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Schaftdichtung
Zur Abdichtung von Schäften, die durch die Wandung eines Druckbehälters hindurchgeführt sind und gegebenenfalls eine axiale Bewegung ausführen, werden vielfach Stulpdichtungen verwendet, bei denen der in radialer Richtung wirkende Flüssigkeitsdruck den Stulpkragen an den Schaft presst und damit die Abdichtung bewirkt. Diese Dichtungsart hat den Nachteil, dass der Flüssigkeitsdruck auf eine verhältnismässig grosse Fläche der Stulpe wirkt, wodurch hohe Reibungsverluste bei Bewegung des Schaftes verursacht werden.
Eine weitere Dichtungsart besteht darin, dass durch einen unter Federwirkung stehenden Metallring, welcher auf dem Schaft dicht verschiebbar (aufgeschliffen) ist und der ihn umgebenden Wandung des Behälters ein enger Durchlasskanal für die Druckflüssigkeit geschaffen ist, so dass diese auf einen zwischen jenem Metallring und der Endfläche der abzudichtenden Bohrung liegenden, innen den Schaft und aussen die Wandung berührenden Ring aus elastischem Stoff, derart drückt, dass sie die Wirkung der Feder verstärkt. Der Ring, der kreisförmigen Querschnitt aufweist, wird dabei durch den unter Feder-und zum Teil unter Flüssigkeitsdruck stehenden Metallring verformt und sowohl gegen den Schaft als auch gegen die Wandung gepresst.
Dabei verhindert die Wandung eine freie Ausdehnung des Dichtungsringes, wodurch die Reibung zwischen diesem und dem Schaft beträchtlich erhöht wird, insbesondere bei Quellung oder Erwärmung des Dichtungsringes. Dazu kommt, dass alle Flächen bearbeitet werden müssen und das Aufschleifen des Metallringes auf den Schaft zeitraubend und kostspielig ist.
Die Schaftdichtung gemäss der Erfindung besteht aus einem den Schaft lose umschliessenden Dichtungsring aus nachgiebigem Werkstoff und bezweckt, die Nachteile der bekannten Dichtungen zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, dass der unter der Wirkung eines federnden Druckorganes mit einer Stirnfläche an der Wandung anliegende Dichtungsring frei ange- ordnet set und seine, die Wandung nicht berührende Surn- und Mantelfläche dem Flüssig- keitsdruck ungehindert ausgesetzt sind, wodurch er unter axialer und radialer Verformung Schaft und Wandung wirksam abdichtet.
An der der Wandung abgekehrten Stirnfläche des Dichtungsringes kann eine ringförmige Druckplatte vorgesehen sein, die mit Spiel auf dem Schaft sitzt und das Widerlager für eine sie gegen den Dichtungsring drückende Feder bildet.
Die Feder hält die Dichtung unter einem gewissen axialen Druck, indem sie dieselbe gegen die Innenwandung des Behälters drückt und zu einer Ausdehnung zwingt, die ausreicht, um eine dauernde dichte Berührung zwischen Schaft und Dichtung auch dann zu sichern, wenn im Behälter kein oder nahezu kein Überdruck herrscht.
Der Dichtungsring wird im allgemeinen mit einer Bohrung ausgeführt, die so gross ist, dass sich die Berührung mit dem Schaft beim Zusammenbau ergibt.
Gemäss der Erfindung ist diese Bohrung von einer Drehfläche mit krummliniger Erzeugenden gebildet, so dass die Berührung mit dem Schaft bei der Vereinigung der Teile praktisch auf eine Kreislinie beschränkt ist, die im wesentlichen in einem mittleren Bereich liegt.
Beim Anwachsen des Druckes innerhalb des vom Schaft durchsetzten Behälters wird der Dichtungsring verformt und unter dem radialen, gegen den Schaft gerichteten Druck in einem der Drucksteigerung proportionalen Ausmass gegen den Schaft gepresst.
Infolge der oben beschriebenen Oberflächenform der Bohrung des Dichtungsringes wirkt der Innendruck im Behälter zwischen Schaft und Dichtungsring annähernd auf die halbe Fläche der Bohrung des letzteren, d. h. bis zur Berührungslinie desselben mit dem Schaft, wodurch eine Verformung verhütet wird, welche den genannten Bohrungsteil in Berührung mit dem Schaft bringen würde, wogegen eine solche Verformung im anderen (äusseren) Bohrungsbereich stattfindet. Dies gewährleistet einen dichten Abschluss infolge der innigen Berührung der nachgiebigen Dichtung mit dem Schaft unter einem Druck, item Innendruck im Behälter proportional ist. Der Reibungsbereich zwischen Dichtung und Schaft ist hiebei auf ungefähr die halbe Dicke des Ringes beschränkt.
Da der Druck im Behälter auf eine Dichtung gemäss der Erfindung sowohl radial gegen den Schaft als auch axial wirkt, wird eine bleibende
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Verformung der Dichtung selbst unter hohen dauernd wirkenden Drücken verhindert. Tat- sächlich versucht der axial gerichtete Druck den Dichtungsring axial zusammenzudrücken und radial auszudehnen, während der radial gerichtete Druck das Bestreben hat, den Dichtungs- ring radial zusammenzudrücken und axial aus- zudehnen, so dass beide Drücke einander ent- gegenwirken. Wenn die nachgiebigen Ringe nur nach einer Richtung, z.
B. in axialer Richtung, gedrückt würden, würden sie geneigt sein, sich unter einem dauernd wirkenden hohen
Druck bleibend zu verformen, dies mit Rück- sicht auf die Verschiebung des nachgiebigen
Werkstoffes, der alle Hohlräume zwischen der nachgiebigen Fläche der Bohrung und der zylindrischen Oberfläche des axial bewegten
Schaftes dauernd auszufüllen bestrebt ist.
Die Zeichnung zeigt schematisch eine beispiels- weise Ausführungsform der erfindungsgemässen
Dichtung für axial bewegte Schäfte, welche die
Wandung eines Behälters durchsetzen, in dem ein Überdruck herrscht.
Fig. 1 ist ein axial geführter Schnitt durch die in einen Druckbehälter eingebaute Dichtungs- anordnung, dessen Wandung von dem axial bewegten Schaft durchsetzt wird.
Die Fig. 2 und 3 zeigen in grösserem Massstabe das Verhalten des Dichtungsringes aus nach- giebigem Werkstoff, wenn im Behälter kein
Druck bzw. ein hoher Druck herrscht.
Der Schaft 1 vollführt innerhalb einer Bohrung 3 der Wandung eines Druckbehälters 2 eine axiale
Bewegung. Auf dem Schaft ist ein Dichtungs- ring 4 aus nachgiebigem Werkstoff angeordnet, der an der Innenseite der Behälterwandung anhegt. Die gehrung des Ringes 4 hat die
Form einer''''iäche mit einer krummlinigen, beispielsweise elliptischen oder parabolischen
Erzeugenden.
Die Anordnung ist so getroffen, dass der in der Mittelebene des Ringes gelegene kleinste Durchmesser der Ringbohrung dem
Schaftdurchmesser gleich ist, so dass die Berührung
7wischen Ring un Schaft bei Vereinigung der Teile entlang einer Linie stattfindet. Eine metallische Beilagscheibe 5, die mit Spiel auf dem Schaft sitzt, wird gegen den Ring 4 durch eine Schraubenfeder 6 angedrückt, die an der
Wand des Behälters 2 befestigt ist. Die Dichtung wird dadurch erzielt, dass die Feder den Dich- tungsring 4 zu einer innigen Berührung der
Wandung des Behälters 2 veranlasst und einen anfänglichen Druck auf den Ring in axialer
Richtung ausübt, der einen leichten Druck des Ringes gegen den Schaft innerhalb seiner
Bohrung bewirkt, so dass auch bei geringem Überdruck im Behälter ein dichter Abschluss gewährleistet ist.
Beim Anwachsen des Druckes im Behälter ) erleidet der Ring 4 ausser dem Federdruck einen weiteren axialen Druck und einen gegen den Schaft gerichteten radialen Druck wie dies in Fig. 3 mit Pfeilen angedeutet ist. Der Druck im Bdhälter wirkt ungefähr auf die halbe Oberfläche der Bohrung des Ringes 4, u. zw. auf die dem Behälterinneren zugekehrte Bohrungshälfte, wodurch er der durch den radialen Druck bedingten Verformung des Ringes entgegenwirkt und diesen an dieser Bohrungshälfte hindert, mit dem Schaft in Berührung zu kommen. D & die andere, äussere Hälfte der Bohrung vom Druck im Behälter unbeeinflusst bleibt, wird der Ring dortselbst verformt und in enge Berührung mit dem Schaft gebracht.
Dies sichert einen dichten Abschluss unter Druck und eine ausreichende Berührungsfläche zwischen der Ringbohrung und dem Schaft, wogegen die Reibung bei Verschiebung des Schaftes auch bei den höchsten Drücken im Behälter auf die halbe Fläche der Ringbohrung beschränkt ist.
Sobald der Druck im Behälter sinkt, fällt der nachgiebige Ring 4 von selbst zusammen, so dass seine Berührungsfläche mit dem Schaft und damit die gleitende Reibung verringert wird. Wenn die Flüssigkeit im Behälter ein Öl oder ein anderes Schmiermittel ist, werden die Gleitflächen infolge der Form der Ringbohrung überdies während des Betriebes ge- schmiert, wodurch die Reibung verringert wird. Bei loser Anordnung des Ringes an Stelle der üblichen festen Anordnung ist seine Lebensdauer praktisch unbegrenzt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dichtung für einen durch die Wandung eines Druckbehälters hindurchgeführten, gegebenenfalls axial beweglichen Schaft mit einem, den Schaft lose umschliessenden Dichtungsring aus nachgiebigem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der unter der Wirkung eines federnden Druckorganes mit einer Stirnfläche an der Wandung anliegende Dichtungsring frei angeordnet ist und seine, die Wandung nicht berührende Stirn-und Mantelfläche dem Flüssigkeitsdruck ungehindert ausgesetzt sind, wodurch er unter axialer und radialer Verformung Schaft und Wandung wirksam abdichtet.