DE2413426C2 - Biegsame Dichtung aus Metall - Google Patents

Description

Das Patent 22 41 273 betrifft eine biegsame Dichtung aus Metall, die eine Seele aus einer in sich geschlossenen Schraubenfeder aus Metalldraht mit aneinanderstoßenden Wendeln und hoher axialer und Kompressionsspannung, die im Ruhe^jstand eine Torusform hat, einen die Feder umgebenden ersten Mantel sms hartem und elastischem Metall und einen diesen umgebenden Außenmantel aus duktilem Metall aufweisi wobei jeder der Mantel die Form einer von einem nicht vollständigen Kreis erzeugten Torusfläche hat und der Außenmantel unabhängig vom ersten Mantel ist und eine Wandstärke von 0,4 bis 0,5 mm hat

Diese Dichtung zeigt Stauch- und elastische Verformungseigenschaften, die sich den entsprechenden Eigenschaften von elastomeren Werkstoffen nähern, und kann dadurch eine vollkommene Abdichtung zwischen zwei Auflage- oder Dichtflächen gewährleisten. Eine solche Dichtung kann einen geschlossenen kreisförmigen Umriß aufweisen oder einen solchen, der aus durch Kurvenabschnitte verbundenen geraden Abschnitten besteht.

Sie hat vor allem den Vorteil, daß sie mit sehr großen Durchmessern (lichter Weite) hergestellt werden kann und eine Abdichtung zwischen den mit üblichem gutem Oberflächenzustand bearbeiteten Auflageflächen von Flanschen oder dergleichen ermöglicht. Wenn jedoch die Abmessungen dieser Auflageflächen groß sind, ist deren Oberflächenbearbeitung selbst bei den in Betracht kommenden erheblichen Toleranzen verhältnismäßig aufwendig. Außerdem müssen diese zunächst an der Oberfläche geglätteten Auflageflächen in bestimmten Fällen zur Aufnahme einer äußeren Schutzschicht vorbereitet werden, welche Fehler der Unterlage stärker hervortreten läßt, Unter diesen Bedingungen ergeben sich trotz der ausgezeichneten Eigenschaften der betrachteten Dichtung des Patents 22 41 273 gewisse Grenzen für die erhaltene Abdichtgüte, soweit man nicht die Andruckkräfte und damit die folgende Stauchung der Dichtung erheblich erhöht oder in den Auflageflächen besonders geformte Nuten, beispielsweise stufen- oderschncidenförmigc Nuten /ur Aufnahme der Dichtung herausarbeitet, was stets schwierige und kostspielige Bearbeitungsschritte erfordert

Die Erfindung bezweckt nun eine Verbesserung der im Patent 22 41 273 beschriebenen biegsamen Dichtung, so daß sie im Gebrauch bessere Eigenschaften zeigt und mit Auflageflächen verwendet werden kann, die nur grob abgedreht, gefräst, mit Sandstrahl bearbeitet oder gegebenenfalls rohe Auflageflächen sind, wie sie beim Guß, Schmieden, Walzen, Sägen usw. entstehen.

Das DE-GM 19 74 988 beschreibt die Aufbringung einer zusätzlichen Kunststoffschicht auf die metallische Dichtfläche einer rein metallischen oder kombinierten Weichstoff-Metall-Zylinderkopf-Rachdichtung, um Unebenheiten der abzudichtenden Flächen auszugleichen oder Poren einer aufgespritzten Metallschicht besonders einer dünnen Zinnschicht einer rein metallischen Zylinderkopf-Dichtung zu verschließen und so die Abdichtgüte zu verbessern.

Eine solche Dichtung ist jedoch nicht geeignet wenn für Dichtungsflächen erheblicher Abmessungen mit größeren Unebenheiten höchste Abdichtungsgüte über lange Zeit bei hohen Temperatur- und Korrosionsbedingungen erreicht werden soll. Unter solchen schwierigen Betriebsbedingungen muß nämlich damit gerechnet werden, daß die Dichtung als Ganzes versagt indem die zwischenliegende Kunststoffschicht verdampft oder zersetzt wird, so daß Poren und Lecks entstehen. Gleiches gilt auch, wenn die Kunststoffschicht zum Verschließen der Poren einer dünneren äußeren Zinnschicht dient (DE-GM 19 74 988).

In der Beschreibung des Patents 22 41 273 ist richtig ausgeführt, daß der aus duktilem Metal! bestehende Außenmantel dieser Dichtung hinsichtlich Material und Wandstärke so ausgebildet sein muß, daß ein Kriechen auch über längere Zeiträume ausgeschlossen wird, welches den Ausfall der Dichtwirkung zur Folge haben könnte. Wenn man diese Bedingungen erfüllt, so hat das allerdings auch zur Folge, daß größere Unebenheiten der Dichtflächen nicht durch Kriechen des duktilen Außenmantels ausgefüllt werden können.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß eine äußerst dünne Schicht eines Materials mit kleinem Reibungskoeffizienten, die auf die Außenfläche des Außenmantels aufgebracht ist ein Kriechen des duktilen Metalls dieses Außenmantels in solchem Ausmaß ermöglicht, daß es auch größere Unebenheiten der Dichtflächen ausfüllt. Die Unebenheiten werden also nicht durch dieses Material mit kleinem Reibungskoeffizienten sondern durch das duktile Metall praktisch vollständig ausgefüllt, so daß die geforderte extrem gute Abdichtung auch bei hoher Temperatur- und Korrosionsbeanspruchung über lange Zeiträume erhalten bleibt. Das Kriechverhalten des duktilen Metalls wird nämlich im übrigen nicht verändert.

Die gestellte Aufgabe wird also erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer biegsamen Dichtung der eingangs angegebenen Art gemäß Patent 22 41 273 die Außenfläche des Außenmantels eine Schicht mit einer Dikke in der Größenordnung von 1 μΐη aus einem Material mit kleinem Reibungskoeffizienten aufweist.

Vorzugsweise besteht die Schicht aus einem Überzug aus Polytetrafluorethylen. Stattdessen kann man sie aus Fluorethylenpropylen, mit einem Anteil an durch Telomerisation gebildeten Kunstharzen, an Wachsen oder fluorierten ölen oder aus jedem anderen Material mit vergleichbarer Schmiereigenschaft oder Benctzungsfähigkeit herstellen.

)c nach dem Fall und dem gewählten Material kann

diese Schicht am darunterliegenden Außenmantel haften oder im Gegenteil unabhängig von diesem sein, wobei das Aufbringen der Schicht durch Abscheidung, Aufsprühen, Überziehen oder durch jedes andere geeignete Verfahren erfolgen kann.

Die erfindungsgemäße Dichtung ermöglicht insbesondere eine Abdichtungsgüte von mindestens IO~⁵ Iusec Helium, selbst wenn die Auflagefläche der Flansche örtlich erhebliche Dimensionsabweichungen in der Größenordnung von 0,1 mm oder darüber aufweist, bei annehmbarem Anpreßdruck, der durchaus vergleichbar ist mit demjenigen, der zur Begrenzung des Leckverlusts auf den gleichen Wert wie bei einer Metalldichtung erforderlich ist, die gegen sorgfältig abgedrehte Oberflächen mit einer Rauhigkeit unter 1,6 μΐη anliegt

Die erfindungsgemäße Dichtung und ihr Gebrauch werden weiter erläutert durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung. Hierin zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt mit Ansicht der Dichtung; die

F i g. 2 und 3 Ausschnitte eines Längsschnitts in wesentlich größerem Maßstab einer Dichtung gifliäß dem Patent 22 41273 (Fig.2) und gemäß der Erfindung (Fig. 3), wobei das Verhalten des Außenmantels gegenüber einer Dichtungsfläche beim Andrücken der Dichtung gezeigt ist

Die bereits im Patent 22 41 273 beschriebenen Einzelheiten der in F i g. 1 gezeigten Dichtung sind hier nicht nochmals dargestellt. Diese Dichtung besteht, wie bereits angegeben, aus einer Seele aus einer in sich geschlossenen Schraubenfeder 1 aus Metalldraht mit aneinanderstoßenden Wendeln und hoher axialer Steifheit. Diese Feder ist im Inneren eines ersten oder Innenmantels 2 aus einem harten und wenig duktilen Material, wie Flußstahl oder rostfreiem Stahl, angeordnet. Dieser Innenmantel weist die Form einer Torusfläche auf, die von einem nicht vollständigen Kreis erzeugt ist und eine seitliche öffnung 2a bildet.

Der Innenmantel 2 ist selbst von einem zweiten oder Außenmantel 3 umgeben, der wie der Innenmantel die Form einer Torusfläche hat, die von einem nicht vollständigen Kreis mit einer Lücke 3a erzeug? ist. Dieser Außenmantel besteht aus einem duktilen Metall, z. B. Aluminium, Blei, Kupfer, Nickel Titan usw.

Erfindungsgemäß ist nun der Außenmantel 3 an seiner Außenfläche mit einer Schicht 4 von sehr geringer Dicke in der Größenordnung von 1 μπι beschichtet, die aus einem plastischen Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten wie Polytetrafluorethylen oder jedem anderen entsprechenden Material mit vergleichbaren Gleit- und Schmiereigenschaften besteht. Die Schicht 4 Kann am darunterliegenden Außenmantel 3 haften oder auch im Gegenteil nur wenig haften. Sie kann auf jede geeignete physikalische oder chemische Weise, besonders durch Abscheiden, Aufspritzen oder Auftragen, aufgebracht werden.

F i g. 2 zeigt eine biegsame Metalldichtung entsprechend dem Patent 22 41 273 gegen eine Auflagefläche 5 gedrückt, deren Oberflächenzustand einer Grobbearbeitung entspricht. Wie die Figur zeigt, folgt der duktile Außenmantel 3 im wesentlichen der Form der Oberflächenunregelmäßigkeiten der Auflagefläche 5, ohne jedoch tief in diese Rauhigkeiten einzudringen, was die erhaltene Abdichtgüte begrenzt. Tatsächlich wird das Kriechen des dukti'en Metalls dieses Außenmantels 3 sehr rasch durch die Druckerhöhung begrenzt, die erforderlich ist, um das ivietall in die größeren Narben oder Kratzer der Oberfläche eindringen zi> lassen, da das Kriechen durch die Reibung der beiden aneinanderstoßenden Metalle begrenzt wird.

Dagegen zeigt F i g. 3 die der Erfindung entsprechende Dichtung mit der äußersten Schicht 4 aus einem Material mit geringem Reibungskoeffizienten, die eine bessere Füllung der Streifen oder Kratzer der Auflagefläche 5 durch das duktile Metall des Außenmantels 3 ermöglicht Der Außenmantel 3 kriecht dadurch leichter

ίο und ermöglicht, für eine gleiche Größe der Andruckkraft der Dichtung eine wesentlich bessere Abdichtgüte zu erreichen.

Die Anbringung einer äußersten Schicht geringer Dicke aus einem Kunststoffmaterial mit geringem Reibungskoeffizienten auf dem duktilen Außenmantel der Dichtung erbringt also zahlreiche Vorteile. An erster Stelle verbessert sie die Abdichtgüte der Dichtung, die zwischen zwei Dichtflächen eingesetzt ist die mit weiten Toleranzen bearbeitet sind, und verringert so wesentlich die Einspannkräfte, welche zum Erreichen der gewünschten Abdichtgüte (des grr/ünschten Dichtheitsgrades} notwendig sind. Die so ausgebildete Dichtung kann daher eine geringere Steifheit aufweisen und erfordert eine wesentlich geringere Einspannkraft, wobei der Zusammenbau der Dichtflächen und die Herstellung der Dichtheit insgesamt wirtschaftlicher erreicht werden. Ferner ermöglicht die Verwendung einer Dichtung aus Metall, die mit einer solchen Kunststoffschicht überzogen ist, den Gebrauch von Dichtflächen mit relativ großer Oberflächenrauhigkeit wobei die Tiefe der auszufüllenden Rillen oder Kratzer bis 0,1 mm Tiefe erreichen kann, was jeden vorangehenden Arbeitsgang der Herstellung einer neuen Oberfläche vermeidet Schließlich schützt die äußerste Kunststoffschicht die Dichtung zusätzlich gegen Korrosion.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Biegsame Dichtung aus Metall, die eine Seele aus einer in sich geschlossenen Schraubenfeder aus Metalldraht mit aneinanderstoßenden Wendeln und hoher axialer Kompressionsspannung, die im Ruhezustand eine Torusform hat, einen die Feder umgebenden ersten Mantel aus hartem und elastischem Metall und einen diesen umgebenden Außenmantel aus duktilem Metall aufweist, wobei jeder der Mantel die Form einer von einem nicht vollständigem Kreis erzeugten Torusfläche hat und der Außenmantel unabhängig vom ersten Mantel ist und eine Wandstärke von 0,4 bis 0,5 mm hat, gemäß Patent 2241273, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Außenmantels (3) eine Schicht (4) mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 μπι aus einem Material mit kleinem Reibungskoeffizienten aufweist

Z Biegsame Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4) aus einem Überzug aus Polytetrafluorethylen besteht