DE102016101795B4

DE102016101795B4 - Dichtungsanordnungen und damit in Zusammenhang stehende Verfahren

Info

Publication number: DE102016101795B4
Application number: DE102016101795.7A
Authority: DE
Inventors: Peter J. Balsells; Hamid Rastegar
Original assignee: Bal Seal Engineering LLC
Current assignee: Bal Seal Engineering LLC
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2036-02-03
Also published as: US10184564B2; DE102016101795A1; US20160223086A1

Abstract

Dichtungsanordnung (100), die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignet ist, die Folgendes aufweist:
eine Dichtungskomponente (104) und einen Verriegelungsring (110);
wobei die Dichtungskomponente (104) eine Dichtungslippe (114) zum Abdichten einer Fläche einer Welle (116) aufweist;
wobei der Verriegelungsring (110) mit der Dichtungskomponente (104) in Eingriff steht und zusammen mit der Dichtungskomponente (104) einen Federhohlraum (134) definiert;
wobei eine erste ringförmige Feder (140) zum Erregen der Dichtungslippe (114) der Dichtungskomponente (104) in dem Federhohlraum (134) positioniert ist;
wobei der Verriegelungsring (110) mindestens eine Federnut (136) aufweist;
wobei eine zweite ringförmige Feder (142) in der mindestens einen Federnut (136) positioniert ist; und
wobei die zweite ringförmige Feder (142) zum Vorbelasten gegen ein Gehäuse (102) konfiguriert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Dichtungsanordnungen und insbesondere auf Dichtungsanordnungen, die Eingriffsmechanismen aufweisen, die den Einbau für statische und/oder dynamische Anwendungen ermöglichen.
HINTERGRUND
In der Regel steht eine bei einer statischen Anwendung oder einer dynamischen Anwendung, wie z. B. einer rotierenden oder einer hin- und hergehenden Welle in einem Gehäuse, verwendete Dichtungsanordnung mit einem Dichtungshohlraum des Gehäuses durch verschiedene Eingriffsmethoden, wie z. B. Presspassung, Schnappverbindung, Gewindeverbindung usw., in Eingriff. Es kann zu Komplikationen kommen, wenn solch eine Dichtungsanordnung in den Dichtungshohlraum eingebaut wird und die Anordnung Komponenten aufweist, deren Materialeigenschaften einen Betrieb innerhalb der beabsichtigten Bedingungen erfordern, die andernfalls steif, starr und/oder hart sein können. Beispielsweise kann eine Cantilevermerkmal-Presspassung in einigen Fällen zu fest sein und eine hohe Einbaukraft erfordern. Die Komponenten der Dichtungsanordnung können eine Dichtungskomponente, einen Stützring und einen Verriegelungsring umfassen, und wobei die Dichtungskomponente in der Regel aus einem Material auf Fluorpolymerbasis, wie z. B. PTFE oder PTFE-Basismaterial, hergestellt ist, während der Stützring und der Verriegelungsring aus Materialien hergestellt sein können, die eine stärkere Härte als die der Dichtungskomponente aufweisen, wie z. B. Metalle oder harte Industriekunststoffe.
In der Regel ist eine hohe Einbaukraft zum Einbauen einer Dichtungsanordnung in einen Dichtungshohlraum des Gehäuses erforderlich, wenn die Anordnung Komponenten, wie z. B. einen Stützring und einen Verriegelungsring, aufweist, die aus einem relativ harten oder steifen Material hergestellt sind. Des Weiteren kann die Dichtungsanordnung aufgrund der hohen Einbaukraft nicht korrekt im Federhohlraum des Gehäuses zentriert sein, und somit kann solch eine Fehlausrichtung zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der Dichtungskomponenten, einem Versagen beim Halten der Dichtungsanordnung in dem Gehäuse und vorzeitigem Versagen, insbesondere wenn die Dichtungsanordnung bei dynamischen Anwendungen eingesetzt wird, führen.
Die US 2011/0037234 A1 offenbart Rotationslippendichtungen. Ein Dichtungselement kann aus einem relativ harten Material hergestellt werden, das die Lebensdauer des Dichtungselements erhöht. Das Dichtungselement wird mit einer gewölbten Schraubenfeder beaufschlagt, die eine einstellbare Federkraft besitzen kann. Die Ausführungen ermöglichen die Steuerung der Dichtungskraft, um eine angemessene Dichtungskraft zwischen dem Dichtungselement und der Welle zu erreichen, basierend auf Faktoren wie Temperatur, Druck, Drehgeschwindigkeit, Eigenschaften von flüssigen Medien usw., um eine längere Lebensdauer der Dichtung zu erreichen.
Die US 2010/0237566 A1 beschreibt Dichtungsbaugruppen zur Abdichtung um eine bewegliche Welle, wie z.B. rotierende oder hin- und hergehende oder statische Dichtungen. Die Dichtungsbaugruppen verhindern den Durchgang von Schmiermittel oder Flüssigkeit von einem Bereich mit relativ hohem Druck auf einer ersten Seite der Dichtung zu einem Bereich mit relativ niedrigem Druck auf einer zweiten Seite der Dichtung. Die Dichtungen können durch Erreger, wie z.B. Kreis- oder Schrägfedern, erregt werden, um die Dichtung in Kontakt mit der beweglichen Welle zu halten. Die Dichtungen haben Primär- und Sekundärdichtungen. Die Sekundärdichtung bietet eine anfänglich moderate Abdichtung gegen abrasive Partikel oder Verunreinigungen, um die Belastung und den Verschleiß der Primärdichtung zu reduzieren.
Die US 2014/0265139 A1 offenbart Dichtungsanordnungen zur Bereitstellung einer Abdichtung zwischen einer Welle und einem Gehäuse, aufweisend eine Dichtungskomponente, die einen Körperabschnitt sowie einen äußeren Flansch und einen inneren Flansch aufweist, die sich beide von dem Körperabschnitt aus erstrecken; eine Stützkomponente, die die Dichtungskomponente aufnimmt und einen relativ dicken inneren Arm aufweist, der in die Dichtungskomponente hineinragt und einen Stützbereich bereitstellt, der einen inneren Abschnitt des Körperabschnitts und einen Abschnitt des inneren Flansches überspannt; eine Anti-Extrusionskomponente, die mit dem relativ dicken inneren Arm in Eingriff steht; wobei der minimale Zwischenraum zwischen der Anti-Extrusionskomponente und der Welle kleiner ist als der minimale Zwischenraum zwischen dem relativ dicken inneren Arm und der Welle; wobei der innere Flansch einen Dichtungsbereich aufweist; wobei die Dichtungsanordnung in einem Hohlraum in dem Gehäuse oder auf der Welle aufgenommen werden soll.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Dichtungsanordnung zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird mit der Dichtungsanordnung (erster Aspekt) und dem Herstellverfahren (zweiter Aspekt) entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
KURZDARSTELLUNG
Hier beschriebene Dichtungsanordnungen weisen eine Federnut auf als Teil des Verriegelungsrings, des Stützrings oder beider zum Eingriff mit einem Gehäuse oder einer anderen Fläche. Eine ringförmige Feder ist zum Eingriff mit dem Gehäuse oder der anderen Fläche in jeder Federnut positioniert. Die ringförmige Feder, bei der es sich um eine Canted-Coil-Feder handelt, reduziert die hohe Einbaukraft und verbessert die Ausrichtung der Dichtungsanordnung im Dichtungshohlraum des Gehäuses im Vergleich zu Anordnungen, die einen Cantilever, auch als Blattfeder bezeichnet, oder andere herkömmliche Eingriffsmittel, wie z. B. Presspassung, einsetzen. Die Reduzierung der hohen Einbaukraft tritt aufgrund der im Vergleich zu herkömmlichen Eingriffsmitteln stärkeren Durchfederungsfähigkeit der ringförmigen Feder auf. Darüber hinaus kann die Konfiguration der Federnuten des Weiteren durch Vorsehen sich verjüngender Flächen, die ein Drehen der ringförmigen Federn in den Federnuten bewirken, das Einführen erleichtern, wodurch es zu einer im Vergleich zur Ausbaukraft reduzierten Einbaukraft kommt. Des Weiteren kann eine solche Reduzierung der Einbaukraft die Fehlausrichtung der Dichtungsanordnung im Dichtungshohlraum des Gehäuses beseitigen, da die Kraft zum Halten der Dichtungsanordnung gleichmäßiger auf die ringförmige Feder verteilt werden kann.
Solch eine Erleichterung der Montage weist ferner eine Nut im Gehäuse auf, wobei die ringförmige Feder oder ein verlängerter Flansch der Dichtkomponente dazu verwendet werden kann, die Dichtungsanordnung besser im Gehäuse zu halten. Solch ein Halteverfahren kann einen Sperr- oder Verriegelungsmechanismus, der eine Schnappverbindung darstellt, aufweisen.
Des Weiteren kann eine Erleichterung der Montage zwischen Komponenten der Dichtungsanordnung, wobei sich die Anordnung zwischen der Dichtungskomponente und dem Stützring oder der Dichtungskomponente und dem Verriegelungsring befinden kann, dadurch erzielt werden, dass eine weitere ringförmige Feder in einer Federnut in einer der Komponenten und eine weitere Nut zum Eingriff mit der Komponente, die verbaut werden soll, vorgesehen sind. Ähnlich dem Eingriff der erörterten Dichtungsanordnung mit dem Gehäuse können die Komponenten der Dichtungsanordnung durch eine weitere ringförmige Feder in einer in Eingriff mit einer weiteren Nut der Komponente, die verbaut werden soll, gelangenden Federnut in Eingriff gelangen. Solch ein Eingriffsmittel kann einen Sperr- oder Verriegelungsmechanismus, der eine Schnappverbindung darstellt, aufweisen.
Weitere Vorteile und die Konfigurationsdetails werden in der detaillierten Beschreibung der Zeichnungen erörtert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen zwischen einer Welle und einem Gehäuse geeignet ist. Die Dichtungsanordnung kann Folgendes aufweisen: eine Dichtungskomponente und einen Verriegelungsring; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum abdichtenden Eingriff mit der Welle aufweist; wobei der Verriegelungsring mit der Dichtungskomponente in Eingriff steht und zusammen mit der Dichtungskomponente einen Federhohlraum definiert; wobei eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum positioniert ist; wobei der Verriegelungsring mindestens eine Federnut aufweist; wobei eine zweite ringförmige Feder in der mindestens einen Federnut positioniert ist; und wobei die zweite ringförmige Feder das Gehäuse in Eingriff nimmt.
Der Verriegelungsring kann keinen Cantilever aufweisen.
Die zweite ringförmige Feder kann das Gehäuse zum Halten der Dichtungsanordnung im Gehäuse in Eingriff nehmen.
Die zweite ringförmige Feder kann das Gehäuse zum Erleichtern der Montage der Dichtungsanordnung in das Gehäuse in Eingriff nehmen.
Bei der ersten ringförmigen Feder kann es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln.
Bei der zweiten ringförmigen Feder kann es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln.
Das Gehäuse kann ferner eine Nut aufweisen, und wobei die Nut in dem Gehäuse einen Teil der zweiten ringförmigen Feder aufnehmen kann.
Die zweite ringförmige Feder kann mit einem Elastomer gefüllt sein.
Die mindestens eine Federnut im Verriegelungsring kann einen sich verjüngenden Boden, der sich zwischen zwei Seitenwänden befindet, aufweisen.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen zwischen einer Welle und einem Gehäuse geeignet ist, und wobei die Dichtungsanordnung Folgendes aufweisen kann: eine Dichtungskomponente, einen Stützring und einen Verriegelungsring; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum abdichtenden Eingriff mit der Welle aufweist; wobei die Dichtungskomponente mit dem Stützring in Eingriff steht; wobei der Verriegelungsring mit der Dichtungskomponente in Eingriff steht und zusammen mit der Dichtungskomponente einen Federhohlraum definiert; wobei eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum positioniert ist; wobei der Stützring mindestens eine Federnut aufweist; wobei eine zweite ringförmige Feder in der mindestens einen Federnut des Stützrings positioniert ist; und wobei die zweite ringförmige Feder das Gehäuse in Eingriff nimmt.
Das Gehäuse kann ferner eine Passnut aufweisen, und wobei die Passnut mindestens einen Teil der zweiten ringförmigen Feder aufnehmen kann.
Der Verriegelungsring kann eine Federnut mit einer Canted-Coil-Feder, die darin positioniert ist und gegen das Gehäuse vorbelastet, aufweisen.
Die mindestens eine Federnut kann einen sich verjüngenden Boden, der sich zwischen zwei Seitenwänden befindet, aufweisen.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Dichtungsanordnung kann Folgendes aufweisen: eine Dichtungskomponente, die einen Federhohlraum aufweist; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum abdichtenden Eingriff mit der Welle aufweist; wobei die Dichtungskomponente einen verlängerten Flansch aufweist, der mit einer Nut im Gehäuse zum Halten der Dichtungsanordnung in dem Gehäuse in Eingriff steht; und wobei sich eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum befindet.
Die Dichtungsanordnung, wobei der verlängerte Flansch der Dichtungskomponente die Nut im Gehäuse zum Halten der Dichtungsanordnung in dem Gehäuse durch einen Schnappverbindungseingriff in Eingriff nehmen kann.
Bei der Dichtungsanordnung kann es sich um eine am Kolben befestigte Dichtung handeln.
Bei der Dichtungsanordnung kann es sich um eine am Gehäuse befestigte Dichtung handeln.
Eine Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen zwischen einer Welle und einem Gehäuse geeignet ist, kann des Weiteren Folgendes aufweisen: eine Dichtungskomponente, die einen Federhohlraum und einen Stützring aufweist; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum abdichtenden Eingriff mit der Welle aufweist; wobei die Dichtungskomponente mindestens eine erste Nut aufweist; wobei sich eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum befindet; wobei der Stützring mindestens eine zweite Nut aufweist; wobei sich mindestens eine zweite ringförmige Feder in der ersten und/oder zweiten Nut befindet; und wobei die Dichtungskomponente und der Stützring durch den Eingriff der in der mindestens einen ersten oder zweiten Nut der Dichtungskomponente oder des Stützrings eingepassten mindestens einen zweiten ringförmigen Feder mit der anderen mindestens einen ersten oder zweiten Nut der Dichtungskomponente oder des Stützrings in Eingriff stehen.
Bei der mindestens einen zweiten ringförmigen Feder kann es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln.
Bei der Dichtungsanordnung kann es sich um eine Gleitringdichtung handeln.
Bei dem Eingriff der Dichtungskomponente und des Stützrings kann es sich um einen Schnappverbindungseingriff handeln.
Bei dem Eingriff der Dichtungskomponente und des Stützrings kann es sich um einen Sperr- oder Verriegelungseingriff handeln.
Bei der mindestens einen ersten Nut kann es sich um eine Nut mit einem sich verjüngenden Boden handeln.
Bei der mindestens einen zweiten Nut kann es sich um eine Nut mit einem sich verjüngenden Boden handeln.
Noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Offenbarung ist eine Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen zwischen einer Welle und einem Gehäuse geeignet ist, und wobei die Dichtungsanordnung Folgendes aufweisenkann: eine Dichtungskomponente, die einen Federhohlraum und einen Stützring aufweist; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum abdichtenden Eingriff mit der Welle aufweist; wobei die Dichtungskomponente oder der Stützring mindestens eine erste Federnut aufweist; wobei sich eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum befindet; wobei sich die mindestens eine zweite ringförmige Feder in der mindestens einen Federnut befindet; und wobei die Dichtungskomponente und der Stützring dadurch in Eingriff stehen, dass die mindestens eine zweite ringförmige Feder eine Belastung zum Erzielen eines Presspassungseingriffs bereitstellt.
Noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Offenbarung ist eine Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen zwischen einer Welle und einem Gehäuse geeignet ist, die Folgendes aufweist: eine Dichtungskomponente und einen Verriegelungsring; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum Abdichten einer Fläche einer Welle aufweist; wobei der Verriegelungsring mit der Dichtungskomponente in Eingriff steht und zusammen mit der Dichtungskomponente einen Federhohlraum definiert; wobei die erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum positioniert ist; wobei der Verriegelungsring mindestens eine Federnut aufweist; wobei eine zweite ringförmige Feder in der mindestens einen Federnut positioniert ist; und wobei die zweite ringförmige Feder zum Vorbelasten gegen ein Gehäuse konfiguriert ist.
Der für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignete Verriegelungsring der Dichtungsanordnung kann keinen Cantilever aufweisen.
Die zweite ringförmige Feder kann das Gehäuse zum Halten der Dichtungsanordnung im Gehäuse in Eingriff nehmen.
Die mindestens eine Federnut am Verriegelungsring kann eine sich verjüngende Bodenwand, die sich zwischen zwei Seitenwänden befindet, aufweisen.
Bei der für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeigneten ersten ringförmigen Feder der Dichtungsanordnung kann es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln.
Bei der zweiten ringförmigen Feder kann es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln.
Ein mit der der für statische und/oder rotierende und/oder hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeigneten Dichtungsanordnung verwendetes Gehäuse kann ferner eine Federnut aufweisen, und wobei die Federnut des Gehäuses einen Teil der zweiten ringförmigen Feder aufnehmen kann.
Die zweite ringförmige Feder kann mit einem Elastomer gefüllt sein.
Die Bodenwand kann sich bezüglich der beiden Seitenwände verjüngen oder kann eine V-förmige Fläche aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignet ist, die Folgendes aufweist: eine Dichtungskomponente, einen Stützring und einen Verriegelungsring; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum Abdichten einer Fläche einer Welle aufweist; wobei die Dichtungskomponente mit dem Stützring in Eingriff steht; wobei der Verriegelungsring mit der Dichtungskomponente in Eingriff steht und zusammen mit der Dichtungskomponente einen Federhohlraum definiert; wobei eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum positioniert ist; wobei der Stützring mindestens eine Federnut aufweist; wobei eine zweite ringförmige Feder in der mindestens einen Federnut des Stützrings positioniert ist; und wobei die zweite ringförmige Feder dazu konfiguriert ist, ein Gehäuse in Eingriff zu nehmen.
Bei der zweiten ringförmigen Feder kann es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln.
Bei der ersten ringförmigen Feder kann es sich um eine V-Feder oder eine Bandfeder handeln.
Der Verriegelungsring kann keinen Cantilever zum radialen Vorbelasten gegen eine Bohrung eines Gehäuses aufweisen.
Die Dichtungsanordnung kann mit einem Gehäuse eingebaut werden und das Gehäuse kann ferner eine Passfedernut aufweisen, und wobei die Passfedernut mindestens einen Teil der zweiten ringförmigen Feder aufnimmt.
Der Verriegelungsring kann eine Federnut mit einer Canted-Coil-Feder, die darin positioniert ist und gegen ein Gehäuse vorbelastet, aufweisen.
Die mindestens eine Federnut des Stützrings kann einen sich verjüngenden Boden aufweisen, der sich zwischen zwei Seitenwänden befindet.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Dichtungsanordnung auf, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignet ist, die Folgendes aufweist: eine Dichtungskomponente, die einen Innenflansch, einen Außenflansch und einen einen Federhohlraum definierenden Mittelkanalbereich aufweist; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe aufweist, die eine Fläche einer Welle abdichtet; wobei die Dichtungskomponente zum Halten der Dichtungsanordnung in dem Gehäuse einen Flanschvorsprung aufweist, der in eine Nut in einem Gehäuse vorsteht und diese in Eingriff nimmt; und wobei eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente gegen die Welle in dem Federhohlraum positioniert ist.
Der Flanschvorsprung der Dichtungskomponente kann die Nut im Gehäuse zum Halten der Dichtungsanordnung in dem Gehäuse durch einen Schnappverbindungseingriff in Eingriff nehmen.
Die Dichtungsanordnung kann am Kolben befestigt sein.
Die Dichtungsanordnung kann am Gehäuse befestigt sein.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignet ist, die Folgendes aufweist: eine Dichtungskomponente und einen Stützring; wobei die Dichtungskomponente einen Innenflansch, einen Außenflansch und einen einen Federhohlraum definierenden Mittelkanalbereich aufweist; wobei die Dichtungskomponente eine Dichtungslippe zum abdichtenden Eingriff einer Fläche einer Welle aufweist; wobei die Dichtungskomponente eine Federnut aufweist; wobei eine erste ringförmige Feder zum Erregen der Dichtungslippe der Dichtungskomponente in dem Federhohlraum positioniert ist; wobei der Stützring mindestens eine Federnut aufweist; und wobei zum Ineingriffbringen des Stützrings mit der Dichtungskomponente eine zweite ringförmige Feder in der Federnut der Dichtungskomponente und der Federnut des Stützrings positioniert ist.
Der Stützring kann eine zweite Federnut mit einer dritten ringförmigen Feder, die darin positioniert ist, aufweisen.
Die Dichtungskomponente kann einen Vorsprung aufweisen und der Stützring kann eine Aussparung aufweisen, und wobei der Vorsprung in einem mechanischen Eingriff in die Aussparung passen kann.
Bei dem Eingriff der Dichtungskomponente und des Stützrings kann es sich um einen Schnappverbindungseingriff handeln.
Bei dem Eingriff der Dichtungskomponente und des Stützrings kann es sich um eine Sperrung oder eine Verriegelung handeln.
Die Federnut der Dichtungskomponente kann eine Nut mit einem sich verjüngenden Boden aufweisen.
Die Federnut des Stützrings kann eine Nut mit einem sich verjüngenden Boden aufweisen.
Wenn eine Dichtungsanordnung mehr als eine Federnut, ob in einer Dichtungskomponente, einem Stützring, einem Verriegelungsring oder Kombinationen daraus, aufweist, können die Federnuten als eine erste Federnut, eine zweite Federnut usw. bezeichnet werden, um eine Federnut lediglich durch Benennung oder Bezeichnung von einer anderen Federnut zu unterscheiden. Sofern der Kontext nichts Gegenteiliges angibt, ist diese Unterscheidung nicht strukturell einschränkend.
Wenn eine Dichtungsanordnung mehr als eine ringförmige Feder, ob in einer Dichtungskomponente, einem Stützring, einem Verriegelungsring oder Kombinationen daraus, aufweist, können die ringförmigen Federn als eine erste ringförmige Feder, eine zweite ringförmige Feder usw. bezeichnet werden, um eine ringförmige Feder lediglich durch Benennung oder Bezeichnung von einer anderen ringförmigen Feder zu unterscheiden. Sofern der Kontext nichts Gegenteiliges angibt, ist diese Unterscheidung nicht strukturell einschränkend.
Die ringförmige Feder im Federhohlraum der Dichtungskomponente kann den Außenflansch und den Innenflansch der Dichtungskomponente nach außen hin berühren und dagegen vorbelasten. Bei Verwendung eines Verriegelungsrings kann die ringförmige Feder gegen den Verriegelungsring vorbelasten, um entweder gegen den Innenflansch oder den Außenflansch, der den Verriegelungsring berührt, vorzubelasten. Während der Verriegelungsring aus einem ersten Material hergestellt sein kann, kann die zweite ringförmige Feder beispielsweise aus einem zweiten Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, hergestellt sein.
Für die mit dem Verriegelungsring verwendete ringförmige Feder können verschiedene Federeigenschaften gewählt werden. Die verschiedenen Eigenschaften können dahingehend gewählt werden, die Federkraft gegen eine Bohrung eines Gehäuses zu steuern. Beispielsweise können der Windungsabstand, die Vorderwinkelwahl, die Rückwinkelwahl, der Berührungspunkt in der Nähe der Hauptachse der Feder, der Berührungspunkt in der Nähe der Nebenachse der Feder und das Höhen/Breiten-Verhältnis der Feder dahingehend gewählt werden, die Vorbelastungskraft gegen die Bohrung des Gehäuses zu steuern, wobei diese Eigenschaften nicht von der Materialwahl für den Verriegelungsring abhängig sind.
Bei der ringförmigen Feder des Verriegelungsrings kann es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln, und wobei eine Hauptachse der Canted-Coil-Feder in einem Winkel zu einer Längsachse der Dichtungsanordnung liegen kann, so dass das Einführen der Dichtungsanordnung in eine Bohrung eines Gehäuses weniger Kraft erfordert als das Entfernen der Dichtungsanordnung aus der Bohrung des Gehäuses.
Der eine ringförmige Feder zum Vorbelasten einer Dichtungslippe der Dichtungskomponente aufweisende Federhohlraum kann durch lediglich einen Innenflansch, einen Außenflansch und einen Mittelkanalbereich der Dichtungskomponente definiert werden oder kann teilweise mit einem Verriegelungsring ausgebildet sein. Somit kann die in dem Federhohlraum positionierte ringförmige Feder gegen den Innenflansch und den Außenflansch oder gegen den Verriegelungsring und lediglich einen der Flansche der Dichtungskomponente vorbelasten.
Die hier verwendeten Federnuten können eine Bodenfläche oder -wand aufweisen, die sich zwischen zwei Seitenwänden befindet, und wobei die Bodenwand auf einen bestimmten Winkel, von steil nach flach und irgendwo dazwischen, angepasst oder gewählt, wie z. B. maschinell bearbeitet oder ausgebildet, werden kann, um die Sitzposition der ringförmigen Feder in der Federnut zu steuern. Die beiden Seitenwände können zueinander parallel sein oder in einem Winkel zueinander liegen. Die Bodenwand kann alternativ dazu eine V-förmige Struktur aufweisen.
Die Richtung oder Ausrichtung des sich verjüngenden Bodens der Federnut kann dahingehend wirken, die Position der darin befindlichen ringförmigen Feder zu rotieren, so dass die erforderliche Kraft, wenn die ringförmige Feder in eine Richtung geschoben wird, wie z. B. während des Einführens, eine niedrigere Kraft ist, als beim Schieben der Feder in die entgegengesetzte Richtung. Bei der ringförmigen Feder kann es sich um eine Canted-Coil-Feder, wie z. B. eine radiale Canted-Coil-Feder oder eine axiale Canted-Coil-Feder, handeln.
Der Eingriff zwischen einer Federnut einer Dichtungskomponente und einer Federnut eines Stützrings und einer ringförmigen Feder dazwischen kann die Radialbewegung der Dichtungskomponente bezüglich des Stützrings und bezüglich der Längsachse der Dichtungsanordnung durch die Bohrung der Dichtungsanordnung beschränken. Der Eingriff der Komponenten der Dichtungsanordnung miteinander oder mit dem Dichtungshohlraum im Gehäuse unter Verwendung von ringförmigen Federn kann das Einbauen der Dichtungsanordnung in einen Dichtungshohlraum des Gehäuses, wenn sich das Gehäuse an einer schwer zugänglichen Stelle oder in einer ungünstigen Position befindet, erleichtern.
Der Berührungspunkt der Canted-Coil-Feder am Gehäuse kann während des Einführens, um die Dichtungsanordnung in den Dichtungshohlraum einzubauen, weiter von der Hauptachse der ringförmigen Feder weg liegen als während des Entfernens, wobei er für eine geringere Krafterfordernis weiter weg von der Hauptachse liegen kann.
Wenn ein eine Federnut aufweisender Verriegelungsring mit einer Dichtungskomponente verwendet wird, kann die sich in der Federnut befindende ringförmige Feder gegen die Federnut und eine flache Fläche eines Gehäuses oder eine mit dem Gehäuse ausgebildete Federnut vorbelasten. Wenn eine Federnut mit dem Gehäuse verwendet wird, kann es sich bei dem Eingriff mit der ringförmigen Feder mit dem Verriegelungsring um einen Sperreingriff oder einen Verriegelungseingriff handeln.
Beliebige der hier beschriebenen ringförmigen Federn können mit oder ohne ein Elastomer verwendet werden, und das Elastomer kann einen hohlen Kern aufweisen oder massiv sein.
Vorteile der Verwendung ringförmiger Federn in Federnuten zusätzlich zur Verwendung einer ringförmigen Feder in einem durch eine Dichtungskomponente definierten Federhohlraum aufweisen eine reduzierte Einbaukraft und können die Zentrierung der Dichtungsanordnung in dem Dichtungshohlraum des Gehäuses bezüglich einer Mittellinie verbessern. Die verbesserte Zentrierung der Dichtungsanordnung kann eine gleichmäßigere Abnutzung der Dichtung gestatten und somit eine bessere Gesamtabdichtung bereitstellen.
Ein Verfahren zum Herstellen einer beliebigen vorstehenden Dichtungsanordnung.
Ein Verfahren zum Verwenden einer beliebigen vorstehenden Dichtungsanordnung.
Noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung, die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignet ist, das Folgendes aufweist: Ausbilden einer Dichtungskomponente, die einen Innenflansch, einen Außenflansch und einen einen Federhohlraum definierenden Mittelkanalbereich aufweist; Verbauen eines Stützrings mit der Dichtungskomponente; Platzieren einer ersten ringförmigen Feder in dem Federhohlraum zum Vorbelasten gegen den Innenflansch und den Außenflansch und eine Dichtungslippe der Dichtungskomponente; Platzieren eines ersten Teils einer zweiten ringförmigen Feder in einer Federnut des Stützrings; und Platzieren eines zweiten Teils der zweiten ringförmigen Feder in einer Federnut der Dichtungskomponente oder einer Federnut eines Gehäuses. Das Verfahren, . wobei der Stützring ferner eine zweite Federnut mit einer dritten ringförmigen Feder, die darin positioniert ist, aufweist.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren werden unter Bezugnahme auf die Beschreibung, Ansprüche und angehängten Zeichnungen offensichtlich, in den Zeichnungen zeigen:

1 eine in einem Federhohlraum eines Gehäuses positionierte Dichtungsanordnung, die eine Dichtungskomponente, einen Stützring und einen Verriegelungsring aufweist.
2 eine Dichtungsanordnung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung, die durch zwei ringförmige Federn in zwei Federnuten, die sich an einem Verriegelungsring und an einem Stützring befinden, in einen Federhohlraum eines Gehäuses eingepasst ist.
3A-G verschiedene Konfigurationen von Federnuten eines Verriegelungsrings einer Dichtungsanordnung und eines Gehäuses eines Dichtungshohlraums zur Erzielung eines Eingriffs zwischen den beiden.
4A-B eine Dichtungsanordnung mit einem mit einem Federhohlraum in Eingriff stehenden verlängerten Flansch in einer am Gehäuse befestigten und einer am Kolben befestigten Konfiguration.
5 eine Dichtungsanordnung, wobei die Dichtungskomponente durch eine ringförmige Feder in einer Federnut mit dem Stützring in Eingriff steht und die gesamte Dichtungsanordnung durch eine weitere ringförmige Feder in einer weiteren Federnut in der Richtung einer Mittellinie mit einem Federhohlraum eines Gehäuses in Eingriff steht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die im Folgenden dargelegte detaillierte Beschreibung ist in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen als eine Beschreibung der derzeitig bevorzugten Ausführungsformen von Dichtungsanordnungen, die gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren bereitgestellt werden, gedacht und soll nicht die einzigen Formen darstellen, in denen die vorliegenden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren konstruiert oder verwendet werden können. Die Beschreibung legt die Merkmale und die Schritte zur Konstruktion und Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Vorrichtungen, System und Verfahren in Verbindung mit den anhängigen Zeichnungen dar. Es versteht sich jedoch, dass dieselben oder äquivalente Funktionen und Strukturen durch andere Ausführungsformen erreicht werden können, die auch im Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sein sollen. Wie hier an anderer Stelle erwähnt wird, sollen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente oder Merkmale angeben.
1 zeigt eine Dichtungsanordnung 100, z. B. eine Kassettendichtungsanordnung, die ein Gehäuse 102, eine Dichtungskomponente 104, einen Stützring 106 und einen Verriegelungsring 110 aufweist, wobei der Verriegelungsring 110 einen Cantilever 112 aufweist, der zur Presspassung in einen Dichtungshohlraum des Gehäuses 102 verwendet wird. Das bedeutet, dass der Cantilever 112 zum Passen in die Bohrung des Gehäuses 102 vorbelastet oder gebogen ist und eine Vorbelastungskraft gegen die innere Bohrungsfläche anlegt. Die Dichtungskomponente 104 weist eine Dichtungslippe 114 zum Abdichten einer Welle 116, wie z. B. zum Abdichten einer Fläche der Welle, auf. Die Dichtungskomponente 104 weist einen Vorsprung 118 auf, der eine in dem Stützring 106 ausgebildete Aussparung 120 in Eingriff nimmt, um einen mechanischen Eingriff zu erzeugen, wobei der Eingriff schnappverbindungsartig ist. Bei gewissen Anwendungen und Industriezweigen kann die Welle 116 alternativ dazu als ein Kolben bezeichnet werden. Es wird ein ähnlicher schnappverbindungsartiger Eingriffsmechanismus für den Verriegelungsring 110 und die Dichtungskomponente 104 an der Innenfläche des Ausgangsflanschs 122 der Dichtungskomponente 104 gezeigt, was einen anderen mechanischen Eingriff erzeugt. Es wird davon ausgegangen, dass hier offenbarte Dichtungsanordnungen eine ringförmige Konfiguration aufweisen und jeweils eine Bohrung aufweisen, wobei lediglich ein Teil jedes Dichtungsanordnungsquerschnitts zum Zwecke der Erörterung gezeigt wird.
Beim Verbauen solcher Komponenten zum Bilden der Dichtungsanordnung 100 sind Eingriffsmittel, wie z. B. die soeben erörterten mechanischen Eingriffe, nicht auf die Schnappverbindungsart beschränkt, sondern können auch andere Passungsarten, wie z. B. Presspassung und Gewindeverbindung, aufweisen. Beispielsweise wird in 5 ein alternativer Eingriff gezeigt, bei dem eine ringförmige Feder 130 anstatt von Vorsprüngen zwischen dem Stützring 106 und der Dichtungskomponente 104 der Dichtungsanordnung zur Erzielung eines Eingriffs verwendet wird. Mit erneutem Bezug auf 1 bildet der Eingriff zwischen dem Verriegelungsring 110 und dem Außenflansch 122 der Dichtungskomponente 104 zusammen mit dem Innenflansch 132 nach der Montage einen Federhohlraum 134, in dem eine erste ringförmige oder Wurmfeder 140, bei der es sich um eine ringförmige Canted-Coil-Feder handeln kann, positioniert ist und die Dichtungslippe 114 der Dichtungskomponente 104 erregt, wobei davon ausgegangen wird, dass dadurch die Dichtungslippe gegen eine abzudichtende Fläche gedrückt oder vorbelastet wird. Die erste ringförmige Feder 140 ist nicht auf eine Canted-Coil-Feder beschränkt und kann andere Arten von ringförmigen Federn, wie z. B. eine in 5 gezeigte V-Feder 140 oder eine Bandfeder, aufweisen. Die erste ringförmige Feder 140 der vorliegenden Offenbarung sollte sowohl den Innenflansch als auch den Außenflansch der Dichtungskomponente 104 berühren und dagegen vorbelasten, oder gegen den Verriegelungsring 110, wenn einer mit dem Außenflansch zum Definieren eines Federhohlraums 134 verwendet wird. Es wird davon ausgegangen, dass die erste ringförmige Feder 140 bei Verwendung eines Verriegelungsrings sowohl den Innenflansch als auch den Außenflansch vorbelastet, und wobei das Vorbelasten des Außenflanschs durch Vorbelasten des Verriegelungsring, der den Außenflansch berührt, erfolgen kann.
2 zeigt eine weitere Dichtungsanordnung 100, die ähnliche Komponenten wie die von 1 aufweist, darunter ein Gehäuse 102, eine Dichtungskomponente 104, einen Stützring 106, einen Verriegelungsring 110 und eine erste ringförmige Feder 140. Bei der vorliegenden Dichtungsanordnungsausführungsform weist der Verriegelungsring 110 eine Federnut 136, die in der Darstellung einen sich verjüngenden Boden, der zwischen zwei Seitenwänden positioniert ist, aufweist, mit einer als eine Canted-Coil-Feder dargestellten zweiten ringförmigen Feder 142 auf. Die zweite ringförmige Feder 142 wird zum Eingriff der Dichtungsanordnung mit dem Gehäuse 102 zur Positionierung der Dichtungsanordnung 100 in dem Dichtungshohlraum, bei dem es sich um den durch das Gehäuse 102 und die Welle 116 definierten Raum zum Aufnehmen der Dichtungsanordnung handelt, verwendet. Während der Verriegelungsring 110 von 1 ein Cantilevermerkmal am Verriegelungsring zum Eingriff des Gehäuses 102 verwendet, was stark von der Eigenschaft des Materials des Verriegelungsrings zur Konfiguration der Vorbelastungskraft des Cantilever gegen das Gehäuse abhängt, ersetzt die vorliegende Ausführungsform das Cantilevermerkmal mit der zweiten ringförmigen Feder 142, die aus einem Material hergestellt sein kann, dass sich von dem Material, das zur Herstellung des Verriegelungsrings 110 verwendet wird, unterscheidet. Somit hängt die Vorbelastungskraft gegen das Gehäuse zum Verbauen der Dichtungsanordnung mit dem Dichtungshohlraum weniger vom Material des Verriegelungsrings 110 ab. Das Weiteren können verschiedene Federeigenschaften für die zweite ringförmige Feder 142, bei der es sich um eine Canted-Coil-Feder handeln kann, zur Steuerung der Federkraft gegen die Bohrung des Gehäuses 102 gewählt werden. Beispielsweise können der Windungsabstand, die Vorderwinkelwahl, die Rückwinkelwahl, der Berührungspunkt in der Nähe der Hauptachse der Feder, der Berührungspunkt in der Nähe der Nebenachse der Feder und das Höhen/Breiten-Verhältnis der Feder dahingehend gewählt werden, die Vorbelastungskraft gegen die Bohrung des Gehäuses zu steuern, wobei diese Eigenschaften nicht von der Materialwahl für den Verriegelungsring abhängig sind.
Die Nutenkonfiguration mit sich verjüngendem Boden der Federnut 136 kann des Weiteren dazu konfiguriert sein, eine relativ große Kraft zum Entfernen der Dichtungsanordnung bereitzustellen, im Vergleich dazu, wenn die Federdichtungsanordnung in den Dichtungshohlraum eingeführt wird, um zu verhindern, dass die Dichtungsanordnung ungewollt außer Eingriff mit dem Dichtungshohlraum gelangt. Beispielsweise kann der Verjüngungswinkel von steil nach flach und irgendwo dazwischen dahingehend angepasst werden, die Sitzposition der Feder 142 in der Federnut 136 zu steuern. Wie gezeigt wird, rotiert die Richtung oder Ausrichtung des sich verjüngenden Bodens der Federnut die Position der zweiten Feder 142 in der Federnut 136, so dass die erforderliche Kraft, wenn die Feder 142 in eine Richtung geschoben wird, wie z. B. während des Einführens, eine niedrigere Kraft ist, als beim Schieben der Feder in die entgegengesetzte Richtung. Insbesondere liegt der Berührungspunkt der Feder am Gehäuse gemäß der Ausrichtung während des Einführens, um die Dichtungsanordnung in den Dichtungshohlraum einzubauen, weiter von der Hauptachse der Feder weg als während des Entfernens, wo er bei der Hauptachse oder näher an dieser liegt. Solch eine Verwendung einer Canted-Coil-Feder 142 in einer Nut 136 mit sich verjüngendem Boden erleichtert die Montage durch eine Reduzierung der Einbaukraft der Dichtungsanordnung 100 in den Dichtungshohlraum des Gehäuses 102 und gestattet eine bessere Ausrichtung der Dichtungsanordnung 100, so dass die Fläche der Dichtungslippe 114 der Dichtungskomponente gleichmäßig abgenutzt werden kann. Jedoch wird ein Entfernen des Verriegelungsrings 110 in der der Einbaurichtung entgegengesetzten Richtung einen Berührungspunkt erzeugen, der bei der Hauptachse oder näher an dieser liegt, wie zuvor erörtert wurde, um das Entfernen schwieriger als das Einbauen des Verriegelungsrings 110 zu gestalten. Die Anzahl an Federnuten und ringförmigen Federn ist nicht auf lediglich eine Federnut und eine ringförmige Feder gemäß der Darstellung begrenzt und kann mehrere Federnuten und ringförmige Federn auf verschiedenen Flächen des Verriegelungsrings 110 aufweisen.
In der Darstellung von 2 weist der Stützring 106 eine zweite Federnut 150, die als eine zwischen zwei Seitenwänden positionierte Nut mit flachem Boden gezeigt wird, mit einer dritten ringförmigen Feder 152, die als eine Canted-Coil-Feder gezeigt wird, auf. Die Konfiguration der zweiten Federnut 150 ist nicht auf eine Nut mit flachem Boden beschränkt und kann andere Konfigurationen aufweisen, wie z. B. einen sich verjüngenden Boden, sich verjüngende Seitenwände usw. Die dritte Canted-Coil-Feder 152 in der zweiten Federnut 150 des Stützrings 106 funktioniert ähnlich der zweiten Canted-Coil-Feder 142 in der ersten Federnut 136 des Verriegelungsrings 110. Bei der vorliegenden Ausführungsform erleichtert die dritte Canted-Coil-Feder 152 die Montage durch Unterstützen der Reduzierung der Einbaukraft und Verbessern der Ausrichtung der Dichtungsanordnung in dem Dichtungshohlraum des Gehäuses. Wie gezeigt wird, wird der Einbau durch derartiges Ausrichten der dritten Canted-Coil-Feder 152, dass die durch die dritte Feder 152 gegen die Bohrung des Gehäuses 102 erzeugte Kraft näher an oder bei der Nebenachse der Feder liegt, wodurch die mehreren Windungen gebogen werden, im Vergleich dazu, wenn die Kraft näher bei der Hauptachse der Feder liegt, unterstützt. Somit gleitet die Dichtungsanordnung 100, wie gezeigt wird, beim Einbauen in die Bohrung des Gehäuses 102, wobei die dritte Canted-Coil-Feder 152 während des Großteils der Gleitbewegung die Bohrung berührt, was als eine Bewegung von rechts nach links von 2 in die Bohrung betrachtet werden kann, und wobei die zweite Canted-Coil-Feder 142, die aufgrund ihrer geneigten Position eine höhere Berührungskraft als die dritte Canted-Coil-Feder 152 aufweist, die Bohrung nach dem Eintreten in die Öffnung der Bohrung lediglich in einem kürzeren Abstand oder Ausmaß berührt. Die Anzahl an Federnuten und ringförmigen Federn im Stützring 106 ist nicht auf lediglich eine Federnut und eine ringförmige Feder gemäß der Darstellung beschränkt und kann mehr als eine und an oder bei mehr als einer Fläche des Stützrings aufweisen. Die zweite ringförmige Feder 142 des Verriegelungsrings 110 und die dritte ringförmige Feder 152 des Stützrings 106 können wie in 2 dargestellt gleichzeitig verwendet werden oder können getrennt verwendet werden. Mit anderen Worten enthält die Dichtungsanordnung 100 in einem Beispiel keine erste Federnut 136 und keine zweite Canted-Coil-Feder 142. In einem anderen Beispiel enthält die Dichtungsanordnung 100 keine zweite Federnut 150 und keine dritte Canted-Coil-Feder 152. Die zweite und die dritte ringförmige Feder 142, 152 erleichtern nicht nur das Einbauen der Dichtungsanordnung in das Gehäuse 102, sie können auch die Fähigkeiten zum Halten der Dichtungsanordnung 100 in dem Dichtungshohlraum des Gehäuses 102 verstärken.
Vorteile der Verwendung ringförmiger Federn in Federnuten aufweisen reduzierte Einbaukraft und Verbessern der Zentrierung der Dichtungsanordnung in dem Dichtungshohlraum des Gehäuses bezüglich einer Mittellinie. Die verbesserte Zentrierung der Dichtungsanordnung kann zu einer gleichmäßigeren Abnutzung der Dichtungskomponente führen und somit eine bessere Gesamtabdichtung bereitstellen. Die 3A-G zeigen alternative Ausführungsformen zum Implementieren der ersten Federnut 136 und zum Verwenden verschiedener von in der ersten Federnut 136 des Verriegelungsrings 110 positionierten Federarten. 3A zeigt eine elastomergefüllte ringförmige Feder 154, die mit einem Elastomer 158 gefüllt ist, in einer Nut 136 mit sich verjüngendem Boden zwischen zwei Seitenwänden zum Halten der Dichtungsanordnung 100 in dem Dichtungshohlraum des Gehäuses 102. Die beiden Seitenwände können, wie gezeigt wird, allgemein parallel zueinander sein oder zueinander konisch verlaufen. Die Nutenkonfiguration mit sich verjüngendem Boden gestattet, dass die elastomergefüllte ringförmige Feder 154 in der Federnut 136 in einer Richtung rotiert, die das Einführen der Dichtungsanordnung 100 in den Dichtungshohlraum des Gehäuses unterstützt, gestattet jedoch nicht, dass die zweite ringförmige Feder 154 in der entgegengesetzten Richtung rotiert, was dazu führt, dass die Dichtungsanordnung gut in dem Gehäuse gehalten wird, und zu einer größeren Kraft zum Entfernen aus dem Gehäuse führt, wodurch eine Fehlausrichtung während der Wartung reduziert werden kann.
3B zeigt dieselbe Federnutenkonfiguration 136 wie die in der Darstellung von 3A, jedoch mit einer anderen zweiten ringförmigen Feder 156, die mit einem Elastomer 158 gefüllt ist und einen hohlen Kern 160 aufweist. Der hohle Kern 160 der elastomergefüllten ringförmigen Feder 156 kann eine stärkere Biegung der Feder als die in 3A gezeigte elastomergefüllte ringförmige Feder 154 ohne den hohlen Kern gestatten, stellt jedoch mehr Kraft als eine komplett hohle ringförmige Feder bereit.
3C zeigt dieselbe Konfiguration der Federnut 136 wie jene von 3A und 3B zum Halten einer Canted-Coil-Feder 142. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine zusätzliche Nut 166 in dem Dichtungshohlraum des Gehäuses 102, wie z. B. eine Gehäusenut 166, zum Halten der Dichtungsanordnung 100 in dem Dichtungshohlraum vorgesehen. Die zusätzliche Nut 166 kann als eine Passnut zum Aufnehmen eines Teils der Canted-Coil-Feder, der sich außerhalb der Federnut 136 erstreckt, bezeichnet werden. Die Dichtungsanordnung 100 von 3C wird dadurch im Gehäuse 102 gehalten, dass gestattet wird, dass sich ein Teil der zweiten ringförmigen Feder 142 in der Federnut 136 bei der Montage auch in der Gehäusenut 166 in dem Dichtungshohlraum befindet, was einem Sperr- oder einem Verriegelungsmechanismus ähnelt. Das bedeutet, dass die Dichtungsanordnung 100 eine Federnut 135 mit einer Feder 142 in dem Verriegelungsring 110 aufweisen kann, und wobei die Dichtungsanordnung entweder das Gehäuse 102 versperrt oder das Gehäuse 102 verriegelt, indem gestattet wird, dass die Feder 142 in dem Verriegelungsring 110 auch eine Federnut 166 in dem Gehäuse 102 in Eingriff nimmt. Wenn eine Sperrung bereitgestellt wird, lässt sich die Dichtungsanordnung 100 von dem Gehäuse 102 ohne Zerstörung der Feder 142 trennen. Wenn eine Verriegelung bereitgestellt wird, kann die Dichtungsanordnung nicht ohne Zerstörung der Feder von dem Gehäuse 102 getrennt werden. Wie gezeigt wird, weist die Gehäusenut 166 zwei sich verjüngende Flächen und eine dazwischen angeordnete flache Bodenfläche auf. In anderen Beispielen weist die Gehäusenut 166 zwei sich verjüngende Flächen auf, die sich an einem Scheitelpunkt berühren können. Bei noch weiteren Beispielen kann die Gehäusenut 166 andere Formen aufweisen, wie z. B. zwei Seitenwände mit einer sich verjüngenden Bodenfläche.
3D zeigt ein Konzept, das dem in 3C gezeigten ähnlich ist, jedoch sind die beiden Nuten 136, 166 umgekehrt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Canted-Coil-Feder 142 am Gehäuse befestigt, da die Federnut 136 mit dem sich verjüngenden Boden im Gehäuse 102 positioniert ist. Die zusätzliche Nut 166 wird nun mit dem Verriegelungsring 110 bereitgestellt. Die zusätzliche Nut 166 weist zwei sich verjüngende Flächen mit einem sich dazwischen befindenden flachen Boden auf. Jeglicher Versuch der Entfernung der Dichtungsanordnung 100 wird ein Vorbelasten der Canted-Coil-Feder 142 entlang oder in der Nähe ihrer Hauptachse gegen eine der sich verjüngenden Flächen der zusätzlichen Nut 166 des Verriegelungsrings 110 erzwingen, wobei es sich mehr um einen Verriegelungsmechanismus handelt und ein Ausbau gänzlich verhindert werden kann.
3G zeigt dasselbe Konzept wie in 3D, jedoch weist die zusätzliche Nut 166 des Verriegelungsrings 110 zwei allgemein parallele Seitenwände mit einem sich dazwischen befindlichen flachen Boden auf. Somit zeigt die vorliegende Ausführungsform, dass die zusätzliche Nut 166 zum Aufnehmen des Teils der Feder 142, der sich aus der Federnut 136 heraus erstreckt, verschiedene Formen aufweisen kann. Jeglicher Versuch der Entfernung der Dichtungsanordnung 100 wird ein Vorbelasten der Canted-Coil-Feder 142 entlang oder in der Nähe ihrer Hauptachse gegen eine der sich verjüngenden Flächen der Nut 166 des Verriegelungsrings 110 erzwingen, wobei es sich mehr um einen Verriegelungsmechanismus handelt und ein Ausbau gänzlich verhindert werden kann.
3E zeigt eine V-Boden-Nut als die Federnut 136 am Verriegelungsring 110 zum Halten der Canted-Coil-Feder 142 und die zusätzliche Nut 166 im Gehäuse 102 zum Aufnehmen des sich heraus erstreckenden Teils der Canted-Coil-Feder. Die zusätzliche Nut 166 kann dieselbe Nutenkonfiguration wie die Federnut 136 oder eine andere Nutenkonfiguration aufweisen, wie z. B. eine Bodenfläche zwischen zwei sich verjüngenden Flächen aufweisen. Eine solche in 3E gezeigte Konfiguration kann einen Sperrmechanismus erzielen, bei dem die Vorbelastungskraft während des Ausbaus bei oder näher an der Nebenachse als der Hauptachse liegt, wodurch ein Kippen ermöglicht wird, das gestattet, dass sich die Feder aus der Gehäusenut löst.
3F zeigt eine Anordnung, die der von 3C ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die Gehäusenut 166 eine Nutenkonfiguration mit zwei allgemein parallelen Seitenwänden und einer sich dazwischen befindenden flachen Bodenwand aufweist. Jeglicher Versuch der Entfernung der Dichtungsanordnung 100 wird ein Vorbelasten der Canted-Coil-Feder 142 entlang oder in der Nähe ihrer Hauptachse gegen die Gehäusenut 166 erzwingen, wobei es sich mehr um einen Verriegelungsmechanismus handelt und ein Ausbau gänzlich verhindert werden kann.
4A und 4B zeigen zwei verschiedene alternative Verfahren zum Einbauen einer Dichtungsanordnung 170 in einen Dichtungshohlraum eines Gehäuses 102. Im Unterschied zu 2 zeigen die 4A und 4B lediglich die Dichtungskomponente 104 ohne einen Stützring und ohne einen Verriegelungsring. Die Dichtungskomponente 104 weist einen Innenflansch 132 und einen Außenflansch 122 und einen den Innen- und den Außenflansch verbindenden Mittelkanalbereich 174 auf. Eine erste Canted-Coil-Feder 140 befindet sich in einer Federnut 140, die durch den Innen- und Außenflansch und den Mittelkanalbereich gebildet wird. Solch eine Reduzierung von Komponenten vereinfacht den Verbauungsprozess mit weniger Dichtungskomponenten im Vergleich zu anderen hier an anderer Stelle erörterten Dichtungsanordnungen.
Mit besonderem Bezug auf die Dichtungsanordnung 170 von 4A wird der Außenflansch 122 als ein verlängerter Flansch bereitgestellt, wobei ein Flanschvorsprung 180 an dem verlängerten Flansch zum Eingriff der Dichtungskomponente 104 mit einer in dem Gehäuse 102 ausgebildeten Nut 182, bei der es sich um eine Ringnut 182 handeln kann, verwendet wird. Ähnlich der Dichtungskomponente in der Dichtungsanordnung von 2 weist die Dichtungskomponente von 4A eine Dichtungslippe 114 auf, die die Welle 116 in Eingriff nimmt, wie z. B. dagegen drückt, um eine Abdichtung mit der Welle zu erzeugen. Solch ein Montageverfahren vereinfacht den Montageprozess drastisch und kann des Weiteren die Dichtungskomponente 104 sicher in dem Dichtungshohlraum halten. In der Darstellung von 4A ist die Dichtungsanordnung 170 am Gehäuse befestigt. Das bedeutet, dass die Dichtungsanordnung am Gehäuse 102 befestigt und bezüglich dessen stationär ist. Die Dichtungsanordnung 170 von 4B ähnelt der von 4A, wobei jedoch die Dichtungsanordnung in 4B am Kolben befestigt ist. Das bedeutet, dass die Dichtungsanordnung 170 am Kolben 116 befestigt und bezüglich dessen stationär ist.
5 zeigt eine Dichtungsanordnung 190, bei der es sich um eine Gleitringdichtung handelt, die eine Dichtungskomponente 104 und einen Stützring 106 aufweist. Die Dichtungsanordnung 190 ist dazu konfiguriert, zwischen zwei stationären Komponenten 192, 194 zur Abdichtung eines Strömungspfads oder eines Spalts 190 zwischen den beiden positioniert zu werden. Beispielsweise kann es sich bei der ersten stationären Komponente 192 um eine Kopfabdeckung zum Abdichten gegen ein Gehäuse 194 handeln, bei dem es sich um die zweite stationäre Komponente handeln kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist die Dichtungskomponente 104 einen Außenflansch 122, einen Innenflansch 132 und einen Mittelkanalbereich 174 auf, die gemeinsam einen Federhohlraum zum Halten einer ersten ringförmigen Feder 140 definieren. Der Außenflansch 122 und der Innenflansch 132 können alternativ dazu als ein erster Flansch bzw. ein zweiter Flansch bezeichnet werden. Die erste ringförmige Feder 140 belastet sowohl gegen den Außenflansch 122 als auch gegen den Innenflansch 132 vor, um eine Vorbelastungskraft an beiden Flanschen gegen die jeweiligen Passflächen der beiden stationären Komponenten 192, 194 aufrechtzuerhalten.
Wie gezeigt wird, kann es sich bei der ersten ringförmigen Feder 140, die als der Erreger für die beiden Flansche 122, 132 verwendet wird, um eine V-Feder handeln. Wie zuvor erörtert wurde, kann die erste ringförmige Feder 140 stattdessen andere Federarten aufweisen, wie z. B. eine Canted-Coil-Feder oder eine Bandfeder. Der Stützring 106 und die Dichtungskomponente 104 stehen durch mechanischen Eingriff 196, ähnlich dem in 2 gezeigten, und durch eine Feder in einer Nutenanordnung miteinander in Eingriff. Wie gezeigt wird, ist eine Canted-Coil-Feder 130 in einer in dem Stützring 106 ausgebildeten Federnut 136, die als eine Nut mit einem zwischen zwei Seitenwänden befindlichen sich verjüngenden Boden gezeigt wird, positioniert. Ein Teil der Feder 130, der sich aus der Federnut 136 heraus erstreckt, wird durch eine mit der Dichtungskomponente 104 ausgebildete Passnut 166 erfasst. Die Passnut 166 weist zwei allgemein parallele Seitenwände und eine dazwischen befindliche flache Bodenwand auf. Der Eingriff zwischen den beiden Nuten 136, 166 und der Feder 130 beschränkt die Radialbewegung der Dichtungskomponente 104 bezüglich des Stützrings 106 und bezüglich der Längsachse der Dichtungsanordnung durch die Bohrung der Dichtungsanordnung. In einem weiteren Beispiel können die Federnut 136 in der Dichtungskomponente 104 zum Halten der Canted-Coil-Feder 130 positioniert sein und die Passnut 166 im Stützring 106 zum Aufnehmen des Teils der Feder 130, der sich außerhalb der Federnut 136 erstreckt, positioniert sein. Mit anderen Worten kann die Positionierung der beiden Nutengeometrien an dem Stützrings 106 und der Dichtungskomponente 104 umgekehrt sein.
Der Eingriff der Komponenten der Dichtungsanordnung miteinander oder mit dem Dichtungshohlraum in dem Gehäuse unter Verwendung von ringförmigen Federn kann das Montieren der Dichtungsanordnung in den Dichtungshohlraum des Gehäuses, wenn sich das Gehäuse an einer schwer zugänglichen Stelle oder in einer ungünstigen Position befindet, erleichtern. Beispielsweise gibt es durch den offenbarten Eingriff zwischen den Dichtungsanordnungskomponenten weniger lose Komponenten, die in dem Dichtungshohlraum des Gehäuses gehalten werden müssen. Des Weiteren fallen die Komponenten der Dichtungsanordnung während des Transports oder in einer anderen physisch störenden Umgebung nicht auseinander. Ferner kann der Eingriff der Komponenten der Dichtungsanordnung das Halten der Dichtungsanordnung in dem Dichtungshohlraum gegenüber Schwerkraft und Vibration verstärken, insbesondere wenn die Dichtungsanordnung einer vibrierenden Umgebung oder anderen Bedingungen, die tendenziell zum Trennen und/oder Loslösen führen können, ausgesetzt wird.
5 zeigt auch zwei zusätzliche Nuten 200, 202, die in dem Stützring 106 ausgebildet sind. Bei einer der Nuten handelt es sich um eine Federnut 200, die einen zwischen zwei Seitenwänden befindlichen sich verjüngenden Boden aufweist, in der eine dritte Feder 152, die als eine Canted-Coil-Feder gezeigt wird, positioniert ist. Die dritte ringförmige Feder 152 weist einen Teil auf, der sich außerhalb der Federnut 200 erstreckt und durch eine in der zweiten stationären Komponente 194 ausgebildete Passnut 166 aufgenommen wird. Die Funktion der dritten ringförmigen Feder 152 in der zweiten Federnut 200 ähnelt stark der der vorhergehenden Figuren, wobei die Verwendung der ringförmigen Feder die Einbaukraft reduziert und die Dichtungsanordnung besser als bei Ausführungsformen ohne dieselbe Feder- und Nutenanordnung zentriert.
Um das Halten der Dichtungsanordnung 190 in dem Dichtungshohlraum weiter zu verstärken, zeigt 5 ein ringförmiges Glied 210, das als ein O-Ring gezeigt wird, in einer Nut 202, wie z. B. einer zusätzlichen Nut, in dem Stützring 106, die in der Darstellung einen zwischen zwei allgemein parallelen Seitenwänden befindlichen sich verjüngenden Boden aufweist. Das ringförmige Glied 210 in der Nut 202 greift in eine Passnut 166, wie z. B. eine weitere Nut, die in dem Gehäuse oder der zweiten stationären Komponente 194 ausgebildet ist, ein. Wie bei anderen an anderer Stelle hier erörterten Ausführungsformen erwähnt wird, ist die Anzahl an ringförmigen Federn, ringförmigen Gliedern und Nuten nicht auf die in 5 gezeigte beschränkt und kann mehr oder weniger als gezeigt aufweisen.
Verfahren zum Herstellen und Verwenden der hier beschriebenen Dichtungsanordnungen werden in Betracht gezogen.
Obgleich hier eine begrenzte Anzahl an Ausführungsformen von Dichtungsanordnungen und ihren Komponenten spezifisch beschrieben und dargestellt wurden, sind für einen Fachmann viele Modifikationen und Variationen offensichtlich. Des Weiteren können ausdrücklich für eine Ausführungsform, jedoch nicht für eine andere, erörterte Elemente und Merkmale gleichermaßen Anwendung finden, mit der Maßgabe, dass sich die Funktionalität oder Strukturen nicht entgegenstehen. Somit sind gleiche Merkmale für eine Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform anwendbar, sofern der Kontext nicht etwas Gegenteiliges angibt. Dementsprechend versteht sich, dass die gemäß den Prinzipien der offenbarten Vorrichtungen, Systeme und Verfahren konstruierten Dichtungsanordnungen und ihre Komponenten anders als hier spezifisch beschrieben ausgestaltet sein können. Die Offenbarung wird auch in den folgenden Ansprüchen definiert.

Claims

Dichtungsanordnung (100), die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignet ist, die Folgendes aufweist: eine Dichtungskomponente (104) und einen Verriegelungsring (110); wobei die Dichtungskomponente (104) eine Dichtungslippe (114) zum Abdichten einer Fläche einer Welle (116) aufweist; wobei der Verriegelungsring (110) mit der Dichtungskomponente (104) in Eingriff steht und zusammen mit der Dichtungskomponente (104) einen Federhohlraum (134) definiert; wobei eine erste ringförmige Feder (140) zum Erregen der Dichtungslippe (114) der Dichtungskomponente (104) in dem Federhohlraum (134) positioniert ist; wobei der Verriegelungsring (110) mindestens eine Federnut (136) aufweist; wobei eine zweite ringförmige Feder (142) in der mindestens einen Federnut (136) positioniert ist; und wobei die zweite ringförmige Feder (142) zum Vorbelasten gegen ein Gehäuse (102) konfiguriert ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Verriegelungsring (110) keinen Cantilever aufweist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die zweite ringförmige Feder (142) das Gehäuse (102) zum Halten der Dichtungsanordnung (100) im Gehäuse (102) in Eingriff nimmt.
Dichtungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dichtungskomponente (104) einen Außenflansch (122), einen Innenflansch (132) und einen Mittelkanalbereich (174) aufweist.
Dichtungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die mindestens eine Federnut (136) an dem Verriegelungsring (110) eine zwischen zwei Seitenwänden befindliche Bodenwand aufweist.
Dichtungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei es sich bei der ersten ringförmigen Feder (140) um eine Canted-Coil-Feder handelt.
Dichtungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei es sich bei der zweiten ringförmigen Feder (142) um eine Canted-Coil-Feder handelt.
Dichtungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gehäuse (102) ferner eine Federnut (166) aufweist, und wobei die Federnut (166) des Gehäuses (102) einen Teil der zweiten ringförmigen Feder (142) aufnimmt.
Dichtungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite ringförmige Feder (142) mit einem Elastomer gefüllt ist.
Dichtungsanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Verriegelungsring (110) aus einem ersten Material hergestellt ist und wobei die zweite ringförmige Feder (142) aus einem zweiten Material, das vom ersten Material verschieden ist, hergestellt ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Bodenwand der mindestens einen Federnut (136) am Verriegelungsring (110) bezüglich der beiden Seitenwände konisch zulaufend ist oder eine V-förmige Fläche aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsanordnung (100, 190), die für mindestens eine von statischen, rotierenden und hin- und hergehenden Dichtungsanwendungen geeignet ist, das Folgendes aufweist: Ausbilden einer Dichtungskomponente (104), die einen Innenflansch (132), einen Außenflansch (122) und einen Federhohlraum (134) definierenden Mittelkanalbereich (174) aufweist; Verbauen eines Stützrings (106) mit der Dichtungskomponente (104); Platzieren einer ersten ringförmigen Feder (140) in dem Federhohlraum (134) zum Vorbelasten gegen den Innenflansch (132) und den Außenflansch (122) und eine Dichtungslippe der Dichtungskomponente (104); Platzieren eines ersten Teils einer zweiten ringförmigen Feder (142) in einer Federnut (150) des Stützrings (106); und Platzieren eines zweiten Teils der zweiten ringförmigen Feder (142) in einer Federnut (166) eines Gehäuses (102, 194).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Stützring (106) ferner eine zweite Federnut aufweist, in der eine dritte ringförmige Feder (152) positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, das ferner Ineingriffbringen eines Verriegelungsrings (110) mit der Dichtungskomponente (104) aufweist, und wobei der Verriegelungsring (110) einen Teil des Federhohlraums (134) bildet, in dem die erste ringförmige Feder (140) positioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, wobei der Verriegelungsring (110) aus einem ersten Material hergestellt ist und wobei die zweite ringförmige Feder (142) aus einem zweiten Material, das sich von dem ersten Material unterscheidet, hergestellt ist.