DE102014006211A1 - Mechanische Dichtung - Google Patents
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Abstract
Eine Dichtung (1), welche gestaltet ist um zwischen einer rotierenden Welle (2) und einem fixierten Gehäuse (3) eingefügt zu werden, welches eine Öffnung (6) aufweist, durch die hindurch die Welle (2) eingeführt wird, insbesondere für eine Motorkühlmittelumwälzpumpe, und welche Folgendes aufweist: einen Kragen (31), welcher gestaltet ist um auf die Welle (2) zu passen; einen ersten Dichtring (8), welcher an dem Kragen (31) befestigt ist; einen Topf (10) welcher gestaltet ist um in die genannte Öffnung (6) zu passen; und einen zweiten Dichtring (9), welcher mittels eines Balgs (24) aus Elastomermaterial mit dem genannten Topf (10) verbunden ist; wobei die genannten ersten und zweiten Dichtringe (8, 9) miteinander unter der von elastischen Mitteln (33), welche zwischen dem Topf (10) und dem zweiten Dichtring (9) angeordnet sind, ausgeübten axialen Kraft frontal zusammenwirken; und wobei die Dichtung dadurch gekennzeichnet ist dass der genannte Balg (10) mit dem genannten Topf (10) in einer bezüglich des Winkels freien Weise verbunden ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Dichtung und insbesondere auf eine mechanische Dichtung welche gestaltet ist, um zwischen einer rotierenden Welle und einer Öffnung, in welcher die Welle eingepasst ist, eingefügt zu werden. Eine bevorzugte, wenn auch nicht ausschließliche Anwendung der vorliegenden Erfindung betrifft die Abdichtung rotierender Pumpen und insbesondere von Kühlmittelumwälzpumpen für Kraftfahrzeugmotoren, welche hierin im Folgen aus Gründen der Vereinfachung als ”Wasserpumpe” bezeichnet werden.
- Wie bekannt umfasst eine Kraftfahrzeugwasserpumpe einen Pumpenkörper; eine Antriebswelle; und ein Flügelrad, welcher innerhalb des Pumpenkörpers angeordnet ist und an der Welle befestigt ist. Die Welle wird durch eine Scheibe angetrieben, und wird durch eine Öffnung in dem Pumpenkörper hindurch eingepasst, in welchem sie von einem Lager gestützt wird.
- Die Abdichtung zwischen der Welle und dem Pumpenkörper findet für gewöhnlich mittels einer mechanischen Dichtung statt, welche an demjenigen Teil der Welle angebracht ist, der sich in axialer Richtung zwischen dem Flügelrad und dem Wellenlager erstreckt.
- Die mechanische Dichtung umfasst einen ersten Dichtring, welcher einteilig an die Welle angepasst ist; und einen nicht rotierenden zweiten Dichtring, welcher mit dem Pumpenkörper verbunden ist. Die zwei Dichtringe wirken axial zusammen um eine Gleitringdichtung zu bilden.
- Genauer gesagt ist der zweite Dichtring an einem Metalltopf befestigt, welcher gestaltet ist um mittels eines Balges aus Elastomermaterial, welcher an einem Ende an dem Topf und an dem anderen Ende an dem zweiten Dichtring befestigt ist, in die Öffnung in dem Pumpenkörper zu passen; und der erste Dichtring ist an einem Kragen befestigt, welcher an der Welle befestigt ist, mit einem dazwischenliegenden Ring aus Elastomermaterial.
- Die mechanische Dichtung umfasst auch eine Feder, welche innerhalb des Topfes aufgenommen ist und zwischen einer Endwand des Topfes und dem zweiten Dichtring komprimiert ist um den zweiten Dichtring mit einer zuvor festgelegten Kraft gegen den ersten Dichtring zu drücken.
- Damit die Dichtung korrekt funktioniert muss ein Strömungsmittelspalt dort sichergestellt werden, wo die beiden Dichtringe miteinander in Kontakt sind, um übermäßige Abnutzung, Überhitzung und Lärm zu verhindern. Ein Verfahren zur Herstellung keramischer Dichtringe, beispielsweise aus Siliziumkarbid mit verbesserten Oberflächeneigenschaften ist in
WO2007/057934 - Obwohl sie herkömmlicherweise hervorragend in Bezug auf Lärmentwicklung sind, unterliegen Dichtringe, welche nach dem obigen Prozess hergestellt sind, im Falle mangelhafter Schmierung Stick-Slip-Effekten, welche durch die Elastizität der Bälge aus Elastomermaterial verstärkt werden, und welche zu selbst induzierten Torsionsschwingungen und damit Lärm führen können.
- Es besteht somit in der der Industrie ein Bedarf an einer weiteren Verbesserung um Lärm an der Quelle zu eliminieren.
- Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine mechanische Dichtung bereitzustellen, welche diese Anforderung erfüllt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine mechanische Dichtung wie sie in Patentanspruch 1 beansprucht ist, bereitgestellt.
- Ein bevorzugtes nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
-
1 einen axialen Schnitt einer Dichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt; -
2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in1 zeigt. - Bezugszeichen
1 in1 bezeichnet eine mechanische Dichtung als Ganzes, welche gestaltet ist, um zwischen einer rotierenden Welle2 und einem feststehenden Gehäuse3 , welches eine Öffnung6 aufweist, durch welche hindurch die Welle2 eingepasst ist, eingefügt zu werden. Die Welle2 und das Gehäuse3 können beispielsweise durch die Welle und den Körper einer Kraftfahrzeugwasserpumpe (nicht gezeigt) gebildet werden. - Die Dichtung
1 umfasst in bekannter Weise einen ersten Dichtring8 welcher mit der Welle rotiert und an dieser einteilig befestigt ist; sowie einen zweiten Dichtring9 , welcher an dem Pumpenkörper3 befestigt ist. Die zwei Dichtringe8 und9 wirken axial zusammen um eine Gleitringdichtung zu bilden. - Die Richtringe
8 und9 bestehen vorteilhafterweise aus Keramik, beispielsweise aus Siliziumkarbid und können beispielsweise unter Verwendung des inWO2007/057934 - Genauer umfasst die Dichtung
1 einen ringförmigen Topf10 , welcher aus tiefgezogenem Blech besteht, und welcher einen im Wesentlichen C-förmigen radialen Querschnitt aufweist, welcher auf der zu den Dichtringen8 und9 gewandten Seite offen ist. Der Topf10 umfasst eine zylindrische Außenwand12 ; eine im Wesentlichen zylindrische Innenwand13 , und eine im Wesentlichen flache Endwand14 . Die zylindrische Außenwand12 umfasst einen äußeren ringförmigen Endflansch15 und ist in die Öffnung6 des Pumpenkörpers3 eingepasst. Und der Flansch15 liegt in axialer Richtung an dem Pumpenkörper3 an, um die Dichtung1 in axialer Richtung bezüglich des Pumpenkörpers3 zu positionieren. - Die Innenwand
13 umschließt die Welle2 mit einem bestimmten radialen Spiel. - Der zweite Dichtring
9 ist an einem Endbereich16 der Innenwand13 des Topfes10 mittels einer verzahnten Kupplung17 mit ausreichend Spiel verbunden, um ein freies relatives axiales Verschieben und eine eingeschränkte relative Rotation zu erlauben. Die verzahnte Kupplung17 ist definiert durch eine Anzahl radialer Vorsprünge18 , welche sich in axialer Richtung erstrecken, und mit gleichen Winkelabständen um den Umfang des Endbereichs16 angeordnet sind, und welche einen abgerundeten Querschnitt aufweisen; und durch entsprechenden Nuten19 in dem zweiten Dichtring9 (2 ). - Der zweite Dichtring
9 ist auch mittels eines Balges24 aus Elastomermaterial, welcher ein an der Innenwand13 des Topfes10 befestigtes Ende25 aufweist sowie ein gegenüberliegendes Ende26 , welches sich zwischen dem zweiten Dichtring9 und einem Metallring27 befindet, der den zweiten Dichtring9 umschließt und teilweise einhüllt, hermetisch in dem Topf10 eingepasst. Genauer gesagt weist der Ring27 einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, mit einer flachen radialen Wand28 und einer zylindrischen Außenwand29 . - Der erste Dichtring
8 ist mittels eines dazwischen angeordneten Ringes30 aus Elastomermaterial an einem Kragen31 befestigt, welcher an der Welle2 befestigt ist und sich teilweise innerhalb der Innenwand13 des Topfes10 erstreckt. - Der Kragen
31 bildet einen einteiligen ringförmigen konturierten Endflansch32 , der den ersten Dichtring8 aufnimmt und prismatisch mit diesem verbunden ist, und welcher als axialer Anschlag dient. - Die mechanische Dichtung
1 umfasst auch eine Feder33 , welche innerhalb des Topfes10 aufgenommen ist und zwischen der Endwand14 des Topfes10 und der Wand28 des Metallrings27 komprimiert ist um den zweiten Dichtring9 mit einer zuvor festgelegten Kraft gegen den ersten Dichtring8 zu drücken. - In dem gezeigten Beispiel ist die Feder
33 eine gewellte Schraubenfeder, die aus einem flachen Streifen hergestellt ist, wie beispielsweise die von Smalley unter dem Handelsnamen Crest-to-Crest® vertriebenen Federn. Alternativ kann die Feder33 durch eine herkömmliche zylindrische Spiralfeder, oder durch einen Stapel ringförmiger Scheiben (Tellerfedern oder gewellte Federscheiben) definiert werden. - Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Ende
25 des Balges24 mit der Innenwand13 des Topfes10 mittels einer Verbindung verbunden, welche gestaltet ist um eine statische Abdichtung zu bilden, aber dies in einer bezüglich des Winkels freien Weise. - Die genannte Verbindung wird bevorzugt durch eine aus zylindrischem Draht hergestellte Schraubenfeder
34 , welche um das Ende25 angebracht ist, und welche eine radiale Kraft auf das Ende25 ausübt welche ausreichend ist um eine statische Abdichtung zu bilden, aber nicht ausreichend um eine Drehung zu verhindern. - Die Feder
33 ist vorzugsweise durch eine Schraubenfeder mit einer geringen Anzahl – vorzugsweise weniger als drei – von Windungen, und mit einem geringen Abstand zwischen den Windungen – vorzugsweise weniger als der doppelte Drahtdurchmesser – definiert. In dem gezeigten Beispiel weist die Feder33 zwei gepackte Windungen auf. - Alternativ kann die Feder
33 durch einen elastischen Ring aus jeglichem geeigneten Material definiert sein. - Die Dichtung
1 wirkt wie folgt. Bei der tatsächlichen Verwendung rotiert der erste Dichtring8 einteilig mit der Welle2 , während der zweite Dichtring9 im Wesentlichen fixiert ist. Also rotiert der Ring8 in gleitender Weise bezüglich des Rings9 , unter der von der Feder33 ausgeübten Kraft. - Obwohl die Materialien und die Oberflächenbehandlung der Ringe
8 und9 dergestalt gewählt sind, dass diese die Bildung eines konstanten Flüssigkeitsspalts fördern, welcher gleichbleibende Bedingungen der Relativbewegung sicherstellt, können gelegentlich als Folge von beispielsweise durch Luftblasen oder anderen zu einem irregulären Betriebsflüssigkeitsstrom führenden Faktoren Situationen auftreten, welche die Oberflächenadhäsion der Ringe8 und9 bewirken. - Anders als im Stand der Technik, in welchem das Ende
25 des Balges24 an dem Topf10 befestigt ist, ist der Balg24 in der vorliegenden Erfindung in einer bezüglich des Winkels freien Art und Weise an dem Topf10 befestigt. Somit führt jede Adhäsion der Dichtringe8 und9 , die dazu führen würde dass der zweite Dichtring9 mit dem ersten Dichtring8 rotiert zu einer begrenzten Rotation statt einer im Wesentlichen torsionalen elastischen Deformation des Balges24 . Die Elastizität des Balges24 ruft damit keine selbst induzierte torsionale Oszillation hervor, welche die primäre Quelle für Lärm ist. - Natürlich können weitere Änderungen an der mechanischen Dichtung
1 vorgenommen werden, ohne jedoch von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2007/057934 [0007, 0017]
Claims (10)
- Eine Dichtung (
1 ), welche gestaltet ist um zwischen einer rotierenden Welle (2 ) und einem fixierten Gehäuse (3 ) eingefügt zu werden, welches eine Öffnung (6 ) aufweist, durch die hindurch die Welle (2 ) eingeführt wird, insbesondere für eine Motorkühlmittelzirkulationspumpe, und welche Folgendes aufweist: einen Kragen (31 ), welcher gestaltet ist um auf die Welle (2 ) zu passen; einen ersten Dichtring (8 ), welcher an dem Kragen (31 ) befestigt ist; einen Topf (10 ) welcher gestaltet ist um in die genannte Öffnung (6 ) zu passen; und einen zweiten Dichtring (9 ), welcher mittels eines Balgs (24 ) aus Elastomermaterial mit dem genannten Topf (10 ) verbunden ist; wobei die genannten ersten und zweiten Dichtringe (8 ,9 ) miteinander unter der von elastischen Mitteln (33 ), welche zwischen dem Topf (10 ) und dem zweiten Dichtring (9 ) angeordnet sind, ausgeübten axialen Kraft frontal zusammenwirken; und wobei die Dichtung dadurch gekennzeichnet ist dass der genannte Balg (24 ) mit dem genannten Topf (10 ) in einer bezüglich des Winkels freien Weise verbunden ist. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der genannte Balg (
24 ) ein erstes Ende (25 ) aufweist, welches an einer Innenwand (13 ) des genannten Topfes (10 ) befestigt ist; und ein zweites Ende (26 ) aufweist, welches an dem genannten zweiten Dichtring (9 ) befestigt ist; wobei die genannte Dichtung (1 ) ein ringförmiges elastisches Bauteil (34 ) aufweist, welches auf das genannte erste Ende (25 ) des Balges (24 ) gepasst wird, und welches auf das erste Ende des Balges eine radiale Kraft ausübt, welche ausreicht, um eine statische Abdichtung mit der genannten Innenwand (13 ) des Topfes (10 ) zu bilden, aber nicht ausreicht, um eine Rotation des Balges (24 ) bezüglich der genannten Innenwand (13 ) zu verhindern. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass das genannten ringförmige elastische Bauteil eine Schraubenfeder (
34 ) ist. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die genannte Schraubenfeder (
34 ) nicht mehr als drei Windungen aufweist. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die genannte Schraubenfeder (
34 ) zwei Windungen aufweist. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Windungen der genannten Schraubenfeder (
34 ) geringer ist als der doppelte Durchmesser des Drahtes der Schraubenfeder. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der genannten Schraubenfeder (
34 ) axial gepackt sind. - Eine Dichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass das genannte zweite Ende (
26 ) des genannten Balges an dem genannten zweiten Dichtring (9 ) mittels eines Metallrings (27 ) befestigt ist, welcher den zweiten Dichtring (9 ) sowie eine radial plane Wand (28 ) umgibt und teilweise umschließt. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass die genannten elastischen Mittel mindestens eine zweite Feder (
33 ) umfassen, welche axial zwischen dem genannten Topf (10 ) und dem genannten Metallring (27 ) komprimiert ist. - Eine Dichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die genannte zweite Feder (
33 ) eine gewellte Schraubenfeder ist, welche aus einem flachen Streifen hergestellt ist.
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