DE10305174B4

DE10305174B4 - Dichtring

Info

Publication number: DE10305174B4
Application number: DE2003105174
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Schreiner; Eberhard Dr.-Ing. Bock
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2003-02-08
Filing date: 2003-02-08
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2023-02-09
Also published as: DE10305174A1

Abstract

Dichtring, umfassend eine Dichtmanschette (1) aus elastomerem Werkstoff mit zumindest einer Dichtlippe (2) zur Abdichtung eines abzudichtenden Raums (3), wobei die Dichtmanschette (1) mit einem Versteifungsring (4) aus zähhartem Werkstoff verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmanschette (1), im Längsschnitt des Dichtrings betrachtet, im Wesentlichen winkelförmig ausgebildet ist, mit einem radial äußeren Axialschenkel (5), wobei der Axialschenkel (5) auf der dem abzudichtenden Raum (3) axial abgewandten Seite mit einem Radialschenkel (7) verbunden ist, dass der äußere Axialschenkel (5) nur auf der dem abzudichtenden Raum (3) axial zugewandten Seite mit dem Versteifungsring (4) verbunden ist, dass die Außenumfangsfläche (8) des äußeren Axialschenkels (5) und die dem abzudichtenden Raum (3) axial abgewandte Stirnseite (9) des Radialschenkels (7) einem Stützring (10) ungehaftet zugeordnet sind, dass der äußere Axialschenkel (5) zur Erhöhung des Anpressdrucks der Dichtlippe (2) auf die Oberfläche (14) des abzudichtenden Maschinenelements (5) radial außenseitig von einer Ringwendelfeder (13) umschlossen ist und...

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring, umfassend eine Dichtmanschette aus elastomerem Werkstoff mit zumindest einer Dichtlippe zur Abdichtung eines abzudichtenden Raums, wobei die Dichtmanschette mit einem Versteifungsring aus zähhartem Werkstoff verbunden ist.
Solche Dichtringe sind allgemein bekannt und gelangen beispielsweise als Radialwellendichtringe zur Anwendung. Die Dichtmanschette und der Versteifungsring sind dabei miteinander vulkanisiert, wobei die Dichtmanschette im Bereich der Dichtlippe in radialer Richtung flexibel ist. Vor allem bei Radialwellendichtringen mit axial kurzer Dichtmanschette zum Abdichten druckbeaufschlagter Medien ist die vergleichsweise geringe Flexibilität/große Steifigkeit für viele Anwendungen wenig zufriedenstellend, da beispielsweise Unwuchten des abzudichtenden Maschinenelements und/oder betriebsbedingter Verschleiß der Dichtlippe nur unzureichend durch den Dichtring kompensiert werden können. Zum teilweisen Ausgleich dieses konstruktiven Mangels werden die vorbekannten Dichtringe mit vergleichsweise großer radialer Überdeckung eingebaut, d.h. die Dichtlippe hat herstellungsbedingt einen deutlich kleineren Durchmesser als die Welle des abzudichtenden Aggregats. Eine solch große radiale Überdeckung führt jedoch zu einem hohen Reibmoment und Verschleiß während des Betriebs und zu einem unerwünscht frühzeitigen Versagen der Dichtlippe.

Aus der JP 07269713 A und der US 2,743,951 sind jeweils federbelastete Dichtringe bekannt, mit axial und radial wirkenden Stützringen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser verbesserte Gebrauchseigenschaften während einer verlängerten Gebrauchsdauer aufweist. Insbesondere soll das Reibmoment zwischen der Dichtmanschette und dem abzudichtenden Maschinenelement reduziert werden. Exzentrizitäten und/oder Unwuchten des abzudichtenden Maschinenelements sollen durch einen vergrößerten Bewegungsspielraum der Dichtlippe besser ausgeglichen werden. Ferner soll der Dichtring in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht einfacher und kostengünstiger herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils durch einen Dichtring gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die darauf rückbezogenen Ansprüche Bezug.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist zur Lösung der Aufgabe ein Dichtring vorgesehen, umfassend eine Dichtmanschette aus elastomerem Werkstoff mit zumindest einer Dichtlippe zur Abdichtung eines abzudichtenden Raums, wobei die Dichtmanschette mit einem Versteifungsring aus zähhartem Werkstoff verbunden ist, wobei die Dichtmanschette, im Längsschnitt des Dichtrings betrachtet, im Wesentlichen winkelförmig ausgebildet ist, mit einem radial äußeren Axialschenkel, wobei der Axialschenkel auf der dem abzudichtenden Raum axial abgewandten Seite mit einem Radialschenkel verbunden ist, wobei der äußere Axialschenkel nur auf der dem abzudichtenden Raum axial zugewandten Seite mit dem Versteifungsring verbunden ist, wobei die Außenumfangsfläche des äußeren Axialschenkels und die dem abzudichtenden Raum axial abgewandte Stirnseite des Radialschenkels einem Stützring ungehaftet zugeordnet sind, wobei der äußere Axialschenkel zur Erhöhung des Anpressdrucks der Dichtlippe auf die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements radial außenseitig von einer Ringwendelfeder umschlossen ist und wobei die Ringwendelfeder außerhalb des abzudichtenden Raums angeordnet ist.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung ist zur Lösung der Aufgabe ein Dichtring vorgesehen, umfassend eine Dichtmanschette aus elastomerem Werkstoff mit zumindest einer Dichtlippe zur Abdichtung eines abzudichtenden Raums, wobei die Dichtmanschette mit einem Versteifungsring aus zähhartem Werkstoff verbunden ist, wobei die Dichtmanschette, im Längsschnitt des Dichtrings betrachtet, im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und axial in Richtung des abzudichtenden Raums offen ist, mit einem radial äußeren und einem radial inneren Axialschenkel, wobei die Axialschenkel auf der dem abzudichtenden Raum axial abgewandten Seite durch einen Radialschenkel verbunden sind, wobei der äußere Axialschenkel nur auf der dem abzudichtenden Raum axial zugewandten Seite mit dem Versteifungsring verbunden ist, wobei die Außenumfangsfläche des äußeren Axialschenkels und die dem abzudichtenden Raum axial abgewandte Stirnseite des Radialschenkels einem Stützring ungehaftet zugeordnet sind, wobei der äußere Axialschenkel zur Erhöhung des Anpreßdrucks der Dichtlippe auf die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements radial außenseitig von einer Ringwendelfeder umschlossen ist und wobei die Ringwendelfeder außerhalb des abzudichtenden Raums angeordnet ist.

Durch solche Ausgestaltungen hat die Dichtlippe, bezogen auf Dichtringe, bei denen die Dichtlippe in unmittelbarer Nähe des Versteifungsrings angeordnet und durch Vulkanisation mit diesem verbunden ist, einen vergleichsweise großen Bewegungsspielraum, insbesondere in radialer Richtung, um Exzentrizitäten des abzudichtenden Maschinenelements und/oder Unwuchten ausgleichen zu können. Außerdem ist durch die ungehaftete Zuordnung des äußeren Axialschenkels und des Radialschenkels zum Stützring und durch den daraus resultierenden größeren Bewegungsspielraum das Reibmoment zwischen der Dichtlippe und dem abzudichtenden Maschinenelement reduziert, was im Hinblick auf gute Gebrauchseigenschaften während einer sehr langen Gebrauchsdauer von hervorzuhebendem Vorteil ist; der abrassive Verschleiß der Dichtlippe, bezogen auf den zuvor beschriebenen Dichtring aus dem Stand der Technik, ist wesentlich reduziert. Durch diese vorteilhaften Gebrauchseigenschaften ist der erfindungsgemäße Dichtring besonders gut geeignet, auch höhere Drücke abzudichten. Gelangt der Dichtring beispielsweise als Pumpendichtung zur Anwendung, können beispielsweise Pumpendrücke von bis zu 200 bar problemlos abgedichtet werden.

Durch das reduzierte Reibmoment ist zwangsläufig die Wärmeentwicklung vergleichsweise gering, ebenso wie die Wärmeübertragung auf das abzudichtende Medium, das beispielsweise durch ein Getriebe- oder Hydrauliköl gebildet ist. Die geringe Wärmeübertragung auf das abzudichtende Medium wirkt sich positiv auf die Alterung des abzudichtenden Mediums und/oder die Zersetzung der Additive aus, die im abzudichtenden Medium enthalten sind.

Der äußere Axialschenkel ist zur Erhöhung des Anpressdrucks der Dichtlippe auf die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements radial außenseitig von einer Ringwendelfeder umschlossen, wobei die Ringwendelfeder außerhalb des abzudichtenden Raums angeordnet ist. Insbesondere zur Abdichtung druckbeaufschlagter Räume ist die Verwendung einer Ringwendelfeder von Vorteil, um eine ausreichend dichte Anpressung der Dichtlippe an die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements auch bei hoher dynamischer Wellenexzentrizität und hoher Wellendrehzahl zu bewirken. Außerdem ist von Vorteil, dass die Ringwendelfeder außerhalb des abzudichtenden Raums angeordnet ist. Dadurch kann der Dichtring in medizinischen Bereichen und im Bereich der Lebensmittelindustrie zur Anwendung gelangen. Die Ringwendelfeder ist ausgezeichnet vor korrosiven, abzudichtenden Medien geschützt, und insgesamt kann der Dichtring gut gereinigt werden, da sich durch die Anordnung außerhalb des abzudichtenden Raums beispielsweise Rückstände aus dem abzudichtenden Medium nicht innerhalb der Ringwendelfeder absetzen können.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Außenumfangsfläche und die Stirnseite dem Stützring jeweils mit Abstand benachbart zugeordnet und an diesen anlegbar sind. Einer solchen Ausgestaltung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung deshalb der Vorzug gegeben, weil ein derart ausgestalteter Dichtring die eingangs gesteillte Aufgabe besonders gut löst. Speziell die Außenumfangsfläche, die einem Axialflansch des Stützrings mit radialem Abstand benachbart zugeordnet ist, wobei der radiale Abstand den radialen Federweg der Dichtlippe bildet, bewirkt die vorteilhaften Gebrauchseigenschaften, da durch die ausgezeichnete Flexibilität der Dichtlippe in radialer Richtung das Reibmoment und daraus resultierend die Wärmeentwicklung wesentlich reduziert wird und die Dichtlippe Exzentrizitäten und/oder Unwuchten des abzudichtenden Maschinenelements besonders gut zu folgen vermag.

Nach einer anderen Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, dass die Außenumfangsfläche den Stützring anliegend berührt und dass nur die Stirnseite dem Stützring mit Abstand benachbart zugeordnet und an diesen anlegbar ist. Ein Dichtring, der derart gestaltet ist, weist zwar im Vergleich zu herkömmlichen Dichtringen durch die ungebundene Zuordnung des äußeren Axialschenkels zum Axialflansch des Stützrings günstigere Gebrauchseigenschaften auf, da die Flexibilität der Dichtlippe in radialer Richtung trotzdem höher ist, als wenn die Dichtlippe in unmittelbarer Nähe des Versteifungsrings angeordnet und mit diesem vulkanisiert ist, jedoch ist die Flexibilität der Dichtlippe in radialer Richtung eingeschränkt, gegenüber der ersten Ausgestaltung, die zuvor beschrieben wurde.

Die Außenumfangsfläche des Dichtrings kann den Stützring anliegend berühren.

Der Versteifungsring und der Stützring können jeweils separat erzeugt und kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sein. Hierbei ist von Vorteil, dass der Werkstoff des Versteifungsrings und der Werkstoff des Stützrings den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles besonders gut angepasst werden können. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, den Versteifungsring aus einem metallischen Werkstoff herzustellen, beispielsweise als tiefgezogenen Winkelring, der sich einfach und kostengünstig, beispielsweise durch Vulkanisation, mit dem elastomeren Werkstoff der Dichtmanschette verbinden lässt. Der Stützring kann aus einem polymeren Werkstoff bestehen, z.B. aus einem PTFE-Compound, und mit seinem Axialflansch in den Versteifungsring eingepresst sein. Ein solcher Stützring hätte den Vorteil, dass auch bei hoher Druckbeaufschlagung des Dichtrings und/oder großen Exzentrizitäten und/oder Unwuchten des abzudichtenden Maschinenelements eine einwandfreie Relativbeweglichkeit der Dichtmanschette bezogen auf den Stützring aus reibungsverringerndem Werkstoff erhalten bliebe. Der Versteifungsring kann auch an seiner sich axial erstreckenden Innenfläche mit Elastomer überzogen sein. Dies hat den Vorteil, dass größere Radial-Toleranzen sowohl des Versteifungs- als auch des Stützrings akzeptabel sind und die Ringe dadurch kostengünstiger herstellbar sind.

Stützringe aus polymerem Werkstoff weisen außerdem, im Vergleich zu entsprechend gestalteten Stützringen aus metallischen Werkstoffen, eine vergleichsweise geringere Masse auf, was für manche Anwendungsfälle von Vorteil ist.

Durch die zweistückige Ausgestaltung von Versteifungsring und Stützring können beispielsweise auch komplizierte Formen der Ringe herstellbar sein, die einstückig nicht realisierbar wären.

Nach einer anderen Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, dass der Versteifungsring und der Stützring einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind. Hierbei ist von Vorteil, dass die Montage des Dichtrings durch eine solche Ausgestaltung vereinfacht wird, ebenso wie das Recycling nach einem Austausch des Dichtrings, beispielsweise wegen betriebsbedingtem Verschleiß.

Der äußere Axialschenkel und/oder der Radialschenkel und/oder der Stützring weisen auf den einander zugewandten Seiten bevorzugt eine reibungsverringernde Oberflächenbeschichtung auf. Die Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise durch eine PTFE-Folie oder durch einen Lack gebildet sein. Bei Beaufschlagung der Dichtmanschette mit Drücken, die beispielsweise größer sind als 1 bar, legt sich der Radialschenkel auf der dem abzudichtenden Raum axial abgewandten Seite an den Radialflansch des Stützrings an und stützt sich gegenüber diesem ab. Steigt der Druck innerhalb des abzudichtenden Raums weiter an, legt sich auch die Außenumfangsfläche des radial äußeren Schenkels, unter der Voraussetzung, dass sie vorher dem Axialflansch des Stützrings mit radialem Abstand benachbart zugeordnet war, an den Axialflansch an. Durch die reibungsverringernde Oberflächenbeschichtung sind die Dichtmanschette und der Stützring auch dann relativ zueinander beweglich, wenn sich innerhalb des abzudichtenden Raums Druckänderungen ergeben und/oder die Dichtmanschette Exzentrizitäten und/oder Unwuchten des abzudichtenden Maschinenelements ausgleichen muss. Besteht der Stützring nicht aus einem reibungsverringernden Werkstoff, beispielsweise einem PTFE- Compound oder einem Thermoplast, sondern aus einem metallischen Werkstoff, ist es in fertigungstechnischer Hinsicht einfacher, die reibungsverringernde Oberflächenbeschichtung auf den Stützring aufzubringen, als auf den elastomeren Werkstoff der Dichtmanschette.

Die Beschichtung des Stützrings bietet weiterhin den Vorteil, dass Oberflächenrauigkeiten des Stützrings keinen Einfluss auf die Haftung der Dichtmanschette haben. Sei der Ausgestaltung einer Oberflächenbeschichtung für die Dichtmanschette ist vorteilhaft, dass beispielsweise eine PTFE-Folie bereits ins Formgebungswerkzeug der Dichtmanschette eingelegt und beim Formgebungsprozess anvulkanisiert werden kann.

Die Dichtlippe kann durch zwei einander durchschneidende Kegelflächen gebildet sein, wobei der erste Kegelwinkel, den die dem abzudichtenden Raum abgewandte erste Kegelfläche mit der Achse des abzudichtenden Maschinenelements begrenzt, höchstens 10° kleiner ist als der zweite Kegelwinkel, den die axial in Richtung des abzudichtenden Raums angeordnete zweite Kegelfläche mit der Achse einschließt. Im Wesentlichen sind die beiden Kegelwinkel etwa gleich groß. Eine solche Ausgestaltung ist von Vorteil, um eine gute Schmierung der Dichtlippe zu gewährleisten. Der betriebsbedingte Verschleiß der Dichtlippe ist dadurch auf ein Minimum reduziert. Außerdem ist von Vorteil, dass dadurch die Länge des inneren Axialschenkels kurzgehalten und damit die durch den abzudichtenden Druck erzeugte Anpressung der Dichtmanschette an die Welle klein gehalten werden kann.

Bevorzugt ist der Stützring als Winkelring ausgebildet und weist einen Radial- und einen Axialflansch auf, die als Widerlager für den Radialschenkel und den radial äußeren Axialschenkel der Dichtmanschette dienen.

Die erste Kegelfläche kann auf der dem Radialflansch des Stützrings axial zugewandten Seite einen Stützwulst aufweisen, wobei das Verhältnis der Länge der ersten Kegelfläche zur Länge der zweiten Kegelfläche 0,3 bis 0,8 beträgt.

Der Stützwulst ist insbesondere in Verbindung mit einer Kegelfläche sinnvoll, die einen vergleichsweise großen ersten Kegelwinkel mit der Achse des abzudichtenden Maschinenelements einschließt und/oder mit abzudichtenden Drücken, die beispielsweise 3 bar überschreiten. Bei Druckbeaufschlagung der Dichtmanschette legt sich der Stützwulst an die dem abzudichtenden Raum zugewandte Seite der Stützfläche und verhindert dadurch, dass die Dichtlippe umklappt und sich die dem abzudichtenden Raum zugewandte zweite Kegelfläche eben auf die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements anlegt und dadurch die Gebrauchseigenschaften des Dichtrings in erheblichem Maße negativ beeinflusst. Die im Vergleich zur zweiten Kegelfläche kürzere und mit dem Stützwulst versehene erste Kegelfläche verhindert ein Umklappen der Dichtlippe.

Der Stützwulst kann einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich mit der Dichtmanschette ausgebildet sein. Durch diese einfache Ausgestaltung weist der Dichtring einen einfachen und teilearmen Aufbau auf und ist einfach und kostengünstig herstellbar.

Nach einer anderen Ausgestaltung kann der Stützwulst durch einen separat erzeugten Backring gebildet sein, der kraft- und/oder formschlüssig mit der Dichtmanschette verbunden ist. Der Backring kann beispielsweise aus einem PTFE-Compound bestehen. Bevorzugt ist der Backring ungebunden in eine Hinterschneidung der ersten Kegelfläche eingeschnappt, d.h. formschlüssig verbunden. Davon abweichend besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Backring nur kraftschlüssig mit der Dichtmanschette verbunden ist oder dieser gebunden zugeordnet ist. Der Backring verhindert eine Extrusion des Elastomerwerkstoffs der Dichtlippe vom abzudichtenden Raum mit vergleichsweise höherem Druck in Richtung der Umgebung mit vergleichsweise niedrigerem Druck. Die radiale Höhe des Backrings überdeckt in radialer Richtung den radial innenseitigen Abschluss des Radialflanschs des Stützrings und ist der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings bis auf einen geringen radialen Abstand benachbart zugeordnet.

Die Dichtlippe kann im herstellungsbedingten Zustand des Dichtrings mit der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements, im längsseitigen Halbschnitt des Dichtrings betrachtet, eine Überdeckung aufweisen, die kleiner ist als der dem radialen Abstand entsprechende radiale Federweg des äußeren Axialschenkels zwischen dessen Außenumfangsfläche und dem radial außen benachbart angrenzenden Axialflansch des Stützrings. Derartige Parameter sind vorteilhaft, um stets einen Federweg der Dichtlippe in radialer Richtung auch im eingebauten Zustand des Dichtrings sicherzustellen.

Der Stützring kann einen Bestandteil eines Gehäuseverschlussdeckels bilden. Durch eine solche Ausgestaltung wird der Dichtring weiter vereinfacht; demgegenüber wird die Herstellung des Gehäuseverschlussdeckels durch seine kompliziertere Gestalt in fertigungstechnischer Hinsicht aufwendiger und dadurch teurer.

Der Radialflansch kann mit einer Vorschalt-Dichtlippe verbunden sein, die auf der dem abzudichtenden Raum abgewandten Seite der Dichtlippe angeordnet ist und das abzudichtende Maschinenelement dichtend umschließt. Die Vorschalt-Dichtlippe hält Verunreinigungen von der Dichtlippe fern und begünstigt dadurch gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer. Abrassiver Verschleiß an der Dichtlippe durch Umgebungseinflüsse werden durch die Vorschalt-Dichtlippe auf ein Minimum reduziert.

Durch den sehr geringen radialen Abstand, mit dem der Radialflansch des Stützrings die Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements umschließt, wobei die radiale Weite des Radialspalts 0,01 bis 0,1 mm bevorzugt 0,03 bis 0,08 mm beträgt, ist von Vorteil, dass auch bei Abdichtung hoher Drücke der Werkstoff der Dichtmanschette nicht in unerwünscht hohem Masse in den Radialspalt extrudiert. Der Dichtring weist deshalb gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf.

Zum Gewährleisten eines Radialspalts konstanter Weite kann es erforderlich sein, den Stützring im Gehäuse des abzudichtenden Aggregats zu zentrieren. Der Stützring kann hierzu einen Radialflansch aufweisen.

Eine weitere Reduzierung der Gefahr von Spaltextrusion kann dadurch erreicht werden, wenn der Radialflansch auf seiner der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements zugewandten Seite einen die Dichtlippe zumindest teilweise untergreifenden, axial in Richtung des abzudichtenden Raums vorspringenden Stützvorsprung aufweist. In Verbindung mit einem sehr kleinen radialen Spalt zur Welle wird Extrusion verringert. Dieser Stützvorsprung stützt die Dichtlippe auch bei Druckbeaufschlagung mit etwa 200 bar.

Kurzbeschreibung der Zeichnung
Sechs Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Dichtrings werden nachfolgend anhand der schematisch dargestellten 1 bis 6 näher beschrieben.
Ausführung der Erfindung
In den 1 bis 4 sind vier Ausführungsbeispiele von Dichtringen gezeigt, die sich auf die Ausgestaltung gemäß Anspruch 1 beziehen.
In den 5 und 6 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele gezeigt, auf die sich Anspruch 2 lesen lässt.
In den 1 bis 3 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Dichtrings gezeigt, wobei jeder der Dichtringe eine Dichtmanschette 1 aus elastomerem Werkstoff mit einer Dichtlippe 2 umfasst. Die Dichtringe sind im herstellungsbedingten, nicht-eingebauten Zustand gezeigt, wobei das abzudichtende Maschinenelement 15 als Welle ausgebildet und in strichzwei-punktierter Darstellung gezeigt ist. Die Abdichtung des abzudichtenden Raums 3 erfolgt dadurch, dass die Dichtlippe 2 die Oberfläche 14 des abzudichtenden Maschinenelements 15 mit radialer Vorspannung dichtend umschließt. Innerhalb des abzudichtenden Raums 3 herrscht gegenüber der Umgebung 34 der vergleichsweise höhere Druck.
Die Dichtmanschette 1 ist mit dem aus einem zähharten Werkstoff bestehenden Versteifungsring 4 verbunden, der in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils als tiefgezogener Winkelring ausgebildet ist und aus einem metallischen Werkstoff besteht.
In den 1 bis 4 ist die Dichtmanschette, im Längsschnitt des Dichtrings betrachtet, im Wesentlichen winkelförmig ausgebildet, mit einem radial äußeren Axialschenkel 5, der auf der dem abzudichtenden Raum 3 axial abgewandten Seite mit einem Radialschenkel 7 verbunden ist.
In den 5 und 6 ist die Dichtmanschette 1 demgegenüber, im Länggschnitt des Dichtrings betrachtet, im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und axial in Richtung des abzudichtenden Raums 3 offen. Die Dichtmanschette 1 umfasst einen radial äußeren Axialschenkel 5 und einen radial inneren Axialschenkel 6, wobei die beiden Axialschenkel 5, 6 auf der dem abzudichtenden Raum 3 abgewandten Seite durch den Radialschenkel 7 verbunden sind.
Von entscheidender Wichtigkeit ist, dass der äußere Axialschenkel 5 nur auf der dem abzudichtenden Raum 3 axial zugewandten Seite mit dem Versteifungsring 4 verbunden ist und dass die Außenumfangsfläche 8 des äußeren Axialschenkels 5 und die dem abzudichtenden Raum 3 axial abgewandte Stirnseite 9 des Radialschenkels 7 dem Stützring 10 jeweils angehaftet zugeordnet sind. Nur durch eine derartige Ausgestaltung ist die Dichtlippe 2 in radialer Richtung besonders flexibel, um Exzentrizitäten und/oder Unwuchten des abzudichtenden Maschinenelements 15 auszugleichen. Außerdem wird das Reibmoment durch eine derartige Ausgestaltung verringert. Die Wärmeentwickung im Bereich der Dichtlippe 2 ist dadurch auf ein Minimum begrenzt.
Die zuvor beschriebene ungehaftete Zuordnung zwischen der Außenumfangs Fläche 8 des äußeren Axialschenkels 5 und der dem abzudichtenden Raum 3 axial abgewandten Stirnseite 9 des Radialschenkels 7 am Stützring 10 ist bei allen hier gezeigten Ausführungsbeispielen gleich, wobei die Außenumfangsfläche 8 und die Stirnseite 9 dem Stützring 10 jeweils mit Abstand 11, 12 benachbart zugeordnet sind. Die Außenumfangsfläche 8 und die Stirnseite 9 sind bei entsprechendem Überdruck innerhalb des abzudichtenden Raums 3 und/oder Exzentrizitäten und/oder Unwuchten des abzudichtenden Maschinenelements 15 an den Stützring 10 anlegbar.
In jedem der gezeigten Ausführungsbeispiele besteht der Versteifungsring 4 aus einem tiefgezogenen metallischen Werkstoff, mit einem Axialvorsprung 35 und einem Radialvorsprung 36, wobei die Dichtmanschette 1 um den Radialvorsprung 36 herumgeführt ist und den Axialvorsprung 35 radial außenseitig zumindest teilweise überdeckt. Dadurch besteht eine statische Abdichtung gegenüber dem Einbauraum des Dichtrings.
In den 1, 2 und 5 ist der Stützring 10 mit seinem Axialflansch 32 in den Axialvorsprung 35 des Versteifungsrings 4 eingepresst und dadurch sicher in seiner Position gehalten.
In den 3 und 6 sind der Versteifungsring 4 und der Stützring 10 einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet und mit der Dichtmanschette 1 ungehaftet durch Formschluß verbunden. Versteifungs- 4 und Stützring 10 sind in die Dichtmanschette 1 eingeknöpft.
Auch eine Verklebung der Dichtmanschette 1 mit Versteifungs- 4 und Stützring 10 ist möglich.
Die in den 1 bis 6 dargestellten Dichtringe sind nicht maßstäblich sondern der besseren Verständlichkeit wegen zumindest in Teilbereichen vergrößert dargestellt.
Der Stützring 10 ist der Oberfläche 14 des abzudichtenden Maschinenelements 15 mit seinem Radialflansch 25 sehr weit angenähert, so dass der Radialspalt 38 in den gezeigten Beispielen nur eine radiale Weite von etwa 0,05 mm aufweist. Spaltextrusion des elastomeren Werkstoffs der Dichtmanschette in den Radialspalt 38 wird dadurch auch bei Abdichtung sehr hoher Drücke im Bereich von etwa 200 bar weitgehend vermieden.
Um eine über den Umfang gleichbleibende radiale Weite zu gewährleisten, kann der Stützring 10 durch einen Radialflansch 43 im Gehäuse des abzudichtenden Aggregats zentriert sein.
Alle hier gezeigten Ausführungsbeispiele sind für Druckanwendungen besonders gut geeignet. Sei Druckbeaufschlagung des abzudichtenden Raums 3 ergibt sich eine Anpressung des elastomeren Werkstoffs der Dichtlippe 2 an den Radialflansch 25 des Stützrings 10. Durch die Inkompressibilität des elastomeren Werkstoffs, aus dem die Dichtmanschette 1 besteht, legt sich die Dichtlippe 2 bei Druckbeaufschlagung an den Radialflansch 25 des Stützrings 10 an und dehnt sich, durch Verdrängung des elastomeren Werkstoffs, in Bereiche aus, in die sie ausweichen kann. Daraus folgt, dass sich bei Druckbeaufschlagung des abzudichtenden Raums 3 die Anpressung der Dichtlippe 2 auf die Oberfläche 14 des abzudichtenden Maschinenelements 15 und damit die Dichtwirkung erhöht.
Diese technischen Zusammenhänge gelten für alle der gezeigten Dichtringe, wobei die im Wesentlichen C-förmig ausgestaltete Dichtmanschette 1, die axial in Richtung des abzudichtenden Raums 3 offen ist (5 und 6) eine Fertigung in weiteren Toleranzbereichen erlaubt, was hinsichtlich einer einfachen und kostengünstigen Fertigung von Vorteil ist. Die weiteren Toleranzbereiche werden dadurch ermöglicht, dass bei Druckbeaufschlagung der Dichtmanschette 1 aus dem abzudichtenden Raum 3 die in Richtung des abzudichtenden Raums 3 axial vorgewölbte Dichtlippe 2 durch die Druckbeaufschlagung verstärkt an die Oberfläche 14 des abzudichtenden Maschinenelements 15 angedrückt wird.
In den 2 und 3 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Radialflansch 25 des Stützrings 10 auf seiner der Oberfläche 14 des abzudichtenden Maschinenelements 15 zugewandten Seite mit einem die Dichtlippe 2 untergreifenden, axial in Richtung des abzudichtenden Raums 3 vorspringenden Stützvorsprung 39 versehen ist.
In jedem der Ausführungsbeispiele ist der äußere Axialschenkel 5 zur Erhöhung des Anpressdrucks der Dichtlippe 2 auf die Oberfläche 14 des abzudichtenden Maschinenelements 15 radial außenseitig von der Ringwendelfeder 13 umschlossen, wobei die Ringwendelfeder 13 außerhalb des abzudichtenden Raums 3 angeordnet ist. Dadurch besteht eine maximale Gestaltungsfreiheit der Dichtkante, wobei die Ringwendelfeder 13, wie in den 1 bis 4 gezeigt, auch dann zur Anwendung gelangen kann, wenn sich die Dichtlippe 2 nur in radialer Richtung auf die Oberfläche 14 des abzudichtenden Maschinenelements 15 erstreckt. Außerdem ist die Ringwendelfeder 13 nicht von abzudichtendem Medium beaufschlagt und dadurch beispielsweise zuverlässig vor Korrosion geschützt. Durch die Anordnung der Ringwendelfeder 13 auf der dem abzudichtenden Raum 3 abgewandten Seite in der Umgebung 34 kann der Dichtring besonders gut in Lebensmittel verarbeitenden Maschinen zur Anwendung gelangen oder in der Medizintechnik, da es durch seine Anordnung einer besonders intensiven Reinigung der Ringwendelfeder 13, die normalerweise nur aufwendig durchzuführen ist, nicht bedarf.
Der radial Abstand 11 entlang der axialen Erstreckung des radial äußeren Axialschenkels 5 nimmt, in axialer Richtung vom Radialschenkel 7 in Richtung des Radialvorsprungs 36 betrachtet, kontinuierlich ab. Ausgehend vom Radialvorsprung 36 legt sich die Außenumfangsfläche 8, in axialer Richtung betrachtet, allmählich an den Axialflansch 32 des Stützrings 10 an.
In jedem der Ausführungsbeispiele kann es vorgesehen sein, dass zumindest eine der einander zugewandten Seiten 16, 17, 18 mit einer reibungsverringernden Oberflächenbeschichtung 19 versehen sind, wobei die Oberflächenbeschichtung 19 beispielsweise als PTFE-Folie ausgebildet sein kann. Dadurch wird die Relativbeweglichkeit der Dichtmanschette 1 bezogen auf den Stützring 10 verbessert und abrassiver Verschleiß auf ein Minimum reduziert.

Claims

Dichtring, umfassend eine Dichtmanschette (1) aus elastomerem Werkstoff mit zumindest einer Dichtlippe (2) zur Abdichtung eines abzudichtenden Raums (3), wobei die Dichtmanschette (1) mit einem Versteifungsring (4) aus zähhartem Werkstoff verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmanschette (1), im Längsschnitt des Dichtrings betrachtet, im Wesentlichen winkelförmig ausgebildet ist, mit einem radial äußeren Axialschenkel (5), wobei der Axialschenkel (5) auf der dem abzudichtenden Raum (3) axial abgewandten Seite mit einem Radialschenkel (7) verbunden ist, dass der äußere Axialschenkel (5) nur auf der dem abzudichtenden Raum (3) axial zugewandten Seite mit dem Versteifungsring (4) verbunden ist, dass die Außenumfangsfläche (8) des äußeren Axialschenkels (5) und die dem abzudichtenden Raum (3) axial abgewandte Stirnseite (9) des Radialschenkels (7) einem Stützring (10) ungehaftet zugeordnet sind, dass der äußere Axialschenkel (5) zur Erhöhung des Anpressdrucks der Dichtlippe (2) auf die Oberfläche (14) des abzudichtenden Maschinenelements (5) radial außenseitig von einer Ringwendelfeder (13) umschlossen ist und dass die Ringwendelfeder (13) außerhalb des abzudichtenden Raums (3) angeordnet ist.
Dichtring, umfassend eine Dichtmanschette (1) aus elastomerem Werkstoff mit zumindest einer Dichtlippe (2) zur Abdichtung eines abzudichtenden Raums (3), wobei die Dichtmanschette (1) mit einem Versteifungsring (4) aus zähhartem Werkstoff verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmanschette (1), im Längsschnitt des Dichtrings betrachtet, im Wesentlichen C-förmig ausgebildet und axial in Richtung des abzudichtenden Raums (3) offen ist, mit einem radial äußeren (5) und einem radial inneren Axialschenkel (6), wobei die Axialschenkel (5, 6) auf der dem abzudichtenden Raum (3) axial abgewandten Seite durch einen Radialschenkel (7) verbunden sind, dass der äußere Axialschenkel (5) nur auf der dem abzudichtenden Raum (3) axial zugewandten Seite mit dem Versteifungsring (4) verbunden ist, dass die Außenumfangsfläche (8) des äußeren Axialschenkels (5) und die dem abzudichtenden Raum (3) axial abgewandte Stirnseite (9) des Radialschenkels (7) einem Stützring (10) ungehaftet zugeordnet sind, dass der äußere Axialschenkel (5) zur Erhöhung des Anpressdrucks der Dichtlippe (2) auf die Oberfläche (14) des abzudichtenden Maschinenelements (15) radial außenseitig von einer Ringwendelfeder (13) umschlossen ist und dass die Ringwendelfeder (13) außerhalb des abzudichtenden Raums (3) angeordnet ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (8) und die Stirnseite (9) dem Stützring (10) jeweils mit Abstand benachbart zugeordnet und an diesen anlegbar sind.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (8) den Stützring (10) anliegend berührt und dass nur die Stirnseite (9) dem Stützring (10) mit Abstand (12) benachbart zugeordnet und an diesen anlegbar ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (4) und der Stützring (10) jeweils separat erzeugt und kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (4) und der Stützring (10) einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (4) und/oder der Stützring (10) aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (4) und/oder der Stützring (10) aus einem polymeren Werkstoff bestehen.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Axialschenkel (5) und/oder der Radialschenkel (7) und/oder der Stützring (10) auf den einander zugewandten Seiten (16, 17, 18) eine reibungsverringernde Oberflächenbeschichtung (19) aufweisen.
Dichtring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (19) durch eine PTFE-Folie gebildet ist. 11. Dichtring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (19) durch einen Lack gebildet ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (2) durch zwei einander durchschneidende Kegelflächen (20, 21) gebildet ist und dass der erste Kegelwinkel (22), den die dem abzudichtenden Raum abgewandte erste Kegelfläche (20) mit der Achse (24) des abzudichtenden Maschinenelements (15) begrenzt, höchstens 10° kleiner ist, als der zweite Kegelwinkel (23), den die axial in Richtung des abzudichtenden Raums (3) angeordnete zweite Kegelfläche (21) mit der Achse (24) einschließt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (10) als Winkelring ausgebildet ist und einen Radial- (25) und einen Axialflansch (32) aufweist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kegelfläche (20) auf der dem Radialflansch (25) des Stützrings (10) axial zugewandten Seite einen Stützwulst (26) aufweist, und dass das Verhältnis der Länge (27) der ersten Kegelfläche (20) zur Länge (28) der zweiten Kegelfläche (21) 0,3 bis 0,8 beträgt.
Dichtring nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützwulst (26) einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich mit der Dichtmanschette (1) ausgebildet ist.
Dichtring nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützwulst (26) durch einen separat erzeugten Backring (29) gebildet ist, der kraft- und/oder formschlüssig mit der Dichtmanschette (1) verbunden ist.
Dichtring nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützwulst (26) durch einen separat erzeugten Backring (29) gebildet ist, der angehaftet zwischen der Dichtmanschette (1) und dem Stützring (10) angeordnet ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Backring (29) aus einem PTFE-Compound besteht.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (2), im herstellungsbedingten Zustand des Dichtrings, mit der Oberfläche (14) des abzudichtenden Maschinenelements (15), im längsseitigen Halbschnitt des Dichtrings betrachtet, eine Überdeckung (30) aufweist, die kleiner ist, als der dem radialen Abstand (11) entspre chende radiale Federweg (31) des äußeren Axialschenkels (5) zwischen dessen Außenumfangsfläche (8) und dem radial außen benachbart angrenzenden Axialflansch (32) des Stützrings (10).
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (10) einen Bestandteil eines Gehäuseverschlussdeckels (33) bildet.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialflansch (25) mit einer Vorschalt-Dichtlippe (42) verbunden ist, die auf der dem abzudichtenden Raum (3) abgewandten Seite der Dichtlippe (2) angeordnet ist und das abzudichtende Maschinenelement (15) dichtend umschließt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (10) einen Radialflansch (25) umfasst, der der Oberfläche (14) des abzudichtenden Maschinenelements (15) unter Bildung eines Radialspalts (38) mit nur sehr geringem radialem Abstand benachbart zugeordnet ist.
Dichtring nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Weite des Radialspalts (38) 0,01 bis 0,1 mm beträgt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Weite des Radialspalts (38) 0,03 bis 0,08 mm beträgt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialflansch (25) auf seiner der Oberfläche (14) des abzudichtenden Maschinenelements (15) zugewandten Seite einen die Dichtlippe (2) zumindest teilweise untergreifenden, axial in Richtung des abzudichtenden Raums vorspringenden Stützvorsprung (39) aufweist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (10) durch einen weiteren Radialflansch (43) im Gehäuse des abzudichtenden Aggregats zentrierbar ist.