DE2424366C2 - Biegsame Dichtung aus Metall - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents 22 41 273 ist eine biegsame Dichtung aus Metall, die eine Seele aus einer in sich geschlossenen Schraubenfeder aus Metalldraht mit aneinanderstoßenden Wendeln und hoher axialer Kompressionsspannung, die im Ruhezustand eine Torusform hat, einen die Feder umgebenden ersten Mantel aus hartem und elastischem Metall und einen diesen umgebenden Außenmantel aus duktilem Metall aufweist, wobei jeder der Mantel die Form einer von einem nicht vollständigem Kreis erzeugten Torusfläche hat und der Außcnmantcl unabhängig vom ersten Mantel ist und eine Wandstärke von 0,4 bis 0,5 mm hat.

Diese bekannte Dichtung hat Stauch- und elastische Verformungseigenschaften, die sich denen von elastomeren Werkstoffen nähern, und kann daher eine vollkommene Abdichtung zwischen zwei Auflage- oder Dichtflächen gewährleisten. Eine solche Dichtung kann einen geschlossenen kreisförmigen Umriß oder einen aus durch Kurvenabschnitte verbundenen geraden Abschnitten bestehenden Umriß aufweisen und hat vor allem den Vorteil, daß sie mit sehr großen Durchmessern (lichter Weite) hergestellt werden kann und eine Abdichtung zwischen Dichtflächen mit relativ großer Oberflächenrauhigkeit ermöglicht.

Bei Dichtungen von großen Abmessungen werden besonders aus Gründen der leichteren Herstellung und Handhabung üblicherweise im Maß der Vergrößerung des Nenndurchmessers der Dichtung auch die Durchmesser der die verschiedenen Mäntel und die innere Schraubenfeder bildenden Toren vergrößert. Diese Vergrößerung der Auflagebreite und Dichtungsfläche der Dichtung erfordert höhere Einspanndrücke, die unter Umständen die Belastbarkeit der biegsamen Dichtungübersteigen können.

Aus US-PS 35 61 793 ist eine Dichtung bekannt, die ein nachgiebiges Dichtungselement, insbesondere einen Dichtungsring aus Kautschuk und einen konzentrischen porösen Ring aus Pulvermetall aufweist, der innerhalb oder außerhalb des Dichtungsringes angeordnet ist und den von den zu dichtenden Flachen auf die Dichtung ausgeübten Druck aufnimmt, sobald der elastische Dichtungsring bis auf die Dicke des metallischen Ringes zusammengedrückt ist Der Metallring muß vor allem gasdurchlässig sein, um den Druckabfall über den Dichtungsring hinweg, der zur Dichtwirkung beiträgt, aufrechtzuerhalten. Der Ring aus porösem Metall soll auch etwas verformbar sein und kleine Unregelmäßigkeitsn der Dichtflächen kompensieren. Ein solcher Dichtungsring aus porösem Metall, der neben einem eigentlichen nachgiebigen Dichtungselement angeordnet ist, ist jedoch für eine biegsame Dichtung aus Metall, wie sie aus dem Hauptpatent 22 41 273 bekanntgeworden ist, nicht geeignet, wenn die gewünschte hohe Dichtheit erreicht werden soll.

Ausgehend von der biegsamen Dichtung des Hauptpatents 22 41 273 liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, eine solche biegsame Dichtung zu schaffen, die einerseits bei großen Nonndurchmessern leicht herstellbar und handhabbar ist und andererseits mit erheblich höheren Einspanndrücken als die bekannte biegsame

Dichtung des Hauptpatents belastbar ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine biegsame Dichtung aus Metall mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs. Das starre Ringelement weist in jedem Fall einen QuerEchnittsdurchmesser oder Dicke kleiner als der Quersehnittsdurchmesser der Dichtung auf und ermöglicht so eine Teilstauchung der Dichtung, bis die innere Schraubenfeder unter dem Stauchdruck beim Einspannen d»r Dichtung einen ovalen Querschnitt annimmt und das Ringelement selbst tangential berührt, wobei dieses infolge seiner Starrheit nicht wesentlich verformt wird.

Wegen der Anordnung des starren Ringelements zeigt das Diagramm, welches die Stauchung dei Feder in Abhängigkeit vom Einspanndruck wiedergibt, beim Aufheben dieses Einspanndrucks und wegen der Berührung zwischen dem Ringelement und der Schraubenfeder einen geraden Teil mit Rückstellung Null, bevor die elastische Rückstellung der Dichtung einsetzt. Infolge dieser geraden Strecke kann die Grenze der Benutzbarkeit der biegsamen Dichtung hinausgeschoben werden. Es können, wenn die Dichtung hohe Innendrücke gegen die Umgebung abdichten soll, auch höhere Einspann drücke angewandt werden, ohne daß die Dichtung durch übermäßige Verformung beschädigt wird.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Be schreibung einer Ausführungsform. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnung. Hierin z;igt Fig. 1 einen schematischen Querschnitt der biegsa men Dichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 das Diagramm von Kompression und Entla stung einer erfindungsgemäßen biegsamen Dichtung, wobei in der Ordinate der Einspanndruck und in der Abszisse die Stauchung aufgetragen sind.

Die in F i g. 1 im Querschnitt gezeigte biegsame Dichtung weist wie im Hauptpatent angegeben drei hauptsächliche Elemente auf, nämlich eine Seele aus einer in sich geschlossenen Schraubenfeder 1 aus Metall, vorzugsweise rostfreier Stahl, mit aneinander stoßenden

W) Wendeln, einen ersten Mantel 2 aus einem harten und elastischen (nicht duktilen) Metall, beispielsweise Weicheisen, und einen Außenmantel 3 aus einem duktilen Metall, beispielsweise Aluminium, der den ersten Mantel umgibt. Die Schraubenfeder 1 ist in den ersten

b", Mantel 2 eingesetzt, der selbst in den Außenmantel 3 eingesetzt ist. wobei die Mantel 2 und 3 jeweils die Torrn einer Torusfläche haben, die von einem nicht vollständigen Kreis erzeugt ist. so daß die Schraubenfeder I der

Dichtung von den Mänteln nicht vollkommen umschlossen ist.

Außerhalb der Schraubenfeder 1 weist diese Dichtung ein starres flaches Ringelement 5 aus Metali auf. vorzugsweise aus Stahl oder einem anderen cntspre- ■; chenden Material mit großer Steifheit, das hohen Drükken widerstehen kann. Der Außcnmantcl 3 ist entsprechend verlängert, um das Ringelemenl 5 mindestens teilweise zu bedecken. Das Ringelemenl 5 bildet im Inneren des Außenmantels 3 einen seitlichen Anschlag für die Schraubenfeder 1 und ist in seiner Dicke so bemessen, daß beim Einspannen der Dichtung eine genügende Stauchung der Schraubenfeder 1 eintritt, die sich im gestauchten Zustand saitlich am Ringelement 5 abstützt, während die abzudichtenden Flansche in Anschlag mit dem starren Ringelement 5 kommen, das selbst nicht verformbar ist. Auch der zwischen Flansch und Ringelement 5 befindliche Teil des Außenmantels 3 wird bei dieser Einspannung nicht verformt, zumindest solange nicht die Kriechgrenze seines Werkstoffs überschritten wird, was im allgemeinen nicht der Fall ist.

Das Diagramm der F i g. 2 zeigt das Verhalten der erfindungsgemäßen biegsamen Dichtung, deren Verformung durch ihr starres Ringelement begrenzt ist. In diesem Diagramm ist die Stauchung in der Abszisse und die auf die Dichtung ausgeübte Druckkraft in der Ordinate angegeben.

Im Maß der Erhöhung der Belastung der Dichtung wird diese zunehmend gestaucht, wie der Kurventeil A zeigt. Sobald dann die innere Schraubenfeder das starre m Ringelement berührt, steigt die Kurve viel steiler an (Abschnitt S). Beim Verringern der auf die Dichtung wirkenden Druckkraft wird zunächst der Kurvenabschnitt D durchlaufen, wo praktisch keine Rückstellung erfolgt, und darauf der Abschnitt E der elastischen Rückstellung. In diesem Zyklus bezeichnet der Punkt S die Schwelle der Abdichtung und der Punkt Fdie Leckschweile oder dan Bruch der Abdichtung. Dieser Zyklus kann verglichen mit dem entsprechenden Diagramm des Hauptpatems, das in dieser F i g. 2 strichpunktiert gezeigt ist, um die verbesserten Gebrauchseigenschaften der erfindungsgemäßen Dichtung aufzuzeigen, besonders ihre Fähigkeit, größere Druckkräfte aufzunehmen, ohne daß die elastische Rückstellung beeinträchtigt wird.

Das Vorhandensein des mit der inneren Schraubenfeder zusammenwirkenden starren Ringelements, das den Widerstand der Schraubenfeder gegen hohe Einspanndrücke verbessert, ermöglicht im übrigen auch den Verzicht auf die Bearbeitung der Dichtflächen der zu dich- -50 lcnden Flansche, ohne deren Anordnung relativ zueinander zu beeinträchtigen. Andererseits gestattet die Verwendung des starren Ringelements den Gebrauch von Schraubenfedern, welche selbst eine verhältnismäßig begrenzte Starrheit aufweisen, vorausgesetzt, daß π sie die erforderliche Dichtheit erbringen, da das Ringelement auch einer Dichtung von großen Abmessungen eine genügende Steifheit verleiht. Daraus folgt, daß Flanschanordnungen zur Aufnahme dieser Art von Dichtungen mit geringeren Abmessungen hergestellt t>o werden können und selbst größere Biegsamkeit aufweisen können. Die Anwesenheit des starren Ringelements ermöglicht schließlich eine Erweiterung der Grenzen der Benutzung der biegsamen Dichtung hinsichtlich des Drucks, indem das Ringelement dieser Dichtung die b5 Möglichkeit gibt, die Bodenwirkungen der Auflageflächen in dem Teil des Kompressionszyklus, wo eine große Starrheit vorhanden ist. autzunehmen. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Dichtung die Vereinigung der Vorteile einer Dichtung mit großer Starrheit und der einer biegsamen Dichtung aus Metall, die eine elastische Rückstellung zeigt und Form- und OberflächenfehliT ausgleicht.

Das siarre Ringclement kann nicht nur als ein Anschlag für die Schraubenfeder sondern auch uls Zentrierring dienen, besonders bei seiner Verwendung in einer Doppelringdichtung, wobei das i'.arre Ringelcinent oder der Stauchungsbegrenzer vorzugsweise zwischen den beiden Torusteilen der Dichtung ehgecetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Biegsame Dichtung aus Metall, die eine Seele aus einer in sich geschlossenen Schraubenfeder aus Metalldraht mit aneinanderstoßenden Wendeln und hoher axialer Kompressionsspannung, die im Ruhezustand eine Torusform hat, und einen die Feder umgebenden ersten Mantel aus hartem und elastischem Metali und einen diesen umgebenden Außenmantel aus duktilem Metall aufweist, wobei jeder der Mantel die Form einer von einem nicht vollständigen Kreis erzeugten Torusfläche hat und der Außenmantel unabhängig vom ersten Mantel ist und eine Wandstärke von 0.4 bis 0.5 mm hat, gemäß Patent 22 41 273, gekennzeichnet durch ein starres Ringclement (5) aus Metall, das mindestens teilweise vom Außenmantel (3) bedeck*, ist und die Schraubenfeder (1) am seitlichen Ausweichen hindert und infolge entsprechender Bemessung seiner Dicke die Stauchung der Schraubenfeder (1) begrenzt, wenn die Dichtung beim bestimmungsgemäßen Einspannen zusammengedrückt wird.