sealing manner under elastic prestress in an installation space of a sealing arrangement.
  • the aforementioned sealing rings seal automatically when the elastic preload is greater than the pressure to be sealed.
  • the previously known sealing rings consist, for example, of an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) or of chlorobutyl (Cl I R).
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • Cl I R chlorobutyl
  • a seal of low-molecular media by sealing rings made of the aforementioned materials is unsatisfactory because the mentioned materials have a comparatively large permeation coefficient.
  • the permeation coefficient indicates the permeability, here of a medium to be sealed through the seal.
  • the invention is based on the object of further developing a seal in such a way that it can also reliably seal low-molecular media over a long period of use and is therefore also well suited for such a use.
  • a seal comprising at least one sealing element with a first permeation coefficient and at least one permeation barrier made of a thermoplastic material with a second permeation coefficient, the sealing element and the permeation barrier forming a unit during the intended use of the sealing ring and the first permeation coefficient is greater than the second permeation coefficient.
  • the sealing ring according to the invention also reliably seals low-molecular media over a long period of use, for example gaseous media.
  • the second permeation coefficient of the permeation barrier is considerably lower than the first permeation coefficient of the sealing element.
  • the ratio of the first permeation coefficient to the second permeation coefficient is preferably at least 100, more preferably from 1000 to 10000 or higher.
  • the good sealing effect of the sealing ring according to the invention is therefore based primarily on the permeation barrier.
  • the sealing element and the permeation barrier are each designed in the best possible way to solve their respective tasks. This independent design of the sealing element and permeation barrier for their respective tasks has the advantage that compromises with regard to the functional properties of the sealing element and/or permeation barrier are not necessary.
  • the permeation barrier ensures good sealing results for the sealing ring over a long period of use; the sealing element can compensate well for manufacturing tolerances and/or micro-roughness of sealing surfaces of machine elements of a sealing arrangement to be sealed.
  • the permeation barrier largely prevents permeation of the medium to be sealed through the sealing element; Leaks are negligible if they occur at all.
  • a sealing arrangement that includes the seal described above can have significantly longer maintenance intervals than a sealing arrangement in which conventional O-rings or X-rings are installed as 1-component rings.
  • the sealing element is essentially completely covered by the permeation barrier at least on the side of the unit that faces a medium to be sealed.
  • the permeation barrier can be in direct contact with the sealing element or be assigned to it indirectly, for example by a connecting support body.
  • a sealing ring with a permeation barrier in the sense described above has a lower overall permeation than a single elastomer element.
  • the maintenance interval of a system can be extended as a result.
  • the sealing element preferably consists of a rubber-elastic sealing material.
  • the advantage here is that elastomeric sealing materials are often available inexpensively in many different specifications and that manufacturing tolerances of the sealing ring and/or the installation space and/or surface roughness of sealing surfaces that limit the installation space can be easily compensated for by the elastomeric sealing material.
  • the sealing element is arranged under elastic pretension in the installation space.
  • the permeation barrier can consist of a thermoplastic material, particularly preferably an EVOH material.
  • EVOH is an ethylene vinyl alcohol copolymer.
  • Barrier layers made of EVOH are already known. For heating applications and drinking water installations, plastic pipes can be provided with EVOH barrier layers to prevent oxygen permeation.
  • EVOH barrier layers in the form of composite films are used in food packaging.
  • the permeation barrier is provided in order to prevent a medium to be sealed from permeating through the sealing element of the sealing ring according to the invention.
  • the sealing ring has consistently good performance characteristics over a long period of use. Maintenance intervals of systems with sealing arrangements in which a such a sealing ring is used can be considerably lengthened as a result. As a result, simple and economical operation of the sealing arrangement is possible.
  • the permeation barrier can be connected to a support body.
  • the support body indirectly connects the permeation barrier to the sealing element.
  • the permeation barrier can be integrated into the support body.
  • the permeation barrier is permanently connected to the support body.
  • the supporting body can consist of a plastic.
  • Polyethylene for example, can be used as the material.
  • this material has the advantage that the connection to the permeation barrier and the sealing element is particularly tight and durable.
  • Another advantage is that polyethylene is available at low cost and has good impermeability to low-molecular fluids.
  • polyethylene can be cross-linked by radiation and therefore only has a low setting behavior.
  • the supporting body can be designed as a molded part.
  • a molded part can be in the form of an injection molded part, an extrudate or a turned part.
  • a molded part can also be designed as a cut hose ring or pipe ring. Molded parts have low manufacturing tolerances, give the sealing ring high dimensional stability and prevent gap extrusion. In addition, large quantities can be manufactured with low part costs.
  • the molded part can have other functions, such as an assembly aid for better positioning/centering of the sealing ring in its installed form.
  • the permeation barrier is designed as a film and is combined with the sealing element to form a composite. The advantage here is that such a composite can be produced easily and inexpensively, in particular with little use of material.
  • the network is very compact.
  • the sealing element, the permeation barrier and the supporting body can be connected in a non-positive and/or positive manner to form a preassembled unit.
  • the assembly/disassembly of such a preassembled unit in/from the installation space of a sealing arrangement is process-reliable and easily possible.
  • the risk of assembly errors is limited to a minimum by the pre-assembled unit.
  • the invention also relates to a sealing arrangement, comprising the sealing ring described above and two machine elements to be sealed against one another, the first machine element being assigned to the second machine element at a distance adjacent to one another, the sealing ring being arranged in the gap formed by the distance and the permeation barrier covering the surfaces of the machine elements to be sealed touched sealingly.
  • the medium to be sealed is prevented by the permeation barrier from escaping through the sealing element into the surroundings of the sealing arrangement.
  • the invention further relates to the use of a sealing ring as described above.
  • such a sealing ring is used as a hybrid inert gas seal.
  • the permeation barrier is necessary in particular for reliable sealing of a protective gas during a long service life of the sealing ring in order to prevent leakage as far as possible.
  • the permeation barrier lengthens this period of time considerably, since the medium to be sealed would first have to penetrate the permeation barrier before permeating through the sealing element.
  • this period can cover the entire product life cycle.
  • sealing ring were formed exclusively by a sealing element made of just one elastomeric sealing material, such as an O-ring or X-ring, low-molecular gas, for example, would penetrate the sealing material within a relatively short time and escape undesirably into the environment.
  • elastomeric sealing material such as an O-ring or X-ring
  • FIGS. 1 to 8 Eight exemplary embodiments of the sealing ring according to the invention are shown below with reference to FIGS. 1 to 8 and described in more detail.
  • Figures 1 to 8 each show a schematic representation:
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment with two permeation barriers arranged in a functional series connection, between which a sealing element is arranged in the radial direction,
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment, in which a sealing element extends in the radial direction on both sides of the end face, with a permeation barrier extending in the axial direction from one sealing element to the other
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment with a U-ring-shaped sealing element
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment in which two permeation barriers are used, between which a sealing element is arranged in the radial direction,
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment, in which a sealing element which extends in the radial direction is arranged on each end face,
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment, similar to the exemplary embodiment from FIG. 3, a sealing element being used which is connected to a permeation barrier on the inner circumference,
  • FIG. 7 shows a seventh exemplary embodiment, in which two sealing elements are arranged adjacent to one another at a radial distance, with a permeation barrier being arranged in the gap formed by the distance,
  • FIG. 8 shows an eighth exemplary embodiment, similar to the exemplary embodiment from FIG. 8, a sealing element, viewed in cross section, having a rectangular design and being surrounded by a U-shaped permeation barrier on its side facing the medium to be sealed.
  • the sealing rings provide a static seal. It is each to hybrid inert gas seals 20. Radially inside the sealing ring is the medium to be sealed 4, which is to be sealed in a space 21 of a sealing assembly 22 with a relative Overpressure is arranged. Atmospheric pressure from the environment 23 is applied to the seal radially on the outer circumference.
  • the seal holds back the medium 4 to be sealed, in particular through the permeation barrier 2 in the space 21 to be sealed, and prevents the medium 4 to be sealed from permeating through the sealing ring into the environment 23.
  • the sealing ring forms part of the sealing arrangement 22.
  • the sealing ring is used as an inert gas seal 20 in all the exemplary embodiments shown.
  • the sealing ring is arranged between the two machine elements 15, 16, which are designed as an upper 24 and lower flange 25, and seals them from one another.
  • the machine elements 15, 16 delimit a gap 17 and have the surfaces 18, 19 to be sealed.
  • FIG. 1 A first exemplary embodiment of the sealing ring according to the invention is shown in FIG.
  • the sealing element 1 is indirectly connected to the permeation barrier 2 by the supporting body 9 , which consists of a plastic 10 .
  • the permeation barrier 2 is formed by two rings which are arranged concentrically to one another and which are associated with one another at a radial distance, the radial distance being completely filled with the plastic 10 of the support body 9 .
  • FIG 2 a second embodiment is shown in which the support body 9, also like the support body 9 in Figure 1, is designed as a molded part 11 and the permeation barrier 2, which is formed in Figure 2 by only one ring, essentially completely encloses.
  • a sealing element 1 extends in the radial direction on both sides of the sealing ring, the sealing elements 1 being so thin and flexible that they only settle into the micro-roughness of the surfaces 18, 19 to be sealed, so that the permeation barrier 2 covers the surfaces 18, 19 to be sealed of the machine elements 15, 16 to be sealed and touched in a sealing manner.
  • the sealing elements 1 are only micrometers thick and disappear after the installation of the sealing arrangement in the micro-roughness of the surfaces 18, 19 to be sealed; the permeation barrier 2 then touches the surfaces 18, 19 to be sealed again and seals them.
  • FIG. 3 A third exemplary embodiment is shown in FIG. 3, in which the support body 9 is designed as a molded part 11 and, as in FIG. 2, is arranged around the permeation barrier 2 .
  • the actual sealing element 1 is arranged radially on the outside of the support body 9 and, in the exemplary embodiment shown, ensures good tolerance compensation in the axial direction.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a sealing ring, which has a particularly simple structure with few parts.
  • the sealing ring comprises only the sealing element 1 which is sandwiched between two permeation barriers 2 .
  • the permeation barriers 2 are arranged concentrically and adjacent to one another at a radial distance, the sealing element 1 being arranged in the gap formed by the distance.
  • the sealing element 1 On the front side, the sealing element 1 has two sealing beads 26 extending in a circular ring shape in the circumferential direction, and on the front side only one sealing bead 27.
  • the sealing beads 26, 27 influence the contact pressure, the compression and the mold filling and can vary in number and Shape are adapted to the particular circumstances of the application, in particular to pressure and temperature.
  • FIG. 1 A further exemplary embodiment of a sealing ring is shown in FIG.
  • the permeation barrier 2 is designed as a one-piece molded part and, as can be seen in the section shown, is essentially in the shape of a double T.
  • a sealing element 1 is arranged on the front side on both sides, the sealing elements 1 being symmetrical to an imaginary radial plane that extends centrally through the permeation barrier 2 in the axial direction.
  • FIG. 6 A sixth exemplary embodiment is shown in FIG. 6, the permeation barrier 2 being arranged radially on the inside of the sealing element 1 .
  • the sealing element is so thin and flexible on the face side on both sides of the permeation barrier 2 that it only settles in the micro-roughness of the surfaces 18, 19 to be sealed, so that the permeation barrier 2 covers the surfaces 18, 19 of the machine elements 15, 16 fitting and sealingly touched.
  • the sealing element 1 is only micrometers thick on the front side on both sides of the permeation barrier 2 and, after the installation of the sealing arrangement, has practically completely disappeared in these areas in the micro-roughness of the surfaces 18, 19 to be sealed; the permeation barrier 2 then touches the surfaces 18, 19 to be sealed again and seals them.
  • the sealing elements 1, the permeation barriers 2 and/or the support bodies 9 can be connected by means of a positive and/or non-positive connection and/or material connection.
  • the sealing element 1 and the permeation barrier 2 can thereby form the unit 3 .
  • the sealing element 1, the permeation barrier 2 and the support body 9 can preassembled unit 14 form. This simplifies the handling of the sealing ring, in particular during its assembly.
  • a form-fitting connection can be achieved, for example, in that the parts to be connected to one another have openings through which the material of the other part in each case penetrates. This results in a particularly durable clawing of the parts together.
  • FIG. 13 A seventh exemplary embodiment of the sealing ring according to the invention is shown in FIG.
  • the composite 13 comprises at least one of the parts of the sealing element 1 and the permeation barrier 2 in the form of the film 12.
  • the permeation barrier 2 has particularly compact dimensions, so that the sealing ring also has compact dimensions overall.
  • the composite 13 extends not only essentially in the axial direction of the sealing ring.
  • the composite 13 extends to the two end faces and, in the section shown here, is essentially stepped. This has the advantage that, in contrast to the exemplary embodiment from FIG. 2, the end faces of the sealing ring are also sealed off by the permeation barrier 2 .
  • FIG. 1 An eighth exemplary embodiment is shown in FIG.
  • the sealing element 1 is surrounded by the film 12 in a U-shape on the side 5 facing the medium 4 to be sealed.
  • the film 12 extends along the end faces and the radially inner boundary of the sealing element 1 .

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Abstract

Dichtring umfassend zumindest ein Dichtelement (1) mit einem ersten Permeationskoeffizient und zumindest eine Permeationsbarriere (2) aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem zweiten Permeationskoeffizient, wobei das Dichtelement (1) und die Permeationsbarriere (2) während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings eine Einheit (3) bilden und wobei der erste Permeationskoeffizient größer als der zweite Permeationskoeffizient ist. Verwendet werden kann der Dichtring als Hybrid-Schutzgasdichtung (20).

Description

Dichtring, Dichtungsanordnung und Verwendung des Dichtrings
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Dichtung und dessen Verwendung.
Stand der Technik
Dichtringe sind allgemein bekannt und gelangen zum Beispiel zur Abdichtung gasförmiger Medien zur Anwendung.
Die Abdichtung kann dabei statisch oder dynamisch erfolgen. Das abzudichtende gasförmige Medium kann druckbelastet sein.
Zur Abdichtung gasförmiger Medien gelangen bisher zum Beispiel O-Ringe oder X-Ringe zur Anwendung, die während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung unter elastischer Vorspannung dichtend in einem Einbauraum einer Dichtungsanordnung angeordnet sind. Die zuvor genannten Dichtringe dichten dabei automatisch ab, wenn die elastische Vorspannung größer als der abzudichtende Druck ist.
Die vorbekannten Dichtringe bestehen zum Beispiel aus einem Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder aus Chlorbutyl (Cl I R).
Insbesondere eine Abdichtung von niedermolekularen Medien durch Dichtringe aus den zuvor genannten Werkstoffen ist wenig zufriedenstellend, weil die genannten Werkstoffe einen vergleichsweise großen Permeationskoeffizient haben. Der Permeationskoeffizient gibt die Durchlässigkeit, hier eines abzudichtenden Mediums durch den Dichtung, an.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Dichtung derart weiterzuentwickeln, dass er auch niedermolekulare Medien während einer langen Gebrauchsdauer zuverlässig abdichten kann und daher auch gut für eine derartige Verwendung gut geeignet ist.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Dichtung vorgesehen, umfassend zumindest ein Dichtelement mit einem ersten Permeationskoeffizient und zumindest eine Permeationsbarriere aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem zweiten Permeationskoeffizient, wobei das Dichtelement und die Permeationsbarriere während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings eine Einheit bilden und wobei der erste Permeationskoeffizient größer als der zweite Permeationskoeffizient ist.
Durch die funktionstechnische Kombination des Dichtelements mit der Permeationsbarriere dichtet der erfindungsgemäße Dichtring auch niedermolekulare Medien während einer langen Gebrauchsdauer zuverlässig ab, zum Beispiel gasförmige Medien.
Der zweite Permeationskoeffizient der Permeationsbarriere ist erheblich geringer als der erste Permeationskoeffizient des Dichtelements. Bevorzugt beträgt das Verhältnis des ersten Permeationskoeffizients zum zweiten Permeationskoeffizient zumindest 100, weiter bevorzugt 1000 bis 10000 oder höher.
Die gute Dichtwirkung des erfindungsgemäßen Dichtrings beruht also primär auf der Permeationsbarriere. Das Dichtelement und die Permeationsbarriere sind jeweils bestmöglich zur Lösung ihrer jeweiligen Aufgaben ausgelegt. Diese unabhängige Auslegung von Dichtelement und Permeationsbarriere auf ihre jeweiligen Aufgaben hat den Vorteil, dass Kompromisse bezüglich der Gebrauchseigenschaften von Dichtelement und/oder Permeationsbarriere nicht erforderlich sind.
Die Permeationsbarriere sorgt, wie bereits ausgeführt, für ein gutes Abdichtungsergebnis des Dichtrings während einer langen Gebrauchsdauer, das Dichtelement kann Fertigungstoleranzen und/oder Mikrorauigkeiten von Dichtflächen von abzudichtenden Maschinenelementen einer Dichtungsanordnung gut ausgleichen.
Die Permeationsbarriere verhindert eine Permeation des abzudichtenden Mediums durch das Dichtelement hindurch weitestgehend; Leckagen sind vernachlässigbar gering, sofern sie überhaupt auftreten.
Eine Dichtungsanordnung, die den zuvor beschriebenen Dichtung umfasst, kann erheblich längere Wartungsintervalle aufweisen als eine Dichtungsanordnung, in der herkömmliche 0- oder X-Ringe als 1 -Komponenten Ringe verbaut sind.
Für einen einfachen und wirtschaftlichen Betrieb der Dichtungsanordnung mit dem erfindungsgemäßen Dichtung ist das von hervorzuhebendem Vorteil.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Dichtelement zumindest auf der einem abzudichtenden Medium zugewandten Seite der Einheit von der Permeationsbarriere im Wesentlichen vollständig überdeckt ist. Dabei kann die Permeationsbarriere das Dichtelement unmittelbar anliegend berühren oder diesem mittelbar zugeordnet sein, zum Beispiel durch einen verbindenden Stützkörper.
Je weniger das abzudichtende Medium das Dichtelement mit vergleichsweise größerem Permeationskoeffizient direkt beaufschlagt, desto besser dichtet der Dichtung ab. Ein Dichtring mit einer Permeationsbarriere im zuvor beschriebenen Sinne weist in Summe eine geringere Permeation auf als ein Einzel-Elastomerelement. Das Wartungsintervall einer Anlage kann dadurch verlängert werden.
Das Dichtelement besteht bevorzugt aus einem gummielastischen Dichtungswerkstoff. Hierbei ist von Vorteil, dass elastomere Dichtungswerkstoffe in vielen unterschiedlichen Spezifikation oftmals kostengünstig verfügbar sind und dass durch den elastomeren Dichtungswerkstoff Fertigungstoleranzen des Dichtrings und/oder des Einbauraums und/oder Oberflächenrauigkeiten von Dichtflächen, die den Einbauraum begrenzen, gut ausgeglichen werden können. Das Dichtelement ist während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung unter elastischer Vorspannung im Einbauraum angeordnet.
Die Permeationsbarriere kann aus einem thermoplastischen Kunststoff, besonders bevorzugt aus einem EVOH -Werkstoff bestehen. Bei EVOH handelt es sich um ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer.
Barriereschichten aus EVOH sind bereits bekannt. Für Heizungsanwendungen und Trinkwasserinstallationen können Kunststoffrohre mit EVOH- Barriereschichten versehen sein, um eine Permeation von Sauerstoff zu verhindern.
Bei der Verpackung von Lebensmitteln gelangen EVOH-Barriereschichten in Form von Verbundfolien zur Anwendung.
Um eine Permeation eines abzudichtenden Mediums durch das Dichtelement des erfindungsgemäßen Dichtrings zu verhindern, ist die Permeationsbarriere vorgesehen. Dadurch weist der Dichtring gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf. Wartungsintervalle von Anlagen mit Dichtungsanordnungen, in denen ein solcher Dichtring zur Anwendung gelangt, können dadurch erheblich verlängert werden. Dadurch ist ein einfacher und wirtschaftlicher Betrieb der Dichtungsanordnung möglich.
Die Permeationsbarriere kann mit einem Stützkörper verbunden sein. In einem solchen Fall verbindet der Stützkörper die Permeationsbarriere mit dem Dichtelement mittelbar. Die Permeationsbarriere kann in den Stützkörper integriert sein. Zum Beispiel ist die Permeationsbarriere unlösbar mit dem Stützkörper verbunden.
Der Stützkörper kann aus einem Kunststoff bestehen. Als Werkstoff kann zum Beispiel Polyethylen zur Anwendung gelangen. Dieser Werkstoff hat für diese Anwendung den Vorteil, dass die Bindung zu der Permeationsbarriere und dem Dichtelement besonders dicht und haltbar ist. Außerdem ist von Vorteil, dass Polyethylen kostengünstig verfügbar ist und eine gute Dichtigkeit gegenüber niedermolekularen Fluiden aufweist. Außerdem kann Polyethylen strahlenvernetzt sein und hat dadurch ein nur geringes Setzverhalten.
Der Stützkörper kann als Formteil ausgebildet sein. Ein solches Formteil kann als Spritzgussteil, Extrudat oder Drehteil ausgebildet sein. Ein solches Formteil kann auch als abgestochener Schlauchring oder Rohrring ausgebildet sein. Formteile weisen geringe Fertigungstoleranzen auf, verleihen dem Dichtring eine hohe Formstabilität und verhindern Spaltextrusion. Außerdem können hohe Stückzahlen mit geringen Teilekosten gefertigt werden.
Zudem kann das Formteil weitere Funktionen, wie zum Beispiel eine Montagehilfe zur besseren Positionierung/Zentrierung des Dichtrings in seinem Einbauform, aufweisen. Nach einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Permeationsbarriere als Folie ausgebildet und mit dem Dichtelement zu einem Verbund zusammengefasst ist. Hierbei ist von Vorteil, dass ein solcher Verbund einfach und kostengünstig, insbesondere mit geringem Materialeinsatz, hergestellt werden kann. Der Verbund baut sehr kompakt.
Das Dichtelement, die Permeationsbarriere und der Stützkörper können kraft- und/oder formschlüssig zu einer vormontierten Einheit verbunden sein. Die Montage/Demontage einer solchen vormontierten Einheit in den/aus dem Einbauraum einer Dichtungsanordnung ist prozesssicher und einfach möglich. Die Gefahr von Montagefehlem ist durch die vormontierte Einheit auf ein Minimum begrenzt.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung, umfassend den zuvor beschriebenen Dichtring und zwei gegeneinander abzudichtende Maschinenelemente, wobei das erste Maschinenelement dem zweiten Maschinenelement mit Abstand benachbart zugeordnet ist, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt der Dichtring angeordnet ist und wobei die Permeationsbarriere abzudichtende Flächen der abzudichtenden Maschinenelemente dichtend berührt. Durch die Permeationsbarriere wird das abzudichtende Medium daran gehindert, durch das Dichtelement hindurch in die Umgebung der Dichtungsanordnung zu entweichen.
Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung eines Dichtrings, wie zuvor beschrieben.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein solcher Dichtring als Hybrid- Schutzgasdichtung verwendet wird. Insbesondere für eine zuverlässige Abdichtung eines Schutzgases während einer langen Gebrauchsdauer des Dichtrings ist die Permeationsbarriere notwendig, um eine Leckage weitestgehend zu verhindern.
Die Permeationsbarriere verlängert diesen Zeitraum erheblich, da das abzudichtende Medium vor einer Permeation durch das Dichtelement zunächst die Permeationsbarriere durchdringen müsste.
Mit einer geeigneten und der Anwendung entsprechenden Anordnung kann dieser Zeitraum den Produktlebenszyklus vollständig abdecken.
Wäre der Dichtring ausschließlich durch ein Dichtelement aus nur einem elastomeren Dichtungswerkstoff gebildet, wie zum Beispiel ein 0- oder X-Ring, würde zum Beispiel niedermolekulares Gas den Dichtungswerkstoff innerhalb relativ kurzer Zeit durchdringen und unerwünscht in die Umgebung entweichen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Acht Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Dichtrings werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 8 gezeigt und näher beschrieben.
Die Figuren 1 bis 8 zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit zwei in einer funktionstechnischen Reihenschaltung angeordneten Permeationsbarrieren, zwischen denen in radialer Richtung ein Dichtelement angeordnet ist,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem sich stirnseitig beiderseits jeweils ein Dichtelement in radialer Richtung erstreckt, wobei sich eine Permeationsbarriere in axialer Richtung von einem zum anderen Dichtelement erstreckt, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem nutringförmigen Dichtelement,
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Permeationsbarrieren zur Anwendung gelangen, zwischen denen in radialer Richtung ein Dichtelement angeordnet ist,
Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem auf jeder Stirnseite ein Dichtelement angeordnet ist, das sich in radialer Richtung erstreckt,
Figur 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Figur 3, wobei ein Dichtelement zur Anwendung gelangt, das innenumfangsseitig mit einer Permeationsbarriere verbunden ist,
Figur 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Dichtelemente mit radialem Abstand benachbart zueinander angeordnet sind, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt eine Permeationsbarriere angeordnet ist,
Figur 8 ein achtes Ausführungsbeispiel, ähnlich dem Ausführungsbeispiel aus Figur 8, wobei ein Dichtelement, im Querschnitt betrachtet, rechteckförmig ausgebildet ist und auf seiner dem abzudichtenden Medium zugewandten Seite von einer Permeationsbarriere U-förmig umschlossen ist.
Ausführung der Erfindung
In allen Ausführungsbeispielen Figuren 1 bis 8 dichten die Dichtringe statisch ab. Es handelt sich jeweils um Hybrid-Schutzgasdichtungen 20. Radial innen des Dichtrings befindet sich das abzudichtende Medium 4, das in einem abzudichtenden Raum 21 einer Dichtungsanordnung 22 mit einem relativen Überdruck angeordnet ist. Radial außenumfangsseitig ist der Dichtung mit Atmosphärendruck aus der Umgebung 23 beaufschlagt.
Der Dichtung hält das abzudichtende Medium 4 insbesondere durch die Permeationsbarriere 2 im abzudichtenden Raum 21 zurück und hindert das abzudichtende Medium 4 an einer Permeation durch den Dichtring hindurch in die Umgebung 23.
Der Dichtring bildet einen Bestandteil der Dichtungsanordnung 22. Der Dichtring wird in allen gezeigten Ausführungsbeispielen als Schutzgasdichtung 20 verwendet.
Der Dichtring ist, in axialer Richtung betrachtet, zwischen den beiden Maschinenelementen 15, 16 angeordnet, die als oberer 24 und unterer Flansch 25 ausgebildet sind und dichtet diese gegeneinander ab.
Die Maschinenelemente 15, 16 begrenzen einen Spalt 17 und weisen die abzudichtenden Flächen 18, 19 auf.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt, wobei der Dichtring das Dichtelement 1 umfasst, das aus einem elastomeren Dichtungswerkstoff 6 besteht.
Das Dichtelement 1 ist durch den Stützkörper 9, der aus einem Kunststoff 10 besteht, mittelbar mit der Permeationsbarriere 2 verbunden. Die Permeationsbarriere 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch zwei konzentrisch zueinander angeordnete Ringe gebildet, die einander mit radialem Abstand zugeordnet sind, wobei der radiale Abstand vollständig mit dem Kunststoff 10 des Stützkörpers 9 ausgefüllt ist.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem der Stützkörper 9, ebenfalls wie der Stützkörper 9 in Figur 1 , als Formteil 11 ausgebildet ist und die Permeationsbarriere 2, die in Figur 2 durch nur einen Ring gebildet ist, im Wesentlichen vollständig umschließt.
Stirnseitig beiderseits des Dichtrings erstreckt sich jeweils ein Dichtelement 1 in radialer Richtung, wobei die Dichtelemente 1 so dünn und so flexibel sind, dass sie sich nur in die Mikrorauigkeiten der abzudichtenden Flächen 18, 19 setzen, sodass die Permeationsbarriere 2 die abzudichtenden Flächen 18, 19 der abzudichtenden Maschinenelemente 15, 16 anliegend und dichtend berührt.
Die Dichtelemente 1 sind nur Mikrometer dick und nach dem Einbau der Dichtungsanordnung in den Mikrorauigkeiten der abzudichtenden Flächen 18, 19 verschwunden; die Permeationsbarriere 2 berührt dann wieder die abzudichtenden Flächen 18, 19 und dichtet diese ab.
In Figur 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Stützkörper 9 als Formteil 11 ausgebildet und, wie in Figur 2, um die Permeationsbarriere 2 herum angeordnet ist.
Radial außenseitig des Stützkörpers 9 ist das eigentliche Dichtelement 1 angeordnet, das im gezeigten Ausführungsbeispiel einen guten Toleranzausgleich in axialer Richtung gewährleistet.
In Figur 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines Dichtrings gezeigt, der einen besonders einfachen und teilarmen Aufbau aufweist. Der Dichtring umfasst lediglich das Dichtelement 1 , das sandwichartig zwischen zwei Permeationsbarrieren 2 angeordnet ist. Die Permeationsbarrieren 2 sind konzentrisch und mit radialem Abstand benachbart zueinander angeordnet, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt das Dichtelement 1 angeordnet ist. Stirnseitig einerseits weist das Dichtelement 1 zwei sich in Umfangsrichtung kreisringförmig erstreckende Dichtwulste 26 auf, stirnseitig andererseits nur einen Dichtwulst 27. Die Dichtwulste 26, 27 beeinflussen den Kontaktdruck, die Verpressung und die Formfüllung und können in Anzahl und Gestalt an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalls, insbesondere an Druck und Temperatur, angepasst werden.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dichtrings gezeigt. Die Permeationsbarriere 2 ist als einstückiges Formteil ausgebildet und, wie im gezeigten Schnitt zu erkennen, im Wesentlichen doppel-T-förmig. In den stirnseitigen Vertiefungen der Permeationsbarriere 2 ist stirnseitig beiderseits jeweils ein Dichtelement 1 angeordnet, wobei die Dichtelemente 1 , zu einer gedachten Radialebene, die sich in axialer Richtung mittig durch die Permeationsbarriere 2 erstreckt, symmetrisch ausgebildet sind.
In Figur 6 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei die Permeationsbarriere 2 radial innenseitig des Dichtelements 1 angeordnet ist. Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel aus Figur 2 ist das Dichtelement stirnseitig beiderseits der Permeationsbarriere 2 so dünn und so flexibel, dass es sich nur in die Mikrorauigkeiten der abzudichtenden Flächen 18, 19 setzen, sodass die Permeationsbarriere 2 die abzudichtenden Flächen 18, 19 der Maschinenelemente 15, 16 anliegend und dichtend berührt. Das Dichtelement 1 ist stirnseitig beiderseits der Permeationsbarriere 2 nur Mikrometer dick und nach dem Einbau der Dichtungsanordnung in diesen Bereichen in den Mikrorauigkeiten der abzudichtenden Flächen 18, 19 praktisch vollständig verschwunden; die Permeationsbarriere 2 berührt dann wieder die abzudichtenden Flächen 18, 19 und dichtet diese ab.
In allen zuvor genannten Ausführungsbeispielen können die Dichtelemente 1 , die Permeationsbarrieren 2 und/oder die Stützkörper 9 mittels Form- und/oder Kraftschluss und/oder Stoffschluss verbunden sein. Das Dichtelement 1 und die Permeationsbarriere 2 können dadurch die Einheit 3 bilden. Oder das Dichtelement 1 , die Permeationsbarriere 2 und der Stützkörper 9 können die vormontierte Einheit 14 bilden. Die Handhabung des Dichtrings, insbesondere bei dessen Montage, wird dadurch vereinfacht.
Eine formschlüssige Verbindung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die miteinander zu verbindenden Teile Durchbrechungen aufweisen, die vom Werkstoff des jeweils anderen Teils durchdrungen sind. Dadurch ergibt sich eine besonders haltbare Verkrallung der Teile miteinander.
Eine solche Verkrallung ist hier, der Einfachheit halber, nicht dargestellt.
In Figur 7 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt, der ein zweigeteiltes Dichtelement 1 und eine Permeationsbarriere 2 umfasst, die als Folie 12 ausgebildet ist. Der Verbund 13 umfasst zumindest eines der Teile des Dichtelements 1 und die Permeationsbarriere 2 in Form der Folie 12. Die Permeationsbarriere 2 hat besonders kompakte Abmessungen, so dass auch der Dichtring insgesamt kompakte Abmessungen aufweist. Der Verbund 13 erstreckt sich nicht nur im Wesentlichen in axialer Richtung des Dichtrings. Der Verbund 13 erstreckt sich bis zu den beiden Stirnseiten und ist, im hier gezeigten Schnitt, im Wesentlichen stufenförmig ausgebildet. Dadurch ist von Vorteil, dass, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel aus Figur 2, auch die Stirnseiten des Dichtrings durch die Permeationsbarriere 2 abgedichtet sind.
In Figur 8 ist ein achtes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Dichtelement 1 aus einem elastomeren Dichtungswerkstoff 6 zur Anwendung gelangt, das zusammen mit der als Folie 12 ausgebildeten Permeationsbarriere 2 den Verbund 13 bildet. Das Dichtelement 1 ist auf der dem abzudichtenden Medium 4 zugewandten Seite 5 U-förmig von der Folie 12 umschlossen. Die Folie 12 erstreckt sich entlang der Stirnseiten und der radial inneren Begrenzung des Dichtelements 1 .

Claims

Patentansprüche Dichtring, umfassend zumindest ein Dichtelement (1 ) mit einem ersten Permeationskoeffizient und zumindest eine Permeationsbarriere (2) aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem zweiten Permeationskoeffizient, wobei das Dichtelement (1 ) und die Permeationsbarriere
(2) während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings eine Einheit
(3) bilden und wobei der erste Permeationskoeffizient größer als der zweite Permeationskoeffizient ist. Dichtring nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 ) zumindest auf der einem abzudichtenden Medium
(4) zugewandten Seite
(5) der Einheit (3) von der Permeationsbarriere (2) im Wesentlichen vollständig überdeckt ist. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 ) aus einem gummielastischen Dichtungswerkstoff
(6) besteht. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeationsbarriere (2) aus einem EVOH -Werkstoff (8) besteht. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeationsbarriere (2) mit einem Stützkörper (9) verbunden ist. Dichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (9) aus einem Kunststoff (10) besteht.
7. Dichtring nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeationsbarriere (2) als Folie (12) ausgebildet und mit dem Dichtelement (1 ) zu einem Verbund (13) zusammengefasst ist.
8. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1), die Permeationsbarriere (2) und der Stützkörper (9) kraft- und/oder formschlüssig oder stoffschlüssig zu einer vormontierten Einheit (14) verbunden sind.
9. Dichtungsanordnung, umfassend einen Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und zwei gegeneinander abzudichtende Maschinenelemente (15, 16), wobei das erste Maschinenelement (15) dem zweiten Maschinenelement (16) mit Abstand benachbart zugeordnet ist, wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt (17) der Dichtring angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeationsbarriere (2) gegeneinander abzudichtende Flächen (18, 19) der Maschinenelement (15, 16) dichtend berührt.
10. Verwendung eines Dichtrings nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Hybrid-Schutzgasdichtung (20).
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