CH403415A - Vorrichtung zur Spaltabdichtung gegen hohe Drücke - Google Patents

Description

  Vorrichtung zur     Spaltabdichtung    gegen hohe Drücke    Die Notwendigkeit zur Abdichtung ebener Spalte  ergibt sich beispielsweise bei Deckelbefestigungen für  Druckgefässe, bei Ventilbefestigungen, bei     Stopf-          büchspackungen,    bei     Befestiungen    zwischen Zylin  derkopf und Zylinderdeckel sowie in vielen anderen  ähnlichen Fällen.  



  Die Abdichtung der in allen diesen Fällen vor  handenen ebenen Spalte bereitet vor allem dann  Schwierigkeiten, wenn der Spalt gegen hohe Drücke,  beispielsweise solche von über 200     at,    abdichten soll.  



  Bisher ist das Problem der Abdichtung gegen  hohe Drücke in ebenen Spalten durch metallische  Berührung gelöst worden, indem die Berührungsflä  chen der     aufeinanderliegenden    Bauteile     aufgeschliffen     wurden. Ein Nachteil der     aufgeschliffenen    Flächen  liegt darin, dass zusätzlich zu dem später auftretenden  Betriebsdruck eine entsprechend grosse     Vorspannung     von     vorneherein    aufgebracht werden muss,     damit     diese als verbleibende Restkraft die Abdichtung der  Schleifflächen bewirken kann.

   Bei extrem hohen  Drücken ist diese Konstruktion deshalb nicht mehr  brauchbar, weil es kaum noch Werkstoffe gibt, die  eine derartig hohe Streckgrenze aufweisen, zumal es  sich dabei oft um schwellende Belastungen mit einem  sehr hohen Schwellbereich handelt. Hinzu kommt,  dass die Bearbeitung der Schleifflächen umständlich,  zeitraubend und teuer ist, und dass bei jeder Repara  tur neu     aufgeschliffen    werden muss.  



  Die     erfindungsgemässe        Vorrichtung,    durch wel  che die beschriebenen Nachteile vermieden werden,  ist gekennzeichnet durch eine im Bereich des ebenen  Spaltes gelegene, das eine Druckgebiet ringförmig  umschliessende Kammer zur Aufnahme eines aus  elastischem     Werkstoff    bestehenden Dichtungsringes.  



  Die Erfindung ermöglicht eine Ausführung, bei  welcher in den Befestigungsschrauben für die beiden    mit ihren ebenen Berührungsflächen     aufeinanderlie-          genden    Körper die sonst notwendige     Vorspannkraft     zum Abdichten entfällt, wodurch man     mit    üblichen  Werkstoffen für die Verbindungsschrauben aus  kommt oder den     Schraubenquerschnitt    entsprechend  reduzieren kann, was den weiteren     Vorteil    ergibt,  dass man die Befestigungsschrauben überhaupt in  einem einigermassen erträglichen     Teilkreis    unter  bringen kann,

   da der Teilkreis im Verhältnis zur  Auflagefläche unter Berücksichtigung des auftreten  den Biegemomentes die Höhe der Deckelkonstruk  tion     bestimmt.     



  Bei einem Betriebsdruck von beispielsweise 4000       at    ergibt sich bei geschliffenen Berührungsflächen  zwischen den     Bauteilen    eine notwendige Restspan  nung von etwa 2500 bis 3000     at    in den Schleifflä  chen, also eine maximale     Vorspannung    von etwa  7000     at.    Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung  einer erfindungsgemässen Vorrichtung die     Vorspan-          nung    um mindestens ein Drittel reduziert werden  kann.  



  Die Erfindung wird anhand der Zeichnung an  einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die       Fig.l-5    stellen Querschnitte durch verschiedene  Ausführungsformen der Erfindung dar. Einander  entsprechende Teile sind in den     einzelnen    Figuren  mit gleichen Bezugszeichen versehen.  



  Gemäss     Fig.    1 liegen die beiden Körper 1 und 2  mit ihren ebenen Berührungsflächen aufeinander,  wodurch der abzudichtende Spalt 3 gebildet wird. Die  Körper 1, 2 werden von einer druckführenden Boh  rung 4 durchdrungen. Mit 5 ist die ringförmig gestal  tete     Einleitungsstelle    für das hochgespannte Medium  in den Spalt 3 bezeichnet. Durch entsprechende     Aus-          nehmungen    in den Körpern 1, 2 ist     eine    ringförmige  Kammer 6     geschaffen,    die den elastischen Dichtungs-      ring 7 aufnimmt. Der Dichtungsring 7 ist nach der  Druckseite zu mit einer umlaufenden Aussparung 8  versehen.

   Wenn das Druckmittel durch den Spalt 3 in  die Aussparung 8 gelangt, drückt es die beiderseitigen  Ränder des Dichtungsringes 7 gegen die benachbar  ten Kammerwandungen, so dass eine auch für  höchste Drücke ausreichende Abdichtung geschaffen  ist. Der Dichtungsring 7 ist in die Kammer 8 mit       Vorspannung    eingesetzt, die einerseits durch entspre  chend grössere Bemessung des Dichtungsringes 7 ge  genüber seiner Kammer 8 andererseits aber auch da  durch hervorgerufen werden kann, dass für den  Dichtungsring 7 ein Werkstoff mit einer     gewissen          Quellfähigkeit    verwendet worden ist.

   Die auf der Be  messung des Dichtungsringes und auf der     Quellfähib          keit    seines Werkstoffes beruhenden     Vorspannungen     können einzeln oder auch gleichzeitig sich einander  ergänzend zur Anwendung kommen.  



  Vorzugsweise dann, wenn die Abmessungen des  niederen Druckbereiches des Spaltes 3 gross sind,  empfiehlt es sich, in dem niederen Druckbereich des  Spaltes eine umlaufende Rille 9 vorzusehen, die mit  einem oder mit mehreren nach aussen, im allgemei  nen zur Atmosphäre führenden Abflusskanälen 10  versehen ist. Durch präzise Bearbeitung und durch  Zentrierung der beiden Körper 1, 2 muss dafür ge  sorgt werden, dass die beiden     Kammerhälften    unter  Vermeidung hervorstehender Kanten genau zur     Dek-          kung    gebracht werden.  



  Die Ausführungsform nach     Fig.    2 unterscheidet  sich von derjenigen nach     Fig.    1 im wesentlichen da  durch, dass zur Herstellung der Kammer 11 nur der       eine    Körper 1 mit einer ringförmigen     Ausnehmung     versehen ist. Der Abschluss der Kammer 11 wird auf  der einen Seite durch die ebene Berührungsfläche des  Körpers 2 gebildet. Der in die so gebildete Kammer  11 eingelegte Dichtungsring 12 ist wiederum nach der  Druckseite hin mit einer Aussparung 13 versehen.  Der Spalt oder sonstige Kanal 14 stellt über den  Druckbereich des Spaltes 3 die Verbindung zwischen  der     Einleitungsstelle    5 des hochgespannten Mediums  und der Aussparung 13 her.

   Der Dichtungsring 12 ist  wiederum in ähnlicher Weise wie der     Dichtungsring    7  gemäss     Fig.    1 unter     Vorspannung    in seine Kammer  eingesetzt. Auch bei der     Ausführungsform    nach     Fig.    2  können im niederen Druckbereich des Spaltes 3 eine       ringförmig    umlaufende Rille mit     Abführungskanälen     im Sinne der Teile 9, 10 in     Fig.    1 vorgesehen sein.  



  Gemäss     Fig.3    hat die ringförmige Kammer 15  kreisförmigen Querschnitt. Der in die Kammer 15  eingesetzte Dichtungsring 16 hat demzufolge eben  falls kreisförmigen Querschnitt. Seine Aussparung 17  ist nach der Einführungsstelle 5 des hochgespannten  Mediums zu gerichtet. Dadurch, dass der Querschnitt  des Dichtungsringes 16 vor dem Einbau des     Ringes          grösser    ist als der Querschnitt der Kammer 15, sowie  durch     Verwendung    eines     quellfähigen    Werkstoffes  für den Dichtungsring 16 wird wiederum dessen Vor  spannung gegenüber der Wandung der Kammer 15  gewährleistet.

   Der radiale Abstand x zwischen der    Kammer 15 und der     Einleitungsstelle    5 für das hoch  gespannte Medium in den Spalt 3 ist verhältnismässig  gering. Dadurch wird verhindert, dass sich im Druck  bereich des Spaltes 3 ein nennenswerter Druck     auf-          bauen    kann, der eine zusätzliche Belastung der in der  Zeichnung nicht dargestellten Befestigungsschrauben  für die Verbindung der Teile 1 und 2 miteinander  ergeben würde.

   Die Ausführungsform nach     Fig.    3 ist  besonders geeignet für Dichtungsringe, deren Werk  stoff eine genügend     grosse    Federungskraft besitzt, um  den Dichtungsring allein durch entsprechend grosse  Bemessung seines Querschnittes mit der erforderlichen       Vorspannung    in seine     ringförmige    Kammer einzu  setzen.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.    4 findet wie  derum ein in die ringförmige, und im Querschnitt  kreisförmig gestaltete Kammer 18 eingesetzter Dich  tungsring 19 mit ebenfalls kreisförmigem Querschnitt  Anwendung, dessen zur Druckseite gerichtete Aus  sparung 20 jedoch weniger tief in den Querschnitt des  Ringes 19 eingreift, als bei der Ausführungsform  nach     Fig.    3 im Hinblick auf die Aussparung 17 des  Dichtungsringes 16. Die Ausführungsform nach       Fig.    4 eignet sich besonders für Dichtungsringe 19,  deren Werkstoff nicht eine genügend grosse Elastizi  tät aufweist, um allein auf Grund grösserer Formge  bung des Dichtungsringes 19 gegenüber seiner Kam  mer 18 die erforderliche     Vorspannung    zu erzeugen.

    Bei der Ausführungsform nach     Fig.4    finden daher  zweckmässig     quellfähige    Werkstoffe für den Dich  tungsring 19 Anwendung. Die radiale Rille 21, wel  che die Aussparung 20 unmittelbar mit der     Einlei-          tungsstelle    5 des hochgespannten Mediums verbindet,  sorgt dafür, dass die Aussparung des Dichtungsringes  schnell und zuverlässig mit dem erforderlichen Dich  tungsdruck zwischen dem Dichtungsring und seiner  Gehäusewandung     baufschlagt    wird.  



  Die Ausführungsform nach     Fig.    5 weicht von den  bisher behandelten Ausführungsformen dadurch ab,  dass die im Querschnitt allseitig geschlossene Kam  mer für die Aufnahme des Dichtungsringes nicht al  lein durch den Werkstoff der Körper 1 und 2 gebildet  wird; sie ist besonders für kleine     Druckbohrungen    4  geeignet. Die Kammer 22 wird so dicht an die Boh  rung 4     heranverlegt,    dass der in ihr enthaltene Dich  tungsring 23 seine Abstützung an einem Stütz  röhrchen 24 findet, welches den endgültigen     Ab-          schluss    der Kammer 22 bewirkt.

   Der Werkstoff des  Dichtungsringes 23 kann ein solcher sein, dass die       Vorspannung    sowohl durch Volumenkompression als  auch durch     Quellfähigkeit    erreicht wird. Ringförmige  zylindrische Absätze der Körper 1 und 2 werden im  Bereiche des Stützröhrchens 24 dadurch vermieden,  dass konische Flächen 26 den     übergang    von der  Kammer 22 zur Druckbohrung 24 herstellen. Bei der  Montage werden dann die beiderseitigen Enden 25  des Stützröhrchens 24 aus einer ursprünglich     zylin-          drischen    Gestalt in die aus     Fig.    5 ersichtliche koni  sche Gestalt zusammengestaucht.

   Nach     erfolgtem     Zusammenbau ist dann dem Stützröhrchen 24 infolge      seiner konisch verjüngten Enden 25 jede Möglichkeit  von Verschiebungen in     Achsenrichtung    genommen.  Das Stützröhrchen 24 besteht zweckmässig aus einem  Präzisionsstahlrohr.  



  Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ge  nügt eine normale Bearbeitung der Berührungsflä  chen zwischen den Teilen 1 und 2, insbesondere be  darf es keines     Aufschleifens    dieser Flächen. Die ring  förmigen Rillen 9 mit ihren     Abflusskanälen    10  können bei allen Ausführungsformen der Erfindung  Anwendung finden; Entsprechendes gilt für die ra  dialen Bohrungen 21 im Druckbereich des Spaltes 3  gemäss     Fig.    4.  



  In den Ausführungsbeispielen gemäss     Fig.    1 bis 5  sind Anwendungsfälle gezeigt, bei denen die Druck  bohrungen 4 beide Körper 1 und 2 durchdringen; die  Erfindung lässt sich     gleichermassen    anwenden, wenn  die Druckbohrung 4 nur den einen spaltbildenden  Körper durchdringt, während der andere spaltbilden  de Körper beispielsweise einen geschlossenen Deckel  darstellt.

   Die dargestellten     Ausführungsbeispiele    be  treffen weiterhin solche Anwendungsfälle, bei denen  der Druckbereich des Spaltes 3 sich innerhalb der       ringförmigen    Kammer für den     Dichtungsring    befin  det; sie lässt sich auch dann anwenden, wenn der  hohe Druckbereich des Spaltes 3 ausserhalb der ring  förmigen Kammer, der niedrige Druckbereich dage  gen innerhalb derselben liegt. Dann muss natürlich  die Aussparung des Dichtungsringes nach auswärts  gerichtet sein. Die dann gegebenenfalls erforderlichen  ringförmigen Rillen und radialen Abflusskanäle ent  sprechend den Teilen 9, 10 in     Fig.    1 und 4 müssen  dann ebenfalls auf der anderen Seite, also innerhalb  der ringförmigen Kammern für die Dichtungsringe  liegen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Spaltabdichtung gegen hohe Drücke, gekennzeichnet durch eine im Bereich des ebenen Spaltes (3) gelegene, das eine Druckgebiet ringförmig umschliessende Kammer zur Aufnahme eines aus elastischem Werkstoff bestehenden Dich tungsringes. UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das eine Druckgebiet ring förmig umschliessende Kammer (6, 11, 15, 18, 22) allseitig vom Werkstoff der aufeinanderliegenden Körper (1, 2) begrenzt wird (Fig. 1-5). 2.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das eine Druckgebiet ring förmig umschliessende Kammer (15) den Eintrittsbe reich (5) des hochgespannten Mediums in den Spalt (3) umgrenzt (Fig. 3). 3. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das eine Druckgebiet ring förmig umschliessende Kammer (6, 15, 18, 22) bei derseitig symmetrisch zu dem abzudichtenden ebenen Spalt (3) angeordnet ist (Fig. 1, 3, 4, 5). 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das eine Druckgebiet ring förmig umschliessende Kammer (11) aus einer Aus- nehmung im Bereiche der Berührungsfläche des einen Körpers (1) besteht, dass der Verschluss der Kammer durch die Berührungsfläche des anderen Körpers (2) gebildet wird und dass die Aussparung (13) des in der Kammer (11) liegenden Dichtungsrin ges (12) über einen Spalt oder sonstigen Kanal (14) mit dem Druckbereich des Spaltes (3) in Verbindung steht (Fig. 2). 5.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Spalt (3) eine oder mehrere Rillen (21) angeordnet sind, welche die Einleitungs- stelle (5) für das Medium hohen Druckes in den Spalt mit der ringförmigen Kammer (18) verbinden (Fig. 4). 6. Vorrichtung nach Patentasnpruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitungsstelle (5) für das Medium hohen Druckes in den Spalt (3) aus einer den einen oder beide Körper (1, 2) durchdringende Bohrung (4) besteht (Fig. 1 bis 5). 7.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (3) auf der dem hohen Druckgebiet gegenüberliegenden Seite der ring förmigen Kammer (6, 18) mit einer umlaufenden Rille (9) versehen ist, die durch einen oder mehrere radiale Abflusskanäle (10) mit der Atmosphäre in Verbindung steht (Fig. 1 und 4). B.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grund entsprechend grosser Bemessung des Dichtungsringes (7, 12, 16, 19, 23) und/oder unter Ausnutzung der Quellfähigkeit des Werkstoffes desselben die Oberfläche des Dichtungs ringes gegen die Begrenzungsfläche seiner Kammer (6, 11, 15, 18, 22) unter Vorspannung anliegt (Fig. 1 bis 5). 9.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das eine Druckgebiet ring förmig umschliessende, einen Dichtungsring (23) auf nehmende Kammer (22) auf der Seite der die beiden Körper (1, 2) durchdringenden Bohrung (4) durch ein Stützröhrchen (24) abgeschlossen ist, das an seinen beiden Enden mit Hilfe konischer Wände (26) der beiden Körper (1, 2) durch Verformung verjüngt ist (Fig. 5).