DE3002626A1 - Dichtungsvorrichtung zum abdichten zweier raeume unterschiedlichen druckes - Google Patents

Description

• Dichtungsvorrichtung zum Abdichten zweier Raume unter schiedli chen Druckes Die Erfindung bezieht sich auf eine DichtUIgsvorrichtung zum Abdichten zweier RLiume unterschiedlichen Druckes, bei der ein Dichtelement, das aus einem Tragkörper und einer damit verbundenen Feder besteht, zwischen zwei parallelen Wänden unter Vorspannung eingesetzt und relativ zu zumindest einer Wand, die einen abzudichtenden Durchbruch aufweist, bewegbar ist, Bei einer bekannten Dichtungsvorrichtung dieser Art (DE-AS 22 55 278) liegt der plattenförmige Tragkörper dichtend an der einen Wand an. Die Feder ist aus Blech gebogen; ihr flaches Mittelteil ist auf Zapfen des Tragkörpers aufgeschoben; vier abgebogene Arme liegen an der gegenüberliegenden Wand unter Vorspannung an. Wegen der großflächigen Anlage benötigt man erhebliche Federkräften um eine ausreichende Dichtung zu bewirken. Dies führt zu erheblichen Reibungskräften. Außerdem sind große Dichtfla-chen gegen Verschmutzung empfindlich0 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungavorrichtung der eingangs beschrebenen Art anzugeben, die unempfindlich ist, billig hergestellt werden kann und mit vergleichsweise geringen Kräften eine ausreichende Dichtung bewirkt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst9 daß die Feder eine TellerfeSer ist, die im Bereich eines ihrer beiden Umfange abgedichtet an dem Tragkörper befestigt ist und ihre im Bereich des anderen Umfangs an der Wand anliegenden Teile einen geschlossenen Dichtrand bildend Eine solche Dichtungsvorrichtung hat eine vergleichsweise kleine Dichtflä.che, die gegen Verschmutzung unempfindlich ist Bereits geringe Federkräfte reichen aus, um verhältnismäßig große Flächenpressungen am Dichtrand zu erzeugen, die zu einer entsprechend hohen Dichtwirkung führen Die Herstellung ist billig, weil Tellerfedern preiswert sind0 Da die Tellerfeder sowohl die Funktion der Andruckfeder als auch die Funktion eines Dichtelements überStmt9 ist auch der Platzbedarf gering Wenn die Druckverhältnisse so gewählt sind, daß der höhere Druck in dem Raum zwischen Tellerfeder und Tragkörper wirksam sein kann, ergibt sich eine automatische Druckkompensation, weil der abzudichtende Druck die Kraft der Tellerfeder unterstützt0 Insbesondere kann die Tellerfeder im Bereich des Lochumfangs an dem Tragkörper befestigt sein Der Dichtrand befindet sich daher am Außenumfang der Tellerfeder und der das Dichtelement außen umgebende, abzugebende Druck unterstützt die Kraft der Tellerfeder O Bei einer bevorzugten Ausführungsfnrm ist dafür gesorgt, daß eine zweite gleichartige Tellerfeder symmetrisch zur ersten Tellerfeder zwischen der anderen Seite des zweiten Wand vorgesehen ist Auf diese Weise ergibt sich ein vollkommen symmetrisches Dichtelement0 Dies hat mechanische Vorteile, weil bei der Relativbewegung an beiden Seiten an nähernd gleiche Reibungskräfte austreten Auch die Abnutzung ist beidseitig gleich groB0 Wenn ein zwischen den Wänden herrschender Druck nach beiden Seiten hin abzudichten ist, ergeben sich an beiden Dichtstellen absolut gleiche Verhältnisse Insbesondere ist der Tragkörper selbst druckentlastet Das Dichtelement zentriert sich auch selbst, im Vergleich zu einer Konstruktion mit einem dichtend anliegenden plattenförmigen Tragkörper sind die Anforderungen an die Planparallelität der gegenüberliegenden Dichtflächen nicht große Mit Vorteil weist der Dichtrand eine Plarifläche auf. Diese kann beispielsweise durch Planschleifen erzeugt sein. Auf diese Welse ist der Dichtrand flächig ausgeführt, so daß die Flächenpressung nicht zu große Werte menimmt.
• Der Tragkörper und die Tellerfeder können insbesondere aus Stahl bestehen. Dies ist nicht nur aus mechaniscb.en Gründen von Interesse. Vielmehr läßt sich korroslonsfester Stahl in vielen chemischen Prozessen für das Abdichtelement einsetzen.
• Außerdem ist eine solche Dichtung hoch temperaturbeständig Hierbei ist es günstig, wennder der Stahl der Tellerfeder zwmindest am Dichtrand gehärtet ist0 Dies erhöht die Lebensdauer. Den gleichen Effekt erreicht man auch, wenn die Tellerfeder zumindest am Dichtrand einen Überzug aus hartem Material, wie Titancarbid, aufweist.
• In anderen Fällen ist es aber auch möglich, den Tragkörper und die Tellerfeder aus Kunststoff bestehen zu lassen. Kunststoff hat häufig auch bei geringeren Andruckkräften eine auP,erordentlich gute Dichtwirkung. Er läßt sich in den meisten Fällen auch so wählen, daß er gegenüber dem abzudichtenden Medium beständig ist.
• Eine besonders einfache Möglichkeit, Tellerfeder und Tragkörper abgedichtet aneinander zu befestigen, besteht darin, si durch Preßschweißung miteinander zu verbinden. Dies gilt sowohl für Stahl- als auch für Kunststoff-Dichtelemente.
• In diesem Zusammenhang ist es empfehlenswert, daß der Tragkörper an seiner Stirnseite eine kreisförmp Kante mit einem etwas größeren Durchmesser als dem Lochdurchmesser der Tellerfeder aufweist. Durch diese Kante ergibt sich eine definierte Auflagefläche beim Schweißvorgang, an der sich eine gleichmäßige, dichte Naht bildet.
• Ein Kuntstoff-Dichtelement kann auch einstückig gespritzt werden.
• Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß der Tragkörper ein Mittelloch aufweisen darf. Denn der Raum außerhalb des Dichtelements ist sicher gegenüber diesem Mittelloch abgedichtet, weil die Tellerfeder abgedichtet mit dem Tragkörper verbunden ist.
• Das Dichtelement kann ferner mit eier den Wanddurchbruch durchsetzenden rotierenden Welle drehfest verbunden sein. Es eignet sich daher nicht nur für lineare Relativbewegungen, wie sie bei einem Flachschieber für ein Ventil auftreten, sondern auch für Drehbewegungen. Das Dichtelement übernimmt hierbei die Funktion der bekannten Gleitringdichtungen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Tragkörper eine Außenverzahnung auf, die mit einem weiteren Zahnelement, beispielsweise einem verzahnten Rotationsschieber, zusammenwirkt, und das Mittelloch ist mn der Welle durchsetzt. Der im Bereich der Zahnelemente auftretende Druck wird sicher nach beiden Seiten hin abgedichtet.
• Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Wanddurchbrüche Schlitze sind, in denen eine mit dem Dichtelement verbundene Achse quer zu ihrer Längserstreckun verschiebbar ist, und daß der Durchmesser des Dichtrandes der Tellerfeder größer ist als die Länge der Schlitze. Auch auf diese Weise kann ein zwischen den Wänden herrschender Druck trotz Beweglichkeit des Dichtelements nach beiden-Seiten hin abgedichtet werden.
• Das Dichtelement eignet sich besonders zur Abdichtung des Betätigungsgliedes eines Flachschiebers nach außen hin, weil in diesem Fall nur wenig Platz zur Verfügung steht.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste erste Ausführungsform eines Dichtelements, Fig. 2 einen Schnitt durch ein AusSührungsbeispiels in welchem das Dichtelement der Fig. 1 als Flachschieber benutzt wird, Fig. 3 einen Schnitt durch eiern zweites Ausführungsbeispiel eines Dichtelements, Fig. 4 einen Teilschnitt durch ein Gehäuse, in welchem dieses Dichtelement als Betätigungsglied für einen Rotatlons-Flachschieber benutzt wird.
• Fig. 5 einen Schnitt durch ein drittes Ausfuungsbeispiel eines Dichtelements, Fig. 6 einen Teilschnitt durch ein Gehäuse, in welchem dieses Dichtelement als Betätigungsglied für einen auf und ab bewegbaren Flachschieber dient, Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Ventils mit Flachschieber und Fig. 8 einen Längsschnitt längs der Linie A-A der Fig. 7.
• Das Dichtelement 2 in Fig0 1 weist einen plattenförmigen Tragkörper 4 auf, der beidseitig mit einer Tellerfeder 6 und 8 versehen ist. Der Tragkörper 4 ist eine durchgehende Kreisplatte, die auf beiden Seiten je eine Vertiefung 10 und 12 besitzt, deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Lochumfangs 14 bzw. 16 der Tellerfedern 6 und 8. Am Rand der Vertiefung 10 ergibt sich eine Ringkante 18, an der die Tellerfeder 6 mit dem Tragkörper 4 durch Preßschweißung fest und abgedichtet verbunden ist. Am Rand der Vertiefung 12 ergibt sich eine Ringkante 20, an ir die Tellerfeder 8 durch Preßschweißung fest und abgedichtet mit dem Tragkörper 4 verbunden ist. Die beiden Stirnseiten sind plangeschliffen, so daß sich bei der Tellerfeder 6 eine Ringfläche als Dichtrand 22 und bei der Tellerfeder 8 eine Ringfläche als Dichtrand 24 ergibt0 Gemäß Fig. 2 ist das Dichtelement 2 als Flachschieber in einer Bohrung 26 eines Ventilstellglieds 28 eingesetzt, das um eine in der Zeichenebene liegende Achse drehbar ist0 Ein Ventilgehäuse 32 wird durch zwei Gehäuseteile 34 und 36 gebildet, die unter Zwischenschaltung einer Dichtung aneinandergepreßt sind0 Im Gehäuseabschnitt 34 befindet sich ein Kanalabschnitt 38, der mit einer Wand 40 endet Im Gehäuseteil 36 befindet sich ein Kanalabschnitt 42, der in einer Wand 44 endet, An diesen beiden Wänden 40 und 44 liegen die Dichtränder 22 und 24 der Tellerfedern 6 und 8 unter Vorspannung an, In der veranschaulichten Stellung sind die Kanalabschnitte 38 und 42 durch zwei hintereinander geschaltete Dichtstellen voneinander getrennt, Dies entspricht einer Art Labyrinthdichtung9 bei der zwei Dichtstellen 46 und 48 hintereinander geschaltet sind0 Wenn im Kanalabschnitt 38 der höhere Druck p1 und im Kanalabschnitt 42 der kleinere Druck P2 herrscht, stellt sich im Raum 50 zwischen den beiden Wänden 40 und 44 ein Druck p3 ein, der etwa in der Mitte zwischen den beiden Drücken p1 und p2 liegt0 Das bedeutet, daß dieser Druck auf die Rückseite der Tellerfedern 6 und 8 wirkt und dadurch die Federkraft unterstützt0 Durch Verdrehen des Stellgliedes 28 werden die Kanalabschnitte 38 und 42 über eine in Umfangsrichtung versetzte Bohrung im Stellglied 28 miteinander verbunden0 Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 besteht ein Dichtelement 52 aus einem Tragkörper 54 und den baden Tellerfedern 56 und 58. Diese sind in ähnlicher Weise wie in Fig 1 an der Tragplatte befestigt. Unterschiedlich ist es, daß der Tragkörper außen eine Verzahnung 60 aufweist und ein Mittelloch 62 besitzt, das Axialleisten 64 zur Bildung einer Vielnutverbindung mit einer Welle 66 besitzt.
• Wie Fig. 4 zeigt, ist die Welle 66 in zwei Lagerbuchsen 68 und 70 gelagert, die in zwei Teilen 72 und 74 eines Gehäuses 76 angeordnet sind. Die Stirnseiten der beiden Lagerbuchsen bilden Wände 78 und 80, an denen der Dichtrand der Tellerfedern 56 und 58 anliegt. Die Verzahnung 60 wirkt mit einem weiteren Zahnrad 82 zusammen, das beispielswise ein Rotations-Flachschieber, Teil eines Getriebes o. dgl. sesn kann. Der Raum 84 zwischen den Wänden 78 und 80 kann beispielsweise unter einem höheren Druck p4 stehen, der durch die beiden Dichtstellen 86 und 88 nach außen hin abgedichtet ist. Hierbei ist es nicht erforderlich, daß die Welle 66 das Mittelloch 62 abgedichtet durchsetzt In beiden vorgenannten Fällen können die Dichtränder 22 und 24 gehärtet und mit Titancarbid überzogen sein, um die Abnut2ungs-und Gleiteigenschaften zu verbessern.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist ein Dichtelement 102 einstückig aus Kunststoff gespritzt. Ein Tragkörper 104 und zwei Tellerfedern 106 und 108 sind über innere Verbindungsstellen 110 und 112 miteinander verbunden. Außerdem ist ein Mittelloch 114 vorgesehen.
• In Fig. 6 ist dieses Dichtelement 102 mit einer Achse 115 verbunden, die mit Hilfe eines Betätigungsgliedes 118 in Richtung des Pfeiles 120 auch und abbewegbar ist. Ein Gehäuse 122 besteht aus zwei Teilen 124 und 126. Einsätze 128 und 130 weisen je einen vertikalen Schlitz 132 bzw. 134 auf, elchem die Achse 116 vertikal geführt ist. Winde 136 und 138 bilden mit den Tellerfedern 106 und 108 zwei Dichtstellen 140 und 142, welche den Druck p5 im Innenraum 144 zwischen den Gehäuseteilen 124 und 126 nach außen hin abdichten. Das Mchtelement 102 ist in eine Bohrung 146 eines Flachschiebers 148 eingesetzt,der mehrere Durchbrüche 150 aufweist und mittels einer Feder 152 gegen ein im Gehäuseteil 124 festgehaltenes Gatter 154 gedrückt wird, das ebenfalls mehrere Durchbrüche 157 besitzt. Durch Auf- und Abbewegen des Betätigungsgliedes 118 wird das Flachschieberventil geöffnet bzw. geschlossen, wobei der in den Anchlußkanälen 157 bzw. 158 herrschende Druck nach außen hin abgedichtet ist.
• Bei der Ausführungsforin nach den Fig. 7 und 8 ist in einem Gehäuse 160 ein feststehendes Gatter 162 mit Durchbrüchen 164 angeordnet, längs dessen ein Flachschieber 166 mit Durchbrüchen 168 verschiebbar ist. Der Flachschieber ist durch eine Feder 170 belastet und durch einen Arm 172 an einer Betätigungswelle 174 verstellbar. Die Betätigungawelle 174 weist einen Tragkörper 176 auf, an dessen beiden Stirnseiten je eine TelBrSeder 178 und 180 befestigt ist. Der Dichtrand der Tellerfeder 178 liegt an einer Wand 182 einer Buchse 184, der Dichtrand der Tellerfeder 180 an einer Wand 186 einer Buchse 188 an0 Letztere ist mittels einer Schrabhülse 190 axial verlagerbar. Auf diese Weise läßt sich die Andruckkraft der beiden Tellerfedern 178 und 180 einstellen. Auch in diesem Fall ist der im Innenraum 192 des Gehäuses 160 herrschende Druck p6 durch die Dichtwirkung der Tellerfeder 180 nach außen hin abgesperrt Die TellerfeQer 178 sorgt lediglich für eine symmetrische Lage des Tragkörpers 1760 Dieser bildet daher zusammen mit der Tellerfeder 180 ein Dichtelement 194 zur abgedichteten Herausführung der Betätigungawelle 174.
• Auf diese Weise ergibt sich eine Dichtverbindung, die einfach und billig hergestellt werden kann0 Das Dichtelement gleicht kleinere UngleichmEßigkeiten zwischen den beiden Wandflächen aus und justiert sich selber0 Die Materialpaarungen können so gewählt werden, daß sich eine große Verschleißbeständigkeit ergibt0 Auch lasen sich beliebige Materialien so wählen, daß auch bei aggressiven Medien eine hohe Korrosionsbeständigkeit besteht.
• Da der Druck teilweise auf die Rückseiten der Tellerfedern wirkt, ergibt sich mit steigendem Druck in dem Raum zwischen den beiden Wänden auch eine höhere Anpre'kraft für die Abdlchtungo Leerseite

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Dichtungsvorrichtung zum Abdichten zweier Räume unterschiedlichen Druckes, bei der ein Dichtelement, das aus einem Tragkörper und einer damit verbundenen Feder besteht, zwischen zwei parallelen Wänden unter Vorspannung eingesetzt und relativ zu zumindest einer Wand, die einen abzudichtenden Durchbruch aufweist, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Tellerfeder (69 8e 56, 58; 106, 108S 180) ist, die im Bereich eines ihrer beiden Umfänge abgedichtet an dem Tragkörper (4D 54D 104; 176) befestigt ist und ihre im Bereich des anderen Umfangs an der Wand (40, 44p 78, 80; 136, 138; 186) anliegenden Teile einen geschlossenen Dichtrand (22, 24) bilden 2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (6, 8; 56, 58g 106, 108S 180) im Bereich des Lochumfangs an dem Tragkörper (49 549 104;176) befestigt ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite gleichartige Tellerfeder (8; 58g 1089 178) symmetrisch zur ersten Tellerfeder (69 569 106g 180) zwischen der anderen Seite des Tragkörpers (49 54; 104)/der zweiten Wand vorgesehen ist 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtrand (22, 24) eine Planfläche aufweiset.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (4) und die Tellerfeder (6, 8) aus Stahl bestehen.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, deß der Stahl der Tellerfeder (6, 8) zwm.i.n.dest am Dichtrand (22, 24) gehärtet ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellefeder (6, 8) zumindest am Dichtrand (22, 24) einen ueberzug aus hartem Material, wie TitancarbidS aufweist0 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (104) und die Tellefeder (106, 108) aus Kunststoff bestehen.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (6, 8) mit dem Tragkörper (4) durch Preßschweißung verbunden ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (4) an seiner Stirnseite eine kreisförmige Kante (18, 20) mit einem etwas größeren Durchmesser als dem Innendurchmesser der Tellerfeder (6, 8) aufweist 11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (102) einstückig gespritzt ist.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (54, 104) ein Mittelloch (62; 114) aufweist.

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (52; 194) mit einer den Wanddurchbruch durchsetzenden rotierenden Welle (66; 174) drehfest verbunden ist.

   140 Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnets daß der Tragkörper (54) eine Außenverzahnung (60), die mit einem weiteren Zahnelement (86) zusammenwirkt, aufweist und das Mittelloch (62) von der Welle (66) durchsetzt ist 15 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddurchbrüche Schlitze (132, 134) sind, in denen eine mit dem Dichtelement (102) verbundene Achse (116) quer zu ihrer Längserstreckung verschiebbar ist, und daß der Durchmesser des Dichtrandes (22, 24) der Tellerfeder (106, 108) größer ist als die Länge der Schlitze 16 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das Lchtelement (522 102» 194) das Betätigungsglied (66; 116; 174) eines Flachschiebers (82; 1489 166) nach außen hin abdichtet.