DE102021212080B3

DE102021212080B3 - Sealing ring with pressure-activatable additional sealing edge and sealing arrangement

Info

Publication number: DE102021212080B3
Application number: DE102021212080.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bauer
Original assignee: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
Current assignee: Trelleborg Sealing Solutions Germany GmbH
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2041-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dichtring (20) zum Abdichten eines zwischen zwei relativ zueinander bewegbar angeordneten Maschinenteilen (12, 14) ausgebildeten Dichtspalts (18), umfassend:- einen Halteschenkel (24) und- einen Dichtschenkel (26) mit zwei Dichtkanten (32), die am freien Endabschnitt (28) des Dichtschenkels (26) in einer zur Zentralachse Z des Dichtrings (20) axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind und die der dynamisch dichtenden Anlage an einer Dichtfläche (42) des jeweilig anderen Maschinenteils (12, 14) dienen. Die niederdruckseitige Dichtkante (30) ist im nicht-druckbelasteten Zustand des Dichtrings (20) vom Halteschenkel (24) radial weiter beabstandet, als die zweite Dichtkante (32), wobei der Dichtschenkel (26) eine Vertiefung aufweist, durch die im Betriebseinsatz des Dichtrings (20) bei hochdruckseitiger Druckbeaufschlagung eine Druckaktivierung der zweiten Dichtkante (32) unter Verformung des Dichtschenkels (26) ermöglicht ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung.The invention relates to a sealing ring (20) for sealing a sealing gap (18) formed between two machine parts (12, 14) arranged to be movable relative to one another, comprising:- a holding leg (24) and- a sealing leg (26) with two sealing edges (32) which are arranged at a distance from one another on the free end section (28) of the sealing leg (26) in an axial direction relative to the central axis Z of the sealing ring (20) and which are used for dynamically sealing contact with a sealing surface (42) of the respective other machine part (12, 14) serve. When the sealing ring (20) is not under pressure, the sealing edge (30) on the low-pressure side is radially spaced further apart from the retaining leg (24) than the second sealing edge (32), the sealing leg (26) having a depression through which (20) pressure activation of the second sealing edge (32) with deformation of the sealing leg (26) is made possible when pressure is applied on the high-pressure side. In addition, the invention relates to a sealing arrangement.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dichtring sowie auf eine Dichtungsanordnung mit einem solchen Dichtring.The present invention relates to a sealing ring and a sealing arrangement with such a sealing ring.

Dichtringe werden zur Abdichtung eines Dichtspalts zwischen zwei relativ zueinander entlang einer bzw. um eine Bewegungsachse bewegbar angeordneten Maschinenteilen eingesetzt. Beispielsweise werden Dichtringe bei Getrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt, um ein Gehäuse an austretenden Wellen gegen die äußere Umgebung abzudichten. Dichtringe weisen hierbei zumindest eine dynamisch dichtende Dichtkante auf, welche auf der Gegenlauf- oder Dichtfläche einer sich drehenden Getriebewelle läuft und in der Regel mittels eines Federelementes in radialer Richtung gegen die Dichtfläche der sich drehenden Welle gedrückt wird. Neben derlei innendichtenden Dichtringen existieren auch außendichtende Dichtringe. Darüber hinaus werden derlei Dichtringe auch als Kolben- oder Stangendichtungen eingesetzt.Sealing rings are used to seal a sealing gap between two machine parts arranged to be movable relative to one another along a movement axis or about a movement axis. For example, sealing rings are used in motor vehicle transmissions in order to seal a housing against the external environment on exiting shafts. Sealing rings have at least one dynamically sealing sealing edge, which runs on the counter-rotating or sealing surface of a rotating transmission shaft and is generally pressed in the radial direction by means of a spring element against the sealing surface of the rotating shaft. In addition to such internally sealing sealing rings, there are also externally sealing sealing rings. In addition, such sealing rings are also used as piston or rod seals.

In der Praxis verfügbare Dichtringe umfassen häufig einen Halteschenkel zur Montage des Dichtrings in oder an einer Dichtungshaltestruktur eines der beiden Maschinenteile sowie einen daran angeformten Dichtschenkel, an dessen freien Endabschnitt die Dichtkante angeordnet ist. Die Dichtringe können darüber hinaus eine zweite Dichtkante bzw. eine Staublippe aufweisen, die zur ersten Dichtkante in einer zur Zentralachse des Dichtrings axialen Richtung beabstandet angeordnet ist. Derlei Dichtringe mit zwei dynamisch dichtenden Dichtkanten sind beispielsweise in der DE 41 08 221 A1 , der DE 44 39 242 A1 , der DE 10 2008 031 813 A1 sowie der JP 2015 17 626 A gezeigt.Sealing rings available in practice often include a retaining leg for mounting the sealing ring in or on a seal retaining structure of one of the two machine parts and a sealing leg formed thereon, on the free end section of which the sealing edge is arranged. The sealing rings can also have a second sealing edge or a dust lip, which is arranged at a distance from the first sealing edge in an axial direction relative to the central axis of the sealing ring. Such sealing rings with two dynamically sealing sealing edges are, for example, in the DE 41 08 221 A1 , the DE 44 39 242 A1 , the DE 10 2008 031 813 A1 as well as the JP 2015 17 626 A shown.

US 4 417 503 A offenbart einen Dichtring zum Abdichten eines Dichtspalts zwischen zwei entlang einer/um eine Bewegungsachse relativ zueinander bewegbar angeordneten Maschinenteilen. Der Dichtring umfasst einen Halteschenkel zur Montage des Dichtrings in einer Dichtungshaltestruktur eines der beiden Maschinenteile und einen Dichtschenkel mit einer niederdruckseitigen ersten Dichtkante und einer hochdruckseitigen zweiten Dichtkante, die am freien Endabschnitt des Dichtschenkels in einer zur Zentralachse Z des Dichtrings axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Die beiden Dichtkanten dienen der dynamisch dichtenden Anlage an einer Dichtfläche des jeweilig anderen Maschinenteils. U.S. 4,417,503 A discloses a sealing ring for sealing a sealing gap between two machine parts arranged to be movable relative to one another along/about a movement axis. The sealing ring comprises a retaining leg for mounting the sealing ring in a seal retaining structure of one of the two machine parts and a sealing leg with a first sealing edge on the low-pressure side and a second sealing edge on the high-pressure side, which are arranged at a distance from one another on the free end section of the sealing leg in an axial direction relative to the central axis Z of the sealing ring. The two sealing edges are used for dynamically sealing contact with a sealing surface of the respective other machine part.

Für die Standzeit der Dichtringe ist bekanntlich eine ausreichende Schmierung der Dichtkante(n) wesentlich.Sufficient lubrication of the sealing edge(s) is known to be essential for the service life of the sealing rings.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen Dichtring anzugeben, der im Betriebseinsatz einerseits ein gutes Dichtvermögen aufweist und bei dem andererseits eine besonders zuverlässige Schmierung der Dichtkanten zwecks einer verbesserten Standzeit gewährleistet ist. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung mit einem verbesserten Dichtring anzugeben.It is therefore the object of the invention to specify a sealing ring which, on the one hand, has good sealing properties in operational use and, on the other hand, ensures particularly reliable lubrication of the sealing edges for the purpose of improved service life. In addition, it is the object of the invention to specify a sealing arrangement with an improved sealing ring.

Die den Dichtring betreffende Aufgabe wird durch einen Dichtring mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist in Anspruch 7 angegeben.The object relating to the sealing ring is achieved by a sealing ring having the features specified in claim 1. The sealing arrangement according to the invention is specified in claim 7.

Der erfindungsgemäße Dichtring dient dem Abdichten eines Dichtspalts zwischen zwei Maschinenteilen, die relativ zueinander um eine/entlang einer Bewegungsachse bewegbar angeordnet sind. Der Dichtring umfasst einen Halteschenkel zur Montage des Dichtrings in/an einer Dichtungshaltestruktur eines der beiden Maschinenteile. Ferner weist der Dichtring einen Dichtschenkel mit einer niederdruckseitigen ersten Dichtkante (= „Hauptdichtkante“) und einer hochdruckseitigen zweiten Dichtkante (= „Zusatzdichtkante) auf, die am freien Endabschnitt des Dichtschenkels in einer zur Zentralachse des Dichtrings axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Dichtkanten dienen einer dynamisch dichtenden Anlage des Dichtrings an einer Dichtfläche des jeweilig anderen Maschinenteils. Die Hochdruck- oder Ölseite einer Dichtungsanordnung bzw. des Dichtspalts ist im Betriebseinsatz ggf. mit Druck beaufschlagbar und weist in der Regel ein Schmiermittel auf. Die niederdruckseitige, d. h. im Betriebseinsatz der Niederdruckseite der Dichtungsanordnung zuweisende, Dichtkante des Dichtrings ist im unbelasteten Zustand des Dichtrings vom ersten Schenkel in einer radialen Richtung weiter beabstandet als die hochdruckseitig angeordnete Dichtkante. Der zweite Schenkel weist an seiner hochdruckseitigen Seitenflanke eine Vertiefung oder Einbuchtung auf, durch die im Betriebseinsatz der Radialdichtung bei hochdruckseitiger Druckbeaufschlagung eine Druckaktivierung der ersten Dichtkante - unter einer elastischen Verformung des Dichtschenkels - ermöglicht ist. Ist der Dichtring (in radialer Richtung) innendichtend ausgeführt, so ist der lichte Innenquerschnitt des Dichtrings an der ersten Dichtkante mithin kleiner als an der zweiten Dichtkante. Bei einem außendichtenden Dichtring ist der Außendurchmesser an der ersten Dichtkante in dazu entsprechender Weise größer als an der zweiten Dichtkante. Der erfindungsgemäße Dichtring kann dadurch im nicht-druckbeaufschlagten Einbau- bzw. Betriebszustand bei einem Betriebsdruck P auf der Hochdruckseite H der Dichtungsanordnung, der kleiner ist als ein definierter Schwellenbetriebsdruckwert P_lim, alleinig mit seiner ersten Dichtkante an der Gegenlauf- oder Dichtfläche des betreffenden Maschinenteils dynamisch dichtend anliegen. Dies ermöglicht einerseits ein reibungsarmes und dabei ausreichendes Dichtvermögen bei guter Schmierung der ersten Dichtkante. Die zweite Dichtkante ist in diesem Betriebsmodus von der Dichtkante beabstandet und wird funktionell zu Abdichtzwecken nicht benötigt. Erst bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellenbetriebsdruckwerts P_lim wird der Dichtschenkel des Dichtrings (medienbetätigt) verformt und so die zweite Dichtkante druckproportional zum Betriebsdruck P in Richtung auf und gegen die Dichtfläche gepresst, um an dieser dynamisch dichtend anzuliegen. Dadurch kann die erste Dichtkante entlastet und ein ausreichendes Dichtvermögen auch bei größeren Betriebsdrücken P von beispielsweise bis zu 50 bar ermöglicht werden.The sealing ring according to the invention is used to seal a sealing gap between two machine parts which are arranged to be movable relative to one another about/along a movement axis. The sealing ring includes a retaining leg for mounting the sealing ring in/on a seal retaining structure of one of the two machine parts. Furthermore, the sealing ring has a sealing leg with a first sealing edge on the low-pressure side (= "main sealing edge") and a second sealing edge on the high-pressure side (= "additional sealing edge), which are arranged at a distance from one another on the free end section of the sealing leg in an axial direction relative to the central axis of the sealing ring. The sealing edges are used for dynamically sealing contact of the sealing ring on a sealing surface of the respective other machine part. The high-pressure or oil side of a sealing arrangement or of the sealing gap can, if necessary, be pressurized during operational use and usually has a lubricant. The sealing edge of the sealing ring on the low-pressure side, ie facing the low-pressure side of the sealing arrangement during operation, is further spaced from the first leg in a radial direction in the unloaded state of the sealing ring than the sealing edge arranged on the high-pressure side. The second leg has a depression or indentation on its side flank on the high-pressure side, through which pressure activation of the first sealing edge—with elastic deformation of the sealing leg—is enabled during operation of the radial seal when pressure is applied on the high-pressure side. If the sealing ring (in the radial direction) is designed to seal on the inside, the clear internal cross section of the sealing ring is consequently smaller at the first sealing edge than at the second sealing edge. In the case of an external sealing ring, the outside diameter at the first sealing edge is correspondingly larger than at the second sealing edge. The sealing ring according to the invention can thus, in the non-pressurized installation or operating state, at an operating pressure P on the high-pressure side H of the sealing arrangement, which is lower than a defined threshold operating pressure value P _lim , only with its first sealing edge on the counter-rotating or sealing surface of the relevant machine part with a dynamic seal. On the one hand, this enables a low-friction and at the same time sufficient sealing capacity with good lubrication of the first sealing edge. In this operating mode, the second sealing edge is at a distance from the sealing edge and is not required functionally for sealing purposes. Only when the threshold operating pressure value P _lim is reached or exceeded is the sealing leg of the sealing ring (media-actuated) deformed and the second sealing edge is thus pressed in the direction of and against the sealing surface in a manner proportional to the operating pressure P in order to rest against it in a dynamic sealing manner. As a result, the first sealing edge can be relieved and sufficient sealing ability can be enabled even at higher operating pressures P of, for example, up to 50 bar.

Nach der Erfindung weisen die beiden Dichtkanten jeweils eine Hauptdichtrichtung auf, die einander in axialer Richtung entgegengerichtet sind. Die erste Dichtkante weist dabei einen hochdruckseitigen Dichtkantenwinkel α auf, der größer ist als deren niederdruckseitiger Dichtkantenwinkel β, während die zweite Dichtkante einen niederdruckseitigen Dichtkantenwinkel β aufweist, der größer ist als deren hochdruckseitiger Dichtkantenwinkel o.According to the invention, the two sealing edges each have a main sealing direction, which are opposite to one another in the axial direction. The first sealing edge has a sealing edge angle α on the high-pressure side that is greater than its sealing edge angle β on the low-pressure side, while the second sealing edge has a sealing edge angle β on the low-pressure side that is larger than its sealing edge angle o on the high-pressure side.

Der jeweilig größere Dichtkantenwinkel α, β einer jeden dynamisch dichtenden Dichtkante des Dichtrings beträgt dabei zwischen 50° und 60° und der jeweilig kleinere Dichtkantenwinkel α, β einer jeden dynamischen Dichtkante beträgt zwischen 20° und 30°. Dadurch kann im Betriebszustand auch bei dynamisch dichtender Anlage beider Dichtkanten an der Dichtfläche des die Dichtfläche aufweisenden Maschinenteils ein zuverlässiger Schmiermittelzustrom zur ersten Dichtkante gewährleistet werden.The respective larger sealing edge angle α, β of each dynamically sealing sealing edge of the sealing ring is between 50° and 60° and the respective smaller sealing edge angle α, β of each dynamic sealing edge is between 20° and 30°. As a result, a reliable flow of lubricant to the first sealing edge can be ensured in the operating state even when both sealing edges are in dynamically sealing contact with the sealing surface of the machine part having the sealing surface.

Weist der Dichtschenkel des Dichtrings zwischen den beiden Dichtkanten eine ringförmige Vertiefung oder Nut auf, so kann diese im Betriebseinsatz als ein Schmiermittelreservoir dienten. Durch die beiden Dichtkanten kann mithin bei einem auf der Hochdruckseite H herrschenden Betriebsdruck P, der gleich oder größer als der Schwellenbetriebsdruckwert P_lim ist, eine Zwischenraumdruckkaskade eingestellt werden. Im Schmiermittelreservoir ist der Zwischenraumdruck einerseits kleiner als auf der Hochdruckseite H und andererseits größer als auf der Niederdruckseite der ersten Dichtkante.If the sealing leg of the sealing ring has an annular indentation or groove between the two sealing edges, this can serve as a lubricant reservoir during operational use. The two sealing edges can therefore set an interspace pressure cascade when the operating pressure P _prevailing on the high-pressure side H is equal to or greater than the threshold operating pressure value Plim. In the lubricant reservoir, the interspace pressure is on the one hand lower than on the high-pressure side H and on the other hand greater than on the low-pressure side of the first sealing edge.

Die Vertiefung an der hochdruckseitigen Seitenflanke des Dichtrings ist nach einer Ausführungsvariante in Umfangsrichtung ringförmig geschlossen ausgeführt. Nach einem alternativen Ausführungsvariante kann die Vertiefung auch abschnittsweise unterbrochen oder teil-unterbrochen ausgeführt sein. Hierdurch kann im Betriebseinsatz eine variable Kontaktpressung der zweiten Dichtkante in Umfangsrichtung des Dichtrings erreicht werden. Dies ist für eine nochmals weiter verbesserte Schmierung der Dichtkanten von Vorteil.The indentation on the side flank of the sealing ring on the high-pressure side is, according to one embodiment, closed in the circumferential direction in the form of a ring. According to an alternative embodiment variant, the recess can also be interrupted in sections or partially interrupted. As a result, a variable contact pressure of the second sealing edge in the circumferential direction of the sealing ring can be achieved during operational use. This is advantageous for further improved lubrication of the sealing edges.

Die Vertiefung der hochdruckseitigen Seitenflanke des Dichtrings kann sich nach der Erfindung in einer axialen Richtung bevorzugt bis auf Höhe der ersten Dichtkante oder sogar über die erste Dichtkante hinaus in Richtung der niederdruckseitigen Seitenflanke des Dichtrings erstrecken. Dadurch kann bei einer hochdruckseitigen Druckbeaufschlagung des Dichtrings mit einem Betriebsdruck zuverlässig eine radiale Kraftkomponente erreicht werden, durch die die zweite Dichtkante unter einer Verformung des Dichtschenkels in radialer Richtung gegen die Dichtkante gepresst wird.According to the invention, the indentation of the high-pressure side flank of the sealing ring can extend in an axial direction preferably up to the height of the first sealing edge or even beyond the first sealing edge in the direction of the low-pressure side flank of the sealing ring. As a result, when the sealing ring is pressurized on the high-pressure side with an operating pressure, a radial force component can be reliably achieved, by means of which the second sealing edge is pressed against the sealing edge with a deformation of the sealing leg in the radial direction.

Nach der Erfindung kann der Dichtring im Eckbereich zwischen der niederdruckseitigen Seitenflanke mit der von der Vertiefung der hochdruckseitigen Seitenflanke wegweisenden Umfangsseite des Halteschenkels angefast sein. Im Betriebseinsatz kann dadurch in der Dichtungshaltestruktur ein Freiraum gebildet sein, in den sich der Dichtring bei hochdruckseitiger Druckbeaufschlagung hineinverformen kann. Dadurch kann, insbesondere bei großen Betriebsdrücken, eine Druckentlastung der Dichtkanten ermöglicht werden.According to the invention, the sealing ring can be chamfered in the corner area between the side flank on the low-pressure side and the peripheral side of the holding leg pointing away from the depression on the side flank on the high-pressure side. In operational use, a free space can thereby be formed in the seal retaining structure, into which the sealing ring can deform when pressure is applied on the high-pressure side. As a result, a pressure relief of the sealing edges can be made possible, especially at high operating pressures.

Der Dichtring besteht bevorzugt aus einem gummielastisch verformbaren Material, insbesondere einem Elastomer. Als ein kostengünstiges und geeignetes Material kann insbesondere Fluorkautschuk (FKM) eingesetzt werden.The sealing ring preferably consists of a rubber-elastic deformable material, in particular an elastomer. In particular, fluorocarbon rubber (FKM) can be used as an inexpensive and suitable material.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung weist ein erstes und ein zweites Maschinenteil auf, die unter Ausbildung eines Dichtspalts voneinander beabstandet und um eine Rotationsachse relativ zueinander rotierbar angeordnet sind. Zur Abdichtung einer Hochdruckseite H dient ein vorstehend erläuterter Dichtring. Der Halteschenkel des Dichtrings ist in oder an einer Dichtungshaltestruktur, insbesondere einer Haltenut, eines der beiden Maschinenteile gehalten angeordnet. Der Dichtschenkel liegt im nicht-druckbeaufschlagten Betriebszustand sowie im druckbeaufschlagten Betriebszustand bei einem auf der Hochdruckseite H der Dichtungsanordnung herrschenden Betriebsdruck P, der kleiner ist, als ein Schwellenbetriebsdruckwerts P_lim, alleinig über die erste Dichtkante an der Dichtfläche des jeweilig anderen Maschinenteils dynamisch dichtend an. Durch Erreichen oder Überschreiten des hochdruckseitigen Schwellenbetriebsdruckwerts P_lim ist eine Druckaktivierung der zweiten Dichtkante bewirkt. Dies ermöglicht einerseits ein reibungsarmes und dabei ausreichendes Dichtvermögen bei guter Schmierung der ersten Dichtkante. Diese wird nur aktiviert, wenn benötigt. Dies ist für die Standzeit des Dichtrings von Vorteil.The sealing arrangement according to the invention has a first and a second machine part, which are spaced apart from one another to form a sealing gap and are arranged such that they can rotate relative to one another about an axis of rotation. A sealing ring explained above is used to seal a high-pressure side H. The retaining leg of the sealing ring is arranged in or on a seal retaining structure, in particular a retaining groove, of one of the two machine parts. In the non-pressurized operating state as well as in the pressurized operating state at an operating pressure P prevailing on the high-pressure side H of the sealing arrangement, which is lower than a threshold operating pressure value P _lim , the sealing leg is in dynamic sealing contact solely via the first sealing edge on the sealing surface of the respective other machine part. Reaching or exceeding the threshold operating pressure value P _lim on the high-pressure side causes pressure activation of the second sealing edge. On the one hand, this enables a low-friction and at the same time sufficient sealing capacity with good lubrication of the first sealing edge. This is only activated when required. This is advantageous for the service life of the sealing ring.

Nach der Erfindung kann der Dichtring niederdruckseitig in axialer Richtung an einem Backupring abgestützt sein. Der Backupring kann den Dichtring einseitig oder auch beiderseitig umfangsseitig in einer radialen Richtung übergreifen Dadurch kann das Einsatzspektrum der Dichtungsanordnung weiter vergrößert werden. Selbst bei großen Betriebsdrücken von beispielsweise bis zu 175 bar kann so eine unerwünschte Extrusion des Dichtrings in den Dichtspalt entgegengewirkt werden.According to the invention, the sealing ring can be supported on a backup ring in the axial direction on the low-pressure side. The backup ring can overlap the sealing ring on one side or also on both sides circumferentially in a radial direction. The range of uses of the sealing arrangement can thereby be further increased. Even at high operating pressures of, for example, up to 175 bar, unwanted extrusion of the sealing ring into the sealing gap can be counteracted in this way.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the drawing. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.

In der Zeichnung zeigen:

1 eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring bei einem auf der Hochdruckseite H herrschenden Betriebsdruck P, der kleiner ist als ein definierter Schwellenbetriebsdruckwert P_lim, in einem Detailausschnitt;
2 die Dichtungsanordnung gemäß 1 bei einem auf der Hochdruckseite H herrschenden Betriebsdruck P, der gleich oder größer ist als ein definierter Schwellenbetriebsdruckwert P_lim, in einem Detailausschnitt; und
3 eine weitere Dichtungsanordnung mit einem Dichtring bei einem auf der Hochdruckseite H herrschenden Betriebsdruck P, der kleiner ist als ein definierter Schwellenbetriebsdruckwert P_lim, mit einem Backup-Ring und einem Vorspannelement, in einem Detailausschnitt.

Show in the drawing:

1 a detailed excerpt of a sealing arrangement with a sealing ring at an operating pressure P prevailing on the high-pressure side H, which is lower than a defined threshold operating pressure value P _lim ;
2 the sealing arrangement according to 1 at an operating pressure P prevailing on the high-pressure side H, which is equal to or greater than a defined threshold operating pressure value P _lim , in a detailed excerpt; and
3 a further sealing arrangement with a sealing ring at an operating pressure P prevailing on the high-pressure side H, which is lower than a defined threshold operating pressure value P _lim , with a backup ring and a prestressing element, in a detailed section.

1 zeigt eine Dichtungsanordnung 10 mit einem ersten Maschinenteil 12 in Form einer Welle und mit einem zweiten Maschinenteil 14, beispielsweise in Form eines Gehäuses. Das erste Maschinenteil 12 ist hier beispielhaft um eine mit 16 bezeichnete Bewegungsachse relativ zum zweiten Maschinenteil 14 rotierbar gelagert angeordnet. Es versteht sich, dass die beiden Maschinenteile 12, 14 alternativ oder zusätzlich auch entlang der Bewegungsachse 16 relativ zueinander bewegbar ausgeführt sein können. Zwischen den beiden Maschinenteilen 12, 14 ist ein Dichtspalt 18 ausgebildet. Zum Abdichten einer Öl- oder Hochdruckseite H des Dichtspalts 18 gegenüber einer Außen- oder Niederdruckseite N dient ein Dichtring 20. Der Dichtring ist hier als ein innendichtender Radial-Wellendichtring ausgeführt. Der Dichtring 20, ist in einer als Haltenut ausgeführten Dichtungshaltestruktur 22 des zweiten Maschinenteils 14 angeordnet. Die Haltenut weist einen Nutboden 22a und zwei einander zuweisende Nutwände 22b, 22c auf. 1 shows a sealing arrangement 10 with a first machine part 12 in the form of a shaft and with a second machine part 14, for example in the form of a housing. The first machine part 12 is mounted here, for example, so as to be rotatable about an axis of movement denoted by 16 relative to the second machine part 14 . It goes without saying that the two machine parts 12, 14 can alternatively or additionally also be designed to be movable relative to one another along the movement axis 16. A sealing gap 18 is formed between the two machine parts 12 , 14 . A sealing ring 20 serves to seal an oil or high-pressure side H of the sealing gap 18 from an outer or low-pressure side N. The sealing ring is designed here as an internally sealing radial shaft sealing ring. The sealing ring 20 is arranged in a seal retaining structure 22 of the second machine part 14 designed as a retaining groove. The retaining groove has a groove bottom 22a and two groove walls 22b, 22c facing one another.

Der Dichtring 20 umfasst einen Halteschenkel 24 und einen Dichtschenkel 26. Der Halteschenkel 24 liegt am Nutboden 22a statisch dichtend an. Der Dichtschenkel 26 erstreckt sich vom Halteschenkel 24 in einer radialen Richtung weg und liegt im druckbeaufschlagten Betriebszustand der Dichtungsanordnung 10 an der niederdruckseitigen Nutwand 22b der Haltenut statisch dichtend an.The sealing ring 20 comprises a holding leg 24 and a sealing leg 26. The holding leg 24 rests on the groove bottom 22a in a statically sealing manner. The sealing leg 26 extends away from the retaining leg 24 in a radial direction and, when the sealing arrangement 10 is in the pressurized operating state, lies against the low-pressure-side groove wall 22b of the retaining groove in a statically sealing manner.

Der Dichtschenkel 26 weist an seinem freien Endabschnitt 28 (innenumfangsseitig) eine erste Dichtkante 30 und eine zweite Dichtkante 32 auf. Zwischen den beiden Dichtkanten 30, 32 ist eine Ringnut 34 ausgebildet, die im Betriebseinsatz als Schmiermittelreservoir dient. Die Ringnut 34 kann in Umfangsrichtung ringförmig geschlossen oder auch segmentiert ausgeführt sein.The sealing leg 26 has a first sealing edge 30 and a second sealing edge 32 on its free end section 28 (on the inner circumference). An annular groove 34 is formed between the two sealing edges 30, 32, which serves as a lubricant reservoir during operational use. The annular groove 34 can be closed in the circumferential direction in the form of a ring or else segmented.

Der Dichtschenkel 26 weist an seiner hochdruckseitigen Seitenflanke 36 eine Vertiefung 38 auf, die in Umfangsrichtung des Dichtrings ringförmig geschlossen ausgeführt ist. Die Vertiefung erstreckt sich in einer axialen Richtung bis auf Höhe der ersten Dichtkante 32 oder über die erste Dichtkante 32 hinaus in Richtung der niederdruckseitigen Seitenflanke 40 des Dichtrings 20.The sealing leg 26 has on its side flank 36 on the high-pressure side a depression 38 which is closed in the circumferential direction of the sealing ring in the form of a ring. The depression extends in an axial direction up to the level of the first sealing edge 32 or beyond the first sealing edge 32 in the direction of the low-pressure-side side flank 40 of the sealing ring 20.

Bei einem auf der Hochdruckseite H herrschenden Betriebsdruck P, der kleiner als ein vorgegebener Schwellenbetriebsdruckwert P_lim ist, liegt der Dichtring gemäß der Darstellung in 1 alleinig mit seiner niederdruckseitigen ersten Dichtkante 30 an der Gegenlauf- oder Dichtfläche 42 des ersten Maschinenteils 12 dynamisch dichtend an.At an operating pressure P prevailing on the high-pressure side H, which is less than a predefined threshold operating pressure value P _lim , the sealing ring is positioned as shown in FIG 1 solely with its low-pressure-side first sealing edge 30 on the mating or sealing surface 42 of the first machine part 12 in a dynamically sealing manner.

Bei unbelastetem Dichtring 20 bzw. bei einem Betriebsdruck P unterhalb des Schwellenbetriebsdrucks P_lim (vgl. 1) ist der lichte Innenquerschnitt d des Dichtrings 20 an der ersten Dichtkante 30 kleiner als an der zweiten Dichtkante 32.With an unloaded sealing ring 20 or with an operating pressure P below the threshold operating pressure P _lim (cf. 1 ) the clear internal cross section d of the sealing ring 20 is smaller at the first sealing edge 30 than at the second sealing edge 32.

Erreicht oder überschreitet der Betriebsdruck P den definierten Schwellenbetriebsdruckwert P_lim, so ist dadurch eine Druckaktivierung der zweiten Dichtkante 32 bewirkt. Der Dichtschenkel wird - druckproportional zum Betriebsdruck P - verformt und mit seiner zweiten Dichtkante 32 in Richtung auf und gegen die Dichtfläche 40 der Welle gepresst. Dieser Betriebszustand ist in 2 dargestellt. Durch die zweite Dichtkante 32 kann eine Entlastung der ersten Dichtkante 30 und ein nochmals besseres Dichtvermögen des Dichtrings 20 auch bei großen Betriebsdrücken P erreicht werden.If the operating pressure P reaches or exceeds the defined threshold operating pressure value P _lim , this causes pressure activation of the second sealing edge 32 . The sealing leg is deformed—pressure-proportional to the operating pressure P—and pressed with its second sealing edge 32 in the direction of and against the sealing surface 40 of the shaft. This operating state is in 2 shown. Due to the second sealing edge 32, a relief of the first sealing edge 30 and an even better sealing ability of the sealing ring 20 can be achieved even at high operating pressures P.

Zu beachten ist, dass die beiden Dichtkanten 30, 32 jeweils eine Hauptdichtrichtung S₁, S₂ aufweisen, die einander in axialer Richtung entgegengerichtet sind. So weist die erste Dichtkante 30 einen hochdruckseitigen Dichtkantenwinkel α auf, der größer ist als deren niederdruckseitiger Dichtkantenwinkel β, während bei der zweiten Dichtkante 32 der niederdruckseitige Dichtkantenwinkel β größer ist als der hochdruckseitige Dichtkantenwinkel o. Dadurch kann auch bei einer dynamisch dichtenden Anlage beider Dichtkanten 30, 32 an der Dichtfläche 40 ein zuverlässiger Schmiermittelzustrom zur ersten Dichtkante 30 gewährleistet werden. Zugleich wird über die Dichtkanten eine Zwischenraumdruckkaskade eingestellt, für die gilt: P_N ≤ P_v ≤ P_H, wobei P_N der atmosphärische Druck auf der Niederdruckseite N, P_V der jeweilige atmosphärische Druck in der Vertiefung des Dichtrings 20 und P_H der jeweilige Betriebsdruck auf der Hochdruckseite H ist.It should be noted that the two sealing edges 30, 32 each have a main sealing direction S ₁ , S ₂ , which oppose each other in the axial direction are directed. The first sealing edge 30 has a high-pressure-side sealing edge angle α that is greater than its low-pressure-side sealing edge angle β, while the low-pressure-side sealing edge angle β of the second sealing edge 32 is greater than the high-pressure-side sealing edge angle o. As a result, even when both sealing edges 30 , 32 on the sealing surface 40 a reliable flow of lubricant to the first sealing edge 30 can be ensured. At the same time, an interspace pressure cascade is set via the sealing edges, for which the following applies: P _N ≤ P _v ≤ P _H , where P _N is the atmospheric pressure on the low-pressure side N, P _V is the respective atmospheric pressure in the recess of the sealing ring 20 and P _H is the respective operating pressure on the high-pressure side is H.

Der Dichtring 20 ist im Eckbereich zwischen der niederdruckseitigen Seitenflanke 40 mit der von der Ringnut 34 bzw. Dichtfläche 42 wegweisenden Umfangsseite 44 des Halteschenkels angefast. Dadurch ist im gezeigten Betriebszustand zwischen dem Nutboden 22a und der niederdruckseitigen Nutwand 22b sowie dem Dichtring 20 ein Freiraum 46 gebildet, in den sich der Dichtring 20 bei Druckbeaufschlagung hineinverformen kann.The sealing ring 20 is chamfered in the corner region between the side flank 40 on the low-pressure side with the peripheral side 44 of the holding leg pointing away from the annular groove 34 or sealing surface 42 . As a result, in the operating state shown, a free space 46 is formed between the groove bottom 22a and the low-pressure side groove wall 22b and the sealing ring 20, into which the sealing ring 20 can deform when pressure is applied.

Der Dichtring 20 besteht aus einem Elastomer und kann insbesondere aus einem Fluorkautschuk bestehen.The sealing ring 20 consists of an elastomer and can in particular consist of a fluorinated rubber.

3 zeigt eine weitere Dichtungsanordnung 10, die sich von dem vorstehend im Zusammenhang mit den 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen in den folgenden Punkten unterscheidet: 3 shows another seal assembly 10, which differs from that above in connection with 1 and 2 The exemplary embodiment explained differs essentially in the following points:

Der Dichtring 20 ist über einen Backup-Ring 48 an der niederdruckseitigen Nutwand 22b der Haltenut abgestützt. Der Backup-Ring 48 bildet einen Extrusionsschutz für den Dichtring 20, sodass die Dichtungsanordnung 10 auch für größere Betriebsdrücke P von beispielsweise bis zu 175 bar geeignet ist. Der Backup-Ring 48 kann insbesondere aus einem zähelastischen Kunststoff oder aus Metall bestehen. Mit anderen Worten weist das Material des Backup-Rings ein größeres Modul auf als das das Material des Dichtrings 20. Der Dichtschenkel 26 des Dichtrings ist zusätzlich mit einem Vorspannelement 50 versehen, durch den die erste Dichtkante 30 gegen die Dichtfläche 42 der Welle gespannt ist. Das Vorspannelement 50 kann insbesondere als eine an sich bekannte Wurmfeder ausgeführt sein. Das Vorspannelement 50 ist in der Vertiefung 38 der hochdruckseitigen Seitenflanke 36 des Dichtrings 20 angeordnet und liegt am freien Endabschnitt 28 des Dichtschenkels 26 umlaufend an. Das Vorspannelement 50 kann gemäß 3 streng radial zur ersten Dichtkante 30 verlaufend angeordnet sein.The sealing ring 20 is supported via a backup ring 48 on the low-pressure side groove wall 22b of the retaining groove. The backup ring 48 forms an extrusion protection for the sealing ring 20, so that the sealing arrangement 10 is also suitable for larger operating pressures P of, for example, up to 175 bar. The backup ring 48 can consist in particular of a tough elastic plastic or of metal. In other words, the material of the backup ring has a greater modulus than the material of the sealing ring 20. The sealing leg 26 of the sealing ring is additionally provided with a pretensioning element 50, through which the first sealing edge 30 is tensioned against the sealing surface 42 of the shaft. The pretensioning element 50 can in particular be designed as a garter spring known per se. The prestressing element 50 is arranged in the recess 38 of the side flank 36 of the sealing ring 20 on the high-pressure side and bears circumferentially on the free end section 28 of the sealing leg 26 . The biasing element 50 can according to 3 be arranged to run strictly radially to the first sealing edge 30 .

Claims

Sealing ring (20) for sealing a sealing gap (18) between two machine parts (12, 14) arranged to be movable relative to one another along/about a movement axis, comprising: - a retaining leg (24) for mounting the sealing ring (20) in a seal retaining structure of one of the the two machine parts (12, 14) and - a sealing leg (26) with a first sealing edge (30) on the low-pressure side and a second sealing edge (32) on the high-pressure side, which are on the free end section (28) of the sealing leg (26) in a direction relative to the central axis Z of the sealing ring (20) are arranged spaced apart from one another in the axial direction and which are used for dynamically sealing contact with a sealing surface (42) of the respective other machine part (12, 14), the low-pressure-side sealing edge (30) in the non-pressure-loaded state of the sealing ring (20) from Holding leg (24) is spaced further apart in a radial direction than the second sealing edge (32) arranged on the high-pressure side and wherein the sealing leg (26) is on ner side flank (36) on the high-pressure side has a depression, so that during operational use of the sealing ring (20) when pressure is applied on the high-pressure side, pressure activation of the second sealing edge (32) is made possible with deformation of the sealing leg (26), characterized in that the two sealing edges each have a main sealing direction S1 , S2, which are opposed to one another in the axial direction, the first sealing edge (30) having a high-pressure-side sealing edge angle α that is greater than its low-pressure-side sealing edge angle β, while the second sealing edge (32) has a low-pressure-side sealing edge angle β that is larger as its high-pressure side sealing edge angle α and with the respective larger sealing edge angle α, β of each sealing edge (30, 32) being between 50° and 60° and the respective smaller sealing edge angle α, β of each sealing edge (30, 32) being between 20° and 30° amounts to.

Sealing ring (20) according to claim 1 , characterized in that the sealing leg (26) between the two sealing edges (30, 32) has an annular groove (34) which serves as a lubricant reservoir during operational use.

Sealing ring (20) according to claim 1 or 2 , characterized in that the annular groove (34) on the side flank (36) on the high-pressure side is closed in the circumferential direction in the form of a ring or is designed to be interrupted in sections.

Sealing ring (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sealing ring (20) in the corner region between the low-pressure side side flank (40) and of the Sealing edges (30, 32) pioneering peripheral side (44) of the retaining leg (24) is chamfered.

Sealing ring (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the depression (38) of the side flank (36) on the high-pressure side extends in an axial direction up to the level of the second sealing edge (32) or beyond the second sealing edge (32) in the direction the side flank (40) of the sealing ring (20) on the low-pressure side.

Sealing ring (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing ring (20) consists of an elastomer, in particular of a fluorinated rubber.

A sealing arrangement (10), in particular a rotary sealing arrangement, comprising: - a first and a second machine part (12, 14) which are spaced apart from one another to form a sealing gap (18) and are arranged such that they can be moved relative to one another along/about a movement axis (16); and - a sealing ring (20) according to one of the preceding claims for sealing the sealing gap (18), the retaining leg (24) of the sealing ring (20) being held in a seal retaining structure (22), in particular a retaining groove, of one of the two machine parts (12, 14 ) is arranged, with its sealing leg (26) dynamically in the non-pressurized operating state and in the pressurized operating state up to a threshold operating pressure value P _lim solely via the first sealing edge (30) on the sealing surface (42) of the respective other machine part (12, 14). sealingly abuts, and a pressure activation of the second sealing edge (32) is effected when a defined high-pressure-side threshold operating pressure value P _lim is reached or exceeded.

Sealing arrangement (10) according to claim 7 , characterized in that the sealing ring (20) is supported on the low-pressure side in the axial direction on a backup ring (48) which preferably engages over the sealing ring (20) on the peripheral side.