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Gas- und flüssigkeitsdichte Befestigung von ring- oder rohrförmigen
Körpern, insbesondere eines Armaturendichtungsringes, durch Einwalzen Die Erfindung
bezieht sich auf eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung von zwei Hohlkörpern
ineinander durch Einwalzen. Solche Befestigungen kommen besonders bei der Anordnung
von Dichtungsringen in Armaturen sowie beim Verbinden von Rohren mit anderen Rohren
oder Flanschen vor.
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Um diese Verbindungen auch gegen hohe Drücke und Temperaturen, z.
B. von Dampf, genügend dicht zu machen, hat man bei einer bekannten Ausführung am
eigentlichen Dichtungsring mehrere gestaffelte Befestigungsstellen und außerdem
einen eingestemmten Ring aus Weicheisen vorgesehen. In anderen Fällen wird ein Rohr
in umlaufende Nuten mit rechteckigem Querschnitt und ebensolchen Zwischenstegen
des betreffenden Außenkörpers eingewalzt. In gleicher oder ähnlicher Weise, z. B.
durch umlaufende Rillen mit nach innen gerichtetem, bogenförmigem Querschnitt, hat
man auch sonst eine abzudichtende Trennfuge künstlich verlängert. Im vorliegenden
Zusammenhang muß von allen solchen Befestigungen abgesehen werden, bei denen Schweißnähte
oder sonstige zusätzliche Verbindungen vorhanden sind oder der Außenkörper aus mehreren
Teilen mit verschiedenen Werkstoffeigenschaften besteht.
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Die Erfindung geht von dem auch schon bei den vorerwähnten Ausführungen
in gewisser Analogie zu der Anordnung einer Labyrinthdichtung befolgten Prinzip
einer mehrfachen Umlenkung der Trennfuge zwischen den beiden gegeneinander abzudichtenden
Körpern aus. Dabei war zu berücksichtigen, daß beim Einwalzen von Dichtringen in
Armaturen oder in ähnliche Befestigungen ein absolutes Dichthalten gegen Gase oder
Flüssigkeiten nur zu erreichen ist, wenn die Berührungsflächen beider Teile mit
einer Anpreßkraft zusammengedrückt werden, die eine plastische Verformung mindestens
des einen Teiles ergibt. Die Verformung muß dabei so groß sein, daß alle durch etwaige
Unebenheiten der beiderseitigen Berührungsflächen oder sonstwie vorhandene Zwischenräume
vollkommen ausgefüllt werden.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Befestigungen durch Einwalzen läßt
sich diese Forderung nur erfüllen, wenn man für den Dichtring ein Material wählt,
das verhältnismäßig leicht verformbar ist und sich deshalb schon bei mäßigem Anpreßdruck
unter Bildung stärkerer plastischer Verformungen der gegenüberliegenden Dichtungsflächen
genau anpaßt. Beim Einwalzen entsteht nun aber erfahrungsgemäß die größere Formänderung
an der Innenseite des Dichtringes, also an der den Walzwerkzeugen zugekehrten Seite.
An der Außenseite des Dichtringes, also an den Berührungsflächen der beiden miteinander
zu verbindenden Körper, an welchen die Dichtwirkung erzielt werden soll, tritt dagegen
nur eine vergleichsweise geringere Formänderung auf. -' - _ Aus diesem Grunde wird;
um. insbesondere bei Dichtringen mit hoher Formänderungsfestigkeit keine zu großen
Anpreßkräfte zu benötigen, üblicherweise angestrebt, die Unebenheiten der Berührungsflächen
durch sorgfältige Bearbeitung möglichst klein zu halten. Sollen dagegen Dichtringe
reit rauher Oberfläche, wie z. B. bei rohgegossenen .Metallringen, eingewalzt werden,
dann stößt man auf scheinbar unüberwindliche Schwierigkeiten. In solchen Fällen
ist eine Dichtwirkung, vor allem gegen Gase, bisher nur zu erzielen gewesen, wenn
eine zusätzliche Dichtungsmasse (Mennige, zähflüssiges öl od. dgl.) zwischen die
Berührungsfläche von Dichtring und Armaturenkörper gebracht wird und dort wie eine
eingelegte Weichdichtung wirkt. Ein Nachteil derartiger zusätzlicher Dichtungsmittel
ist jedoch ihre unsichere Alterungs- und Temperaturbeständigkeit.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorerwähnten Nachteile
zu vermeiden und eine auch gegen hohe Drücke zuverlässig gas- und flüssigkeitsdichte
Befestigung insbesondere von Dichtringen in Armaturen zu schaffen, und zwar ohne
vorhergehende Bearbeitung der gegeneinander abzudichtenden Flächen und auch ohne
Zuhilfenahme eines besonderen Dichtmittels, sondern allein durch Einwalzen des ring-oder
rohrförmigen Innenkörpers aus einem Werkstoff mit sowohl für den Einwalzvorgang
als auch für die Betriebsverhältnisse geeigneten Eigenschaften in den
mit
einer entsprechenden Bohrung versehenen Außenkörper. Dabei hat der hohlzylindrische
Innenkörper vor dem Einwalzen eine glatte Außenfläche, während sich an der Bohrungswand
des Außenkörpers ring-oder schraubenförmige Nuten befinden.
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Die genannte Aufgabe kann allerdings bei den in diesem Zusammenhang
zu stellenden hohen Anforderungen hinsichtlich des zu verformenden Materials und
der zu berücksichtigenden Betriebsverhältnisse nicht schon dadurch gelöst werden,
daß man die Nuten an der Bohrungswand des Außenkörpers irgendwie kantenartig begrenzt.
Wenn nämlich diese Begrenzungskanten, wie es bei mehreren bekannten Arten von Einwalzbefestigungen
der Fall ist, auf dem gleichen Durchmesser mit der übrigen, putenfreien Oberfläche
des betreffenden Körpers liegen, wird der Einwalzvorgang infolge der Druckverteilung
auf eine verhältnismäßig große Fläche beeinträchtigt. Für eine ausreichende Formänderung
des Innenkörpers wäre dann gegebenenfalls ein Einwalzdruck von praktisch kaum oder
sogar nicht mehr möglicher Höhe erforderlich. Entsprechendes gilt auch bei Anordnung
solcher Nuten an der Außenfläche des Innenkörpers.
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Demgegenüber läßt sich eine ausreichende Formänderung des Innenkörpers
mit einem vergleichsweise erheblich geringeren Einwalzdruck erreichen, wenn die
Vorsprünge von vorzugsweise spitzwinkelig-dreiecksförmigem Querschnitt und mit geringfügig
abgerundeten Scheiteln an der Bohrungswand des Außenkörpers erfindungsgemäß so angeordnet
sind, daß der Durchmesser der Bohrung des Außenkörpers zwischen den Scheiteln der
Vorsprünge kleiner als zwischen allen übrigen Wandungsteilen dieser Bohrung im Bereich
der Verbindung ist. In diesem Falle findet zwischen den inneren Vorsprüngen des
Außenkörpers und der zunächst durchweg axial verlaufenden Außenseite des Innenkörpers
zu Beginn des Einwalzvorganges im wesentlichen nur eine Linienberührung mit vergleichsweise
hohen spezifischen Drücken statt.
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Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch sie erzielten
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
der neuen Verbindung.
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Fig.1 zeigt im Axialschnitt die eine Innenwandseite der Öffnung einer
Armatur; Fig. 2 läßt entsprechend die ganze Öffnung des betreffenden Körpers mit
einem in denselben einzuwalzenden Dichtring und andeutungsweise die zugehörigen
Werkzeuge erkennen; Fig. 3 zeigt den Dichtring im eingewalzten Zustande mit der
benachbarten Randzone der Armatur.
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Ein Armaturenkörper 1 ist an der Innenwandung seiner zur Aufnahme
eines Dichtringes 2 bestimmten Öffnung mit mehreren ringsumlaufenden Nuten 3 versehen,
die durch ringförmige Vorsprünge 4 von Dreiecks-Querschnitt gebildet werden. Die
beiden Flanken jedes Vorsprunges schließen einen spitzen Winkel a ein, dessen radial
nach innen gerichteter Scheitel s mit einem ganz kleinen Radius abgerundet ist.
In diese Armatur soll der aus einem Metall mit für hohe Drücke und Temperaturen
geeigneten Eigenschaften, also z. B. aus einer Spezialbronze von verhältnismäßig
hoher Festigkeit, aber gleichzeitig mit einem gewissen Formänderungsvermögen bestehende
Dichtungsring 2 eingewalzt werden. Derselbe ist als Gußstück hergestellt und hat
zunächst, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, abgesehen von zwei kegelförmigen Eindrehungen
an seinen beiden Enden, sowohl innen als auch außen axial verlaufende Oberflächen,
wobei mindestens die letztere unbearbeitet, also entsprechend rauh ist.
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Die in Fig.2 schwächer ausgezogenen Linien bezeichnen ein in seiner
grundsätzlichen Bauart an sich bekanntes Gerät zum Einwalzen des Dichtringes 2,
welches im wesentlichen aus dem Käfig 8 und den in diesen eingesetzten Werkzeugen
besteht, nämlich mehreren, in radialen Aussparungen des Käfigs sich paarweise gegenüberliegenden
Walzensteinen 6 und einem Walzdorn 7, der alle Walzensteine längs einer Mantellinie
berührt und einen doppelt so großen Kegelwinkel wie diese hat. Die Walzensteine
können auch in ungerader Zahl vorgesehen und entsprechend in Umfangsrichtung des
Käfigs verteilt sein.
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Wenn der konische Walzdorn 7 unter Drehen in axialer, durch Pfeil
1 angedeuteter Richtung vorgeschoben wird, üben die Walzensteine 6 eine durch die
radialen Pfeile P angedeutete Kraft auf den Dichtring 2 aus. Sobald dieser dem Walzdruck
nachgeben will, wird auf seine Außenseite durch die zunächst nur in Linienberührung
mit derselben stehenden Scheitel 5 der ringförmigen Vorsprünge 4 des Armaturenkörpers
1 ein so großer spezifischer Gegendruck ausgeübt, daß er sich an den betreffenden
Stellen plastisch zu verformen beginnt. Dabei fließt das von den sich in den Dichtungsring
entsprechend der Aufweitung desselben mit Keilwirkung zunehmend eingrabenden Vorsprüngen
4 verdrängte Material von jeder ringförmigen Druckzone aus nach beiden Seiten axial
auseinander, staut sich im Bereich der Nuten 3 und wird dort unter der fortgesetzten
Einwirkung des radialen Walzdruckes P immer mehr in die noch freien Hohlräume hineingedrängt.
Fig. 3 läßt das Endstadium dieses Einwalzvorganges erkennen, welches in einem auf
der ganzen Länge der Trennfuge vollkommen dichten Anliegen des Ringes 2 an der Armatur
1 besteht.
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Der besondere Vorteil einer nach der Erfindung ausgeführten Befestigung
liegt also in der herstellungsmäßigen Vereinfachung bei trotzdem genügender dichtungsmäßiger
Sicherheit einer solchen nur durch Einwalzen hergestellten Verbindung, deren zugehörige
Bauteile gegebenenfalls hohen betrieblichen Beanspruchungen ausgesetzt sind und
dafür aus hochwertigem Material bestehen müssen. Dabei kommt man wegen der für den
beabsichtigten Zweck günstigen Keilwirkung der dreiecksförmigen Vorsprünge 4 mit
verhältnismäßig geringen radialen Walzkräften P aus und erzielt trotzdem recht erhebliche
Anpreßkräfte, die ein vollkommenes Ausfüllen aller noch so kleinen Zwischenräume
gewährleisten.