DE2000921A1

DE2000921A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2000921A1
Application number: DE19702000921
Authority: DE
Inventors: Grime Frank Leach
Original assignee: Keelavite Hydraulics Ltd
Current assignee: Keelavite Hydraulics Ltd
Priority date: 1969-01-10
Filing date: 1970-01-09
Publication date: 1970-09-03
Also published as: CH503225A; GB1297161A; NL7000311A; BE744277A; DE2000921C2; US3687465A; DK139487B; DK139487C; NO134169B; SE360916B; ZA70150B; NO134169C; FR2028117A1; ES375300A1

Description

betreffend
Dichtungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung mit einer gegen KLude abdichtenden Ringdichtung nach Art von O-Ringen. Derartige Dichtungen v/erden z.B. zur Abdichtung von Rohrverbindungen, aber auch in anderen Anwendungsfallen verwendet, bei denen ein Ringspalt abgedichtet werden soll.

Unter einem O-Ring wird im folgenden ein Ring verstanden, der üblicherweise, jedoch nicht notwendig einen kreisförmigen Querschnitt hat una'aus Gummi oder einem anueren verformbaren, elastischen Material hergestellt ist und der gegen eine Stützwand, z.B. eine Schulter gedruckt wird, welche den Querschnitt des Strömungsweges dadurch verkleinert, daß der Flüssigkeitsdruck _ auf eine Seite des Ringes wirkt, um ihn dadurch im wesentlichen in Richtung senkrecht zur Wirkungsrichtung der Druckresultierenden auf den O-Ring zu verformen, so daß sich der O-Ring an die beiden gegenüberliegenden Oberflächen anlegt, zwischen denen er angeordnet ist, um ein Vorbeiströmen des iludee am O-Ring längs des ringförmigen Strömungsweges zu verhindern.

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Mit dem Querschnitt des O-Ringes oder des Stützringes ist im folgenden eine der beiden Schnittflächen gemeint, die von einer Schnittebene erzeugt wird, welche die erzeugende Achse des Ringes (kreisförmige Gestalt des Ringes vorausgesetzt) enthält.

Bei O-Ringdichtungen ergibt sich eine Schwierigkeit daraus, daß der auf eine Seite des Ringes wirkende Druck den Ring gegen die Stützwand und in den engen Ringspalt zu drücken sucht, v/elcher zwischen der inneren und/oder äußeren Begrenzungswand und dem die Stützwand aufweisenden Stützkörper herrscht Eg besteht also eine Tendenz, daß der O-Ring in den engen Ringspalt hineingequetscht wird. Eine solche Quetschung kann den Zusammenhalt der Dichtung beeinträchtigen und außerdem den O-Ring beschädigen, so daß nach einiger Betriebszeit die Dichtung nur noch unvollkommen wirkt. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Druckunterschiede groß sind und/oder häufig wechseln. Die Tendenz zum Einquetschen des O-Ringes ist abhängig von der Breite des engen Ringspaltes. Wenn die den engen Ringspalt bildenden Oberflächen bearbeitet sind, ist es durch Wahl verhältnismäßig enger Toleranzen möglich, den Ringspalt sehr eng zu machen. Das ist aber nicht möglich, wenn die Oberflächen nicht bearbeitet sind, wie es z.B. der Pail ist, wenn eine der Oberflächen an einem gezogenen, extrodierten oder gewalzten Rohr ausgebildet ist. Die Ifennaußendurchmesser solcher Rohre haben normalerweise sehr große Toleranzen. Veränuerungen der Durchmesser eines oder beider mit ihren Oberflächen den engen Ringspalt bildenden Teile beeinflußen nicht nur die Größe des Ringspaltes sondern auch den Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenuen Oberflächen des Abschnittes des Strömungskanales, an denen der O-Ring zum Herstellen einer Abdichtung anliegt.

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In der am 14. Dezember 1943 erteilten US-Patentschrift 2 456 356 von J.S.Aber ist "bereits vorgeschlagen worden, einen Haltering aun demselben Material wie der O-Ring zwischen dein O-Ring und einer Stützwand vorzusehen, welche von einer Seite des Ringraumes gebildet wird, in welchem der O-Ring und der Haltering aufgenommen sind. Es sind verschiedene Querschnittsformen des Halteringes offenbart, bei denen jedoch stets die der Stützfläche benachbarte Stirnfläche eben ist. Bei dieser Anordnung kann sich nur ein kleiner Bereich des Halteringes verformen, wenn Druck auf ihn ausgeübt wird. Diese Anordnung funktioniert deshalb nur, wenn die Herstellungstoleranzen der abzudichtenden Teile sehr klein sind. Eine andere als "dynamische" Dichüung verwendete Anordnung ist in der US-Patentschrift 2 494 538 offenbart, die am 17. Januar 1950 A.C. Waring erteilt worden ist. bei dieser Anordnung liegt ein Gummiring mit kreisförmigem Querschnitt an der Schulter eines Kolbens an. Die Schulter hat eine halbkreisförmige Nut, welche mit ihrer offenen Seite der Wirkungsrichtung der Druckresultierenden gegenübersteht. Zwischen der Schulter und dem Gummiring ist ein Ring aus Polytetrafluoräthylen mit gekrümmtem Querschnitt angeordnet, so dai;i er in der Hut der Schulter aufsitzt. Wenn die Dichtung unter J)ruck steht, wird die vom äußeren Abschnitt des gekrümmten Ringes gebildete Lippe in Berührung mit der den Kolben umgebenden Zylinderwand gebracht. Auch bei dieser bekannten Dichtung wird also nur ein kleiner Abschnitt des zweiten Ringes verformt, so daß die Herstellungstoleranzen ebenfalls sehr klein sein müssen, wenn der zweite Ring zufriedenstellend arbeiten soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunue, eine Dichtungsanordnung mit einem abzudichtenden Ringkanal, einer den Querschnitt des Ringkanales verkleinernden Stützwand, einem stromaufwärts von aer Stützwand

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in dem Ringkanal angeordneten O-Ring und einem zv/ischen dem O-Ring und der Stützwand gelegenen verformbaren Stützring zu schaffen, die auch bei großen Herstellungstoleranzen zufriedenstellend arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die· der Stützwand benachbarte Stirnfläche des Stützringes nur in einem Ringbereich geringer radialer Breite, der zv/ischen dem äußeren und dem inneren Umfang des Stütz ringes gelegen ist, mit der Stützv/and in Berührung steht.

Eine solche Dichtungsanordnung arbeitet in folgender Weise: Wenn Druck auf den O-Ring ausgeübt wird, verforrnt sich dieser durch Verringerung seiner axialen Abmessung und Vergrößerung seiner radialen Abmessung in üblicher V/eise. Der O-Ring drückt ferner den Stützring gegen die Stützv/and. Der Druck des O-Ringes auf die konkave Stirnfläche des Stützriuges bewirkt eine Verringerung deren Krümmung und hebt so das Spiul zv/ischen dem Stützring unu denjenigen Flächen auf, gegen dic der O-Ring abdichtet. Dadurch wird ein Einquetschen des 0-Ringes vermieden. Da der Stützring mit der Stützv/and nur in einem engen Ringbereich in Berührung steht, kann sich der gesamte Querschnitt des Stützringes frei verformen. Kit anderen V/orten: Der Querschnitt des Stützringes kann zusammengesetzt aus zwei Kragträgern gedacht werden, die im mittleren Bereich, wo der Stützring die Stützv/and berührt, befestigt gedacht werden kann, wobei die radial inneren und äußeren Enden des Ringquerschnittes frei von einer Behinderung durch die Stützwand sind.

Vorzugsweise erstreckt sich die Stützwand in radialer Richtung, d.h. in einer Ebene normal zu der Achse des Ringkanalcs und zu derjenigen des O-Ringes und des Stützringes,

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und die der Stützwand benachbarte Stirnfläche des Stützringes ist konvex gekrümmt, wobei sie im wesentlichen parallel zur konkaven Stirnfläche des Stützringes gewölbt ist, so daß der Stützring über seine radiale Breite etwa konstante Stärke hat. In diesem Pail kann.der Stützring als Ring mit bogenförmigem Querschnitt aufgefaßt werden, welcher abgeflacht wird," wenn Druck auf ihn ausgeübt wird, utn die Enden des Bogens zu strecken. ...

Vorzugsweise ist der Krümmungsradius des mittleren Bereiches der konkaven Stirnfläche des Stützringes geringfügig kleiner als derjenige des 0-B.inges, z.B. in der Größenordnung von 5 bis 1Ο',ί, so dai3 der Stützring in unverforratem Zustanu den O-Ring in zwei radial voneinander entfernten Bereichen berührt. In diesen Berührungsbereichen können der O-Ring und der Stützring aneinander geklebt sein, mn ein einziges Bauteil zu bilden, das einfacher zu handhaben und zu montieren ist als zwei Ringe.

Da der gesamte Querschnitt des Stützringes an der Verformung unter Druckeinwirkung beteiligt ist, wird die Relativbewegung besonders der radial inneren und äußeren Abschnitte des Stützringes beträchtlich. Das ist besonders zweckmäßig, wenn beträchtliche Schwankungen in den Abmessungen des Ringkanals zu erwarten sind. Dichtungsanordnungen nach der Erfindung werden deshalb besonders dann mit Vorteil angewendet, wenn mindestens ,.eine' der abzudichtenden Oberflächen unbearbeitet ist, v/ie es z.B. bei einem Rohr vorkommt. Sie werden zweckmäßig aber auch dann angewendet, wenn alle beteiligten Oberflächen bearbeitet sind, weil in diesem Fall gröbere Toleranzen der bearbeiteten Teile zugelassen werden können.

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Der Werkstoff des Stützringes und/oder lessen Konstruktion wird im ITormalfall so beschaffen sein, daß der Stützring nicht selbst als ein Dichtungsring wirkt, welcher unter Druck stehendes Plud an einem Vorbeiströmen und damit an einem Durchströmen des engen Ringspalten hindert. Vieiraehr ist maßgebend, daß der Stützring, wenn der O-Ring unter Druck steht, von dem letzteren so verfortnt wird, daß zwischen dem Stütsring und den gegenüberliegenden Flächen, gegen die der O-Ring abdichten soll, entweder überhaupt kein Spiel herrscht oder daß ein derartiges Spiel so klein ist, daß der O-Ring unter der Wirkung des Fluddruckes nicht in den verbleibenden Ringspalt hineingequetscht werden kann.

Ein geeigneter Werkstoff für den Stützring ist Nylon, insbesondere IJylon 11 oder ein anderer formbarer Kunststoff mit mindestens so großer Steifigkeit, daß der Stützring nicht elbst in den engen Ringspalt hincingequetscht werden kann. Dieser Werkstoff soll vorzugsweise eine derartige Elastizität haben, daß er bei Wegnahme der von dem O-Ring auf ihn ausgeübten Verformungskraft wieder seine ursprüngliche unverformte Gestalt annimmt, so daß eine Demontage der Rohrverbindung bei weggenommenem Druck und eine sich daran anschließende neuerliche Montage derselben unausgewechselten Teile ebenso einfach vonstatten geht wie die erste Montage. Die Erfindung ist besonders geeignet für eine Rohrverbindung mit einem rohrförmigen Kupplungsgliod, welches eine Bohrung aufweist, in die das Ende des Rohres eingesetzt wird, wobei die Dichtung zwischen dem Kupplungsglied und dem Rohr hergestellt wird. Das Kupplungsglied umfaßt einen inneren Abschnitt verhältnismäßig geringen Durchmessers zur Aufnahme des Rohres und eiuen benachbarten. Abschnitt größeren Durchmessers als der innere

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Abschnitt, welcher im Übergang zu dem inneren Abschnitt eine ringförmige Schulter aufweist und - zusammen mit dem Teil des Rohres, welches es umgibt, der Schulter und einem ringförmigen Abstandstück, welches in das offene Ende der Bohrung frei eintritt unu seinerseits das Rohr mit Abstand umgibt einen Ringraura bildet, in welchem ein O-Ring liegt und durch das Abstandstück gehalten ist. Bei einer derartigen Rohrverbindung ist der Stützring zwischen dem O-Ring und dem Ende des ringförmigen Abstandstückes angeordnet. Das Abstandstüclc hat außen und innen konzentrische enge Ringspalte, und der O-Ring dient dazu, eine Strömung von Plud durch diese Spalte durch eine Abdichtung zwischen dem Rohr und dem Kupplu.ngsglied zu verhindern, wobei der Stützring an dem Enue des Abstandstückes anliegt und ein Einquetschen des O-Ringes in den engen Ringspalt verhindert.

Ein Beispiel für eine derartige Rohrverbindung ist im britischen Patent 880 495 beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird auf eine derartige Rohrverbindung angewendet, indem ein Stützring der beschriebenen Gestalt in die Dichtung eingebaut wird.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung v/erden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Pig. 1 einen Schnitt durch eine Rohrverbindung mit einer Dichtung nach der Erfindung in Achsrichtung und

Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab gemäß Fig. 1, y/obei der O-Ring und der Stützring in ihrem unverformten Zu- «tand vor der Montage dargestellt sind.

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Die Rohrverbindung nach Fig. 1 umfaßt ein rohrförmiges Kupplungsglied 1 mit einem mit Außengev/inae versehenen Endabschnitt 2 unu einer Bohrung, die einen inneren Abschnitt 3 aufweist. Der Durchmesser dieses inneren Abschnittes 3 ist so groß, daß er das Ende eines Rohres 4 mit verhältnismäßig weitem Laufspiel aufnimmt. Das Kupplungsglied 1 hat außerdem einen Zv/ischenabschnitt 5 von im wesentlichen zylindrischer Gestalt und wesentlich größerem Durchmesser als das Rohr 4, um einen Ringrauro 20 zur Aufnahme eines O-Ringes 6 zu bilden. Zwischen den Abschnitten 3 und 5 ist eine Schulter 7 vorgesehen. Zu seinem anderen Ende hin erweitert sich der Zwischenabschnitt 5 bei 8 konisch. Mit dem rohrförmigen Kupplungsglied 1 wirkt ein Spannglied in Form einer Ringmuttor 9

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zusammen, welche ein/mit Innengewinde 10 versehenen Abschnitt, der mit dem mit Außengewinde versehenen Abschnitt 2 des Kuppr lungsgliedes 1 zusammenwirkt, sowie einen weiteren Abschnitt aufweist, der an seiner inneren Umfangsflache 11 kegelstumpfförmig mit dem größeren Durchmesser benachbart dem Kupplungsglied 1 ausgebilüet ist. Mit der kegelstumpfföraig abgeschrägten Bohrung 11 wirkt eine geschlitzte Klemrahülse 12 zusammen, die ihrerseits an ihrem äußeren Umfang ebenfalls kegelstumpfförmig abgeschrägt ist und die an ihrem inneren Durchmesser bei 13 sägezahnartige Zacken aufweist, welche das Rohr 4 fassen,

In den durch den Abschnitt 5 der Bohrung des Kupplungsgliedes 1 unü den gegenüberliegenden Abschnitt des Rohres 4 gebilueten Ringra.um ragt ein Abstandstück 14 ringförmiger Gestalt hinein, welches einen zylindrischen Abschnitt 15 mit einer Planenendfläche 15a und am anderen Ende einen Flansch 16 aufweist. Das Abstandstück hat eine bohrung, durch welche das Rohr frei, jedoch mit einem verhältnismäßig geringem Spiel

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hindurchragt. Das dem O-Ring 6 benachbarte Ende des zylindrischen Abschnittes 15 "befindet sich ebenfalls frei, jedoch mit einem geringen Spiel innerhalb des Abschnittes 5 der Bohrung des Kupplungsgliedes 1.

In dem Rohr unter Druck: stehendes Plud tritt in den Ringraum 20 über einen Ringspalt 21 zwischen dem Rohr und dem Kupplungsglied 1 ein. Der O-Ring hindert das Plud am Entweichen aus dem Ringraum 20 über die Ringspalte 22 und 23, die zwischen dem Abstandstück 14 und dem Kupplungsglied 1 bzw. dem Rohr 4 sich befinden.

Zwischen dem O-Ring 6 und dem Ende des Abstandstückes 14 .befindet sich ein Stützring 17 aus Nylon oder einem ähnlichen Y/erkstoff, der in seiner unverformten Gestalt einen bogenförmigen Querschnitt hat (Pig. 2). Der mittlere Bereich des Querschnittes ißt durch Kreisbogen 24 und 25 begrenzt, während die äußeren Bereiche von Plügeln 26 und 27 mit geraden parallelen Seiten gebildet sind. Der O-Ring und der Stützring sind längs der Bereiche 28 und 29 zusammengeklebt, wo sie einander berühren. In dom in Pig. 2 dargestellten unverforraten Zustand hat der Stützring 17 einen Außen- und einen Innendurchmesser, welche geringfügig kleiner bzw. größer als der Außen- und der Innendurchmesser des O-Ringes sina. Infolgedessen liegt der Stützring 17 in dem Ringraura 20 mit einem verhältnismäßig geringen Spiel zwischen seiner äußeren Umfangsfläche und dem Abschnitt 5 der Bphrung des Kupplungsgliedes 1 sowie mit einem geringen Spiel zwischen seiner inneren Umfangsfläche und dem äußeren Umfang des Rohres 4. Wenn der Stützring 17 und der 0-Ring 4 bei der Montage mittels des Abstandstückes 14 in die richtige lage im Ringraum gebracht v/erden, kann sich der Stützring 17 frei in diejenige Stellung bewegen, in v/elcher der

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mittlere Bereich 30 seiner konvex gekrümmten Stirnfläche an der ebenen Stützwand 15a des Abstandstückes 14 anschlägt. Wenn nach der Montage vorn Inneren des Rohres 4 hex* in üblicher Weise ein Druck: in Pfeilrichtung (Tf¹Ig. 2) auf den O-Ring 6 wirkt, wird der Stützring 17 von der über den O-Ring 6 auf ihn ausgeübten Kraft verformt, so daß die Flügel des Bogens geöffnet werden, um ihre äußeren Enden in Berührung oder in die nächste ilähc der Oberflächen des Abschnittes 5 der Bohrung des Kupplungcgliedes 1 bzw. des äußeren Utafangos des Rohres 4 zu bringen. Die Ringspalte 22 und 23,/welche der O-Ring sonst mindestens teilweise von dem Fluddruck hineingequetscht werden könnte, sind somit entweder verringert oder sogar aufgehoben, so daß ein Einquetschen nicht stattfinden kann.

Anspriichq 174

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Claims

Ansprüche

1 . } ■ Dichtungsanordnung mit einem abzudichtenaen- RingLcanal, einer den Querschnitt des Ringkanales verkleinernden Stütz- ■ wand, einem stromaufwärts von der Stützwand in dem Ringkanal angeordneten O-Ring und einem zwischen dem O-Ring und der Stützwand gelegenen verformbaren Stü"czring, dessen dem O-Ring benachbarte Stirnfläche im wesentlichen konkav gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die der'Stützwand (15a) "benachbarte Stirnfläche (24) des Stütsringes (17) nur in einem Ringbereich (30) geringer radialer Breite, der swisc.hen dom äußeren und dem inneren Umfang des Stütsringes gelegen ist, mit der Stützwand in Berührung steht.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

2 e i c h η e t, daß die der Stützwand (15a) benachbarte Stirnfläche (24) des Stütsringes (17) konvex gekrümmt ist.■
3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Stützwand (15a) benachbarten Stirnfläche (24) des Stützringes (17) im wesentlichen parallel zu seiner anderen, konkaven Stirnfläche (25) gewölbt ist.
4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz eichnet, daß der Krümmungsradius des mittleren Bereiches (25) der konkaven Stirnfläche des Stützringes (17) etwas kleiner als derjenige der benachbarten Oberfläche des O-Ringes (6) ist.

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5· Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius des mittleren Bereiches (25) der konkaven Stirnfläche des Stützringes (17) zwischen 5 und 10$ kleiner als derjenige des O-Ringes (6) ist.
6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (17) mit dem O-Ring (6) fest verbunden ist (bei 28, 29).

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