AT390308B - Radialwellendichtring und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Nr. 390 308

Die Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring, umfassend ein Gehäuse und ein darin festgelegtes Dichtlelement aus polymerem Werkstoff und mit einer Dichtfläche zur Abdichtung des relativ bewegten Maschinenteiles, das in Richtung des abgedichteten Mediums kontinuierlich über die Dichtfläche verlängert ist und in diesem Bereich aus gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Drallrippen besteht, die aus einer die Rotationsachse in gleichbleibendem Abstand umschließenden Grundfläche hervortreten und auf der dem relativ bewegten Maschinenteil zugewandten Seite durch eine Innenfläche und auf der von dieser abgewandten Seite durch eine Außenfläche begrenzt weiden, wobei mit zunehmender Entfernung von der Dichtfläche die Innenfläche einen zunehmend vergrößernden Abstand von dem relativ bewegten Maschinenteil und die Außenfläche eine zumindest im vorspringenden Bereich stetig vermindernden Abstand von der Innenfläche aufweist.

Eine solche Dichtung ist aus der DE-OS 19 46 570 bekannt. Die Drallrippen werden dabei in axialer Richtung durch eine sich radial erstreckende Endfläche begrenzt und sind auf einer Grundfläche angeordnet, die eine, bezogen auf die Außenfläche, entgegengesetzte Neigungsrichtung aufweist. Bei einer Drehung des relativ bewegten Maschinenteiles ergeben sich dadurch erhebliche Turbulenzen im Bereich der Vorsprünge, was bei hohen Drehzahlen zu Mangelschmierungserscheinungen im Bereich der dynamischen Abdichtungszone und zu einem starken Verschleiß führen kann. Des weiteren sind die Drallrippen unter entsprechenden Bedingungen einer starken mechanischen Belastung ausgesetzt, was zu Deformierungen und einem vorzeitigen Ausfall der Dichtung beitragen kann.

Eine andere Ausführung eines Dichtringes für drehende Wellen wird in der DE-PS 3150 472 beschrieben. Die eine stetige Verlängerung des Profils des Dichtringes bildenden Drallrippen zeigen dabei nach relativ kurzer Betriebszeit erhebliche Deformierungen, was zu einer Beeinträchtigung des beim neuen Dichtiing ausgezeichneten Abdichtungsverhaltens führt

Durch die DE-OS 19 16 214 ist eine Dichtung für den Spalt zwischen zwei sich relativ drehbaren Teilen bekannt geworden, bei der die Drallrippen durch flossenähnlich ausgebildete Vorsprünge gebildet werden, welche mit leichtem Druck an der Gegendichtfläche anliegen. Sie sind der eigentlichen Dichtkante in Richtung des abgedichteten Raumes vorgelagert und nehmen infolge der Drehung der abzudichtenden Welle eine zurückgebogene Stellung ein. Abzudichtendes Medium wird hierdurch von der eigentlichen Dichtkante ferngehalten, was in deren Bereich zum Auftreten von Mangelschmierungserscheinungen und unerwünschten Überhitzungen führen kann. Eine Verwendung bei schnell laufenden Wellen ist nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs behandelten Art derart weiter zu entwickeln, daß Deformierungen an den Drallrippen nicht mehr auftreten. Die Dichtung soll insbesondere in bezug auf die Abdichtung von Wellen die hohe oder häufig wechselnde Drehzahlen aufweisen, eine gute Betriebssicherheit aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Dichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Grundfläche im gleichen Drehsinn gegen die Innenfläche geneigt ist, wie die Außenfläche in ihrem vorspringenden Bereich, und daß die Innenfläche und die Außenfläche einander schneidenartig begrenzen.

Die Innenfläche der Drallrippen ist bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Radialwellendichtring der Oberfläche der abgedichteten Welle und einem kleinen Winkel zugeordnet Die sich mehr oder weniger parallel zur Rotationsachse erstreckenden Flankenflächen der Drallrippen haben indessen zumindest im vorspringenden Bereich durch die einander schneidenartig begrenzenden Innen- und Außenflächen eine deutlich verminderte Ausdehnung. Der von der abgedichteten Welle mitgeschleppte Flüssigkeitsfilm wird dadurch von dieser gleichsam bis auf eine geringe Restmenge abgeschält, ohne daß es zu einer stärkeren Krafteinleitung in die eigentlichen Drallrippen kommt. Nennenswerte Deformierungen der Drallrippen wurden wahrscheinlich aus diesem Grunde auch nach längerer Laufzeit und bei Drehzahlen von mehr als 3000 Umdrehungen/Minute nicht beobachtet

Der Dichtring des vorgeschlagenen Radialwellendichtringes hat im allgemeinen herstellungsbedingt die Gestalt einer.ebenen, kreisringförmigen Scheibe, die im Bereich des Innen- oder des Außenumfanges in Richtung des abgedichteten Mediums vorgewölbt ist und mit der Dichtfläche gleitend an dem'abgedichteten Maschinenelement anliegt. Die Erzeugung einer solchen Wölbung setzt einen separaten Arbeitsschritt voraus. Dieser kann gespart werden, wenn das Dichtelement bereits bei seiner Herstellung in eine Form gebracht wird, die mit der Einbaulage annähernd übereinstimmt

Als am zweckmäßigsten hat es sich diesbezüglich erwiesen, wenn das Dichtelement in Gestalt eines Hohlkegels von einem sich drehenden Rohr abgestochen wird. Das Dichtelement läßt sich in diesem Falle ohne besondere Schwierigkeiten im Bereich seines Innen- oder Außendurchmessers leicht zwischen radialen oder axialen Spannflächen im zugehörigen Gehäuse arretieren, ohne daß es eines vorherigen Umformungsvorganges bedarf. Die Wölbung ergibt sich anschließend von selbst, wenn der Dichtring im Bereich seiner Dichtfläche während der Montage elastisch deformiert wird.

Die Drallrippen können während der Herstellung des Dichtringes zu irgendeinem Zeitpunkt angebracht werden. Sie ergeben sich von selbst, wenn der Dichtring in hohlkegeliger Form von einem sich drehenden Rohr abgestochen wird, das auf der Innen- oder Außenseite mit entsprechend ausgebildeten, achsparallel verlaufenden Rippen versehen ist. Ein solches Rohr läßt sich relativ leicht erzeugen. Die daraus entnommenen Hohlkegel müssen indessen in sich umgestülpt werden, um sicherzustellen, daß die Innenfläche der Drallrippen tatsächlich eine stetige Verlängerung der Dichtfläche bildet. Die zur Anwendung gelangenden Gummi- und PTFE-Qualitäten lassen eine solche Umstülpung ohne Überlastung des Werkstoffes kostengünstig zu. Insbesondere Hohlzylinder -2-

Nr. 390 308 mit einer gleichbleibend geringen Wandstärke sind sehr leicht zu handhaben und werden den gestellten Anforderungen ohne weiteres gerecht. Sie begünstigen die Automatisierung des Herstellungsvorganges von Radialwellendichtringen der vorschlagsgemäßen Art.

Der Abstand zwischen der Innenfläche und der Außenfläche der Drallrippen soll sich möglichst stetig vermindern, um die statische Belastung der Flankenflächen auf der gesamten Länge möglichst gleich zu halten. Des weiteren können die Flankenflächen in sich ausgerundet sein, um Turbulenzen des Flüssigkeitsfilmes während des Abschälvorganges möglichst weitgehend zu unterbinden.

Die Innen- und die Außenfläche der Drallrippen sollen untereinander einen Winkel von 10 bis 60 ° einschließen, vorzugsweise einen Winkel von 30 bis 45 °. Ist der Winkel kleiner als 10 °, dann läßt die mechanische Stabilität der Drallrippen bei allen zur Verfügung stehenden Werkstoffen insbesondere im vorspringenden Bereich zu wünschen übrig. Unerwünschte Deformierungen der Drallrippen können hievon die Folge sein.

Ist der Winkel größer als 60 °, dann treten starke Turbulenzen in dem auf die Flankenflächen auftreffenden, abzudichtenden Medium auf mit der Folge von starken Schwingungen der Drallrippen. Das Abdichtungsergebnis ist in diesem Falle weniger befriedigend.

Die Innenfläche und die Außenfläche der Drallrippen sollen einander möglichst schneidenartig begrenzen, d. h. die dem abgedichteten Medium zugewandte Kante soll eine schneidenartige Wirksamkeit und eine dementsprechende Stabilität haben. Der Dichtring hat unter diesem Gesichtspunkt in aller Regel auch im Bereich der Kante eine gewisse radiale Erstreckung, die jedoch bei PTFE im allgemeinen 0,5 und bei Gummi 0,8 mm nicht überschreitet.

Der kontinuierlich auf der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenteiles naehströmende Flüssigkeitsfilm wird in diesem Falle gleichsam aufgetrennt, wobei ein geringerer Teil des Gesamtvolumens der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelementes in Richtung der Dichtfläche folgt und hier eine gute Schmierung sicherstellt, während der größere Teil des Volumens über die Außenfläche der Drallrippen abgeleitet und zurück in den abgedichteten Raum gefördert wird. Die eigentliche Dichtungszone wird hievon nicht beaufschlagt. Sie ist auch in hydrostatischer Hinsicht wenig belastet

Die Ableitung des zuletzt angesprochenen Flüssigkeitsvolumens von der eigentlichen Dichtungszone wird begünstigt, wenn die Grundfläche im gleichen Drehsinne gegen die Innenfläche geneigt ist wie die Außenfläche im vorspringenden Bereich. Eine spontane Richtungsumkehr des abgelenkten Flüssigkeitsvolumens wird dabei insbesondere dann erreicht, wenn die Grundfläche und die Außenfläche in ihrem vorspringenden Bereich einen identischen Neigungswinkel mit der Innenfläche einschließen. Eine entsprechende Ausführung setzt voraus, daß sich die Außenfläche in dem an die Grundfläche anschließenden Bereich parallel zur Innenfläche erstreckt und in sich gebrochen ist Die technische Realisierung ist jedoch verhältnismäßig einfach, wenn der Dichtring in einer hohlkegeligen Gestalt von einem Rohr abgestochen wird, das auf der Innen- oder Außenseite mit achsparallel verlaufenden, gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Rippen versehen ist, und wenn der Dichtring vor oder nach seiner Festlegung in dem zugehörigen Gehäuse in Richtung des abgedichteten Mediums umgestülpt wird.

Der anschließend erhaltene Hohlkegel weist eine gewisse Einwölbung des Profiles auf. Das elastische Anschmiegen der Dichtfläche an das abzudichtende Maschinenteil wird hiedurch begünstigt.

Der vorgeschlagene Radialwellendichtring zeichnet sich durch eine nahezu vollständige Verschleißfreiheit aus, wobei sich auf der Seite des dynamisch abgedichteten Maschinenteiles im allgemeinen ein Poliereffekt ohne nennenswerten Materialabrieb ergibt. Ablagerungen im Bereich der dynamischen Dichtungszone treten nicht auf und hohe oder häufig wechselnde Drehzahlen sind offensichtlich ohne Einfluß für die erzielte Betriebssicherheit. Die geringe Anpressung der Dichtfläche bedingt darüber hinaus eine gate Leichtgängigkeit

Die in der Anlage beigefügte Zeichnung nimmt Bezug auf einige beispielhafte Ausführungen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Radialwellendichtringes.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Radialwellendichtring, bei dem die Dichtfläche an der Oberfläche einer zylindrischen Welle anliegt;

Fig. 2 eine Ausführung, bei der die Dichtfläche an einer mit der Welle verbundenen Kegelfläche anliegt;

Fig. 3 eine Ausführung, bei der die Dichtfläche an einer sich in Quemchtung erstreckenden, mit der Welle umlaufenden Fläche anliegt

Der in Fig. 1 gezeigte Radialwellendichtring besteht aus dem Gehäuse (1) aus Kunststoff und dem darin eingespannten Dichtring (2) aus PTFE.

Das Gehäuse (1) besteht aus Polypropylen. Es weist zwei in radialer Richtung nach innen weisende Schenkel auf, die den in radialer Richtung nach außen weisenden Flansch des Dichtringes (2) beiderseits umgreifen und dichtend zwischen sich festlegen.

Der Dichtring (2) besteht aus einer in ebener Form hergestellten Scheibe aus PTFE, die nachträglich in ihrem inneren Bereich in Richtung des abgedichteten Mediums vorgezogen worden ist und die im Bereich der Dichtfläche (3) an dem abgedichteten Maschinenteil (4) anliegt, in diesem Falle am Außenumfang einer Welle. Das dem abzudichtenden Medium zugewandte Ende der Dichtfläche (3) kennzeichnet zugleich die Lage der Grundfläche (7). Diese ist der Erstreckung der Dichtfläche (3) senkrecht zugeordnet und bildet die Basis der Drallrippen (8). Diese sind gleichmäßig auf dem Umfang verteilt Sie werden durch sich in Richtung des -3-

Nr. 390 308 abgedichteten Mediums erstreckende Vorsprünge gebildet, die einstückig aus dem Körper und Werkstoff des Dichtringes (2) herausgeformt sind.

Die Innenfläche (5) der Drallrippen (8) hat mit zunehmender Entfernung von der Grundfläche (7) einen sich zunehmend vergrößernden Abstand von der Oberfläche der abgedichteten Welle (4). Der größte Abstand ist jedoch äußerst gering bemessen und überschreitet auch nach längerer Betriebszeit nicht einen Wert von wenigen Zehntelmillimeter.

Die Außenfläche (6) der Drallrippen (8) hat mit zunehmender Entfernung von der Grundfläche (7) einen sich zunehmend vermindernden Abstand von der Innenfläche (5). Über sie wird der größte Teil des über die Oberfläche der abgedichteten Welle nachströmenden Flüssigkeitsfilmes abgetrennt und in den abgedichteten Raum zurückgefördert. Dieser erhebliche Anteil des Flüssigkeitsfilmes vermag daher keinerlei Kräfte auf die seitlichen Flankenflächen der Drallrippen (8) auszuüben und diese zu verformen. Dennoch ist eine ausgezeichnete Schmierung der dynamischen Dichtungszone im Bereich der Dichtfläche (3) jederzeit gewährleistet

Die Flankenflächen der Drallrippen (8) können sich in radialer Richtung erstrecken, was eine besonders einfache Herstellung erlaubt. Ausgewölbte Ausführungen sind zwar ohne weiteres möglich. Die hiemit erzielten Vorteile müssen aber mit einem erheblich vergrößerten Herstellaufwand erkauft werden, was unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nur in seltenen Fällen tragbar ist.

Der in Fig. 2 gezeigte Radialwellendichtring dient der Abdichtung des Maschinenteiles (9) gegenüber dem relativ verdrehbaren Maschinenteil (4).

Der Radialwellendichtring (2) besteht aus dem Gehäuse (1), das statisch dicht in einer Bohrung des Maschinenteiles (9) gelagert ist, und aus dem Dichtring (2), der mit seiner Dichtfläche (3) gleitend an der Oberfläche des relativ beweglichen Maschinenteiles (4) anliegt. Das Gehäuse (1) und der Dichtring (2) sind flüssigkeitsdicht aneinander festgelegt.

Das Gehäuse (1) besteht aus Kunststoff. Es ist unmittelbar an den rückwärtigen Abschnitt des Dichtringes (2) angeformt.

Der Dichtring (2) besteht aus einer schlauchförmigen Gummihülse, die im Bereich der abzudichtenden Kegelfläche elastisch in radialer Richtung aufgeweitet ist. Sie berührt die Kegelfläche im Bereich der Dichtfläche (3) , die ihrerseits die räumliche Lage der Grundfläche (7) ebenso kennzeichnet wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführung nach Fig. 1. Die Grundfläche (7) erstreckt sich indessen nicht senkrecht zur Wandung des Dichtringes (2), sondern sie hat mit zunehmender Entfernung von der Dichtfläche (3) eine kegelige Neigung in Richtung des Gehäuses (1), wodurch die Ablenkung des durch die Drallrippen (8) abgeschälten Flüssigkeitsvolumens in den abgedichteten Raum erleichtert wird.

Die Drallrippen (8) bestehen auch in diesem Falle aus gleichmäßig auf dem Umfang des Dichtringes (2) verteilten, fingerartigen Vorsprüngen, die durch sich achsparallel in radialer Richtung erstreckende Flankenflächen begrenzt sind. Die Innenfläche (5) hat dabei mit zunehmender Entfernung von der Dichtfläche (3) einen sich zunehmend vergrößernden Abstand von der abzudichtenden Fläche des Maschinenteiles (4), der jedoch auch nach langer Betriebszeit einen Maximalwert von wenigen Zehntelmillimeter nicht überschreitet

Der Abstand zwischen der Innenfläche (5) und der Außenfläche (6) der Drallrippen (8) verringert sich auch in diesem Falle mit zunehmender Entfernung von der Grundfläche (7). Die Innenfläche (5) und die Außenfläche (6) der Drallrippen begrenzen einander in einer schneidenartigen Kante.

Der Wellendichtring nach Fig. 3 dient der Abdichtung des Maschinenteiles (9) gegenüber einer sich in radialer Richtung erstreckenden Fläche des mit der abzudichtenden Welle umlaufenden Maschinenteiles (4). Der Radialwellendichtring besteht aus dem Gehäuse (1) und dem Dichtring (2). Beide sind einstückig verbunden. Das Gehäuse (1) besteht auch in diesem Falle aus Kunststoff, es ist flüssigkeitsdicht und verdrehsicher in die aufnehmende Bohrung des Maschinenteiles (9) eingepreßt und unmittelbar an den rückwärtigen Abschnitt des Dichtringes (2) angeformt. Letzterer wurde in hohlkegeliger Form hergestellt und weist in dem dem relativ bewegten Maschinenteil (4) zugewandten Bereich einen elastisch vergrößerten Außendurchmesser auf. Die eigentliche Berührung zwischen dem Dichtring (2) und dem relativ bewegten Maschinenteil (4) ist beschränkt auf die eigentliche Dichtfläche (3). Das dem abgedichteten Medium zugewandte Ende der Dichtfläche (3) kennzeichnet die Lage der Grundfläche (7). Diese sitzt auf der dem relativ bewegten Maschinenteil (4) zugewandten Seite an besagter Stelle an und schließt mit der Dichtfläche einen Winkel von 40 0 ein. Die Grundfläche (7) bildet zugleich die Basis für die Drallrippen (8), die in der dargestellten, betriebsfähigen Lage durch sich in radialer Richtung erstreckende Flankenflächen begrenzt sind. Die Außenfläche (6) der Drallrippen (8) ist etwa im mittleren Bereich gebrochen.

Sie erstreckt sich im rückwärtigen, unmittelbar an die Grundfläche (7) anschließenden Bereich im wesentlichen parallel zu der Innenfläche (5), im vorderen Teil hingegen parallel zur Erstreckung der Grundfläche (7).

Die Außen- und die Innenfläche durchschneiden einander somit auch in diesem Falle am vorderen Ende der Drallrippen (8) in einer scharfen Kante. Das gleichmäßige Abschälen des überschüssigen Flüssigkeitsfilmes von der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenteiles (4) wird hiedurch begünstigt. Außerdem ergeben sich in herstellungsmäßiger Hinsicht erhebliche Vorteile.

Die Herstellung des in Fig. 3 zur Anwendung gelangenden Dichtringes (2) läßt sich besonders einfach realisieren durch Abstechen der benötigten, hohlkegeligen Rohlinge von einem Rohr, das auf der Außenseite mit -4-

Claims (5)

1. Nr. 390 308 einer den benötigten Drallrippen (8) entsprechenden, achsparallelen Rippung versehen ist. Die so erhaltenen Rohlinge werden anschließend in sich selbst umgestülpt und in der in Fig. 3 gezeigten Weise in dem zugehörigen Gehäuse (1) festgelegt. Nennenswerte Schwierigkeiten sind hiemit nicht verbunden. Die benötigten Rohre lassen sich leicht in gleichmäßiger Qualität erzeugen. Die separate Anbringung der Drallrippen (8) an den Dichtringen (2) eines jeden einzelnen Radialwellendichtringes kann dadurch entfallen. PATENTANSPRÜCHE 1. Radialwellendichtring, umfassend ein Gehäuse und ein darin festgelegtes Dichtelement aus polymerem Werkstoff und mit einer Dichtfläche zur Abdichtung des relativ bewegten Maschinenteiles, das in Richtung des abgedichteten Mediums kontinuierlich über die Dichtfläche verlängert ist und in diesem Bereich aus gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Drallrippen besteht, die aus einer die Rotationsachse in gleichbleibendem Abstand umschließenden Grundfläche hervortreten und auf der dem relativ bewegten Maschinenteil zugewandten Seite durch eine Innenfläche und auf der von dieser abgewandten Seite durch eine Außenfläche begrenzt werden, wobei mit zunehmender Entfernung von der Dichtfläche die Innenfläche einen zunehmend vergrößernden Abstand von dem relativ bewegten Maschinenteil, und die Außenfläche einen zumindest im vorspringenden Bereich stetig vermindernden Abstand von der Innenfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche (7) im gleichen Drehsinn gegen die Innenfläche (5) geneigt ist, wie die Außenfläche (6) in ihrem vorspringenden Bereich, und daß die Innenfläche (5) und die Außenfläche (6) einander schneidenartig begrenzen.
2. 2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (5) und die Außenfläche (6) mindestens im vorspringenden Bereich einen Winkel von 10 bis 60° einschließen.
3. 3. Dichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (5) und die Außenfläche (6) mindestens im vorspringenden Bereich vorzugsweise einen Winkel von 30 bis 45° einschließen.
4. 4. Dichtring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche (7) und die Außenfläche (6) in ihrem vorspringenden Bereich parallel verlaufen (Fig. 3).
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Radialwellendichtringes nach Anspruch 4, bei dem das Dichtelement in kreisförmiger Gestalt von einem sich drehenden, aus polymerem Werkstoff bestehenden Rohr abgestochen und in einem Gehäuse festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring in hohlkegeliger Gestalt von einem Rohr abgestochen wird, das auf der Innen- oder Außenseite mit sich achsparallel erstreckenden, gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Rippen versehen ist und daß der Dichtring vor oder nach seiner Festlegung in dem Gehäuse in Richtung des abgedichteten Mediums umgestülpt wird. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-