DE69102144T2 - Dichtung und Verfahren zur Verbindung eines Rohres mit einem Gehäuse. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Dichtungen und insbesondere eine verbesserte abdichtende Anordnung zur Verbindung eines Rohrs mit einem Gehäuseglied, sowie ein Verfahren zur Ausbildung einer derartigen abdichtenden Anordnung. Die Dichtung ist beispielsweise zur Verbindung einer Luftaustrittleitung mit einem Zylinderkopf eines Verdichters verwendbar.
• In vielen Fällen ist es erforderlich, ein Rohr mit einem Gehäuseglied zu verbinden, um eine abdichtende Verbindung auch bei hohen Druckdifferenzen zu ermöglichen. Beispielsweise ist es bei Kolbenverdichtern erforderlich, eine Druckluft-Austrittsleitung mit einem Zylinderkopf zu verbinden. Aus Sicherheitsgründen muß die Verbindung zwischen der Rohrleitung und dem Kopf des Verdichters derart ausgelegt werden, daß eine Abdichtung auch dann gewährleistet ist, wenn der auftretende Druck höher als der maximale Druck ist, für den der Verdichter ausgelegt ist. Bisher fand eine Klemmverbindung Verwendung, um ein Rohr mit einem Zylinderkopf eines Kompressors zu verbinden. Eine derartige Standard-Klemmverbindung enthält einen Ring oder eine Hülse aus Messing, die auf das Rohrende paßt und einen Gewindering aus Messing, der mit einer sich verjüngenden Innenfläche an der Hülse angreift. Wenn der Gewindering in eine Gewindebohrung in dem Zylinderkopf eingeschraubt wird, drückt die sich verjüngende Innenfläche die Hülse in das Rohr, um eine bei hohen Druckdifferenzen luftdichte Verbindung herzustellen. Bei einigen Verdichtern wurde der Kompressionsring aus Messing durch einen Ring aus Silikongummi ersetzt. Beide Arten von Kompressionsverbindungen sind jedoch verhältnismäßig teuer in der Herstellung und hinsichtlich der Installation an dem Zylinderkopf. Ein Hauptteil der Kosten rührt daher, daß eine Gewindeöffnung in dem Zylinderkopf ausgebildet werden muß, um den zur Kompression dienenden Gewindering aus Messing aufnehmen zu können. Ferner erfordert die Befestigung des Rohrverbindungsstücks an dem Zylinderkopf eine verhältnismäßig teure manuelle Betätigung.
• Aus der US-PS 2 717 792 ist eine Dichtung in Form einer Öse bekannt, die eine Abdichtung zwischen einem Glied wie einem Kabel und einer Öffnung in einer Querwand ermöglicht, durch die das Kabel oder das andere Glied verläuft.
• Aus der US-PS 4 732 397 ist ferner ein elastomeres Dichtungsglied zur Abdichtung einer durch eine Wand verlaufenden Rohrleitung bekannt.
• Eine abdichtende Anordnung gemäß der Erfindung ist durch den Inhalt des Patentanspruchs 1 definiert.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird die Dichtung zur Befestigung einer Druckluft-Austrittleitung an dem Zylinderkopf eines Verdichters benutzt. Der Zylinderkopf hat eine Oberfläche, die mit Hilfe eines Dichtungselements an einem Zylinderblock befestigt ist. Eine im wesentlichen D-förmige Öffnung ist in dem Zylinderkopf ausgebildet, und die flache Seite der Öffnung befindet sich an der Kante, die an das Dichtungselement des Zylinderkopfs angrenzt. Eine Ausnehmung erstreckt sich um die Öffnung und ist mit einem vergrößerten Eckenbereich an jedem Ende der flachen Seite der Öffnung versehen. Typischerweise besteht der Zylinderkopf aus einem Metallguß, welches Metall beispielsweise Aluminium sein kann. Es ist zu beachten, daß die D-förmige Öffnung und die Ausnehmung beim Gießen des Kopfs ausgebildet werden können, und daß keine mechanische Bearbeitung des Kopfs zur Befestigung des Rohrs erforderlich ist.
• Die Dichtung wird aus einem geeigneten elastomeren Material wie Silikongummi ausgeformt und ist im wesentlichen flach und derart ausgebildet, daß abgerundete Ränder vorgesehen sind, damit die Dichtung in die Ausnehmung an dem Zylinderkopf eingeschoben werden kann. Der Rand der Dichtung, der mit einem Dichtungselement zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock oder einer sonstigen angrenzenden Oberfläche in Berührung gelangt, ist eben ausgebildet und erstreckt sich über die Oberfläche des Dichtungselements an dem Zylinderkopf. Die Dichtung hat eine Öffnung mit abgerundeten Kanten zur Aufnahme des Endes eines Rohrs. Die Öffnung der Dichtung hat einen Durchmesser, der etwas kleiner als derjenige des Rohrs ist. Angrenzend an das Ende des Rohrs ist eine Ringnut zur Anordnung der Dichtung ausgebildet, die auch dazu dient, das Rohr in der Dichtung zurückzuhalten. Beim Zusammenbau des Verdichters muß die Dichtung lediglich über das Rohrende geschoben werden, bis sie in der Ringnut des Rohrs sitzt, wonach die Dichtung in die Ausnehmung der Öffnung des Zylinderkopfs eingeschoben wird und der Zylinderkopf und das Dichtungselement an dem Zylinderblock mit Schraubbolzen befestigt werden. Wenn die Schraubbolzen angezogen werden, wird das überschüssige Dichtungsmaterial, das über die Oberfläche des Dichtungselements vorragt, in die Ausnehmung hineingepreßt, um eine elastische Abdichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem Rohr zu erzielen, die auch bei hohem Druck dicht bleibt. Die Enden der ebenen Seite der Dichtung werden eng eingeklemmt, um eine Ausfall der Dichtung entlang der ebenen Seite zu verhindern. Durch die Dichtung können Vibrationsbeanspruchungen in dem Rohr beträchtlich verringert werden, die bisher in manchen Fällen Ermüdungserscheinungen des metallischen Rohrs verursacht haben.
• Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Dichtung zur Befestigung eines Rohrs an einem Gehäuseglied sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen abdichtenden Anordnung anzugeben.
• Ein derartiges Verfahren zur Ausbildung einer abdichtenden Anordnung gemäß der Erfindung wird durch den Inhalt des Patentanspruchs 7 bestimmt.
• Andere Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung und der anliegenden Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer abdichtenden Anordnung gemäß der Erfindung, wobei eine luftdichte Abdichtung zwischen einem Rohr und dem Kopf eines Verdichters vorhanden ist,
• Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Ausnehmung in dem Zylinderkopf, die zur Aufnahme der Dichtung dient,
• Fig. 3 eine Seitenansicht einer Dichtung gemäß der Erfindung,
• Fig. 4 eine Endansicht der Dichtung in Fig. 3,
• Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 3,
• Fig. 6 eine Seitenansicht des einen Endes eines Rohrs mit einer Ringnut zur Aufnahme der Dichtung in Fig. 3; und
• Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in Fig. 1.
• Anhand des in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung soll die bevorzugte Art und Weise der Realisierung der Erfindung erläutert werden.
• Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines Kolbenverdichters 10. Der dargestellte Teil des Verdichters 10 enthält einen Zylinderblock 11, ein Dichtungselement 12, einen Zylinderkopf 13 und einen von mehreren Bolzen 14 zur Befestigung des Zylinderkopfs 13 an dem Zylinderblock 11. Es ist zu beachten, daß die als Zylinderblock 11 bezeichnete Einheit auch ein anderer Teil eines Verdichters sein kann, wie beispielsweise eine Ventilplatte. Ein Druckluft-Austrittsrohr 15 ist an dem Zylinderkopf 13 mit einer Dichtung 16 gemäß der Erfindung elastisch befestigt. Vorzugsweise ist der Zylinderkopf 13 aus einem Metall wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegossen. Beim Gießen des Kopfs 13 wird eine D-förmige Öffnung 17 durch den Zylinderkopf 13 an der gewünschten Stelle zur Befestigung des Rohrs 15 ausgebildet.
• Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann die Dichtung 16 in einer Ausnehmung 18 angeordnet werden. Da die Ausnehmung 18 in der Öffnung 17 des Zylinderkopfs beim Gießen des Zylinders ausgeformt wurde, ist keine zusätzliche mechanische Bearbeitung erforderlich. Die Ausnehmung 18 weist eine modifizierte D-förmige Ausbildung auf. Die Ausnehmung 18 hat einen kreisförmigen Abschnitt 19 und eine offene Seite 20. Die offene Seite 20 ist koplanar mit einer Oberfläche 21 des Zylinderkopfs 13, welche an dem Dichtungselement 12 anliegt, wenn der Zylinderkopf 13 an dem Zylinderblock 11 befestigt wird. Wo die Öffnung 17 an dem Dichtungselement 12 anliegt, hat der Zylinderkopf 13 scharfe Ecken 22 und 23. Die Ausnehmung 18 hat vergrößerte Eckenbereiche 24 und 25 angrenzend an die Eckenbereiche 22 bzw. 23 der Öffnung. Der vergrößerte Eckenbereich 24 ist im allgemeinen rechteckförmig ausgebildet und hat eine Oberseite 26 die im wesentlichen parallel zu der Ebene der Oberfläche 21 verläuft. An Stellen, an denen die Oberseite 26 des vergrößerten Eckenbereichs 24 an dem kreisförmigen Abschnitt 19 der Ausnehmung 18 anliegt, ist eine Krümmung 27 mit einem geeigneten Krümmungsradius ausgebildet. In entsprechender Weise ist der vergrößerte Eckenbereich 25 im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und hat eine Oberseite 28, die im wesentlichen parallel zu der Ebene der Oberfläche 21 des Dichtungselements verläuft. An den Stellen, an denen die Oberseite 28 des vergroßerten Eckenbereichs 25 mit dem kreisförmigen Abschnitt 19 der Ausnehmung 18 in Berührung gelangt, ist eine Krümmung 29 mit einem geeigneten Krümmungsradius vorgesehen. Die Seiten der vergrößerten Eckenbereiche 24 und 25 der Ausnehmung 18 sind durch die Oberflächen 30 des Zylinderkopfs 13 geschlossen.
• Die Dichtung 16 wird aus einem geeigneten elastomeren Material ausgeformt. Bei Verdichtern, bei denen der Zylinderkopf während des Betriebs heiß werden kann, ist Silikongummi ein bevorzugtes Material, weil es eine gute Hitzebeständigkeit besitzt. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Dichtung 16 aus anderen elastischen Materialien hergestellt sein kann, welche die Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und Elastizität erfüllen, und die bei den betreffenden Betriebsbedingungen beständig sind.
• Die Dichtung 16 ist derart ausgebildet, daß sie die Ausnehmung 18 des Zylinderkopfs ausfüllt und sich etwas von der Ausnehmung 18 unter die Oberfläche 21 auf dem Kopf 13 erstreckt. Die Ausbildung der Dichtung 16 ist in den Fig. 3-5 detailliert dargestellt. Die Dichtung 16 hat einen im allgemeinen D-förmigen Körper mit einer abgerundeten Kante 31 und einer ebenen Kante 32. Im wesentlichen rechteckförmige Ansätze 33 und 34 erstrecken sich koplanar mit der ebenen Kante 32 auf jeder Seite der Dichtung 16, wo die abgerundete Kante 31 an die ebene Kante 32 angrenzt. Die Dichtung 16 ist derart ausgebildet, daß sie mit einer Gleitbewegung in einen engen Eingriff mit den Seiten der Ausnehmung 18 gelangt, wobei die abgerundete Kante 31 sich in dem kreisförmigen Abschnitt 19, der Ansatz 33 sich in dem vergrößerten Eckenbereich 24 und der Ansatz 34 sich in dem vergrößerten Eckenbereich 25 befindet. Die Oberflächen 35 und 36 des betreffenden der Ansätze 33 bzw. 34 und die abgerundete Kante 31 weisen einen Krümmungsradius auf, der gleich der Hälfte der Dicke der Dichtung 16 ist, wie am besten aus Fig. 4 und 5 ersichtlich ist. Eine Öffnung 37 erstreckt sich durch einen zentralen Bereich der Dichtung 16, welche zur Aufnahme des Rohrs 15 dient. Die Öffnung 37 hat einen Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des Rohrs 15 ist. Die Kanten der Öffnung 37 sind ebenfalls entsprechend einem Radius abgerundet, der die Hälfte der Dicke der Dichtung 16 beträgt.
• Fig. 6 zeigt einen Endabschnitt 38 des Rohrs 15. An dem Rohr 15 ist in einem Abstand von dem Rohrende 38 eine Ringnut 39 ausgebildet. Die Ringnut 39 hat vorzugsweise einen abgerundeten Querschnitt und kann einen Radius aufweisen, der gleich der Hälfte der Dicke der Dichtung 16, oder etwas kleiner oder etwas größer als dieser Wert ist.
• Beim Zusammenbau der abdichtenden Anordnung wird das Rohrende 38 in die Öffnung 37 eingeschoben, bis die Kanten der Öffnung 37 mit der Ringnut 39 in Eingriff stehen. Wegen der Ringnut 39 wird das Rohr 15 in der Öffnung 37 zurückgehalten. Die Dichtung 16 mit dem daran befestigten Rohr 15 werden dann in die Ausnehmung 18 in der Öffnung 17 des Zylinderkopfs eingesetzt. Zu diesem Zeitpunkt erstreckt sich die ebene Kante 32 der dichtung 16 parallel zu der Ebene der Dichtungsoberfläche 21 an dem Zylinderkopf und erstreckt sich etwas über diese Ebene. Wenn der Zylinderkopf 13 und das Dichtungselement 12 an dem Zylinderblock 11 befestigt sind, wird das überschüssige Material in der Dichtung zusammengedrückt, um eine luftdichte Abdichtung zwischen dem Rohr 15, dem Zylinderkopf 13 und dem Dichtungselement 12 zu erzielen, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Die Ansätze 33 und 34 sitzen mit einem engen Klemmsitz in den vergrößerten Eckenbereichen 24 und 25, um die Dichtung 16 an den Ecken 22 und 23 der Öffnung und entlang der ebenen Kante 32 zu verstärken. Ohne die Ansätze 33 und 34 würde eine verdrillende Kraft auf das Rohr 15 ausgeübt oder ein übermäßiger Luftdruck könnte verursachen, daß die Dichtung 16 von der Ausnehmung 18 und dem Dichtungselement 12 an einer der oder an beiden Ecken 22 und 23 getrennt wird. Das Risiko eines Dichtungsausfalls ohne die eingeklemmten Ansätze 33 und 34 wäre hoch, da die angrenzende ebene Seite 32 der Dichtung 16 nicht in einer Ausnehmung oder Nut zurückgehalten wird und nur einen ebenen Kontakt mit dem Dichtungselement 12 aufweist. Irgendeine Dichtungstrennung von der angrenzenden Oberfläche der Ausnehmung 18 würde zu einem Ausfall der Dichtung führen.
• Die Dichtung 16 weist im Vergleich zu bekannten starren Rohrverbindungsstücken zum Verbindung eines Rohrs mit einem Gehäuseglied mehrere Vorteile auf, weil durch die Elastizität der Dichtung Vibrationen gedämpft werden, die auf das Rohr 15 übertragen werden.Dadurch kann auch die Geräuscherzeugung verringert werden, und Ermüdungserscheinungen des metallischen Materials können verringert werden, die sonst möglicherweise zu einem Ausfall des Rohrs 15 führen könnten. Die Dichtung paßt in eine gegossene Öffnung in dem Zylinderkopf, so daß ein Ausbohren und eine maschinelle Ausbildung von Gewinden im Gegensatz zu bisher bekannten abdichtenden Anordnungen dieser Art nicht erforderlich ist. Die beschriebene neue Dichtungskonstruktion ermöglicht eine Abdichtung zwischen einer D-förmigen Öffnung in einem gegossenen Zylinderkopf und einem angrenzenden ebenen Dichtungselement an dem Zylinderkopf.
• Obwohl die beschriebene Dichtung die Befestigung eines Austrittsrohrs für Druckluft an dem Zylinderkopf eines Verdichters betrifft, ist ersichtlich, daß die Erfindung Verfahren und Strukturen umfaßt, bei denen ein Rohr mit irgend einem Gehäuse oder mit einem ersten Glied angrenzend an eine Stelle befestigt wird, wo ein derartiges Gehäuse oder ein derartiges erstes Glied zuverlässig an einer Oberfläche eines zweiten Glieds befestigt werden soll.

Claims (8)

1. Abdichtende Anordnung mit einem Gehäuseglied (13), einem zweiten Glied (11,12), einem Rohr (15) und einer zusammengedrückten gummiartigen Dichtung (16) zum Verbindung eines Endes des Rohrs (15) mit dem Gehäuseglied (13) an einer Stelle, in deren Nähe das Gehäuseglied an einer Kante (21) mit dem zweiten Glied (11,12) verbunden ist, welche abdichtende Anordnung angrenzend an die Kante eine Öffnung (17) in dem Gehäuseglied (13) aufweist, welche Öffnung eine offene Seite (20) an der Kante hat, eine Ausnehmung (18) aufweist, die sich um die Öffnung des Gehäuseglieds erstreckt, welche Ausnehmung vergrößerte Eckenbereiche (24,25) angrenzend an die offene Seite (20) aufweist, wobei die zusammengedrückte gummiartige Dichtung (16) die Öffnung verschließt, die Dichtung (16) die Ausnehmung (18) ausfüllt, eine Ringnut (39) an dem Rohr angrenzend an das Ende (38) des Rohrs aufweist, und eine Öffnung (37) in der Dichtung vorgesehen ist, das Rohr (15) sich durch die Öffnung (37) erstreckt und die zusammengedrückte Dichtung elastisch an der Ringnut angreift, wobei die Dichtung (16) eine Kante (32) aufweist, die an dem zweiten Glied (11,12) entlang der offenen Seite (20) der Öffnung des Gehäuseglieds und Ansätzen (33,34) an den Enden der Kante angreift, und wobei die Ansätze ausfüllen und durch das zweite Glied (11,12) in den vergrößerten Eckenbereichen (24,25) eingeklemmt sind.

2. Abdichtende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die vergrößerten Eckenbereiche (24,25) und die Ansätze (33,34) in allgemeinen rechteckförmig ausgebildet sind.

3. Abdichtende Anordnung nach Anspruch 2, wobei ein Zwischenteil (19) der Ausnehmung (18) zwischen den vergrößerten Eckenbereichen im allgemeinen bogenförmig ausgebildet ist und einen abgerundeten Querschnitt aufweist.

4. Abdichtende Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Ausnehmung (18) zwischen dem Zwischenteil und den vergrößerten Eckenbereichen abgerundet ist.

5. Abdichtende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Öffnung (17) des Gehäuseglieds im allgemeinen D-förmig ausgebildet ist und eine sich entlang der Kante erstreckende ebene Seite aufweist.

6. Abdichtende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung (16) aus elastomerem Silikongummi besteht.

7. Verfahren zum Ausbilden einer abdichtenden Anordnung zwischen einem Rohrende (15), einem ersten Glied (13) und einem zweiten Glied (11,12), wobei

a) eine Öffnung (17) in dem ersten Glied (13) ausgebildet wird, welche Öffnung eine offene Seite (20) in einer Oberfläche aufweist, an der das erste Glied an dem zweiten Glied (11,12) befestigt ist,

b) eine Ausnehmung (18) in dem ersten Glied ausgebildet wird, die sich um die Öffnung erstreckt, welche Ausnehmung vergrößerte Eckenbereiche (24,25) angrenzend an die offene Seite aufweist,

c) an dem Rohr (15) angrenzend an das Rohrende eine Ringnut (39) ausgebildet wird, welche einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser des Rohrs ist,

d) eine Dichtung (16) aus gummiartigem Material ausgebildet wird, die in die Ausnehmung (18) paßt und daran angreift, welche Dichtung eine Kante (32) aufweist, die von der offenen Seite (20) vorragt, wenn die Dichtung in der Ausnehmung des ersten Glieds positioniert wird, welche Dichtung Ansätze (33,34) aufweist, die von den vergrößerten Eckenbereichen (24,25) aufgenommen werden, und welche Dichtung eine Öffnung (37) mit einem Durchmesser aufweist, der kleiner als derjenige des Rohrs ist,

e) das Rohrende durch die Öffnung der Dichtung eingesetzt wird, um die Dichtung in der Ringnut an dem Rohr zu positionieren,

f) die Dichtung (16) in der Ausnehmung (18) an dem ersten Glied zu positionieren, und wobei

g) das erste Glied (13) an dem zweiten Glied (11,12) befestigt wird, wobei das zweite Glied die vorspringende Kante (32) der Dichtung in die Öffnung an dem ersten Glied preßt und die Ansätze zwischen dem ersten Glied und dem zweiten Glied einklemmt, um die Abdichtung entlang der offenen Seite der Öffnung des ersten Glieds zu gewährleisten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Glied mit einem Gießverfahren hergestellt wird, und wobei die Öffnung des ersten Glieds und die Ausnehmung des ersten Glieds beim Giessen des ersten Glieds ausgebildet werden.