DE2424366A1

DE2424366A1 - Biegsame dichtung aus metall

Info

Publication number: DE2424366A1
Application number: DE2424366A
Authority: DE
Inventors: Claude Abbes; Jean Fages; Georges Mengus; Christian Rouaud; Raymond De Villepoix
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-05-29
Filing date: 1974-05-20
Publication date: 1975-01-02
Also published as: FR2232235A6; LU70157A1; DE2424366C2; JPS5021162A; US3917294A; BE814989R; ZA743147B; JPS5741628B2; GB1437052A; IT1050511B

Description

P AT E N TA N WA LT DR. HANS ULRICH MAY D 8 M'-JNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1a TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN TELEFON CO81O ββ36Β2

CP 486/1285 München, den 20. Mai 1974

BA 4085,3 FG Dr.M./cs

Commissariat ä I¹Energie Atomique in Paris/Frankreich

Biegsame Dichtung aus Metall

(zweiter Zusatz zu P 22 41 273.3 und Zusatz zum ersten Zusatz P 24 13 426.7 )

Die Hauptanmeldung P 22 41 273.3 betrifft eine biegsame Dichtung aus Metall, die infolge von Stauch- und elastischen Verformungseigenschaften, die sich den entsprechenden Eigenschaften von elastomeren Werkstoffen nähern, eine vollkommene Abdichtung zwischen zwei Auflage- oder Dichtflächen gewährleisten kann. Diese Aufgabe erfüllt die aus der Hauptanmeldung bekannte Dichtung aus Metall„ die eine Seele aus einer in sich geschlossenen Spiralfeder aus Metalldraht mit aneinanderstoßenden Spiralen und hoher axialer Kompressionsspannung» die im Ruhezustand eine Torusform hat, und einen die Feder umgebenden Mantel aus Kantern und elastischem Metall aufweist, der im Ruhezustand die Form einer Torusflache hat, die von einem nicht vollständigen Kreis erzeugt ist, wobei ein unabhängiger Außenmantel aus duktilem Metall den ersten Mantel umgibt und ebenfalls im Ruhezustand die Form einer Torusf lache hat, die von einem nicht vollen Kreis erzeugt ist.

Diese Dichtung kann einen geschlossenen kreisförmigen Umriß oder ei-

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ne& tBnriß, dei a\>s durch Kurvenabschnitte verbundenen geraden Abschnitten besteht, aufweisen.

Eine solche Dichtung hat vor allem den Vorteil, daß sie mit sehr großen Durchmessern (lichter Weite) hergestellt werden kann und eine Abdichtung zwischen den Auflageflächen von Planschen oder dergleichen ermöglicht, deren Oberflächenzustand durchaus üblich ist.

Die erste Zusatzanmeldung P 24 13 426,7 zur eingangs genannten Anmeldung sieht vor, daß die Dichtung auf der Außenfläche des zweiten Mantels einen dritten Mantel von geringerer Dicke aus einem Material mit kleinem Reibungskoeffizienten, beispielsweise Folytetrafluoräthylen, auf-weist. Auf diese Weise kann die biegsame Dichtung aus Metall Herstellungstoleranzen aufnehmen, die im allgemeinen bei der Herstellung der die Dichtung aufnehmenden Nuten unzulässig sind, ohne daß deswegen zur Erreichung der gleichen Abdichtung wesentlich höhere Andruckkräfte benötigt werden, als sie für einen perfekt bearbeiteten Oberflächenzustand der Auflageflächen erforderlich sind»

Bei bestimmten praktischen Ausführungsformen ist es bei Dichtungen von großen Abmessungen besonders aus Gründen der leichteren Herstellung und Handhabung erwünscht, im Maß der Vergrößerung des Nenndurciraessers der Dichtung auch den Durchmesser der die verschiedenen Mäntel und die innere Spiralfeder bildenden Toren zu vergrößern. Diese Überdimensionierung des Dichtungsquerschnitts führt offensichtlich zu einer Vergrößerung seiner Auflagebreite auf den Wänden der Nut des ersten Flansches, die ihn aufnimmt, und auf der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Flansches, welche gegen den ersten Flansch drückt, um einen ausreichenden Kontakt über den ganzen Umfang der Dichtung zu erhalten.

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Die vorliegende 2i?£indung bezweckt nun eine weitere Verbesserung der in der Hauptanmeldung und Zusatzanmeldung beschriebenen Dichtungen, um die Bedingungen weiter zu verbessern, unter denen die Querverformung der Dichtung bei ihrer Einspannung zwischen den Dichtflächen erfolgt, indem ein starres Anschlagelement eingesetzt wird, auf dem sich die innere Spiralfeder der Dichtung abstützt.

Bine Dichtung der eingangs angegebenen Art ist also erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie einen starren Metallring aufweist, der die Stauchung der im inneren des ersten Mantels angeordneten Spiralfeder begrenzt. Der starre Ring kann je nach dem Fall im Inneren oder außerhalb der Spiralfeder angeordnet sein. Außerdem kann der starre Ring durchgehend sein und sich über die ganze Länge der Dichtung erstrecken oder auch diskontinuierlich sein und örtlich mehr oder weniger erhebliche Unterbrechungen aufweisen. Unter einem Ring wird also auch die Gesamtheit solcher Ringelemente verstanden.

Der starre Ring weist in jedem Fall einen Querschnittsdurchmesser oder Dicke kleiner als der Querschnittsdurchmesser der Dichtung auf und ermöglicht so eine Teilstauchung der Dichtung, bis die innere Spiralfeder unter dem Stauchdruck beim Anziehen der Dichtung einen ovalen Querschnitt annimmt und mit diesem den Ring selbst tangential berührt, wobei der Ring infolge seiner Starrheit nicht wesentlich verformt wird.

Wegen der Anordnung des starren Ringes zeigt das Diagramm, welches die Stauchung der Feder in Abhängigkeit vom Stauchdruck wiedergibt_s beim Aufheben dieses Stauchdrucks und wegen der Berührung zwischen dem Ring und der Spiralfeder einen geraden Teil mit Rückstellung Null, bevor die elastische Rückstellung der Dichtung einsetzt. In-

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folge dieser geraden Strecke können besonders die Grenzen der Benutzung der biegsamen Dichtung hinausgeschoben werden, welche dadurch die auf sie wirkenden Kräfte, besonders die Bodenvirkung gegen die die Dichtung aufnehmenden Wände der Nut und gegen den gegenüberliegenden dagegendrUckenden Flansch ohne übermäßige Verformung aufnehmen kann«

Die Erfindung wird mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen erläutert durch die folgende Beschreibung von zwei iesspielhaften Ausführungsformen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung. Hierin zeigen:

- Fig· 1 einen schematischen Querschnitt der biegsamen Dichtung

gemäß der Hauptpatentanmeldung, die mit einem starren innenring gemäß der Erfindung ausgerüstet ist}

- Fig. 2 einen schematischen Schnitt einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, wobei der starre Ring außerhalb der Spiralfeder angeordnet istj

- Fig· 3 das Diagramm von Kompression und Entlastung einer erfindungsgemäßen biegsamen Dichtung, wobei in den Ordinaten der Spanndruck und in den Abszissen die Stauchung aufgetragen sind·

Die in Fig. 1 im Querschnitt gezeigte biegsame Dichtung weist, wie in der Hauptanmeldung angegeben, 3 hauptsächliche Elemente auf, und zwar besonders eine Seele aus einer in sich geschlossenen Spiralfeder 1 aus Metall, vorzugsweise rostfreier Stahl oder dergleichen, einen Innenmantel 2 aus einem harten und elastischen (nicht duktilen) Metall, beispielsweise Weicheisen , und einen Außenmantel 3 aus einem duktilen Metall, beispielsweise Aluminium, der den Innenmantel umgibt. Die Spiralfeder 1 ist in den Innenmantel 2 eingesetzt,

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der selbst in den Aufleni-tantel £ eingesetzt ist, wobei die Mantel 2 und 3 jeweils die Form einer Torusflache haben, die von einem nicht vollständigem Kreis erzeugt ist, so daß die innere Spirale 1 der Dichtung von den Mänteln nicht vollkommen umschlossen ist»

Brfindungsgemäß weist diese Dichtung im Inneren der Spiralfeder 1 einen starren Metallring 4 auf, vorzugsweise aus Stahl oder einem anderen entsprechenden Material mit großer Steifheit, so daß der Ring hohen Stauchdrücken widerstehen kann. Der Innenring 4, de^ im Querschnitt kreisförmig ist, hat einen kleineren Querschnittsdurchmesser als die Spiralfeder 1 und ermöglicht daher eine Stauchung der Spiralfeder, wobei die Stauchung jedoch begrenzt ist, sobald die zu einem ovalen Querschnitt verformte Spiralfeder und der kreisförmige Querschnitt des infolge seiner Eigensteifheit im wesentlichen nicht verformbaren Ringes in tangentiale Berührung kommen»

Bei der in Fig. 2 gezeigten abgewandelten Ausführungsform sind wiederum die innere Spiralfeder 1 mit dem Innenmantel 2 und Außenmantel 3 vorhanden. Jedoch besteht in diesem Fall der mit der Feder 1 bei deren Stauchung beim Einspannen zwischen den nicht gezeigten Dichtungsflächen zusammenwirkende Ring 5 aus einem flachen Ring_s der außerhalb der Spiralfeder 1 jedoch in Berührung mit ihr angeordnet ist und im Inneren des Außenmantels 3 einen seitlichen Anschlag für die Spiralfeder bildet. «Der Außenmantel 3 ist entsprechend verlängert, um den Ring 5 mindestens teilweise zu bedecken. Wie in dair in Fig. 1 gezeigten Beispiel kommen bei entsprechend starkeia Spann« druck schließlich die Flansche in Anschlag gegen den Ring 5» der selbst nicht verformbar ist* Bei dieser Abwandlung ist der Ring so dick gewählt, daß eine genügende Stauchung der Spiralfeder 1 gewährleistet

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Das !Diagramm cter Pig, 3 zoipt das Verhalten der biegsamen Dichtung, deren verformung durch ihren starren Ring 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 Erhöhxing der Belastung der Dichtung wird diese zunehmend gestauchtj wie der Kurventeil A zeigt. Sobald dann die innere Spiralfeder den starren sing berührt, steigt die Kurve viel steiler (Abschnitt B) · Beim Verringern der auf die Dichtung wirkenden Druckkraft wird zunächst der Kurvenabschnitt D durchlaufen, der zeigt, daß 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 F die Leckschwelle oder Bruch der Abdichtung. Dieser Zyklus kann verglichen werden mit dem entsprechenden Diagramm der Hauptpatentanmeldung, das in dieser Pig* 3 strichpunktiert gezeigt ist, um die besseren Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Dichtung aufzuzeigen, besonders ihre Fähigkeit, größere Druckkräfte auszuhalten, ohne daß die elastische Rückstellung dadurch Schaden nimmt«

Das Vorhandensein des mit der inneren Spiralfeder zusammenwirkenden starren Ringes, der den Widerstand der Spiralfeder gegen hohe Einspanndrücke verbessert, ermöglicht im übrigen auch den Verzicht auf die Bearbeitung der Nuten in den zu dichtenden Planschen, ohne deren Anordnung relativ zueinander zu beeinträchtigen. Andererseits gestattet die Verwendung des starren Ringes den Gebrauch von Spiralfedern, welche selbst eine verhältnismäßig begrenzte Starrheit aufweisen, vorausgesetzt daß sie die erforderliche Dichtheit erbringen, da der Ring auch einer Dichtung von großen Abmessungen eine genügende Steif« heit verleiht« Daraus folgt, daß Planschanordnungen zur Aufnahme die-=

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ser Art von Mch'cnrgen rait geringeren Abmessungen hergestellt werden können und selbst größere Biegsamkeit aufweisen können· Die Anwesenheit des starren Ringes ermöglicht schließlich eine Erweiterung der Grenzen der Benutzung der biegsamen Dichtung hinsichtlich des Drucks, indem der Ring dieser Dichtung die Möglichkeit gibt, die Bodenwirkungen der Auflageflächen in dem Teil des Kompressionszyklus, wo eine große Starrheit vorhanden ist, aufzunehmen« 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 Forai- und Oberflächenfehler ausgleicht.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch weitere Abwandlungen, Besonders kann der starre Ring nicht nur als Anschlag für die Spiralfeder, sondern auch als Zentrierring dienen, besonders bei seiner Verwendung in einer Doppelringdichtung, wobei der starre Ring oder Stauchungsbegrenzer vorzugsweise zwischen den beiden Torusteilen der Dichtung eingesetzt ist«

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Claims

Patentansprüche

Λ Λ Biegsame Dichtung aus Metall» die eine Seele aus einer in sich geschlossenen Spiralfeder aus Metalldraht mit aneinanderstcSenden Spiralen und hoher axialer Kompressionsspannung, die im Ruhezustand eine Torusform hat» und einen die Feder umgebenden Innenmantel aus hartem und elastischem Metall aufweist, der die Form einer Torusfläche hat j die von einem nicht vollständigen Kreis erzeugt ist, und einen den Inneninantel außen umgebenden unabhängigen Mantel aus duktilem Metall aufweist, der ebenfalls im Ruhezustand die Form einer Torusflache hat, die von einem nicht vollständigen Kreis erzeugt ist, gemäß Patentanmeldung P 22 41 273.3, gekennzeichnet durch ein starres Ringelement (4,5) aus Metall, das die Spiralfeder (1) berührt und deren Stauchung begrenzt, wenn die Dichtung beim bestimmungsgemäßen Einspannen zusammengedrückt vird.
2. Biegsame Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_f daß das starre Ringelement (4) im Innenraum der Spiralfeder (O oder das starre Ringelement (5) außerhalb der Spiralfeder (1) angeordnet ist.
3. Biegsame Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Ringelement (4,5) ein durchgehender Ring oder diskontinuierlich ist.

4* Biegsame Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Ringelement (4) einen kleineren Querschnittsdurchmesser hat als der Querschnittsdurchmesser der Spiralfeder (1) oder als Ringelement (5) eine zur gewünschten Stauchung der Spiralfeder (1) passende Dicke hat.

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5* Biegsame Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis A, velche auf der Außenfläche des Außenißantels einen dritten Mantel
geringer Dicke aus einem Material mit kleinem Reibungskoeffizienten aufweist, gemäß Zusatzpatentanmeldung P 24 13 426.7 «

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