DE10219577B4

DE10219577B4 - Dichtung

Info

Publication number: DE10219577B4
Application number: DE2002119577
Authority: DE
Inventors: Walter Schuhmacher; Klaus Hocker
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2022-05-03
Also published as: DE10219577A1

Abstract

Dichtung für einen Drehtopf (106) mit einer Drehachse (108), wobei die Dichtung (122) eine Dichtungsöffnung (132) mit einer Dichtungsachse (130) berandet,
wobei die Dichtung (122) eine Dichtfläche (128) mit einer Abdichtlinie (124), welche im montierten Zustand der Dichtung (122) nicht planar Verläuft, und eine der Dichtfläche (128) gegenüberliegende Anlagefläche (140) umfasst und
wobei die Dichtung (122) aus einem Ruhezustand, in welchem die Abdichtlinie (124) planar verläuft, in den montierten Zustand so verformbar ist, dass sich die Ausrichtung der Dichtfläche (128) relativ zu der Dichtungsachse (130) verändert,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Dichtung (122) ein Federelement (170) umfasst;
– dass jede radial gemittelte Flächennormale (160) der Dichtfläche (128) im Ruhezustand der Dichtung (122) mit der Dichtungsachse (130) einen spitzen Winkel (β) von ungefähr 10° bis ungefähr 30° einschließt (6, 7 bzw. 10, 11);
– und dass jede radial gemittelte Flächennormale (160) der Dichtfläche (128) im...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung für einen Drehtopf mit einer Drehachse, wobei die Dichtung eine Dichtungsöffnung mit einer Dichtungsachse berandet, wobei die Dichtung eine Dichtfläche mit einer Abdichtlinie, welche im montierten Zustand der Dichtung nicht planar verläuft, und eine der Dichtfläche gegenüberliegende Anlagefläche umfasst und wobei die Dichtung aus einem Ruhezustand, in welchem die Abdichtlinie planar verläuft, in den montierten Zustand so verformbar ist, dass sich die Ausrichtung der Dichtungsfläche und/oder der Anlagefläche relativ zu der Dichtungsachse verändert.
Insbesondere sind Ringdichtungen zur Abdichtung von Drehtöpfen bekannt, bei denen im Ruhezustand die radial gemittelte Flächennormale der Dichtfläche und die radial gemittelte Flächennormale der Anlagefläche im wesentlichen parallel zu der Dichtungsachse ausgerichtet sind. Aufgrund der Verwindung einer solchen Ringdichtung bei der Montage derselben werden die Flächennormalen der Dichtfläche und der Anlagefläche von der Dichtungsachse weg gekippt, so dass diese Flächennormalen im montierten Zustand der bekannten Ringdichtungen schräg zur Dichtungsachse ausgerichtet sind.
Dies hat zur Folge, dass die Dichtfläche einer solchen Ringdichtung nicht unter einer konstanten Flächenpressung an der Mantelfläche des Drehtopfes anliegt, so dass Undichtheiten auftreten können. Ferner muss die Dichtfläche einer solchen Ringdichtung mit einer sehr hohen Vorspannung beaufschlagt werden, um die Dichtfläche zur Anlage an der Mantelfläche des Drehtopfes zu bringen. Aufgrund dieser hohen Vorspannung ist zur Betätigung des Drehtopfes ein hohes Drehmoment erforderlich.
Um diese Probleme auftretender Undichtheiten und eines hohen zur Betätigung des Drehtopfes erforderlichen Drehmoments zu beseitigen, ist es ferner bekannt, eine Ringdichtung formgenau in der dem montierten Zustand entsprechenden Gestalt spanend herzustellen, so dass die Dichtung aus dem Herstellzustand nicht mehr in den montierten Zustand verformt werden muss. Da die Dichtung im montierten Zustand eine komplexe dreidimensionale Gestalt mit einer nicht planar verlaufenden Abdichtlinie aufweist, kann eine solche Dichtung in der dem montierten Zustand entsprechenden Gestalt nur mit einem großen Zeitaufwand auf CNC-Maschinen mit kombinierten Dreh- und Fräseinheiten hergestellt werden. Außerdem ist es nicht möglich, solche bereits in der dem montierten Zustand entsprechenden Gestalt spanend hergestellte Dichtungen mit filigranen Dichtlippen zu versehen.

Die US-Patentschrift Nr. 2,997,057 offenbart eine Dichtung für einen Drehtopf mit einer Drehachse, wobei die Dichtung sich bei der Montage verwindet und ein Federelement umfasst.

Die DE 1 500 234 A offenbart eine Dichtung für einen Drehtopf mit einer Drehachse, wobei die Dichtung sich bei der Montage verwindet und sich im montierten Zustand an starren Ringen abstützt, welche an der Außenseite oder an der Innenseite der Dichtung angeordnet sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche im montierten Zustand eine möglichst gleichmäßige Dichtlippenpressung aufweist und dennoch wirtschaftlich herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Dichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 3 gelöst.

Die erfindungsgemäße Dichtung wird so hergestellt, dass jede radial gemittelte Flächennormale der Dichtfläche und/oder Anlagefläche im montierten Zustand der Dichtung senkrecht zur Oberfläche des zylindrischen, konischen oder kugelförmigen Drehtopfs ausgerichtet ist oder in einem Winkel zur Senkrechten der Oberfläche des zylindrischen, konischen oder kugelförmigen Drehtopfs ausgerichtet ist, der kleiner ist als der spitze Winkel im Ruhezustand der Dichtung.

Dabei ist unter einer „radial gemittelten Flächennormale" einer Fläche in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen diejenige Flächennormale zur verstehen, welche sich ergibt, wenn über die lokalen Flächennormalen gemittelt wird, welche denjenigen Punkten der betreffenden Fläche (also beispielsweise der Dichtfläche oder der Anlagefläche) zugeordnet sind, an denen die betreffende Fläche von einer radial zu der Dichtungsachse ausgerichteten und einseitig von der Dichtungsachse begrenzten Halbebene geschnitten wird.

Jeder solchen radial zur Dichtungsachse ausgerichteten Halbebene ist somit jeweils eine radial gemittelte Flächennormale zugeordnet.

Unter einer „nicht planar" verlaufenden Abdichtlinie ist in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen eine Abdichtlinie zu verstehen, welche nicht innerhalb einer Ebene liegt, sondern dreidimensional gekrümmt ist, also beispielsweise längs einer zylindrischen oder sphärischen Fläche verläuft.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt das Konzept zugrunde, die durch die Verwindung der Dichtung bei deren Montage auftretende Verkippung der Dichtfläche und/oder der Anlagefläche der Dichtung bereits bei der Herstellung der Dichtung durch eine gegensinnige Verkippung der betreffenden Fläche gegenüber der Dichtungsachse zumindest teilweise zu kompensieren. Dadurch wird im montierten Zustand der Dichtung eine gleichmäßige Anpressung der Dichtfläche und somit eine gute Abdichtwirkung erzielt.

Dabei bleibt das Prinzip erhalten, dass die Dichtung aus einem Ruhezustand, in welchem die Dichtung eine einfachere Geometrie aufweist, in den montierten Zustand, in welchem die Abdichtlinie der Dichtfläche nicht planar verläuft, verformt wird. Dadurch ist gewährleistet, dass die Dichtung mit der dem Ruhezustand entsprechenden einfachen Geometrie auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die radial gemittelte Flächennormale der Dichtfläche im Ruhezustand der Dichtung mit der Dichtungsachse einen Winkel von ungefähr 15° bis ungefähr 20° einschließt.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die radial gemittelte Flächennormale der Anlagefläche im Ruhezustand der Dichtung mit der Dichtungsachse einen Winkel von ungefähr 15° bis ungefähr 20° einschließt.

Um die Dichtung gegen ein abzudichtendes Element, beispielsweise einen Drehtopf, vorspannen zu können und so eine ausreichende Dichtlippenpressung gegen das abzudichtende Element zu erzeugen, ist vorgesehen, dass die Dichtung ein, vorzugsweise ringförmiges, Federelement umfasst.

Das Federelement kann insbesondere als mäanderförmig gewundenes Band oder als Wellfeder aus einem elastischen metallischen Material, beispielsweise aus Federstahlblech, ausgebildet sein.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Federelement als wendelförmiges Element, beispielsweise aus Federstahldraht, ausgebildet sein.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann das Federelement auch als O-Ring aus einem Elastomermaterial ausgebildet sein.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dichtung ist vorgesehen, dass die Dichtung eine, vorzugsweise ringförmige, Aufnahme für das Federelement aufweist.

In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Aufnahme für das Federelement mindestens eine seitliche Begrenzungsfläche aufweist, deren radial gemittelte Flächennormale im Ruhezustand der Dichtung mit der Dichtungsachse einen spitzen Winkel einschließt.

Besonders günstig ist es, wenn die Aufnahme für das Federelement zwei seitliche Begrenzungsflächen aufweist, deren radial gemittelte Flächennormalen jeweils im Ruhezustand der Dichtung mit der Dichtungsachse einen spitzen Winkel einschließen.

Die Aufnahme für das Federelement kann an einer der Dichtungsachse abgewandten Außenseite der Dichtung ausgebildet sein.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Aufnahme für das Federelement an einer Dichtungsachse zugewandten Innenseite der Dichtung ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist vorzugsweise ringförmig geschlossen ausgebildet.

Der apparative Aufwand und der Zeitaufwand für die Herstellung der Dichtung können besonders gering gehalten werden, wenn die Dichtung einen als Drehteil herstellbaren Dichtungskörper umfasst.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dieser Dichtungskörper rotationssymmetrisch zu der Dichtungsachse ausgebildet ist.

Um die erfindungsgemäße Dichtung zum Abdichten gegenüber chemisch aggressiven und/oder eine hohe Temperatur aufweisenden Fluiden verwenden zu können, ist es besonders günstig, wenn die Dichtung einen Dichtungskörper umfasst, welcher aus einem Polytetrafluorethylen, einem Polytetrafluorethylen-Compound, einem modifizierten Polytetrafluorethylen und/oder einem modifizierten Polytetrafluorethylen-Compound gebildet ist.

Unter einem „modifizierten Polytetrafluorethylen" ist dabei ein PTFE-ähnlicher Stoff zu verstehen, bei welchem die Molekülstruktur des PTFE dadurch chemisch modifiziert worden ist, dass die Fluoratome des PTFE teilweise durch Substituenten ersetzt sind.

Ein solches modifiziertes PTFE ist beispielsweise unter der Bezeichnung TFM bekannt und von der Firma Dyneon zu beziehen.

Unter einem „Polytetrafluorethylen-Compound" ist ein Gemisch aus PTFE und mindestens einem organischen oder anorganischen Füllstoff zu verstehen.

Entsprechend ist unter einem „modifizierten Polytetrafluorethylen-Compound" ein Gemisch zu verstehen, welches ein modifiziertes Polytetrafluorethylen, beispielsweise TFM, und mindestens einen organischen oder anorganischen Füllstoff umfasst.

Die erfindungsgemäße Dichtung eignet sich besonders gut zum Einsatz in einer Einrichtung zum Beeinflussen der Durchflussmenge eines Fluids, die einen Drehtopf und mindestens eine erfindungsgemäße Dichtung umfasst.

Der Drehtopf kann dabei jede beliebige Gestalt annehmen und insbesondere zylindrisch, konisch oder kugelförmig ausgebildet sein.

Meistens sind solche Drehtöpfe mit mindestens einer Durchgangsbohrung zum Dosieren bzw. zum alternativen Durchlassen oder Absperren eines Fluids versehen.

Da die erfindungsgemäße Dichtung auch bei Beaufschlagung der Dichtfläche mit einer vergleichsweise geringen Vorspannung eine ausreichende Abdichtwirkung zeigt, wird durch das Verwenden einer erfindungsgemäßen Dichtung das zum Drehen des Drehtopfes notwendige Drehmoment reduziert.

Die Erfindung wird gemäß der der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch ein Ventil mit Drehtopf und zwei Dichtungen zum Abdichten des Drehtopfes;
2 einen schematischen Schnitt durch das Ventil aus 1 ohne den Drehtopf, längs der Linie 2-2 in 1;
3 einen schematischen Schnitt durch das Ventil aus 1 ohne den Drehtopf, längs der Linie 3-3 in 1;
4 eine perspektivische Darstellung eines Anschlußrohres des Ventils aus 1 mit einer daran angeordneten, nicht planar verformten Dichtung zum Abdichten des Drehtopfes;
5 eine schematische Darstellung des Drehtopfes des Ventils aus den 1 bis 4 mit an dem Drehtopf anliegenden Dichtungen, welche an ihrer Außenseite mit einer Nut für ein Federelement versehen sind;
6 einen schematischen Querschnitt durch eine der Dichtungen aus 5 in einem Ruhezustand der Dichtung, in welchem die Abdichtlinie der Dichtung planar verläuft;
7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 6;
8 einen schematischen Schnitt durch eine Dichtung gemäß dem Stand der Technik in einem Ruhezustand, in welchem die Abdichtlinie der Dichtung planar verläuft;
9 einen schematischen Schnitt durch einen Drehtopf mit an dem Drehtopf anliegenden Dichtungen gemäß dem Stand der Technik;
10 einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Dichtung, welche an ihrer Innenseite mit einer Nut zur Aufnahme eines Federelements versehen ist, in einem Ruhezustand, in welchem die Abdichtlinie der Dichtung planar verläuft;
11 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus 10;
12 einen schematischen Schnitt durch einen Drehtopf mit an dem Drehtopf anliegenden Dichtungen gemäß der zweiten Ausführungsform; und
13 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs III aus 1 bei einer alternativen Ausführungsform einer Ringdichtung, deren Anlagewand in einer Klemmnut festgeklemmt ist.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein in den 1 bis 7 dargestelltes, als Ganzes mit 100 bezeichnetes Ventil ist als Sperrventil ausgebildet und umfaßt ein Gehäuse 102 mit einer im wesentlichen zylindrischen Aufnahme 104 für einen im wesentlichen zylindrischen Drehtopf 106, der um seine Längsachse 108 drehbar in dem Gehäuse 102 gehalten ist.
Eine im wesentlichen zylindrische Durchgangsbohrung 110 durchsetzt den Drehtopf 106 senkrecht zu dessen Längsachse 108 und fluchtet in der in 1 dargestellten Offenstellung des Ventils 100 sowohl mit der Mündungsöffnung 112 eines in das Gehäuse 102 eingesetzten, im wesentlichen zylindrischen Zuflußrohres 114 als auch mit der gegenüberliegenden Mündungsöffnung 116 eines in das Gehäuse 102 eingesetzten, im wesentlichen zylindrischen und mit dem Zuflußrohr 114 koaxialen Abflußrohres 118.
Die abgeschnittene, dem Drehtopf 106 zugewandte Stirnseite des Zuflußrohres 114 bildet einen Sitz 120 für eine zwischen dem Sitz 120 und dem Drehtopf 106 angeordnete Ringdichtung 122, welche die Mündungsöffnung 112 des Zuflußrohres 114 ringförmig umgibt.
In entsprechender Weise bildet die dem Drehtopf 106 zugewandte Stirnseite des Abflußrohres 118 einen Sitz 120' für eine zwischen dem Sitz 120' und dem Drehtopf 106 angeordnete, die Mündungsöffnung 116 des Abflußrohres 118 ringförmig umschließende Ringdichtung 122.
Wie am besten aus der perspektivischen Darstellung der 4 zu ersehen ist, ist der Sitz 120' nicht zylindrisch oder konisch ausgebildet, sondern folgt vielmehr der Schnittlinie zweier einander durchdringender Zylinder.
Demzufolge verläuft auch die Abdichtlinie 124, längs welcher die Ringdichtung 122 an der Mantelfläche des Drehtopfs 106 anliegt, nicht innerhalb einer Ebene, sondern ist nicht planar.
Die Ringdichtungen 122 werden nicht in diesem nicht planaren Zustand hergestellt, sondern zunächst in dem in den 6 und 7 dargestellten Ruhezustand hergestellt und erst bei der Montage der Ringdichtung 122 an dem Sitz 120 bzw. 120' so verformt, daß sich eine Anlagefläche 140 der Ringdichtung 122 an den jeweiligen Sitz 120 bzw. 120' und eine Dichtfläche 128 der Ringdichtung 122 sich an die Mantelfläche des Drehtopfes 106 anschmiegt.
Wie am besten aus 6 zu ersehen ist, ist ein Dichtungskörper 172 der Ringdichtung 122 im Ruhezustand rotationssymmetrisch um eine Dichtungsachse 130 ausgebildet, welche durch das Zentrum der von der Ringdichtung 122 umschlossenen Dichtungsöffnung 132 verläuft.
Der längs des Umfangs der Ringdichtung 122 konstante Querschnitt des Dichtungskörpers 172 weist im wesentlichen U-förmige Gestalt auf, mit einer Auflagewand 134, mit einer der Auflagewand 134 gegenüberliegenden Dichtlippe 136 und mit einer das innere Ende der Auflagewand 134 mit dem inneren Ende der Dichtlippe 136 verbindenden Steg 138. Die der Dichtlippe 136 abgewandte Außenfläche der Auflagewand 134 bildet die Anlagefläche 140 der Ringdichtung 122, deren Flächennormale 142 um einen spitzen Winkel α im Bereich von ungefähr 15° bis ungefähr 20° gegenüber der Dichtungsachse 130 zur Außenseite der Ringdichtung 122 hin verkippt ist (siehe 7).
Die der Dichtungsachse 130 zugewandte Außenfläche des Stegs 138 bildet eine im Ruhezustand zylindrische Ringinnenfläche 144, deren Flächennormale 146 radial zu der Dichtungsachse 130 ausgerichtet ist.
Die Ringinnenfläche 144 könnte bei einer Variante dieser Ausführungsform statt zylindrisch auch beispielsweise kegelstumpfmantelförmig oder ballig ausgebildet sein.
Die Außenseite der Dichtlippe 136 ist mit einem Wulst 148 versehen, so daß diese die Dichtfläche 128 der Ringdichtung 122 bildende Außenfläche neben einem kegelmantelstumpfförmigen inneren Abschnitt 150 einen konvex gekrümmten äußeren Abschnitt 152 umfaßt.
Wie am besten aus 7 zu ersehen ist, ist die lokale Flächennormale 154 in dem inneren Abschnitt 150 der Dichtfläche 128 unter einem konstanten spitzen Winkel β gegen die Dichtungsachse 130 nach innen zur Dichtungsachse 130 hin verkippt.
Die lokalen Flächennormalen 156 im konvex gekrümmten äußeren Abschnitt 152 der Dichtfläche 128 sind unter verschiedenen Winkeln gegen die Dichtungsachse 130 verkippt, wobei jedoch die über den äußeren Abschnitt 152 der Dichtfläche 128 radial gemittelte Flächennormale 158 im wesentlichen parallel zu der Flächennormale 154 des inneren Abschnitts der Dichtfläche 128 ausgerichtet ist.
Folglich ist die über die gesamte Dichtfläche 128 radial gemittelte Flächennormale 160 im wesentlichen parallel zu den Flächennormalen 154 und 158 ausgerichtet und somit um den spitzen Winkel β gegenüber der Dichtungsachse 130 nach innen zu der Dichtungsachse 130 hin verkippt.
Der Winkel β liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 15° bis ungefähr 20°.
Der Winkel β kann kleiner als der Kippwinkel α der Anlagefläche 140, im wesentlichen gleich groß wie der Winkel α oder größer als der Winkel α sein.
Vorzugsweise sind die Winkel α und β im wesentlichen gleich groß.
Die der Anlagefläche 140 gegenüberliegende Fläche 162 der Anlagewand 134, die der Dichtfläche 128 gegenüberliegende Fläche 164 der Dichtlippe 136 und die der Ringinnenfläche 144 gegenüberliegende Fläche 166 des Stegs 138 begrenzen zusammen eine zur Außenseite der Ringdichtung 122 hin offene ringförmige Aufnahmenut 168, in welcher ein ringförmig geschlossenes Federelement 170 aufgenommen ist, welches sowohl an der Fläche 162 der Anlagewand 134 als auch an der Fläche 164 der Dichtlippe 136 anliegt und aufgrund seiner elastischen Eigenspannung diese Flächen auseinanderdrückt (siehe 7).
Das Federelement 170 kann beispielsweise als ein mäanderförmig gewundenes Band aus einem elastischen metallischen Material, beispielsweise aus einem Federstahlblech, ausgebildet sein.
Die Anlagewand 134, der Steg 138 und die Dichtlippe 136 der Ringdichtung 122 sind einstückig miteinander ausgebildet und bestehen vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE), aus einem PTFE-Compound, aus modifiziertem PTFE oder aus einem modifizierten PTFE-Compound.
Der Dichtungskörper 172 wird hergestellt, indem aus einem pulverförmigen Ausgangsmaterial, welches das PTFE bzw. das modifizierte PTFE enthält, ein im wesentlichen zylindrischer Rohling gepreßt und anschließend gesintert wird.
Aus dem gesinterten Rohling wird der Dichtungskörper mit der vorstehend für den Ruhezustand beschriebenen Geometrie auf einer Drehmaschine als Drehteil spanend hergestellt.
Schließlich wird das Federelement 170 in die Aufnahmenut 178 eingebracht.
Bei der Montage der so ausgebildeten Ringdichtung 122 in dem Ventil 100 wird die Ringdichtung 122 aus dem vorstehend beschriebenen Ruhezustand so durch Verwindung dreidimensional verformt, daß die Anlagefläche 140 der Ringdichtung 122 flächig an dem jeweiligen Sitz 120, 120' anliegt.
In diesem montierten Zustand wird die Ringdichtung 122 mittels eines geeigneten Klebemittels, welches vor der Montage der Ringdichtung 122 an dem Sitz 120, 120' und/oder an der Anlagefläche 140 der Ringdichtung 122 angeordnet worden ist, fixiert.
Alternativ oder ergänzend zu einer Fixierung der Ringdichtung 122 mittels Klebung kann auch vorgesehen sein, daß der freie Rand der Anlagewand 134 in eine Klemmnut 180 an dem Gehäuse 102 eingreift und in dieser Lage mittels des Zuflußrohres 114 bzw. des Abflußrohres 118 festgeklemmt wird, wie in 13 dargestellt.
Nach dem Einbringen des Drehtopfes in die Aufnahme 104 des Gehäuses 102 liegt die Dichtfläche 128 der Ringdichtung 122 an einer längs der Kuppe des Wulstes 148 der Dichtlippe 136 verlaufenden, nicht planaren Abdichtlinie 124 an der Mantelfläche des Drehtopfes 106 an, wobei die Dichtlippe 136 durch das Federelement 170 gegen den Drehtopf 106 vorgespannt ist, um die für eine fluiddichte Abdichtung an der Abdichtlinie 124 erforderliche Flächenpressung zu erzeugen.
Wie aus 5 zu ersehen ist, hat sich die Ausrichtung der Dichtungsfläche 128 der Ringdichtung 122 bei der Verformung während der Montage der Ringdichtung 122 relativ zu der Dichtungsachse 130 so verändert, daß sich der Winkel β, um welchen die radial gemittelte Flächennormale 160 der Dichtfläche 128 gegenüber der Dichtungsachse 130 verkippt ist, verkleinert hat.
Vorzugsweise ist die radial gemittelte Flächennormale 160 der Dichtfläche 128 im montierten Zustand der Ringdichtung 122 im wesentlichen parallel zur Dichtungsachse 130 ausgerichtet.
Ferner hat sich durch die Verformung bei der Montage der Ringdichtung 122 auch die Ausrichtung der Anlagefläche 140 relativ zu der Dichtungsachse 130 verändert, so daß die (radial gemittelte) Flächennormale 142 der Anlagefläche 140 im montierten Zustand der Ringdichtung 122 um einen kleineren Winkel gegen die Dichtungsachse 130 verkippt ist als im Ruhezustand der Ringdichtung 122.
Durch die bereits bei der Herstellung des Dichtungskörpers 172 vorweggenommene Verkippung der Dichtfläche 128 und der Anlagefläche 140, welche durch die Verwindung der Ringdichtung 122 bei der Montage derselben zumindest teilweise kompensiert wird, wird eine gleichmäßige Anpressung der Dichtlippe 136 gegen den Drehtopf 106 und somit eine gute Abdichtwirkung erzielt.
Die durch das Federelement 170 erzeugte Vorspannung der Dichtlippe 136 gegen den Drehtopf 106 kann daher gering gehalten werden, so daß das zum Drehen des Drehtopfs 106 erforderliche Drehmoment reduziert wird.
In der in 1 dargestellten Offenstellung des Ventils 100 kann ein durch das Zuflußrohr 114 zugeführtes Fluid längs der Durchflußrichtung 174 durch die Durchgangsbohrung 110 des Drehtopfs 106 in das Abflußrohr 118 einströmen.
Durch Drehen des Drehtopfs 106 um dessen Längsachse 108 um einen Winkel von 90° kann das Ventil 100 in eine Schließstellung gebracht werden, in welcher das Ventil 100 für den Durchfluß des Fluids gesperrt ist.
Die pro Zeiteinheit durch das Ventil 100 hindurchströmende Fluidmenge kann auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, indem der Drehtopf 106 in eine zwischen der Offenstellung und der Schließstellung liegende Zwischenstellung gebracht wird.
Eine in den 8 und 9 dargestellte Ringdichtung 176 nach dem Stand der Technik unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ringdichtung 122 insbesondere dadurch, daß in dem in 8 dargestellten Ruhezustand der Ringdichtung 176 die Flächennormale 142 der Anlagefläche 140 und die radial gemittelte Flächennormale 160 der Dichtfläche 128 parallel zu der Dichtungsachse 130 ausgerichtet sind.
Dies führt dazu, daß aufgrund der Verwindung der Ringdichtung 176 bei der Montage derselben in dem Ventil 100 die Flächennormalen 142 bzw. 160 von der Dichtungsachse 130 weg gekippt werden, so daß die Flächennormalen 142 bzw. 160 in dem in 9 rechts dargestellten montierten Zustand der Ringdichtung 176 schräg zur Dichtungsachse 130 ausgerichtet sind.
Dadurch liegt die Dichtfläche 128 der Ringdichtung 176 nicht unter einer konstanten Flächenpressung an der Mantelfläche des Drehtopfes 106 an, so daß Undichtheiten auftreten können.
Ferner muß die Dichtlippe 136 der Ringdichtung 176 mittels des Federelements 170 mit einer sehr hohen Vorspannung beaufschlagt werden, um die Dichtfläche 128 zur Anlage an der Mantelfläche des Drehtopfes 106 zu bringen. Aufgrund dieser hohen Vorspannung ist in diesem Fall zur Betätigung des Drehtopfes 106 ein hohes Drehmoment erforderlich. Ferner ist es möglich, daß der Drehtopf 106 aufgrund der Vorspannung in Axialrichtung verschoben wird.
Dieselben Nachteile treten bei der in 9 links dargestellten weiteren Ausführungsform einer Ringdichtung 176' nach dem Stand der Technik auf, welche sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform einer Ringdichtung 176 nach dem Stand der Technik lediglich dadurch unterscheidet, daß die Aufnahmenut 168 für das Federelement 170 nicht auf der der Dichtungsachse 130 abgewandten Außenseite des Dichtungskörpers 172, sondern auf der der Dichtungsachse 130 zugewandten Innenseite desselben angeordnet ist.
Eine in den 10 bis 12 dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ringdichtung 122 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform lediglich dadurch, daß sich die Aufnahmenut 168 für das Federelement 170 nicht, wie bei der ersten Ausführungsform, zur der Dichtungsachse 130 abgewandten Außenseite des Dichtungskörpers 172 hin öffnet, sondern vielmehr zu dessen der Dichtungsachse 130 zugewandten Innenseite.
Als Folge hiervon ist die (radial gemittelte) Flächennormale 142 der Anlagefläche 140 bei der zweiten Ausführungsform im Ruhezustand nicht von der Dichtungsachse 130 weg nach außen, sondern vielmehr um den spitzen Winkel α nach innen zu der Dichtungsachse 130 hin verkippt.
Ferner ist bei der zweiten Ausführungsform die radial gemittelte Flächennormale 160 der Dichtfläche 128 nicht nach innen zur Dichtungsachse 130 hin, sondern um den Winkel β nach außen von der Dichtungsachse 130 weg verkippt.
Die Winkel α und β können dieselben Werte annehmen wie bei der ersten Ausführungsform.
Wie aus 12 zu ersehen ist, verändert sich auch bei der zweiten Ausführungsform der Ringdichtung 122 die Ausrichtung der Dichtfläche 128 und der Anlagefläche 140 relativ zu der Dichtungsachse 130 derart, daß in dem in 12 dargestellten montierten Zustand der Ringdichtung 122 die Flächennormalen 142 und 160 der Anlagefläche 140 bzw. der Dichtfläche 128 um einen kleineren Winkel gegenüber der Dichtungsachse 130 verkippt sind als im montierten Zustand.
Insbesondere ist im montierten Zustand der zweiten Ausführungsform einer Ringdichtung 122 die radial gemittelte Flächennormale 160 der Dichtfläche 128 im wesentlichen parallel zu der Dichtungsachse 130 und zu der Flächennormale der Mantelfläche des Drehtopfs 106 ausgerichtet.
Bei der in 12 dargestellten Anordnung bietet die zweite Ausführungsform der Ringdichtung 122 den Vorteil, daß das abzudichtende Medium die Anlagewand 134 und die Dichtlippe 136 der Ringdichtung 122 auseinanderdrückt und dadurch eine erhöhte Dichtpressung an der Abdichtlinie 124 erzielt wird.
Im übrigen stimmt die zweite Ausführungsform einer Ringdichtung 122 mit der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

Dichtung für einen Drehtopf (106) mit einer Drehachse (108), wobei die Dichtung (122) eine Dichtungsöffnung (132) mit einer Dichtungsachse (130) berandet, wobei die Dichtung (122) eine Dichtfläche (128) mit einer Abdichtlinie (124), welche im montierten Zustand der Dichtung (122) nicht planar Verläuft, und eine der Dichtfläche (128) gegenüberliegende Anlagefläche (140) umfasst und wobei die Dichtung (122) aus einem Ruhezustand, in welchem die Abdichtlinie (124) planar verläuft, in den montierten Zustand so verformbar ist, dass sich die Ausrichtung der Dichtfläche (128) relativ zu der Dichtungsachse (130) verändert, dadurch gekennzeichnet, – dass die Dichtung (122) ein Federelement (170) umfasst; – dass jede radial gemittelte Flächennormale (160) der Dichtfläche (128) im Ruhezustand der Dichtung (122) mit der Dichtungsachse (130) einen spitzen Winkel (β) von ungefähr 10° bis ungefähr 30° einschließt (6, 7 bzw. 10, 11); – und dass jede radial gemittelte Flächennormale (160) der Dichtfläche (128) im montierten Zustand der Dichtung (122) – senkrecht zur Oberfläche des zylindrischen, konischen oder kugelförmigen Drehtopfs (106) ausgerichtet ist (1 und 5 bzw. 12 und 13) – oder in einem Winkel zur Senkrechten der Oberfläche des zylindrischen, konischen oder kugelförmigen Drehtopfs (106) ausgerichtet ist, der kleiner ist als der spitze Winkel (β) im Ruhezustand der Dichtung (122), – wobei sich eine radial gemittelte Flächennormale dadurch ergibt, dass alle lokalen Flächennormalen (7: 152, 154, 156, 158) der Punkte der Dichtfläche (128) gemittelt werden, die auf der Schnittlinie aus einem Profilquerschnitt (7 bzw. 11) und der Dichtfläche (128) der ringförmigen Dichtung (122) liegen.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial gemittelte Flächennormale (160) der Dichtfläche (128) im Ruhezustand der Dichtung (122) mit der Dichtungsachse (130) einen Winkel (β) von ungefähr 15° bis ungefähr 20° einschließt.
Dichtung für einen Drehtopf (106) mit einer Drehachse (108), wobei die Dichtung 122 eine Dichtungsöffnung (132) mit einer Dichtungsachse (130) berandet, wobei die Dichtung (122) eine Dichtfläche (128) mit einer Abdichtlinie (124), welche im montierten Zustand der Dichtung (122) nicht planar verläuft; und eine der Dichtfläche (128) gegenüberliegendeAnlagefläche (140) umfasst und wobei die Dichtung (122) aus einem Ruhezustand, in welchem die Abdichtlinie (124) planar verläuft, in den montierten Zustand so verformbar ist, dass sich die Ausrichtung der Dichtfläche (128) relativ zu der Dichtungsachse (130) verändert, dadurch gekennzeichnet, – dass die Dichtung (122) ein Federelement (170)umfasst; – dass jede radial gemittelte Flächennormale (160) der Anlagefläche (140) im Ruhezustand der Dichtung(122)mit der Dichtungsachse (130) einen spitzenWinkel (α) von ungefähr 10° bis ungefähr 30° einschließt (6, 7 bzw. 10, 11); – und dass jede radial gemittelte Flächennormale (160) der Anlagefläche (140) im montierten Zustand der Dichtung (122) – senkrecht zur Oberfläche des zylindrischen, konischen oder kugelförmigen Drehtopfs (106) ausgerichtet ist (1 und 5 bzw. 12 und 13) – oder in einem Winkel zur Senkrechten der Oberfläche des zylindrischen, konischen oder kugelförmigen Drehtopfs (106) ausgerichtet ist, der kleiner ist als der spitze Winkel (α) im Ruhezustand der Dichtung (122), – wobei sich eine radial gemittelte Flächennormale dadurch ergibt, dass alle lokalen Flächennormalen (7: 152, 154, 156, 158) der Punkte der Anlagefläche (140) gemittelt werden, die auf der Schnittlinie aus einem Profilquerschnitt (7 bzw. 11) und der Anlagefläche (140) der ringförmigen Dichtung (122) liegen.
Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial gemittelte Flächennormale (142) der Anlagefläche (140) im Ruhezustand der Dichtung (122) mit der Dichtungsachse (130) einen Winkel (α) von ungefähr 15° bis ungefähr 20° einschließt.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (122) ein ringförmiges Federelement (170) umfaßt.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (122) eine, vorzugsweise ringförmige, Aufnahme (168) für das Federelement (170) aufweist.
Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (168) für das Federelement (170) mindestens eine seitliche Begrenzungsfläche (162, 164) aufweist, deren radial gemittelte Flächennormale im Ruhezustand der Dichtung (122) mit der Dichtungsachse (130) einen spitzen Winkel einschließt.
Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (168) für das Federelement (170) zwei seitliche Begrenzungsflächen (162, 164) aufweist, deren radial gemittelte Flächennormalen jeweils im Ruhezustand der Dichtung (122) mit der Dichtungsachse (130) einen spitzen Winkel einschließen.
Dichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (168) für das Federelement (170) an einer der Dich tungsachse (130) abgewandten Außenseite der Dichtung (122) ausgebildet ist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (168) für das Federelement (170) an einer der Dichtungsachse (130) zugewandten Innenseite der Dichtung (122) ausgebildet ist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (122) ringförmig geschlossen ausgebildet ist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung einen als Drehteil herstellbaren Dichtungskörper (172) umfaßt.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (122) einen Dichtungskörper (172) umfaßt, welcher aus einem Polytetrafluorethylen, einem Polytetrafluorethylen-Compound, einem modifizierten Polytetrafluorethylen und/oder einem modifizierten Polytetrafluorethylen-Compound gebildet ist.
Einrichtung zum Beeinflussen der Durchflußmenge eines Fluids, umfassend einen Drehtopf (106) und mindestens eine Dichtung (122) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.