DE4242290A1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Dichtungseinrichtungen für drucktragen­ de Elemente, und Druckverbindungseinrichtungen, die derartige Dichtungs­ einrichtungen verwenden. Die Erfindung betrifft auch eine Anwendung der Druckverbindungseinrichtungen für die Filtration eines Fluids unter Mittel- bis Hochdruck in einem Filtersystem.

Die Verwendung von O-Ringen aus Elastomermaterial als Fluiddichtungs­ einrichtungen zwischen zwei gekoppelten Komponenten ist im Stand der Technik wohlbekannt. Der O-Ring ist normalerweise in einer Aussparung oder einem Kanal auf dem zentralen Element der zwei zu verbindenden Elemente untergebracht. Aufgrund von zulässigen Toleranzgrenzen liegt zwischen den zu koppelnden Gliedern eine kleine Zwischenraumlücke vor. Unter Druck wird der O-Ring deformiert und verläßt zum Teil den O-Ring-Kanal und tritt in die Zwischenraum- oder Extrusionslücke ein. Dieser als Extrusion bezeichnete Effekt kann zu einem Ausfall des O- Rings führen, z. B. in Form eines Abschälens oder Abbröckelns der O- Ring-Oberfläche.

Ein Verfahren zur Vermeidung eines Ausfalls ist das Vorsehen eines zusätzlichen Stütz- bzw. Back-up-Rings von höherer Härte, der den O- Ring von einem Eintreten in die Extrusionslücke abhält.

Es besteht ein ständiger Bedarf an der Entwicklung neuer Dichtungs­ anordnungen, insbesondere für Mittel- bis Hochdruck-Fluidsysteme, die wesentlich das Problem eines Ausfalls eines O-Rings reduzieren. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Dichtungs­ einrichtungen, durch die eine Zwischenraumlücke auf der stromabseitigen Seite des O-Rings wesentlich eliminiert wird. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung von Druckverbindungseinrichtungen, die die Dichtungs­ einrichtungen verwenden, durch die eine minimale Zahl von Verbindungs­ elementen notwendig ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Hochdruck-Fluidfiltrationssystems, das die Druck­ verbindungseinrichtungen verwendet.

Gemäß dieser Erfindung werden Dichtungseinrichtungen für drucktragende Kopplungsglieder bereitgestellt, wie in den Ansprüchen definiert. Eine erste kegelförmige Oberfläche ist auf einem Kopplungsglied um eine zentrale Achse davon angeordnet. Das zweite Kopplungsglied hat darauf eine zweite kegelförmige Oberfläche angeordnet, die in teilweisen Kon­ takt mit der ersten Oberfläche gebracht ist. Die Kegelwinkel der Ober­ flächen, gemessen von der zentralen Achse, sind derart, daß der Winkel der zweiten Oberfläche etwas größer ist, bevorzugt 1 bis 10° größer, stärker bevorzugt etwa 5° größer ist, als der Winkel der ersten Ober­ fläche.

Durch Bereitstellen geringfügig unterschiedlicher Winkel der Oberflächen wird die Kontaktfläche der zwei Kopplungsglieder in einem ringförmigen Bereich um die zentrale Achse ausgebildet. Mit dieser Anordnung ent­ steht keine Lücke zwischen den zwei Kopplungsgliedern, die in direktem Materialkontakt sind.

Die Dichtungseinrichtungen weisen vorzugsweise auch einen O-Ring auf, der die zwei Kopplungsglieder kontaktiert, wobei die Kontaktfläche stromaufseitig von der Hochdruckseite des ringförmigen Kontaktbereichs der zwei kegelförmigen Oberflächen versetzt ist.

Druckverbindungseinrichtungen werden gemäß dieser Erfindung wie in den Ansprüchen definiert auch bereitgestellt. Die Verbindungseinrichtun­ gen weisen ein erstes und zweites Kopplungsglied auf, von denen jede Innenkammern zur Bereitstellung eines Fluiddurchgangs besitzt. Das erste Kopplungsglied besitzt ein äußeres Gewindeteil, das in Eingriff steht mit einem inneren Gewindeteil des zweiten Kopplungsgliedes im verbundenen Zustand.

Die Gewindeteile sind vorzugsweise auf den Kopplungsgliedern angeord­ net, und zwar axial von der ersten und zweiten kegelförmigen Ober­ fläche versetzt derart, daß ein Kontakt zwischen den kegelförmigen Ober­ flächen zur Ausbildung eines dichten Materialkontakts erzwungen wird. Die Verbindungseinrichtungen haben den Vorteil, nur zwei durch eine Schraubverbindung verbundene Stücke aufzuweisen. Bevorzugt sind die Gewindeteile auf der trockenen Seite der Dichtung angeordnet, was die Chance einer möglichen Kontaminierung reduziert, wenn die Verbindung zusammengebaut oder auseinandergebaut wird.

Ein anderer Vorteil der beanspruchten Dichtungseinrichtungen und Ver­ bindungseinrichtungen ist, daß mit der kegelförmigen Oberflächen-Kon­ taktdichtung die zulässigen Toleranzgrenzen der zwei Kopplungsglieder weniger exakt sein können. Die Kosten der Herstellung der Kopplungs­ glieder können daher niedrig gehalten werden.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich in der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform in Ver­ bindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Dichtungseinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Druckverbindungseinrichtungen der vorliegenden Erfindung, wobei ein Kopplungsglied ein Filtertopf ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Dichtungs­ einrichtungen 1 gezeigt, die zur Bereitstellung einer Dichtung zwischen den drucktragenden Kopplungsgliedern 10 und 11 angeordnet ist. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Abschnitt des ersten Kopp­ lungsgliedes 10 mit einer zentralen Achse 20 koaxial innerhalb eines Ab­ schnitts des zweiten Kopplungsgliedes 11 angeordnet ist. Das erste Kopp­ lungsglied 10 besitzt eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Ober­ fläche 6, die sich um die zentrale Achse 20 erstreckt.

Eine zweite kegelförmige oder kegelstumpfförmige Oberfläche 9 ist auf dem zweiten Kopplungsglied 11 angeordnet und in teilweisen Kontakt mit der ersten Oberfläche 6. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Kegelwinkel der zweiten kegelförmigen Oberfläche 9 bezüglich der Achse 20 größer als der entsprechende Winkel der ersten kegelförmigen Oberfläche 6.

Die Oberflächen 6, 9 kontaktieren einander in einem Bereich 13, der sich ringförmig um die zentrale Achse 20 erstreckt. Die radiale Aus­ dehnung des Kontaktbereichs 13 ist geringer als die radiale Ausdehnung von jeder der zwei kegelförmigen Oberflächen. Der radiale Kontakt­ abstand auf den Oberflächen hängt auch vom Unterschied der Kegelwin­ kel der zwei Oberflächen ab. Mit anderen Worten, je kleiner der Unter­ schied, desto größer das radiale Ausmaß des ringförmigen Kontaktbe­ reichs.

Der Kegelwinkel der ersten kegelförmigen Oberfläche bezüglich der Achse 20 liegt vorzugsweise im Bereich von 3 und 45° und stärker bevorzugt im Bereich von 15 bis 20°. Der Winkel der zweiten kegelför­ migen Oberfläche ist nominell um 1 bis 10° größer als der Kegelwinkel der ersten Oberfläche, bevorzugt um etwa 5° größer.

Wie leicht aus Fig. 1 ersichtlich, bilden die zwei Kopplungsglieder, wenn sie miteinander in Eingriff stehen, einen Materialkontakt aus. Auf Grund der Anordnung von kegeligen Kontaktoberflächen können die zulässigen Toleranzgrenzen der zwei Kopplungsglieder, z. B. deren Durch­ messer, gelockert werden oder müssen zumindest nicht so streng sein. Eine Zwischenraumlücke oder Toleranzlücke wird in dem Kontaktbereich eliminiert.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein O-Ring in Kontakt mit dem ersten und zweiten Kopplungsglied mit einer Kontaktfläche bereitgestellt, die stromaufseitig von der Hochdruckseite des ringförmigen Kontaktbe­ reichs versetzt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Hochdruckseite mit (a) und die Niederdruckseite mit (b) angezeigt. Die Kontaktfläche des O- Rings 2 mit dem zweiten Kopplungsglied 11 ist vorzugsweise unmittelbar benachbart zu dem ringförmigen Kontaktbereich 13 der zwei kegelförmi­ gen Oberflächen. Auf diese Weise ist im wesentlichen keine Extrusions­ lücke oder Zwischenraumlücke stromabseitig des O-Rings 2. Der O-Ring 2 ist bevorzugt in einem ringförmigen Kanal 3 in einer äußeren Ober­ fläche des ersten Kopplungsgliedes 10 angeordnet. Der Kanal 3 ist bevorzugt benachbart in einer axialen Richtung zu der innenliegenden Kante der ersten kegelförmigen Oberfläche 6 versetzt.

Eine Ausführungsform der Druckverbindungseinrichtungen gemäß der vor­ liegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Das erste Kopplungsglied 4 dieser Ausführungsform weist eine Innenkammer 14 auf, und das zweite Kopplungsglied 7 weist eine Innenkammer 17 auf. Die zwei Kammern stehen miteinander in Verbindung zur Ausbildung eines Fluiddurchgangs.

Das erste Glied 4 weist auch ein äußeres Gewindeteil 5 auf, das mit einem inneren Gewindeteil 8 des zweiten Kopplungsgliedes 7 in Eingriff steht.

Die Gewindeteile 5, 8 sind auf den Kopplungsgliedern angeordnet, und zwar axial versetzt von der ersten und zweiten kegelförmigen Oberfläche der Dichtungseinrichtungen 1, und zwar derart, daß ein Kontakt zwischen den zwei Oberflächen beim Zusammenschrauben erzwungen wird. Die zwei Teile stoßen materiell aneinander und bleiben in Kontakt während des Betriebs, wenn das richtige Drehmoment angewandt worden ist und aufrechterhalten wird.

Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Gewindeteile 5, 8 der Kopp­ lungsglieder 4, 7 stromabseitig oder auf der Niederdruckseite der Dich­ tungseinrichtungen 1 angeordnet. Dies entspricht der Niederdruckseite (b) von Fig. 1. Die Gewinde sind daher nicht dem mit Druck beaufschlag­ ten Medium ausgesetzt, das durch die Innenkammern 14 und 17 hin­ durchtritt.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform veranschaulicht die Verwendung der Druckverbindungseinrichtungen in einem Hochdruck-Fluidfiltrations­ system. Das erste Kopplungsglied 4 weist einen Filtertopf auf, in dem ein Filterelement (nicht gezeigt) in der Kammer 14 vorgesehen sein kann. In dieser Ausführungsform ist das zweite Kopplungsglied 7 ein Filterkopf, der das zu filtrierende Fluid über die Kammer 17 zuführt.

Die Druckverbindungseinrichtungen sind insbesondere nützlich in diesem Fluidfiltrationssystem. Die Einrichtungen weisen nur zwei zu verschrau­ bende Teile auf. Die Toleranzen der Komponenten, wie oben erwähnt, müssen nicht exakt sein. Zusätzlich kann der O-Ring-Kanal 3 auch unter Verwendung normaler Toleranzen bearbeitet werden. Das Filtertopf- und Filterkopfmaterial werden normalerweise Kohlenstoffstahl, duktile Eisen­ gußstücke oder rostfreier Stahl sein.

Integritätstests in Form von Ermüdungsversuchen wurden für die Aus­ führungsform der in Fig. 2 gezeigten Druckverbindungseinrichtungen durchgeführt. Die Anforderungen für einen theoretischen Ermüdungsdruck von 250 bar und für 400 bar wurden unter dem Industriestandard T2.6.1- 1974 der Nationalen Fluiddruck Vereinigung (National Fluid Power Association) des Vereinigten Königreichs gezeigt.

Claims (10)

1. Dichtungseinrichtungen für drucktragende Kopplungsglieder, mit ersten und zweiten kegelförmigen Oberflächen, die auf dem ersten und zweiten Kopplungsglied um eine zentrale Achse davon angeord­ net sind, wobei die kegelförmigen Oberflächen einander in einem ringförmigen Kontaktbereich kontaktieren, wobei der Kegelwinkel der zweiten kegelförmigen Oberfläche größer ist als der Kegelwinkel der ersten kegelförmigen Oberfläche, gemessen von der Achse der jewei­ ligen Kegeloberfläche, und mit einem O-Ring, der das erste und zweite Kopplungsglied in einer Fläche kontaktiert, die unmittelbar benachbart in axialer Richtung zu dem ringförmigen Kontaktbereich der kegelförmigen Oberflächen ist.

2. Dichtungseinrichtungen nach Anspruch 1, wobei die radiale Ausdeh­ nung des ringförmigen Kontaktbereichs zwischen der ersten und zweiten kegelförmigen Oberfläche geringer ist als die radiale Aus­ dehnung von jeder der kegelförmigen Oberflächen.

3. Dichtungseinrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kegel­ winkel der zweiten kegelförmigen Oberfläche 1 bis 10° größer ist, bevorzugt etwa 5° größer, als der Kegelwinkel der ersten kegelförmi­ gen Oberfläche ist.

4. Dichtungseinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste kegelförmige Oberfläche einen Kegelwinkel von 15 bis 20° besitzt.

5. Dichtungseinrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die O-Ring-Kontaktfläche mit den Kopplungsgliedern strom­ aufseitig von der Hochdruckseite des ringförmigen Kontaktbereichs der kegelförmigen Oberflächen versetzt ist.

6. Dichtungseinrichtungen nach Anspruch 5, wobei der O-Ring in einem ringförmigen Kanal in einer äußeren Oberfläche des ersten Kopp­ lungsgliedes angeordnet ist, und der ringförmige Kanal benachbart in axialer Richtung zu der kegelförmigen Oberfläche des ersten Kopp­ lungsgliedes angeordnet ist.

7. Druckverbindungseinrichtungen, mit Dichtungseinrichtungen für druck­ tragende Glieder, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert, wobei jedes des ersten und zweiten Kopplungsgliedes eine Innenkam­ mer aufweist, die ausgebildet sind, um einen Fluiddurchgang durch die Verbindungseinrichtungen bereitzustellen, und wobei das erste Kopplungsglied ein äußeres Gewindeteil besitzt und das zweite Kopplungsglied ein inneres Gegengewindeteil für eine Verschraubung der Glieder besitzt.

8. Druckverbindungseinrichtungen nach Anspruch 7, wobei die äußeren und inneren Gewindeteile auf dem ersten und zweiten Kopplungs­ glied angeordnet sind, und zwar axial von der ersten und zweiten kegelförmigen Oberfläche versetzt, so daß ein Kontakt zwischen den Oberflächen erzwungen wird, wenn die Kopplungsglieder verschraubt sind.

9. Druckverbindungseinrichtungen nach Anspruch 7 oder 8, wobei die axiale Versetzung der Gewindeteile stromabseitig von der Nieder­ druckseite des ringförmigen Kontaktbereichs zwischen den kegelförmi­ gen Oberflächen ist.

10. Verwendung der Druckverbindungseinrichtungen nach Anspruch 7, 8 oder 9 in einem Hochdruck-Fluidfiltrationssystem, wobei das erste Kopplungsglied einen Filtertopf aufweist, in dessen Innenkammer ein Filterelement vorgesehen ist, und wobei das zweite Kopplungsglied einen Filterkopf aufweist.