DE2522263A1 - Segmentdichtung - Google Patents
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Description
53/75 Hw/dh
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Segmentdichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Segmentdichtung zum Abdichten von zwei gegeneinander liegenden, sowohl in vertikaler
als auch in horizontaler Richtung beweglichen Flächen.
Zum Abdichten von gegeneinander liegenden Flächen, die sowohl in vertikaler, also in horizontaler Richtung bewegt werden
können, beispielsweise zum Abdichten von Kolben gegenüber den
Zylinderlaufflächen, werden verschiedene Dichtelemente als bekannt
vorausgesetzt. Bei diesen Dichtelementen wird eine Abdichtung in erster Linie durch die Elastizität des Materials
des Dichtelementes erzielt, wie dies insbesondere bei Kolbenringen der Fall ist, bei welchen je nach Gegebenheit mit oder
ohne Federbelastung eine Abdichtung erzielt wird.
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Bei grossen Temperaturunterschieden zwischen der Zylinderlauffläche
und dem Kolben entstehen entsprechend grosse Wärmedehnungen in radialer Richtung, die zu der Axialbewegung
des Kolbens hinzukommen. Sowohl die hohe Temperatur als auch ein gewisser Abrieb an den Zylinderlaufflächen und
den Dichtringen habe/i zur Folge, dass der Zylinder nicht absolut rund bleibt, sondern sich im Laufe der Zeit zu einem
polygonen Gebilde verformt. Sobald die vorbekannten Dichtringe dieser Unrundheit nicht mehr folgen können, ergibt
sich zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche eine mehr oder weniger grosse Undichtheit. .
Des weiteren besteht ein Nachteil,darin, dass die Kolbenringe
immer nur in axialer Richtung eingebaut werden können, und dass sowohl der Kolben als auch der Zylinder keine Trennebenen
aufweisen dürfen.
Eine weitere bekannte Möglichkeit der Abdichtung besteht bei Metallbälgen, mit Welchen wohl eine absolute Abdichtung erreichbar
ist, jedoch ist dafür Vorbedingung, dass keinerlei Ausdehnung in radialer Richtung erfolgen darf und an keiner
der gegeneinander abzudichtenden Flächen Trennebenen vorhanden sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung zu
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schaffen, welche einen Zylinder gegenüber einem Kolben abdichtet, wobei die Kolbentemperatur niedrig und die Zylindertemperatur
hoch ist, woraus sich eine grosse radiale Dehnung ergibt, und die auch bei einer hohen Axialbewegung möglichst
nach beiden Seiten gut abdichtet. Weiterhin soll das Dichtelement leicht montierbar sein, der Temperaturdifferenz zwisehen
Kolben und Zylinderwand gut widerstehen können und bei allen vorkommenden Temperaturzuständen seine Dichtfähigkeit
nicht verlieren, auch dann nicht, wenn der Zylinder gegenüber dem Kolben eine andere als die absolut runde Form innerhalb
des Arbeitsbereiches annimmt.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Dichtung aus einzelnen Dichtungssegmenten gebildet
wird, welche mit ihren Stirnflächen aneinandergereiht sind und jeweils an einer Stirnfläche mindestens eine Nase und
an der anderen Stirnfläche eine entsprechende Aussparung aufweisen, und dass in jedem Dichtungselement mindestens eine
Ausnehmung für die Aufnahme einer Anpressfeder vorgesehen ist.
Durch die segmentartige Ausbildung der Dichtung wird erreicht, dass keine direkte Verbindung zwischen den beiden gegeneinander
abzudichtenden Flächen bestehen, und dass selbst bei Unrundwerden, beispielsweise der Zylinderlauffläche, die einzelnen
Segmente sich den örtlichen Gegebenheiten jeweils anpassen
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können. Die Anordnung von Nasen und diesen entsprechenden Aussparungen an den Stirnflächen der einzelnen Dichtungssegmente bewirkt, dass selbst bei einem Grösserwerden des
abzudichtenden Umfanges sich die einzelnen Dichtungssegmente
ebenfalls ausdehnen können, ohne dass zwischen den Trennstellen die Fugen so gross werden, dass dazwischen eine Undichtigkeit
entstehen kann. Durch die in einer Ausnehmung eines jeden Dichtungssegmentes angeordnete Anpressfeder
wird ein sattes Anliegen der Dichtungssegmente an den Zylinderlaufflächen erzielt. Gleichzeitig werden die einzelnen
DichtungsSegmente zwischen Zylinder und Kolben eingespannt, die Anpressfedern übernehmen zusätzlich die Funktion eines
Bolzens und bilden somit gleichzeitig das Halteglied zwischen den einzelnen Dichtungssegmenten.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dichtungssegmente kreisförmig aneinandergereiht und können entsprechend
ihrer konstruktiven Ausgestaltung sowohl eine radiale, als auch eine axiale Dichtfläche bilden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die einzelnen Dichtungssegmente aus mindestens zwei Dichtelementen bestehen, deren
Trennfläche die Dichtfläche unterteilt, und die einzelnen DichtungsSegmente jeweils zwei identisch geformte Dichtelemente
aufweisen.
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Dadurch, dass jedes Dichtungssegment aus mindestens zwei Dichtelementen besteht, wird eine einfache Herstellung erzielt
und die Montage der einzelnen Dichtungssegmente in vorgesehene Nuten am Kolben ist einfach zu bewerkstelligen
wobei die einzelnen Dichtungselemente um eine halbe Teilung in Um/fangsrichtung zueinander versetzt werden, wodurch die
Dichtfähigkeit der Dichtungssegmente gewährleistet wird.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform sind je zwei Dichtungselemente innerhalb eines Dichtungssegmentes bezüglich ihrer
stirnseitigen Nasen und Aussparungen gegensinnig zueinander angeordnet, und jedes Dichtungselement weist mindestens eine
in seiner Trennfläche zu einem benachbarten Dichtungselement des gleichen Dichtungssegmentes angeordnete Ausnehmung für
die Aufnahme einer Anpressfeder auf.
Weiterhin nehmen mindestens zwei Ausnehmungen benachbarter Dichtungselemente innerhalb eines Dichtungssegments gemeinsam
eine Anpressfeder auf.
Durch die Anordnung von mehreren, vorzugsweise zwei Ausnehmungen zur Aufnahme der Anpressfeder wird, insbesondere bei
Dichtungssegmenten, welche für grosse Umfangsdichtungen verwendet werden sollen, und daher auch die einzelnen Dichtungssegmente relativ lang ausgebildet sind, ein Kippen der einzel-
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nen Dichtungssegmente vermieden, gleichzeitig wird durch das Spiel zwischen der Anpressfeder und der Ausnehmung eine vorbestimmte
Umfangsbewegung der Dichtungselemente gegeneinander ermöglicht.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen
Segmentdichtung ist es vorteilhaft, jeweils für zwei Dichtelemente mit zueinander entgegengesetzt wirkenden Dichtflächen
mindestens eine gemeinsame, sich an den beiden Dichtelementen abstützende Anpressfeder vorzusehen und die Anpressfeder
als gleichzeitig in Radial- und Axialrichtung wirkende Kegelspiral-Druckfeder auszubilden. Damit wirkt
die Anpressfeder gleichzeitig als Verbindungsglied der einzelnen Dichtungssegmente und als Anpressmittel (Medium) der
Dichtflächen an die abzudichtende Zylinderwand.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kolbens mit eingelegter Segmentdichtung,
Fig. 2 eine Ansicht eines Segmentes der Segmentdichtung,
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Fig. 3 einen Querschnitt durch die Segmentdichtung entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine axial wirkende Segmentringdichtung.
Gemäss Fig. 1 ist mit 1 ein Kolben bezeichnet, in dessen
Nuten 2 Dichtungssegmente 3 kreisförmig aneinandergereiht sind. Jedes Dichtungssegment 3 weist an einer Stirnfläche
eine Nase 4 und an der anderen Stirnfläche eine entsprechende Aussparung 5 auf. Weiterhin ist jedes Dichtungssegment 3 mit
mindestens einer Ausnehmung 6 zur Aufnahme einer 'Anpressfeder 7 versehen.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, besteht jedes Dichtungssegment 3 aus zwei Dichtelementen 8 und 8', wobei jedes der
Dichtelemente 8 bzw. 81 ebenfalls eine Ausnehmung 6 aufweist,
in welche die Anpressfeder 7 eingefügt wird. Dabei liegen die beiden Dichtelemente 8 und 8' mit ihren Trennflächen so
aufeinander, dass die Nasen 4 und Aussparungen 5 der jeweiligen Dichtelemente gegeneinander versetzt sind, so dass keine
Leckagemöglichkeit an den Stirnflächen entstehen kann.
In der Fig· 3 ist wiederum mit 1 ein Teil des Kolbens dargestellt,
in dessen Nut 2 die beiden Dichtelemente 8 und 8',
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welche zusammen ein Dichtungssegment bilden, eingesetzt sind. In den Ausnehmungen 6 der Dichtelemente 8 und 8' ist die Anpressfeder
7 so eingesetzt, dass sie die Dichtelemente 8 und 81 gegen eine Zylinderwand 9 anpresst.
In der Fig. 4 ist eine Axialanordnung der aus den Dichtelementen
8 und 8' gebildeten Dichtungssegmente 3 dargestellt, bei welcher die Trennebene zwischen den Dichtelementen 8
und 81 in Umfangsrichtung der DichtungsSegmente verläuft.
Die einzelnen Dichtelemente 8 und 81 weisen ebenfalls Nasen
4 und Aussparungen 5 auf, welche ineinandergeschoben sind und somit eine Leckage sowohl in axialer als auch in radialer
Richtung verhindern. Die Anordnung der Anpressfedern 7 in den Ausnehmungen 6 erfolgt derart, dass die Anpressfedern 7
den Anpressdruck sowohl in radialer, als auch in axialer Richtung ausüben können.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Segmentdichtung ist folgende: " ,
Die einzelnen Dichtelemente 8 und 8' werden mit ihren Trennflächen
so zusammengelegt, dass deren Ausnehmungen 6 jeweils einen Hohlraum zur Aufnahme der Anpressfeder 7 bilden. In
dieser Stellung sind die stirnseitigen Nasen k und Aussparungen
5 der Dichtelemente 8 und 8' gegeneinander versetzt, so dass jeweils die Nase k des einen Dichtungssegmentes 3 in
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die Aussparung 5 des nächsten Dichtungssegmentes 3 einpasst, wodurch vermieden wird, dass Leckagen zwischen den einzelnen
Dichtungssegmenten 3 auftreten. Nunmehr werden die einzelnen Dichtungssegmente 3 in die Nuten 2 des Kolbens 1 so eingelegt,
dass die Anpressfedern 7 an der Kolbenwand anliegen. Durch Zusammendrücken der Anpressfeder 7 kann der Kolben in den
Zylinder eingeführt werden und die Anpressfedern 7 drücken die Dichtungssegmente gegen die Zylinderwand 9. In diesem Zustand
bilden die einzelnen Dichtungssegmente 3 einen geschlossenen Ring, wobei jede Nase H eines einzelnen Dichtungssegmentes
3 in der Aussparung 5 des nächsten Dichtungssegmentes eingekeilt ist.
Dabei liegen die Anpressfedern 7 einerseits voll im Grund der Nute 2 und andererseits in der Ausnehmung 6 der einzelnen
Dichtelemente 8 und 8' an, so dass ein maximaler Ringdurchmesser entsteht, ohne dass sich die einzelnen Dichtungssegmente
3 voneinander lösen können. Wenn sich der Zylinderdurchmesser vergrössert, bzw. unrund wird, verschieben sich
die Nasen 1 gegenüber den Aussparungen 5 der Dichtelemente 8 und 81 voneinander, ohne jedoch einen durchgehenden Spalt
zu bilden, so dass auch dann die volle Dichtwirkung erhalten bleibt. Zur Demontage oder zum Auswechseln eines einzelnen
Dichtungssegmentes 3 wird dieses Segment nach oben gekippt und kann leicht aus der Nute 2 des Kolbens herausgehoben
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werden, ohne dass die anderen Dichtungssegmente entfernt werden müssen.
Die Staffelung der Dichtungssegmente 3 gestattet eine radiale
Montage des Zylinderoberteiles, ohne dass SpezialVorrichtungen erforderlich sind. Die Dichtwirkung gegenüber der Zylinder-
ft
wand 9 und dem Kolben 1 wird durch die Spannkraft der Anpressfedern
7 in der Nute 2 durch den einseitig wirkenden Ueberdruck erreicht. In fertig montiertem Zustand folgen die
einzelnen Dichtungssegmente 3 genau der jeweiligen Form der Zylinderwand 9, und dies umso besser, je kürzer die einzelnen
Dichtungssegmente 3 ausgebildet sind.
Durch eine weitere Ausbildung der Dichtungssegmente 3 in der Weise, dass die Trennflache der einzelnen Dichtelemente 8 und
8' in Umfangsrichtung der Dichtung vorgesehen wird, ist die Möglichkeit gegeben, neben einer radial wirkenden Dichtmöglichkeit
gleichzeitig die Ringdichtung als Axialdichtung einzusetzen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die
Anpressfedern 7 als Kegelspirai-Dr-uekfedern auszubilden, welche
sowohl in Radial-, als auch in Axialrichtung wirken.
Die vorbeschriebene Segmentdichtung ist auf das in der Zeichnung Dargestellte nicht beschränkt. So könnte beispielsweise
jedes Dichtungselement 8,8' so ausgebildet sein, dass
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es sich der abzudichtenden Fläche gegenüber elastisch verformt
und selbsttätig anpasst.
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Claims (10)
1.) Segmentdichtung zum Abdichten von zwei gegeneinander liegenden,
sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung beweglichen .Flächen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Di/chtung aus einzelnen Dichtungselementen (3) gebildet ist, welche mit ihren Stirnflächen aneinandergereiht sind
und jeweils an einer Stirnfläche mindestens eine Nase (4)
und an der anderen Stirnfläche eine entsprechende Aussparung (5) aufweisen, und dass in jedem Dichtungssegment (3)
mindestens eine Ausnehmung (6) für die Aufnahme einer Anpressfeder (7) vorgesehen ist.
2. Segmentdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssegmente (3) kreisförmig aneinandergereiht
sind und eine radiale Dichtfläche bilden.
3. Segmentdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungssegmente (3) eine axiale Dichtfläche
bilden.
4. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 39 dadurch
gekennzeichnet, dass die einzelnen Dichtungssegmente (3) je aus mindestens zwei Dichtelementen (8,8·) bestehen, deren
Trennfläche die Dichtfläche unterteilt.
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5. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Dichtungssegmente (3) zwei identisch geformte Dichtelemente (8,80 aufweisen.
6. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass je zwei Dichtungselemente (8,8') innerhalb eines Dichtungssegmentes (3) bezüglich ihrer stirnseitigen
Nasen (4) und Aussparungen (5) gegensinnig zueinander angeordnet sind.
7. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass jedes Dichtungselement (8) mindestens eine in seiner Trennfläche zu einem benachbarten Dichtungselement
(8r) des gleichen Dichtungssegmentes (3) angeordnete Ausnehmung (6) für die Aufnahme der Anpressfeder (7)
aufweist.
8. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 7> dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Ausnehmungen (6) benachbarter Dichtelemente (8,8') innerhalb eines Dichtungssegmentes
(3) gemeinsam eine Anpressfeder (7) aufnehmen.
9. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,
dass jeweils für zwei Dichtelemente (8,8')
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mit zueinander entgegengesetzt wirkenden Dichtflächen mindestens eine gemeinsame, sich an den beiden Dichtelementen
(8,8·) abstützende Anpressfeder (7) vorgesehen ist.
10. Segmentdichtung nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch ge-*
kennzeichnet, dass die Anpressfeder (7) als gleichzeitig in Radial- und Axialrichtung wirkende Kegelspiral-Druckfeder
ausgebildet ist.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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