DE1425437A1

DE1425437A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE1425437A1
Application number: DE19621425437
Authority: DE
Inventors: Jacob Brayman; George Gerard
Original assignee: Barogenics Inc
Current assignee: Barogenics Inc
Priority date: 1961-07-28
Filing date: 1962-07-23
Publication date: 1968-11-14
Also published as: SE333673B; GB946373A; US3156475A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft kompensierende Dichtungen und insbesondere eine neue Dichtungsanordnung, die sich sowohl für statische als auch für dynamische Dichtungen eignet.

Ein Problem bei geschlossenen Kammern, in denen große Innendrücke erzeugt werden, besteht in einem Versagen der Dichtungen, die im System erforderlich sind, um den Druck aufrecht zu erhalten und ein Austreten von Flüssigkeit, Gas oder anderen im System enthaltenen Medien zu verhindern. Dieses Versagen beruht häufig darauf, daß die Dichtung durch den ansteigenden Druck im System in einen Zwischenraum ausgepreßt wird, der von zwei aneinander angrenzenden, gegeneinander abzudichtenden Flächen gebildet wird. So wird z.B. das Material eines Dichtungsringes zwischen einein Zylinder und einem Kolben leicht in den Zwischenraum zwischen dem

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Kolben und der Bohrung des Zylinders durch den im Kolben herrschenden Druck ausgedrückt, besonders wenn sich der Zwischenraum durch eine druckbedingte radiale Ausdehnung des Zylinders bezüglich des Kolbens erweitert.

Auch bei Druckbehältern, bei denen druckfeste Verbindungen aus miteinander verschraubten, getrennten Flanschteilen erforderlich sind, ergeben sich häufig beim Unterdrucksetzen des Behälters Schwierigkeiten hinsichtlich der Abdichtung, auch wenn für die Flanschen Schraubenbolzen, großen Querschnittes verwendet werden. Das Versagen von Dichtungen stellt ein ernstes Problem dar, gleichgültig ob das Drucksystem statische oder dynamische Dichtungen enthält. In diesem Zusammenhang soll der Ausdruck "statische Dichtung" für Dichtungsanordnungen ver·* wendet werden, bei denen keine Relativbewegung zwischen dem Dichtungselement und der abgedichteten Fläche stattfinden, mit der Ausnahme von Bewegungen, die auf Deformationen der Dich*_% tung beruhen. Als "dynamische Dichtung" soll dagegen eine An« Ordnung bezeichnet werden, bei der eine solche Relativbewegung möglich ist.

Die üblichen statischen und dynamischen Dichtungen ein»

schließlich Gummi- und Stahlringe mit O-, V-, C- oder Λ «förmigem

Fiber
Querschnitt, Sitke-rpaekungen, gewickelte Spiraldichtungen usw.

haben immer wieder zu unerwünschten und häufigen Störungen

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Anlaß gegeben, gleichgültig, ob sie in Drucksystemen mit Kolben und Zylinder enthaltenden Anordnungen oder anderen unter Druck stehenden Systemen verwendet wurden. Man hat bereits versucht, diese Schwierigkeiten durch Verwendung von ausdehnbaren Dichtungen und Unterstützungsringen zu beheben. Alle bisherigen Anordnungen lassen jedoch noch zu wünschen übrig, insbesondere bei Verwendung in Hoch« und Höchstdruck« anlagen, und das Versagen von Dichtungen stellt eine häufige Fehlerquelle dar.

Durch die Erfindung soll daher eine Dichtungskombination angegeben werden, die ein Austreten von Gas, Flüssigkeiten oder anderen Medien aus Druckapparaten sicher verhindern.

Weiterhin sollen durch die Erfindung statische und dynamische Dichtungsanordnungen angegeben werden, die nicht in den Zwischenraum zwischen die einander gegenüberliegenden, abge« dichteten Flächen gedrückt werden können.

Durch die Erfindung soll außerdem eine Flanschdichtung angegeben werden, die auch ohne die Verwendung groß be« messener Schraubenbolzen und Flanschfläehen an der Verbindung ein Austreten von Druckmedium mit Sicherheit verhindert.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert werden, es zeigen:

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Figur 1 eine Schnittansicht einer einen Kolben und einen Zylinder enthaltenden Anordnung, die mit einer dynamischen Dichtung gemäß der Erfindung versehen ist;

Figur 2 eine Ansicht der Anordnung der Figur 1 bei unter Druck stehendem System;

Figur 3 eine zur Erläuterung .der Arbeitsweise der in Figur 1 dargestellten dynamischen Dichtung vergrößerte Teil« ansicht von Figur 2;

Figur 4 eine isometrische Teilansicht der in Figur 1 und verwendeten Dichtungsanordnung;

Figur 5 eine Schnittansicht eines Teils eines Drucksystems mit einer statischen Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung;

Figur 6 eine Ansicht der Anordnung der Figur 5, wenn diese unter Betriebsdruck steht und

Figur 7 eine Ansicht einer Flanschverbindung zur Erläuterung einer anderen statischen Dichtung gemäß der Erfindung.

Das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt eine dynamische Dichtungsanordnung für den Zwischenraum zwischen einem hin- und hergehenden Kolben 10 und einem ruhenden Zylinder 11 dar. Am Kolbenkörper ist eine Deckplatte 12 (Figur 1) durch Schrauben 13, Nieten oder andere geeignete Mittel befestigt. In den Kolben ist senkrecht

zur Wand des Zylinders 11 eine konzentrische Nut 14 eingeschnitten, die zur Aufnahme einer ringförmigen Dichtungs« anordnung dient. Die eigentliche Dichtungsanordnung 15 ist in Figur 4 dargestellt und enthält einen Dichtungsträger 16 aus einem elastischen Metallring, vorzugsweise aus Stahl, der zwei Umfangsnuten besitzt, die in dem sonst einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Ringkörper gebildet sind. Die eine Nute 17 reicht von dem oberen äußeren Rand des Trägers nach innen, während die andere Nut 18 der Nut 17 diagonal gegen· uberliegt und sich vom inneren unteren Rand des Ringes nach innen erstreckt. Innerhalb dieser Nuten 17, 18 liegen übliche Dichtungsringe 19, 20. Diese Dichtungsringe können beispielsweise aus synthetischem Kautschuk oder für höhere Drücke aus Stahl·· röhren bestehen.

Wie in Figur 2 und 3 dargestellt ist, wird der Kolben im Betrieb durch ein unter Druck stehendes Medium m, das in Figur 3 durch die Punktierung dargestellt ist, im Zylinder nach unten gedrückt. Das Druckmedium m übt auf die Innenwand des Zylinders 11 einen horizontal gerichteten Druck P₁, auf die Kolbenanordnung mit Ausnahme des Ringes 19 einen nach unten wirkenden Druck p„ und auf den Dichtungsring 19 selbst einen nach unten gerichteten Druck p_ aus.

Man betrachte zuerst die Wirkungen von P₁ und ρ j Der Druck P₂ bewirkt eine Deformation des Kolbens 10, die eine

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geringfügige radiale Ausdehnung des Kolbens zur Folge hat. Der Druck P₁ verursacht jedoch eine wesentlich größere radiale Ausdehnung des Zylinders 11. Der Einfluß der Drücke p. und p_g besteht daher imEffekt darin, daß durch die Vergrößerung des normalenAbstandes zwischen. Kolben und Zylinder ein vergrößerter Spalt g entsteht.

a, „ τ. j. s ^ _, „ „ auf den Ring 19 be»

Als nächstes sei der Einfluß von ρ ^s

trachtet; Dieser Druck erzeugt innerhalb des Ringes einen , hydrostatischen Druck, der in allen Richtungen wirkt_e das heißt nach links und rechts, wie durch die Pfeile p_ bzw. p_g dargestellt ist und nach oben und unten entsprechend den. Pfeilen p_

bzw, p_o« Wenn der Dichtungsring 19 in üblicher Weise nur in einer Nut im Kolben 10 oder im Zylinder gelagert wäre, würde dem Druck p_o kein anderer Druck im Spalt entgegenwirken. Der

auf den Ring einwirkende Druck p„ des Mediums* der sich in den Druck p_o umsetzt, würde also dann dazu neigen, das Ma-

O .

terial des Dichtungsringes in den Zwischenraum g zu drücken. Ein vollständiges Ausdrücken des Ringes und damit ein Versagen der Dichtung würde zwar eine Zeit lang durch die Elastizität des Ringes verhindert, da diese Materialien jedoch nie ideal elastisch sind, würde unter Druck eine schleichende unelastische Deformation eintreten, so daß der Ring schließlich versagt und in den Zwischenraum gequetscht wird. Das Versagen einer solchen kon« ventionellen Dichtungsringanordnung wird durch die erhöhte Aus«

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— γ ·

druckkraft, der der Ring als Ergebnis der radialen Expansion des Zylinders bezüglich des Kolbens und der damit verbundenen Vergrößerung des Zwischenraumes zwischen diesen Elementen unterworfen ist, beschleunigt und in der Praxis in erster Linie hierdurch verursacht.

Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Ablauf der Vorgänge, die zum Versagen der konventionellen Dichtungsanordnung führen, tritt bei der in Figur 1 bis 4 dargestellten

Dichtungsanordnung ein Teil des Druckmediums m zwischen der Deckplatte 12 und der Oberseite des Dichtungsträgers 16 in den Zwischenraum i zwischen der Innenfläche der Nut 14 und der Innenfläche des Dichtungsträgers 16 ein. Innerhalb die» ses Raumes i übt das Druckmedium m auf die Innenfläche des Dichtungsträgers 16 einen radial nach außen gerichteten Druck p_ aus. Der Druck p_Q ist zwar praktisch gleich dem Druck ρ , der durch das Druckmedium m im Ring 19 erzeugt wird und von diesem Dichtungsring 19 aus nach innen auf den Dichtungsträger wirkt, der Druck p₉ wirkt jedoch auf einen Bereich der Innenfläche des Dichtungsträgers, dessen vertikale Abmessung d beträgt, die beträchtlich größer ist, als die Vertikalabmessung d~ der Außenfläche des Dichtungsträgers, auf die der Druck p_

wirkt, so daß der Druck p_ alsc|auf eine wesentlich größere Fläche des Trägers 16 wirkt, als der Druck p., auch wenn man berücksichtigt, daß die Außenfläche einen größeren Radius ge-

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rechnet von der Kolbenachse hat, als die Innenfläche. Die auf den Dichtungsträger 16 resultierende Horizontalkraft ist also von der Innenfläche des Dichtungsträgers nach außen gerichtet.

Der Dichtungsträger 16 reagiert auf die nach außen ge« richtete Kraft mit einer radialen Expansion. Bei geeigneter Bemessung des Dichtungsträgers ist diese Expansion mindestens so groß, wie die radiale Expansion der Zylinderwänd. Vorzugsweise ist der Träger so bemessen, daß seine radiale Expansion etwas größer ist, als die des Zylinders, so daß das Spiel zwischen der Außenfläche des Trägers 16 und der Zylinderwänd abnimmt, wenn der Druck des Mediums m steigt. In der Praxis haben sich die besten Resultate ergeben, wenn der Träger 16 so bemessen ist, daß der normale Betriebsdruck -eine radiale Ausdehnung des Trägers hervorruft, die ausreicht, die Außenseite des Trägers in Berührung mit der Zylinderwand zu bringen, die dann eine weitere radiale Ausdehnung verhindert. Man könnte zwar befürchten, daß eine derart erzwungene Berührung zwischen der Zylinderwand und dem Dichtungsträger zu einem Festfressen führen könnte, es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß bei einem geeignet bemessenen Ring, der übermäßige Kontaktdrücke zwischen Zylinder und Ring verhindert, kein Fresstoeintritt und sich im Gegensatz eine außergewöhnlich gute Abdichtung ergibt.

Wenn sich der Dichtungsträger 16 in der beschriebenen

Weise radial ausdehnt, kann sich neben dem Ring 19 kein Spalt öffnen und die Schwierigkeiten der bekannten Anordnungen, bei denen der Dichtungsring leicht in einen solchen Spalt ausgedrückt wurde» wenn dieser unter den Betriebsbedingungen größer wurde, werden vermieden. Wenn, wie vorzuziehen, die radiale Ausdehnung des Dichtungsträgers bei zunehmendem Betriebdruck größer ist, als die des Zylinders* wird die durch den Ring 19 bewirkte Druckdichtung praktisch laufend dichter. Im Grenzfall» bei welchem die radiale Ausdehnung des Trägers diesen beim normalen Betriebsdruck in Berührung mit der Zylinderwand bringt, ist überhaupt kein Zwischenraum mehr vorhanden, durch das das Material des Ringes 19 austreten könnte und die Dichtung kann daher auch nicht durch ein solches Ausdrucken in einen Zwischenraum versagen.

Die guten Betriebseigenschaften der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Dichtungen hängen von zwei Faktoren ab: Der erste Faktor besteht, wie beschrieben, in einem Eintreten des Druckmediums m in den Zwischenraum i, wo er einen radial nach außen gerichteten Druck auf die Innenfläche des Dichtungsträgers ausübt. Der zweite Faktor besteht darin, daß die Fläche des Trägers 16, auf die dieser nach außen gerichtete Druck einwirkt, größer sein muß, als die Fläche des Trägers 16, auf die der nach innen gerichtete Druck wirkt, der vom Dichtungsring 19 aus geht, wenn dieser unter dem Druck des Druckmediums m

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steht. Dieser zweite Faktor ist natürlich unerläßlich und die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Dichtung würde nicht in der beabsichtigten Weise arbeiten, wenn der Dichtungsring und die ihn aufnehmende Nut 17 des Trägers so groß wären, daß die von dem im Ring 19 entwickelten Druck p_ beaufschlagte Fläche gleich oder größer als diejenige Fläche des Trägers 16 wäre, auf die der nach außen gerichtete Druck p_Q

wirkt. -

Damit die beschriebene Dichtungsanordnung einwandfrei arbeitet, muß außer der Abdichtung durch den Ring 19 außerdem noch verhindert werden, daß das Druckmedium m aus dem Zwischenraum i längs der Unterseite des Dichtüngsträgers in den Zwischenraum g entweicht. Dies wird durch die folgende Dichtungsanordnung gewährleistet;

Das Druckmedium m übt auf den Dichtungsträger 16 eine nach unten gerichtete Kraft aus, die gleich dem Druck im Me=* diüm m multipliziert mit der gesamten Oberfläche des Dichtungsträgers einschließlich des Ringes 19 ist. Dieser nach unten gerichteten Kraft setzt der Dichtungsring 20 eine auf den Dichtungsträger 16 nach oben wirkende Kraft entgegen, die ihre Ursache in einem hydrostatischen Druck im Ring 20 hat, die ähnlich der im Ring 19 entwickelten Kraft ist und dadurch entsteht, daß der Druck des Mediums m im Zwischenraum i auf den Dichtungsring 20 wirkt. Außerdem kann man annehmen.

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- li -

daß bevor die Dichtung vollkommen geworden ist, eine zu·· sätzliche nach oben gerichtete Kraft auf den Träger 16 dadurch wirkt, daß anfänglich etwas Druckmedium m am Ring vorbei in den Zwischenraum zwischen der Unterseite des Trägers 16 und der entsprechenden Fläche der Nut 14 strömt. Das in diesem Zwischenraum befindliche Druckmedium m übt dann einen nach oben gerichteten Druck auf den Teil der Unterseite des Trägers 16 aus, die diesen Zwischenraum begrenzt.

Angenommen, der durch den Ring 20 und das Medium m in dem erwähnten Zwischenraum erzeugte und auf den Träger in Richtung nach oben wirkende Druck sei dem Betrag nach gleich dem auf die Oberseite des Trägers nach unten wirkenden Druck, so ist doch die Fläche des Trägers 16, auf die ein nach oben gerichteter Druck wirkt _} offensichtlich beträchtlich kleiner, als die Fläche, auf die ein nach unten gerichteter Druck gleichen Betrages wirkt, da im Zwischenraum g ein vernachlässigbar kleiner Druck herrscht(Figur 3). Die resultierende Vertikalkraft 16 ist also nach unten gerichtet und drückt den Dichtungsring 20 zwischen der oberen Fläche der Nut 18 und der horizontal verlaufenden unteren Fläche der Nut zusammen. Der auf diese Weise zwischen den oben bzw. unten befindlichen anliegenden Flächen zusammengedrückte Ring bildet eine einwandfreie Druckdichtung,, die ein dauerndes

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Abfließen des Druckmediums m im Zwischenraum i verhindert. Da die auf den Träger 16 resultierende, nach unten gerichtete Kraft außerdem die Unterfläche des Trägers 16 gegen die entsprechende nach oben weisende Fläche der Nut drückt, ist kein Zwischenraum vorhanden, durch den das Material des Ringes 20 ausgedrückt werden könnte, so daß schließlich die Ringdichtung versagen würde. Bei dieser Druckbe^ rührung nimmt die Kraft, mit der die Unterseite des Trägers gegen die Auflagefläche angedrückt wird, mit dem Druck im Medium m zu, erstens, da - abgesehen von einer radialen Ausdehnung des Trägers 16 - die resultierende, nach unten gerichtete Kraft auf den Träger 16 dem Druck im Medium m direkt proportional ist und zweitens, da die radiale Ausdehnung des Trägers 16 mit wachsendem Druck die nach unten weisende Fläche innerhalb der Nut 14, die die einzige Fläche darstellt, auf die vom Druckmedium ein nach oben gerichteter Druck aus** geübt werden kann, laufend verkleinert. Die beschriebene Dichtungsanordnung dichtet sich also selbst ab, so daß kein Druckmedium m am Ring 20 vorbei austreten kann.

In Figur 5 und 6 ist eine statische Dichtungsanordnung dargestellt. Ein Druckgefäß 23 ist mit Flanschen 21, 22 versehen, die aneinander angrenzende, passende Flächen 21a bzw. 22a aufweisen und am Innenumfang mit zwei Ausnehmungen 24a versehen sind. Wenn die Flanschen aneinander anliegen, bilden.

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die Ausnehmungen 24a eine einzige Ringnut 24. Die Ringnut 24 nimmt einen ringförmigen Dichtungsträger auf, der einen Außenrand und ein Stegteil 26 enthält, das durch eine Verjüngung des Trägers vom Außenrand nach innen gebildet wird. Der Querschnitt des Trägers 25 ist also in erster Näherung T-förmig.

Trägers Wie dargestellt, liegt die Außenfläche des Randes des 25 an der rückwärtigen Fläche der Nut 24 an. Die waagrechte Mittelebene des T-förmigen Trägers fällt in Figur 5 mit der Berührungsebene der Flanschflächen 21a, 22a zusammen. Dieses Zusammenfallen ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, solang die Basis oder der Rand des Dichtungsträgers die erwähnte Berührungsfläche deckt. Die Mittelebene des Trägers und die Berührungsebene der Flanschflächen 21a, 22a können also gegeneinander versetzt sein, wenn z.B. die Nut 24 durch Ausnehmungen 24a gebildet wird, die in senkrechter Richtung verschiedene Abmessungen haben, so daß sich die Berührungsebene der Flanschen nicht in der Mitte der Nut 24 befindet.

In den Zwischenräumen zwischen dem Stegteil 26 des Dichtungsträgers und der oberen bzw. unteren Fläche der Nut 24 sind geeignete Dichtungen 27, 28 angeordnet, beispielsweise Gummi·· oder Stahlringe mit O-, V-förmigem, quadratischem oder beliebig anders geformtem Querschnitt. Die Spitze 26a am inneren Ende des Steges 26 ist etwas verbreitert ausgebildet, so daß die Dichtungen in der vorgesehenen Lage gehalten werden.

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Statt dessen kann auch eine andere Anordnung, wie ein Sprengring, verwendet werden.

Wie Figur 6 zeigt, werden die Dichtungsringe 27, 28 radial nach außen gedrückt, wenn die Dichtungsanordnung von innen unter Druck gesetzt wird. Wenn sich die Dichtungsringe jedoch so ausdehnen, werden sie in Bereiche mit stetig abnehmendem Volumen gepreßt, die durch die verlaufenden Flächen des Dichtungsträgers 25 und der oberen bzw. unteren Fläche der Nut gebildet werden. Der Grad der Volumenabnahme dieser Bereiche in Abhängigkeit vom radialen Abstand in Richtung nach außen kann durch entsprechende Bemessung der Neigung der schrägen

Flächen des Stegteils 26 des Dichtungsträgers 25 bemessen werden. " ■

Mit anderen Worten gesagt bewirkt der auf die Ringe 27,28 einwirkende Druck, daß diese bei ihrer radialen Expansion durch die schrägverlaufende Anlagefläche am Träger 25a gegen die Oberfläche der Nut 24, mit der der Ring Kontakt macht, gedrückt und zwischen die genannten Flächen eingekeilt wird. Wenn der Druck wächst, werden die beiden Ringe also immer stärker zwischen die Flächen des Trägers und der Nut, an denen sie anliegen, hineingedrückt, so daß die Abdichtung immer fester wird.

Wenn der Innendruck wächst, neigen die Flanschflächen 21a, 22a dazu, sich voneinander abzuheben, so daß ein Zwischenraum 28a

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(Figur 6) entsteht, außerdem drehen sie sich in einer Ebene, die die Achse der Verbindung enthält, in bezug aufeinander. Die Dichtungsringe können sich jedoch nicht in die Öffnung bewegen, da sie beide von dieser öffnung durch den Außenrand oder die Basis des Dichtungsträgers getrennt sind. Auchjwenn der Abstand der Flanschflächen beträchtliche Werte annimmt, verhindert der Dichtungsträger, der aus Stahl bestehen kann und seine maximale Dicke am Außenrand hat, ohne weiteres

Versagen der Dichtung infolge eines Ausquetschens der Dichtungsringe durch die gebildete Öffnung.

Die Trennung der Flansche bewirkt natürlich, daß der Abstand der oberen und unteren Fläche der Nut 24 mit wachsendem Druck zunimmt, die verlaufenden Flächen des Stegteiles des Trägers 25 sind jedoch so bemessen, daß ihre Neigung im Effekt auch dann noch eine Keilwirkung auf die Ringe 27, 28 ausübt, wenn sich der Abstand der Nutflächen vergrößert hat.

Die üblichen Flanschdichtungsanordnungen unterscheiden sich von der in Figur 5 und 6 dargestellten Dichtungsanordnung darin, daß der Dichtungsring direkt zwischen die aufeinander passenden Flanschflächen der Dichtung eingesetzt ist. Hierdurch ergeben sich eine Reihe von Nachteilen. Als erstes werden, was für jede Art von Flanschdichtung gilt, die getrennten Hälften unter Druckfcnclbelastungen ausgesetzt, die die beiden Hälften

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zu trennen streben. Jeder Einrichtfehler der beiden verschraubten Hälften bewirkt außerdem, daß die Endbelastung zu einer Drehung einer Hälfte der Verbindung bezüglich der anderen in einer die Verbindungsachse enthaltenden Ebene führt. Bei Flanschverbindungen treten also bei Druckbelastungen gewöhnlich sowohl Achsial- als auch Winkelbewegungen aufi

Wenn nun der Dichtungsring oder dergleichen wie üblich zwischen den aufeinander passenden Flanschflächen angeordnet ist, tritt bei nennenswerten achsialen oder winkelmäßigen Bewegungen der Verbindung sofort eine Erweiterung der Dichtung auf. Bei den bekannten Flanschdichtungen hat es sich daher als erforderlich e rwiesen, die Hälften durch Bolzen oder dergleichen zu verbinden, die unter Vorspannung stehen, so daß die Flanschen und der Dichtungsring einer umgekehrten Verformung unterworfen werden, die bis zu einem bestimmten Maß die Achsial- und/oder Winkelverformungen aufhebt, die bei Belastungen in der Dichtung auftreten. Trotz der durch diese Vorspannung erzielten Verringerung der Verformung solcher Dichtungen sind gewisse Ringe oder ähnliche Dichtüngsanordnungen derart empfindlich gegen Verformungen der Dichtungsanordnung, daß sie nur bei verhältnismäßig niedrigen Drücken eine einwandfreie Dichtung gewährleisten, aber auch gegen Verformungen unempfindlichere Dichtungen erlauben nur wenig höhere Arbeitsdrücke. Außerdem bringt ein Arbeiten mit Vorspannung den Nach-

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teil mit sich, daß Schraubenbolzen verhältnismäßig großen Querschnittes verwendet werden müssen, die sowohl der Vorspannung als auch der Betriebslast widerstehen können. Weiterhin müssen auch die Flanschen eine zu den großen Bolzen passende _f beträchtliche Größe besitzen.

Ein anderer den üblichen Flanschanordnungen, bei denen

die Flansche durch Schraubenbolzen verbunden sind, naturgemäß M

anhaftender Nachteil besteht darin, daß bei Drehungen der Flanschhälften in einer die Verbindungsachse enthaltenden Ebene, der Außenrand der Flanschen als Drehpunkt wirkt und die Belastung der Bolzen entsprechend vergrößert wird* Die durch die Hebelwirkung verursachte zusätzliche Belastung der Bolzen hat in der Vergangenheit häufig zu einem Versagen der Bolzen und damit der Flanschverbindung selbst geführt.

Im folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel der Er» λ

findung in Form einer statischen Dichtung beschrieben werden, bei der alle oben erwähnten Nachteile der bekannten verschraubten Flanschverbindungen vermieden werden. Figur 4 zeigt eine Dichtung mit einem oberen und unteren Flansch 29 bzw, 30, die die Enden zweier getrennter Teile eines Druckbehälters oder dergleichen bilden. In den Innenrand des unteren Flansches 30 ist eine längs des Umfanges verlaufende Ringnut eingeschnitten, in der eine im Querschnitt rechteckige Dich-

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tungsträgeranordnung 32 liegt. Der Außendurchmesser des Dichtungsträgers liegt satt an der Außenfläche der Nut 31 im unteren Flansch 30 an/ die Innenfläche des Dichtungsträgers fluchtet mit der Innenfläche des unteren Flansches» Die Vertikal» abmessung des Dichtungsträgers ist größer als die Tiefe der Nut 31 und zwischen den gegenüberliegenden Flächen der beiden Flansche ist daher ein Zwischenraum 33 vorhanden.

Wie Figur 7 zeigt, werden die Flansche 29,33 die außen mit Ansätzen 35, 36 versehen sind, vorzugsweise mit einer aus zwei getrennten Hälften bestehenden, geteilten Klammer verbunden, von der nur eine Hälfte 34 dargestellt ist. Die beiden Klammerhälften können miteinander an den beiden diametral gegenüberliegenden Steifen," wo die Hälften aneinander anliegen, durch jeweils eine obere und untere Schraube 37, 38 verbunden sein» Alternativ kann ein massiver Ring um die geteilte Klammer gelegt werden, um die beiden Hälften zusammenzuhalten, „

An Stelle der Klammer können die Flansche auch durch achsiale Bolzen verbunden werden, eine Vorspannung der Bolzen ist dabei nicht erforderlich. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß zur Verbindung der Flanschanordnung Schwenkbolzen oder Keile verwendet werden können. Zur Verbindung der Flanschen in Kombination mit der in Figur 7 dargestellten Dichtungsanordnung können also.die verschiedensten Anordnungen verwendet werden.

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XU

In einer Umfangsnut 39, die in die Außenseite des nhgförmigen Dichtungsträgers 32 eingeschnitten ist, befindet sich eine übliche Dichtung 40, beispielsweise ein torrusförmiger Dichtungsring aus Stahl oder Gummi, ein Dichtungsring mit halbmondförmigem, k-förmigem Querschnitt usw. Ein entsprechender Ring 41 befindet sich in einer Ringnut 42 in der oberen waagrechten Fläche 43 des Dichtungsträgers 32.

Wenn das Innere der Flanschdichtung unter Druck gesetzt wird, wird der Dichtungsträger 32 durch die auf ihn einwirkenden Kräfte nach außen gegen die radial äußeren Flächen der Flanschnut 31 und außerdem gegen die waagrechte Fläche des oberen Flansches gedrückt. Die auf den Dichtungsträger wirkenden Kräfte haben ihre Ursache in unkompensierten Drücken, die auf folgende Weise zustande kommen:

Die gesamte Fläche der Innenseite des Dichtungsträgers

ist dem Systemdruck ausgesetzt, während nur der Teil der *

Außenfläche des Dichtungsträgers unterhalb der Dichtung 40 diesem Druck unterworfen ist. Der Dichtungsträger 32 wird außerdem^ durch den auf seine untere waagrechte Fläche wirkenden Druck nach oben gedruckt. Da die Dichtung 41 in der vertikalen Mittelebene des Dichtungsträgers 32 liegt, ist die auf den Dichtungsträger nach unten wirkende Kraft kleiner, als die nach oben wirkende Kraft, so daß die resultierende Kraft den Trägerkörper nach oben drückt. Die Dichtungsringe 40,

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der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform sind den Dichtungsringen 20 bzw. 19 der Ausführungsform der Figur 1 bis 4 analog, so daß die Arbeitsweise der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform ohne weiteres anhand der oben gegebenen Erklärungen verstanden werden kann.

Bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform nimmt die Gefahr eines Versagens der Dichtung mit zunehmendem Druck nicht zu, da bei den Ringen 40, 41 keine Öffnungen vorhanden sind, durch die diese Ringe ausgepreßt werden könnten. Höhere Drücke im System bewirken nur, daß die Dichtungen fester gegen die Anlageflächen gedrückt werden. Da zwischen den Flanschflächen schon von vorneherein ein Zwischenraum 33 vorhanden ist, beeinträchtigt eine relative Drehung der Flansche unter Druck in einer die Achse der Flanschverbindung enthaltenden Ebene nicht die Wirksamkeit der Dichtung, da sich der Auflagepunkt am Außenrand des Dichtungsträgers und nicht am Außenrand der Flansche befindet, wie es bei den bekannten Anordnungen der Fall ist, so daß bei der dargestellten Anordnung eine Relativdrehung der Flansche nicht zu einer Erweiterung des abzudichtenden Zwischenraumes führt. Das Dichtungselement in der Außenseite des Dichtungsträgers wird in seiner Wirkung durch die Drehung der Flanschflächen nicht beeinträchtigt, obwohl s*e sich ziemlich nahe dem Drehpunkt befindet.

Ein wichtiger Vorteil der neuartigen Flanschanordnung be«

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darin, daß im Dichtungsträger übliche Dichtungselemente verwendet werden, ohne daß für spezielle Systeme besondere Dichtungen entwickelt werden müssen. Wenn die Temperatur nicht zu hoch ist, können mit Erfolg gewöhnliche O-Ringe aus synthetischem Kautschuk verwendet werden. Bei höheren Temperaturen sind im allgemeinen O-Ringe aus Stahl erforderlich. Für alle Arten von Dichtungen kann der gleiche Dichtungsträgerring verwendet werden.

Selbstverständlich kann ein Fachmann die beschriebenen Ausführungsbeispiele in vieler Hinsicht abwandeln. So kann beispielsweise bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform die Nut 17 für den Ring 19 im Träger 16 achsial etwas weiter unten angeordnet werden, so daß die Außenseite des Trägers mit der Nut 17 dann einen U-förmigen Querschnitt hat oder die Nut 18 für den Ring 20 kann sich in der Mitte zwischen dem Innen- und Außenrand des Trägers 16 befinden, so daß die die Nut 18 enthaltende Seite des Trägers dann ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt hat. Beide Maßnahmen können natürlich gleichzeitig getroffen werden. In entsprechender Weise kann bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform die Nut 39 an der linken unteren Eckejdes Trägers 32 angeordnet werden, der dann einen L-förmigen Querschnitt hat und / oder die Nut 42 kann an der oberen rechten Ecke des Trägers 32 angeordnet werden, so daß sich hier ebenfalls eine

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L-förmige Ausnehmung ergibt. Die Lage der beiden Nuten in den Trägern der Figur 1 oder 7 ist also nicht kritisch, solange die in sie eingesetzten Dichtungsringe eine Lage einnehmen, bei denen die erwähnten Druckverhältnisse herrschen. Weder der Träger 16 noch der Träger 32 müssen notwendigerweise einen rechteckigen Querschnitt haben, der Querschnitt kann vielmehr auch mehr oder weniger abgerundet sein und die Nuten, die die Träger aufnehmen, werden dann entsprechend geformt, um einen geeigneten Sitz für die Träger bilden zu können. Bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform ist es zwar vorzuziehen, daß die Flansche 29,30 einen gewissen

Abstand voneinander haben, wie es dargestellt ist, gewünschten« falls können diese beiden Teile jedoch auch aneinander anliegen und der Träger 32 wird dann in achsialer Richtung entsprechend verkürzt, so daß er achsial nicht über das Bauteil 30 hinaussteht, wenn dfer sich in der Nut 31 befindet.

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Claims

Patentansprüche

1. Dichtungsanordnung, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Dichtungsträger (16,25,32) mit einer äußeren, einer inneren und zwei einander achsial gegenüberliegenden Seiten, der durch ein von ihnen wirkendes Druckmedium, radial dehnbar ist und zwei in achsialer Richtung beabstandete, koaxiale g Dichtungsringe (19, 20;27, 28;40, 41) an einer ersten der einander achsial gegenüberliegenden Seite sowie dem Bereich der anderen dieser Seiten und der Außenseite aufnimmt und dort an den Dichtungsringen anliegt, wobei mindestens einer der Dichtungsringe im entspannten Zustand einen kleineren Außendurchmesser hat, als der ringförmige Dichtungsträger.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander achsial gegenüberliegenden ™ Flächen durch zwei Keilflächen gebildet werden, die in Richtung radial nach innen aufeinander zulaufen und dem Querschnitt des Trägerringes eine sich nach innen verjüngende Form verleihen; daß die beiden Dichtungsringe (27,28) auf den beiden schrägen Keilflächen ruhen und durch den auf sie radial nach außen einwirkenden Druck radial ausdehnbar sind und daß beide Dichtungsringe im ftmentspannten Zustand einen kleineren Außendurchmesser besitzen als der Trägerring (25, Figur 5,6).

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3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtungsringe (27, 28) gleichen _ Durchmesser besitzen.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verlaufende Teil des Trägerringes in einen Innenrand ausläuft, der.in achsialer Richtung breiter ist, als das Ende des zulaufenden Teiles des Trägerringes. ■

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrand durch einen Feder- oder Sprengring gebildet wird.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrand durch eine achsiale Verbreiterung des Querschnittes des Trägerringes gebildet wird.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dichtungsring in der Außenseite des Trägerringes angeordnet ist.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Dichtungsring in einer ersten Ringnut liegt, die sich von der ersten der einander achsial gegenüberliegenden Seiten in Achsrichtung in das Innere des Trägerringes erstreckt (Figur 3).

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9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Nut an der Innenseite des Trägerringes liegt.

10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Nut (18) sowohl achsial von der ersten der einander in Achsrichtung gegenüberliegenden Seiten

nach innen als auch radial von der Innenseite des Trägerringes ^j

nach außen erstreckt, so daß ihr Querschnitt etwa L-förmig ist.

11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Nut in der ersten der einander achsial gegenüberliegenden Seiten in Radialrichtung zwischen der Außen« seite und der Innenseite des Trägerringes liegt.

12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Nut etwa U-förmig ist. ™

13. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Dichtungsring in einer

• zweiten Ringnut in dem Trägerring angeordnet ist, der von dessen Außenseite radial nach innen reicht.

14. Dichtungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Nut am Schnittpunkt der Außenseite und der zweiten der in Achsrichtung beabstandeten Seiten liegt.

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15. Dichtungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Nut sowohl von der Außenseite radial nach innen als auch von der achsialen Seitenfläche achsial nach

' innen reicht und etwa L-förmig ist.

16. Dichtungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Nut in der Außenfläche in Achsrichtung zwischen den beiden achsialen Begrenzungsflächen gebildet ist.

17. Dichtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Nut einen etwa U-förmigen Querschnitt hat.

18. Dichtungsanordnung nach einem, der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring einen etwa rechteckigen Querschnitt hat.

19. Einrichtung mit einer Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend zwei durch einen abzudichtenden, ringförmigen Zwischenraum getrennte Bauteile mit zueinander passenden Flächen, die zusammen eine durch den Zwischenraum unterbrochene Begrenzung einer im Betrieb mit einem Druckmedium gefüllten Kammer bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerring (16) angrenzend an die beiden Bauteile (10,11) zwischen der Kammer und dem Zwischenraum (g) so angeordnet ist, daß die beiden Dichtungsringe (19,20) an jeweils

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in CM

einem der Bauteile (11, 10) und dem Trägerring (16) so anliegen, daß der erste Dichtungsring das erste Bauteil und der zweite Dichtungsring das zweite Bauteil gegenüber dem Trägerring abdichtet und ein Austreten des Druckmediums in den Zwischenraum (g) verhindert.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

daß die Dichtungsanordnung auf den Druck des Druckmediums "

anspricht, indem die beiden Dichtungsringe im Betrieb zwischen den Trägerring und das jeweilige Bauteil gedrückt werden.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (11) hohl ist und eine zylinderische Innenwand besitzt, die die Kammer umgibt und durch den Druck des Mediums weniger ausgedehnt wird, als der Trägerring und daß die Außenseite des Trägerringes innerhalb der Wand liegt und durch die relativ größere Ausdehnung des Trägerringes als die Ausdehnung der Wand eine mit wachsendem Druck steigende Drosselung des aus der Kammer zwischen dem zweiten Bauteil und der Dichtungsanordnung in den Zwischenraum (g) austretenden

Mediums bewirkt.

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22. Einrichtung nach Anspruch 19,20 oder 21, dadurch

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ο gekennzeichnet, daß mindestens eines der Bauteile angrenzend a>

an den Zwischenraum (g) eine ringförmige Ausnehmung aufweist,

injSder die Dichtungsanordnung angrenzend an beide Bauteile angeordnet ist.

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23. Einrichtung nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauelement hohl ist und mit einem Ende an einem Ende des zweiten Bauelementes unter Bildung einer Verbindung angrenzt, wobei die beiden zueinander passenden Flächen sich an den Enden der Verbindung befinden und daß die ringförmige Ausnehmung mindestens zum Teil durch eine Ringnut in dem zweiten Bauelement beim Schnittbereichides kreisförmigen Wandteiles und der passenden Fläche des zweiten Bauelementes gebildet wird.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bauteile an den aneinander angrenzenden Enden mit einem Flansch versehen sind und daß die beiden Flansche miteinander gekuppelt sind.

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche durch Schraubenbolzen verbunden sind.

26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenbolzen nicht vorgespannt sind.

27. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche durch eine geteilte Ringklammer gekuppelt sind.

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28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil einen im Querschnitt kreisförmigen Wandbereich besitzt, der die Druckkammer bei der Verbindung umgibt und daß eine ringförmige Ausnehmung zur Hälfte durch eine Nut im zweiten Bauelement und zur Hälfte durch eine entsprechende Nut im ersten Bauelement am Schnittpunkt des Wandbereiches und der zueinander passenden Flächen gebildet ist; daß die Einrichtung eine Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 enthält und daß die Dichtungsanordnung so angeordnet ist, daß der Trägerring in der Ausnehmung liegt und der eine Dichtungsring einen Teil des ersten Bauelementes berührt, der eine Seite der Ausnehmung bildet und der andere Dichtungsring einen Teil des zweiten Bauteiles berührt, das die gegenüberliegende Seite der Ausnehmung bildet.

29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, | dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Ausnehmung durch die Nut im zweiten Bauelement gebildet wird und einen L-fÖrmigen Querschnitt besitzt, so daß sie sowohl in Richtung auf die Kammer als auch auf die Paßfläche des ersten Bauteiles offen ist; daß die Einrichtung eine Dichtungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 17 enthält und daß der Trägerring in der Ausnehmung so angeordnet ist, daß der erste Dichtungsring an dem ringförmigen Teil des ersten Bauelementes und der zweite Dichtungsring an einem Teil des zweiten Bauelements anliegt,

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der radial außerhalb des Trägerringes die Ausnehmung umfaßt.

30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zueinander passenden Flächen der beiden Bauteile soweit beabstandet sind, daß sie sich nicht berühren.

31. Einrichtung nach Anspruch 21 oder 22 bei welcher das zweite Bauelement das Äußere eines Zylinders und das erste Bauteil ein in dem Zylinder gelegener Kolben ist, dessen Vorderende an die Kammer angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Ausnehmung einen L-förmigen Querschnitt hat und am Vorderende des Kolbens gebildet ist, dieses umfaßt und sowohl in Richtung auf die Druckkammer als auch auf die Zylinderwand offen ist; daß die Einrichtung eine Dichtungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 17 enthält und daß der Trägerring in der Ausnehmung so angeordnet ist, daß der eine Dichtungsring an der Zylinderwand und der andere Dichtungsring an einem ringförmigen Bereich des Kolbens an der der Kammer abgewandten Seite der Ausnehmung anliegt.

32. Einrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium aus der Kammer in die Ausnehmung an der Innenseite des Trägerringes eintreten und die radiale Ausdehnung des Trägerringes bewirken kann..

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33. Einrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung in der ringförmigen Ausnehmung durch eine Halterungs- oder Sperranordnung gehalten wird, die vor dem in seinem Sitz befindlichen Träger« ring liegt und sich radial vom Kolben nach außen über den inneren Rand des Trägerringes erstreckt.

34. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsanordnung aus dem Außenrand einer Deckplatte (12) besteht, die am Vorderende des Kolbens befestigt ist.