DE1905593A1 - Dichtelement - Google Patents

Description

• Dichtelement Die brfinduag.betrifft ein neues Dichtelement, welches in seiner Art zu den sogenannten Berührungsdichtungen zählt und als Ringspaltdichtung dienen soll.
• Dichtelements der infrage stehenden Art werden beispielsweise bei Wellenlagern, wellendurchführungen, Kolben- und Kolbenstangen, Steuer- und Regelgeräten usw. benötigt und haben dort die Aufgabe, die zwischen gegenseitig drehend, axial schiebend, quer schiebend, drehend und axial schiebend oder drehend und quer schiebend beweglichen bzw. bewegten Bauteilen bestehenden Ringspalte gegen den Durchtritt von flüs@igen, gasförmigen oder staubför@igen @edien abzudichten. Dabei können diese medien gar keinen oder niedriges bis hohen Druck und sehr verschiedene chemische Eigenschaften aufweisen.
• Entsprechend der Vielzahl der in der Praxis auftretenden Dichtaufgaben wurden im Laufe der Zeit sehr viele Arten und in ihrer Größe sehr verschiedene Dichtelemente vorgeschlagen bzw. ausgeführt und deren obligatorischer Bestandteil bildet stets ein elastisches Ringglied, welches gleichzeitig an den beiden den Ringspalt bildenden Bauteilen (z.B. Lagergehäuse/@elle, Zylinder/Kolben, Kugelpfanne/Kugel) abdichtend anliegt.
• Die in einer Vielzahl von Größen und Ausführungen herzustellenden elastischen Ringglieder, oft noch mit Blech-und anderen Teilen ausgerüstet, bedürfen zu ihrer Fertigung einer Vielzahl von teuren Einrichtungen und Sonderwerkzeugen und daher kommt es, daß nur die gängigsten Ausführung@n und Baugrößen einen angemessenen Preis aufweisen, während seltener vorkommende Dichtungen teuer und aus dem Rahmen fallende Größen sogar sehr teuer zu stehen kommen.
• Neben der Preisfrage spielt in der Praxis aber auch noch die Beschaffungsmöglichkeit eine sehr wesentliche wolle.
• leider muß in dieser Hinsicht festgestellt werden, daß die hersteller der Dichtungen letztere nur im gängigsten Größenbereich in ausreichend feiner Größenabstufung herstellen, wahrend sie vor allem größere Ausfhrungen nur mit ebenso größer werden@er Maßabstufung herstellen, um auf eine noch rentable Fertigungszahl zu kommen. Zwischengrößen sind dann nur noch als Sonderanfertigung und mit hohem Preisaufschlag zu bekommen. Außer dem zunehmend hohen Preis bestehen bei den bekannten Dichtungen bzw. grösseren Ausfiiflrungen auch noch wesentlich längere Lieferzeiten oder sogar Beschaffungsschwierigkeiten.
• Neben der Preis- und Beschaffungsfrage spielen die besonderen Eigenschaften eines Dichtelementes eine Hauptrolle und es ist nützlich, diese mit den nachstehend aufgeführten, die vielseitigen Einbau- und Betriebsbedingungen berücksichtigenden Anforderungen zu vergleichen: 1. Verwendungsmöglichkeit bei allen am abzudichtenden Ringspalt vorkommenden Relativbewegungen.
• 2o Verwendungsmöglichkeit bei allen praktisch vorkoamenden Xerrdrücken.
• 3. Immunität oder zumindest leichte @npassungsmöglichkeit an die chemischen @igenschaften des zu sperrenden @ediums.
• 4. Anwendbarkeit über einen großen Temperaturber@ich.
• 5. Geringer Verschleiß und hohe zulässige Gleitgeschwindifgkeit.
• 6. Kleine Einbauabmessungen, einfacher ein und Ausbau.
• 7. Ohne Minderung der Funktionssicherheit große zulässige Abmaße und Toleranzen beim Dichtelement, an der Einbaustelle, sowie bei Fluchtfehler und Querverlagerung zwischen den den Ringspalt bildenden Baut teilen und vor allem auch bei Maßänderungen durch verschleiß an den Gleitflächen.
• 8. Einfache, schnelle und billige Beschaffungsmöglichgleit.
• Die Beurteilung der bestehenden Dichtelemente hat dann folgendes Ergebnis: Die sogenannten Radialdichtringe mit und ohne federgespanntor Dichtlippe aus elastischem Werkstoff beim abdichtenden Ringglied (vgl. DIN 6504) eignen sioh vornehmlich für rein drehende Relativbewegung am Ringapalt, sind nur bei sehr niedrigen Sperrdrücken anwendbar, verlangen eine gute Zentrierung der Welle zur Aufnahmebohrung des Gehäuses, werden nur als Sonderausführung aus besonderem Werkstoff des Dichtgliedes und entsprechend teuer und langfristig geliefert. Das Gleiche gilt bei aus der Norm fallender Temperaturbeständigkeit und bei nichtkatalogmäßigen BJU-größen. Sie versagen also bei den unter 1, 2, 3, 4, 7 und 8 aufgeführten Bedingungen entweder grundsätzlich oder zumindest bei hochgestellten Anforderungen bei besti@@-ten Bedingungen. die können als spesielle Wellendichtung gelten, haben aber selbst da nicht in einer Einsigen Bauart die gewünschte universal Einsatzfähigkeit.
• Die bekannten sogenannten Nutringe sind ebenfalls aus elastischem iVerkstoff bestehende Dichtringe. Sie eignen sich aber nur für axiale Relativbewegungen an der Gleitstelle und entsprechen insbesonders nur den unter 2 und 6 angegebenen Forderungen, während alle anderen entweder nicht oder nur über teure Sonderausführungen realisierbar sind.
• Die in der Praxis ausser den beiden eben behandelten Dichtelementen bekannten und angewandten Dichtangsarten sind sowieso Sonderbatiarten und scheiden bei der Bewertung daher ganz aus0 Das neue Dichtelement gemäß vorliegender Erfindung entstand aus der dringenden Forderung nach einer Ringspalt dichtung, welche die in der Tabelle unter 1 - 8 aufgezählten Borderungen in hohem Maße gleichzeitig erfüllt und dadurch auch entsprechend universal und vorteilhaft verwendet werden kann. oie beruht in der Hauptsache auf der Erkenntnis, daß das gesteckte Ziel nur mit einem prinzipiell vielseitig geeigneten elastischen Dichtring erreichbar ist und daß der als Dichtelesent bereits bekannte und sehr viel verwendete sogenannte Rundschnurring, neuerdings und nachstehend kurz "O-Ring" genannt, einer nur geringen und billigen Modifikation bedarf, um zu einem wirklichen Allzweck-Dichtelement aufzusteigen.
• Der o-Ring ist ein kreisrunder Ring mit kreisflächigem X,uerschnittprofil letzteres wird nachstehend nur noch "Kreisprofil" genannt. Er wird bis heute vorzugsweise bei ruhenden Dichtstellens beispielsweise bei Flanschdeckeln, Rohrverbindungen, Leitungsanschlussen usw. verwendet und hat sich hier so gut bewährt, daß er heute schon in fein abgestuften und allen praktischen Bediirfnissen genügenden Baugrössen hergesJellt und im Handel geführt wird. Außerdem gibt es ihn in jeder Größe aus vielerlei elaotischen @erkstoffen, so daß zu den meisten zu sperrenden medien schon ein passender 0-ding zur Verfügung steht. Auch der Preis der O-Ringe ist mäßig und seine Beschaffung stets kurzfristig möglich.
• Er erfüllt jetzt schon die Forderungen 2, 3, 4, 8 der Tabelle Seite 2 und 3.
• Der 0-ßing wird bisher stets in eine, eine Erweiterung des abzudichtenden Ringspalte. bildende Ringnute mit rechteckigem oder ähnlichen Querschnittprofil eingebaut und durch eine passende Bemessung der Nuttiefe r spaltweite zwischen den zu sicb. parallelen ringförmigen Wänden der den abzudichtenden Ringspalt bildenden bauteile in seinem Kreisprofil so stark diametral gedrückt, daß er sich mit genügender Dichtheit dort anlegt. Da bei ruhender Dichtstelle keine Relativbewegungen zwischen den Anlageflächen vorkommen, konnte die diametrale Profflverformung ohne Nachteil sehr groß gewählt und grob toleriert werden, was im Sinne der Forderung 7 (s. Tabelle) läge.
• Es war bei diesen Gegebenheiten sehr naheliegend, den O-Ring auch bei Dichtatellen mit Relativbewegung zwischen den den abzudichtenden Ringspalt bildenden Bauteilen (vgl. Seite 1 und 1. Forderung der Tabelle seite 2) anzuwenden. beider versagte er hierbei aber besonders betäglich der 5. und 7. Borderung der Tabelle, indem er eine sehr teure engtolerierte Bearbeitung der Ringnute und sehr enge Bührungsspiele bei den Bauelementen verlangte und außerdem in seiner Funktionssicherheit sehr empfindlich gegen Abnützungen am O-Bing bzw. an allen Gleitstellen ist.
• Aufgrund dieser flachteile konnte O-Ringe bisher nur bei bewegten Dichtstellen mit besonders günstigen Betriebsverhältnissen Anwendung finden. Bekannt ist s.B. seine Verwendung zur Abdichtung von Kolben, Kolbenstangen und Drehgelenken bei hydraulischen Geräten. Die hier in der Regel nur mit niedriger Geschwindigkeit stattfindende Schiebebewegung bzw. Drehbewegung zwischen den beiden, den abzudichtenden Ringspalt bildenden Bauteilon und die vorzdgliche Schmierung der Gleitflächen durch das zu sperrende Hydrauliköl einerseits und die bei solchen Geräten allgemein übliche hohe Bearbeitungsquzalität andererseits lassen eine ausreichende lebensdauer au. Außerdem spielt der bei evtl. durch zu hohe Vorspannung der =-preßkraft erhöhte Reibungsverlust ist Rahmen des bei solchen Anlagen ohnehin schon sehr mäßigen Gesamtwirkungsgrades keine große Rolle.
• Es kann aber doch nicht überseten werden, daß bei optimalen Eigenschaften des Dichtelementes "O-Ring", d.h.
• insbesondere bei einer auch die 5. und 7. Forderung der tabelle (s. Blatt 3) befriedigenden Ausführung, auch im vorstehenden Verwendungsgebiet und vor allem auf taderen Gebieten des aschinen- und Apparatebaues dessen Vorteile bedeutend erhöht und seine Anwendbarkeit bedeutend erweitert würde. Es müßte also durch gesignete Verbesserungen erreicht werden, daB sich die bei der Anwendung des O-Ringes bei ruhenden Dichtstellen gebotenen umfassenden Vorteile ungeschmälert auch bei Dichtstellen mit Relativbewegung an den Dichtflächen ausnütsen lassen.
• Zur Lösung der gestellten Aufgabe macht die Erfindung zunächst den Vorschlag, den O-Ring von der Aufgabe der Erzeugung der an seinen Anlageflächen benötigten Pressung zu befreien, indem der an sich bekannte O-Ring mit einer sogenannten Ringfeder kombiniert wird. Beide zusammen bilden ein neues Dichtelement.
• die geht von der Erkenntnis aus, daß sich die genau dosierte kinimalpressung an den Dichtflächen niemals durch die Diametralquetschung des O-Ringes in seiner Ringnute erreichen läßt, weil deren absolutwert viel zu stark von den in der Praxis unvermeidlichen Maßabweichungen, Bluchtfehlern, Querverlagerungen, Lager- und Führungsspielen und nicht zuletzt auch von den im Laufe der Zeit eintretenden Abnützungen an allen Gleitstellen der Führungs-und Dichtelemente abhängig ist bzw. verändert wird. Wegen diesen Abhängigkeiten mußte beispielsweise bisher beim Weinbau der 0-Ringe ein ziemlich ungünstiger EompromiB zwischen der zur abdichtung ausreichenden Mindestquetschung von ca. 5 k des Querschnitts-# und der ungünstigsten summe aller durch die genannten Einflüsse möglichen, die Quetschung mindernden Abstandänderungen der die Quetsohung bewirkenden Ringnutflächen eingegangen werden. Es wurden die Toler@nzen der Bearbeitung und die zulässigen Führungsspiele und Lagerspiele und die zulässigen Flucht-und Verlagerungsfehler bis auf ein gerade noch vertretbares Maß der damit verbundenen Mehrkosten verkleinert und gleichzeitig das Nennmaß der Diametral-Pressung auf 15 - 20 A des Querschnitts-# erhöht. Das alles läuft den Borderungen 5 und 7 der Tabelle (s. Blatt 3) aber zuwider, zumal die Zunahme der Diametral-Pressung zur Zunahme der Diagonal-Verformung des O-Ring-Querschnittes nicht linear, sondern nach einer steil ansteigenden Potenzkurve verläuft.
• beine prinzipielle Werbesserung der ungünstigen Verhältnisse könnte durch eine Vergrößerung des Querschnitts-# beim O-King erzielt werden, denn bei gleichem Absolutmaß der Diagonalverformung würde ie darin flaher verlaufende Kennlinie des Verformungswiderstandes auch kleinere Absolutwerte der Diagonal-Pressung bzw. bei gleichem Höchstmaß an Verformung wesentlich kleinere Spitzenwerte der Pressung bringen0 Andererseits würde eine solche lösung aber größere Reibungsfläche und dadurch auch eine wesentliche Reibungserhöhung und eine etwa mit dem 0-Ring~ Gewicht zunehmende Verteuerung desselben zur Folge haben und deshalb nicht befriedigen.
• Die von der Erfindung vorgeschlagene Kombination eines 0-Ringes mit einer Ringfeder zu einem neuen Dichtelement bringt aber eine entscheidende Verbesserung, indem hierdurch der O-Ring nur noch die Funktion eines elastischen Dicht- und Gleitmittels ausübt, während seine Anlagekraft fast ausschließlich von der Vorspannung der Ringfeder bestimmt wird und sehr genau auf einen bestimmten Flächendruck eingestellt und auch verändert werden kann.
• Die Ringfeder ist ein an sich bekanntes Federelement und hat die besondere Eigenschaft, daß sie zur Ausübung ihrer am ganzen Umfang und in der Ringebene gegen die Ringmitte zu wirkenden Radialkraft nicht auf die beim einfachen 0-Ring so nachteilig sich auswirkende Radialabstätzting an einer Nutenwand etc. angewiesen ist. Die Erfindung macht nun den Vorschlag, die zur Aufnahme bzw. Führung des Dichtelementes dienende Nutenwand so zu gestalten, daß letzteres in ihr eingebaut ein erhebliches radiales Umfangspiel aufweist.
• Letzteres kann jeweils so groß gewählt werden, daß es in jedem Fall größer als alle möglichen Porm-, Lage- und Einbaufehler ist und auch die durch Abnützung an den Führungs-und Dichtflächen entstehenden Maßveränderungen berücksichtigt, im Ganzen also soviel radiale Bewegungsfreiheit suläßt, daß das neue Dichtelement sieh sicher zwanglos nach der bzw. den ihm anliegenen DichttlAchen ausrichten, ausmitten und auch Rundlauffehler verarbeiten kann. Mit diesen Eigenschaften sind aber die in Forderung 7 der Tabelle Seite 3 aufgeführten Wünsche sehr vorteilhaft erfüllt.
• Im Sinne der Forderung nach einer möglichst universalen Anwendbarkeit des neuen Dichtelementes kann gemäß der Erfindung die Ringfeder den ihr zugeordneten O-Ring als vorgespannte Zugfeder umfassen und diesen radial nach innen im Sinne einer Verengung des O-Ring-Innendurchmessers belasten, es kann aber auch der 0-Ring die ihm zugeordnete Ringfeder umfassen und von dieser, als Druckfeder wirkend, radial nach aussen, dDh. im sinne einer Durchmesservergrösserung belastet werden.
• Dem Vorstehenden entsprechend kann die das neue, Dichtelement aufnehmende Ringnute als Ausdrehung eines Gahäuses oder dgl. oder als Eindrehung einer Welle oder dgl. gestaltet sein, und es ist in manchen Fällen auch eine, Verbindung der beiden Gestaltungen denkbar. Allgemein gesagt kann die Ringnute zur Aufnahme des neuen Dichtelementes auch von mehr als zwei Einzelteilen geformt werden. Ihre Maßtoleranzen können ohne Gefahr für die Dichtwirkung sehr groß gewählt werden.
• Mit den bisher vorgeschlagenen Mitteln wäre die gestellte aufgabe aber noch nicht in einer universal brauchbaren Art gelöst, denn zur Abdichtung des von zwei relativ sueinander beweglichen oder bewegten Bauteilen gebildeten Ringspaltes muß das elastische Ringglied des Dichtelementes, beim neuen Dichtelemont der o-aing, gleichzeitig an beiden Bauteilen dicht anliegen.
• Um die also bedingte gleichzeitige Dichtanlage an beiden den Ringspalt bildenden Bauteilen zu erreichen, sieht die Erfindung beim neuen Dichtelement im eingebauten Zustand einen bestimmten axialen Versatz = Abstand zwischen der Ringebene des O-Ringes und der Ringebene der Ringfeder vor.
• Durch diese, bauliche Vorkehrung erlegen sich sämtliche radial am ganzen Umfang der Ringfeder wirksamen Radialkomponenten der Federkraft in axial gegen die Ringnutenwand und in schräg gegen den O-Ring gerichtete Druckkomponenten und letztere zerlegen sich im O-Ring wiederum in diesen radial gegen die ihm anliegende Dichtfläche und gleichzeitig in diesen axial gegen eine Dichtfläche der Ringnute bzw. des Gehäuses andrückende Druckkomponenten. Im Sinne eines Kräftegleichgewichtes stützt sich also die Ringfeder seitlich an der Nutenwand und der 0-Ring gleichzeitig gegen eine ihm in der Ringnute gebotene Seitenwand ab. im Endeffekt wird dabei der O-Ring in einer etwa mit den Schrägkomponenten der Ringfederkraft zusammenfallenden Richtung in den zwischen den beiden Bauteilen bestehenden und eine Erweiterung des abzudichtenden Ringspaltes bildenden ringförmigen Dichtspalt hineingedrückt und bekommt somit den Charakter eines elastischen Ventilringes.
• Um die Reibungsverluste und damit die Erwärmung der Dichtstelle möglichst klein zu halten, soll neben einem Minisum an Anpresskraft an der Gleitstelle des O-Ringes auch eine möglichst geringe Gleitgeschwindigkoit auftr@ten. diese Betriebseigenschaft wird besonders dann wichtig, wenn z.B.
• die au@tr@tend@ Gleitg@schwindigkoit sowi@s@ @@@on in d@r Nähe @er bei der @erkztoffpaarun@ d@r @l@lt@@oll@ @@-lässigen Grenzgeschwindigkeit liegt. Außerdetn ist es aus gleichem Grunde und zur Verhinderung eines Gehäuse- oder J?ederverschleisses unerwiinscht, wenn sich beispielsweise der 0-Ring bzw. das ganze Dichtelement mitareht.., letzteres wäre auch deshalb nicht erwünscht, weil die dann mitwirkenden Fliehkräfte die Ringfederspannung verändern könnten.
• Bei der durch den axialen Versatz der Ringebenen erreichten Kräftezerlegung werden diese Wiinsche ganz, selbsttätig erfüllt, indem die bei der axialen Wandanlage der Ringfeder und des O-Ringes auftretenden Reibmomente sich. addieren und zusammen das Reibmoment des O-Ring;es an seiner Gleitstelle überwiegen und somit die Relativdrehung nur hier stattfindet0 Die das neue Dichteiement mitbildende Ringfeder könnte aus einem tangential genügend elastischen Vollring beliebigen @erkstoffes bestehen, Sie soll aber zur Verhinderung einer uerschnittsverformung durch die an ihr wirksamen axialen und schrägen Kraftkomponenten. gerade im Querschnitt möglichst formsteif, in ihrer Umfangsrichtung aber hochelastisch und gleichzeitig ein spezifisch kleines Einbauvolumen aufweisen. Diesen Forderungen Rechnung tragend, schlägt die Erfindung beim neuen Dichtelement eine Ringfeder vor, welche aus einer zylindrisch gewickelten und an ihren Enden zu einem Kreis zusammengeschlossenen Schraubenfeder aus Metall, vorzugsweise Bederstahl, besteht. Solche Ringfedern sind an sich bekannt, und leicht und billig zu beschaffen.
• Sie können beispielsweise auch bei der Montage aus als Meterware gewickelten Schra,ubenfedern ohne o'1onderwerk,zeuge hergestellt und durch passende längenwahl sehr einfach und genau der gewünschten Einbauvorspannung angepaßt werden.
• Dabei ist es nicht einmal unbedingt erforderlich, daß die Ringfeder einstückig ist. Sie kann ohne Nachteil auch aus mehreren Teilstücken bestehen und z.B0 auch mittels eines Teilstückes enger oder weiter gemacht werden.
• In der Ebene des Wickeldurchmessers ist eine Schraubenfeder wie gewünscht sehr formsteif und läßt bei kleinem Rinsquerschnitt hohe tangentiale Federspannungen zu. Ein weiterer Vorteil der Ringfeder ist ihre relativ große Umfangs- s Federlänge, den sie besitzt dadurch selbst bei einer für große Yorspannung bestimmten Auslegung doch noch eine sehr flache Federkennung und damit die Eigenschaft, sogar die ihm itahmen großzügiger Toleranzen vorkommenden Maßabweichungen an den Bauteilen der Dichtstelle und des O-Ringes ohne nennenswerte Änderung der lrorspannung aus zugleichen.
• Der beim neuen Dichtelement gegebene Verwendungsfall läßt noch weitere vorteilhafte Eigenschaften der Ringteder sur Geltung kommen. Sie kann die ihr zugedachte Auf gabe nur dadurch voll erfüllen, daß sich ihre theoretische Ringform in der Praxis ohne nennenswerte Massenträgheit und ohne nennenswerten Widerstand weitgehend und in jeder ebene bzw.
• auch in mehreren Ebenen gleichzeitig elastisch verformen läßt. Die Ringfeder kann dadurch auch den bei unrund laufenden, nichtfluchtenden oder querverlagerten Bauteilen sich ergebenden veränderten oder veränderlichen geometrischen Anlageverhältnissen ohne weiteres *olgen und gleichzeitig die dichte Anlage des O-Ringes an beiden Dichtflächen sichern.
• Der Wegfall der bisher beim O-Ring in alter Einbauart notwendigen radialen Abstützung an der Ringnutwandung etc.
• läßt auch bei der Ringnute selbst sehr große Fertigungs-und lage toleranzen zu.
• Zur Verdeutlichung der bisherigen Ausführungen uni aur Erläuterung weiterer Einzelheiten der Erfindung und ihrer Möglichkeiten sind in den beiliegenden Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen die Figuren 1 - 3 und 6 - 10 Längsschnitte durch verschiedenartige Dichtstellen und die figuren 4 und 5 Teilansichten Non je einer Ringfeder. Gleichwirkende Teile tragen in allen Darstellungen auch gleiche Bezugszeichen.
• Beim in der Figur 1 gezeigten Beispiel durchdringt eine elle (1) ein Gehäuse (2), und der zwischen diesen bestehen de Ringspalt (3) wird von dem aus einem O-Ring (4) und einer Ringfeder (5a) bestehenden Dichtelement so angedichtetet, daß ein von links her in die Dichtstelle eindringendes Druckmedium nicht über die Ringnute (6) bzw. den nachtol.
• genden Ringspalt (3) entweichen kann. Die im vorliegenden Beispiel als Gehäuseunsdrehung erscheinende Ringnute (6) ist in ihrer Querschnittsform so gestaltet, daß du ganze Dichtelement in ihr eine gewisse radiale Verschiebemäglichkeit hat, die Mittelebenen des 0-Ringes (4) und der Ringfeder (5a) einen axialen Abstand (x) aufweisen Und schließlich noch das Profil der Ringnute (6) den Bestandteilen des Dichtelementes (O-Ring (4) und Ringfeder (5at zwangsweise nur die gezeigte Langezuordnung gestattet, Letztere Vorkehrung ist nicht direkt funktionsnotwendig, sie kann aber dazu dienen, Montagefehler usw. zu verhindern.
• Sie kann auch sehr nützlich sein, wenn das von der Dichtstelle aufzuhaltende @edium seine Druckrichtung wechselt.
• Der die Welle (5) dicht umfassende O-Ring (4) wird seinerseits von der als Zugfeder vorgespannten und daher radial nach innern wirkenden Ringfeder (5a) umfaßt. Im Id@alfalle paßt der ungespannts O-Ring spielfrei auf die Welle (1), er kann ohne Nachteil fdr seine Dichtfunktion aber anoh eine gewisse Übergröses aufweisen. Letztere auß dann durch eine entsprechend vergrösserte Vorspannung der Ringfeder (5a) kompensiert werden. Gemäß dem ohne weiteres verständlichen Eräfteplan zerlegt sich die radial nach innen gerichtete Federkraft des O-Ringes (4) in axial gegen die Innenwand (6a) der Ringnut (6) und in unter dem Winkel ( -) schräg gegen den O-Ring (4) gerichtete Kraftkomponenten und die schrägen Kraftkomponenten zerlegen sich wieder in axiale und radiale Kraftkomponenten. Unter dem Einfluß dieser Kräfteverteilung stützt sich die Ringfeder (5a) seitlich gegen die Ringnuteninnenwand (6a.) und der O-Ring (4) sowohl radial gegen den Wellenumfang, als auch axial gegen die Innenwand (6b) der Ringaute (6) dicht anliegend ab und bildet ein den Ringspalt (3) dicht abschliessendes elastisches Ringventil. Gegen einen von rechts also vom Ringspalt (3,) her eindringendes Druckmedium wird allerdings nur bis zu einer bestimmten Druckhöhe gesperrt, denn während ein von links her wirkender mediumdruck sich hydrostatisch zu dem bereits von der Ringfeder (=a) verursachten Anpressdruck addiert, wirkt ein von rechts her gegen den O-Ring (4) gerichteter Mediumdruck ebenfalls hydr@statisch, aber gegen die Ringfederkraft und hebt den O-Ring schließlich nei einer bestimmten Druckhohe überwindend von seinen Dichtflächen ab.
• 3 kann also festgestellt werden, dass das in Figur 1 dargestellte Dichtelement je nach Druckrichtung des Mediums entweder als voll sperrendes Ringventil oder al@ sogenanntes Vorspannventil wirkt.
• Interessant für seine Verwendungsmöglichkeit sind die zulässigen Relativbewegungen zwischen den den Ringspalt bildenden Bauteilen. Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel kann die elle (1) sich im Gehäuse (2) unbegrenzt drehen und theoretisch auch unbegrenzt axial verschieben. Gleichzeitig kann sich diesen, Bewe'ungen eine ziemlich große Querverlagerung und bzw. oder auch ein allen Anforderungen der Praxis genügender Fluchtfehler überlagèrn, ohne daß sich dadurch die Dichtfunktion des Dichtelementes verschlechtert.
• Beim in der Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Dichtstelle durchdringt wiederum eine Welle (1) ein Gehäuse (2) und der Ringspalt (3) wird von einem aus dem O-Ring (4) und der Ringfeder (51) bestehenden Dichtelement abgedichtet. Während beim Beispiel von Figur 1 die Ringnute (6) eine Ausdrehung des Gehäuses (2) war, ist eie hier als eine eindrehung der *elle (1) ausgebildet. Und während der O-Ring (4) dort mit seinem Innendurchmesser am Wellenumfang gleitet, gleitet er hier mit seinem Aussendurchmesser an der Bohrungswand des Gehäuses (2). Diesem Umstand Bechnung tragend, umgibt hier der O-Ring (4) die Ringfeder (51) und wird von dieser dank ihrer tangentialen Druckvorspannung gemäß dem eingezeichneten Kräfteplan wiederum gegen die Innenwand (6b) und gleichzeitig gegen die ßohrungswand des Gehäuses (2) dicht angepresst, während sich die Ringfeder (5) seitlich genen die Ringnutenwand (6a) abstützt.
• Auch bei diesem Beispiel besitzt die Ringnute ein Querschnittaprofil, welches dem Dichtelement ein radiales Spiel gibt und außerdem noch die Ringfeder (5i) und den O-Ring (4) zur Einnahme der gezeichneten Lage zwingt. Die gezeigte Ausführung der Dichtstelle kann in solchen Bilden vorteilhaft sein, wo diese mit einem Einbauraum mit möglichst kleinem Durchmesser auskommen soll. Bezüglich der bei diesem Einbauspiel gegebenen Bewegungsmöglichkeiten bzw. Bewegungsfreiheiten gelten genau die schon beim Beispiel von Bigur 1 gemachten angaben.
• Beim in der Figur 3 gezeigten Erfindungsbeispiel durchdringt wiederum eine elle (1) ein Gehäuse (2). Zwischen diesen bestehen die Ringspalte (3, 3a) und in die dingnute (6) des Gehäuses (2) ist ein Dichtelement eingebaut, welches erfindungsgemäß aus zwei O-Ringen (4, 4) und einer beide O-Ringe (4, 4) gleichzeitig belastenden Ringfeder (5a) aufgebaut ist0 Aus dem eingezeichneten Kräfteplan ist ohne weiteres zu ersehen, daß die Radialkraft der Ringfeder (5a) in zwei Schrägkomponenten zerlegt wird, ferner daß jede der Schrägkomponenten gegen einen der beiden O-Ringe (4, 4) wirkt und schließlich beide O-Ringe (4, 4) sowohl geben die Welle (1), als auch axial gegen die jeweils angrenzende Innenwand (6b) der Ringnute (6) dicht angedrückt werden. Das Quers@hnittsprofil der Singnute (6) ist auch hier so gestaltet, daß das dreiteilige Dichtelement in ihm einen ziemlich großen radialen spielraum besitzt und sich auch völlig zwanglos radial verschieben oder sogar exzentrische Schwabbelbewegungen ausführen kann und außer dem die drei Teile (4, 5a, 4) des Dichtelementes nur die gezeichnete einbaulage einnehmen können, bin derart gestaltetes Dichtelement kann folgende Aufgaben lösen: lo Zwischen der lielle (1) und dem Gehäuse (2) sind beliebige axiale Schiebebewegungen und Drehbewegungen und daneben noch die zum Ausgleich von Flucht- oder Verlagerungsfehlern notwendigen Anpassungsbewegungen möglich 2. Die Abdichtung von Kolben und Kolbenstangen, indem ein beim Ringspalt (5) oder (3a) eindringendes Druckmedium den ihm zuerst entgegenstehenden O-Ring (4) von seinen Dichtflächen abhebt, dann den Raum der aingnute (6) ausfüllt, dann aber von dem als Ringventil wirkenden zweiten O-Ring (4) völlig gesperrt wird. Das neue dreiteilige Dichtelement leistet also genau das, was sonst nur mit zwei zueinander spiegelbildlich angeordneten zweiteiligen neuen Dichtelementen, erreicht werden könnte.
• 3. Dank der hydraulischen Querdurchlässigkeit der aus einer Schraubenfeder gebildeten Ringfeder (5a) kann ein. beim Ringspalt (3). oder (3a) eingedrungenes Druckmedium frei in den Ringnutraum strömen und beispielsweise einer gehäusebohrung (7) zugeführt werden, dabei aber nicht gleichzeitig beim anderen Ringspalt austreten, da (s.w.o.) der diesem vorgelagerte O-Ring (4) stets als Ringventil wirkend sperrt.
• 4. Es kann eine dichte hydraulische Verbindung zwischen der Gehäusebohrung (7) und einer Wellenbohrung (8) herstellen, indem letztere eine radiale, zwischen den beiden O-Ringen (4, 4) mündende Seitenbohrung (8a) besitzt. Die elle (i) darf sich in diesem Falle nur noch drehen. Beide O-Ringe (4, 4) sperren den Ringnutenraum in dichtung der Ringspalte (3, 3a).
• Anstelle der Ringnute im Gehäuse könnte auch hier eine Ringnute a kiabrehung der Welle und ein dreiteiliges Dichtsegment (4, 5i, 4) mit innenliegender, die O-Ringe (4, 4) aufweitend belastender Ringreder (5i) vorgesehen sein.
• Auch hier warde damit ein besonders kleiner Einbau-# des Dichtelementes verbunden sein.
• Die Figur 4 zeigt eine eilansicht der aus einer als Zugfeder wirkenden Schraubenfeder bestehenden Ringfeder (5a) nur Verwendung bei den neuen Dichtelementen mit den O-Ring umfassender Ringfeder. Die beien Ferderenden sind durch an den Federenden angebogene Ösen (5b) zusammengeschlossen und auf gleiche Weise könnte die Ringfeder auch aus mehreren Teil stücken zusammengesetzt werden.
• Die Figur 5 zeigt eine Teilansicht von einer Ringfeder (5i), die ebenfalls aus einer Schraubenfeder besteht und zur Verwendung als innerhalb des O-Ringes liegende Druckfeder vorgesehen ist. Deren Enden stützen sich über ein Zentrierbölzchen (5c) mit seitlich in die Federenden hineinstehenden koniachen Zäpfchen gegenseitig ab.-Bei chemisch aggressi,ven Medien könnte die Ringfeder (5a, 5i) aus besonderem Metall bestehen, einen galvanischen Xetallbelag oder einen Kunststoffüberzug besitzen, in einen Ring aus elastischem Schutzwerkstoff eingebettet und der letztgenannte Ring sogar substantiell mit dem O-Ring verbunden sein.
• Die Figur 6 zeigt eine Dichtstelle bei welcher der von dem aus Ringfeder (5i) und O-Ring (4) bestehenden Dichtelement abzudichtende Ringspalt (3> von den Bauteilen (1) und (2) gebildet wird. Hierbei ist der eine Bauteil, bei spielsweise die zelle (1), stirnseitig mit einer Ausdrehung (9) versehen, während der andere Bauteil, beispielsweise ebenfalls eine elle oder ein Gehäuse (2), eine Planfläche (9b) aufweist. Wie aus dem eingezeichneten Kräfteplan leicht zu ersehen ist, zerlegen sich die radial nach aussen gerichteten Kraftkomponenten am gansen Umfang der Ringfeder (5i) in Teilkomponenten, welche letztere gegen die Innenwand 9a drücken, während die schrägen Teilkomponenten auch hier wieder den O-Ring 4 gleichseitig axial gegen die Planfläche (9b) und gegen die Innenwand (9c) der Ausnehmung (9) dicht andrücken. letzterer, bildet also die elastische Abdeckung des Ringspaltes (3) und wirkt wie ein federbelastetes Ringfeatil. Ein in dea Bohrungen (7) und in der Ausdrehung (9) sich befindeales Druckmedium kann beim Ringspalt (3) nicht austreten Interessant sind die bei diesem Erfindungsbeispiel möglichen Relativbewegungen zwischen den beiden Bauteilen. Die Welle (1) kann sich gegenüber dem Gehäuse (2) unbegrenzt drehen und verschieben, dagegen sind axiale Verschiebungee und Fluchtfehler durch die weite des i2inspaltes (3) begrenzt. Anwendungen für die gezeigte prinzipielle Anordnung könnten beispielsweise eine hydrostatische Längsabstützung der Welle (1) mittels innen zugeführtem Druckmittel oder die Oberleitung des Druckmittels tom Bauteil (1) zum Bauteil (2) sein.
• Die Figur 7 zeigt eine Dichtstelle, bei welcher ebenfalls zwei Bauteile, nämlich ellen (1) und (2) stirnseitig gegeneinander stehen und zwischen den planflächigen 3tiraflächen den Ringspalt (3) bilden. Dieser soll von dem aus einem O-Ring (4) und einer Ringfeder (5a) bestehenden neuen Dichtelement so abgedichtet werden, daß ein die Dichtstelle umgebendes Druckmedium nicht in die @ellenbohrungen (7) eindringen kann. Aus dem eingezeichneten Kräfteplan ist zu ersehen, daß auch hier die Ringfeder (5a) den O-filng zu der zur Abdichtung notwendigen Doppelanlago bringt, so daß dieser ein Ringventil bildet. Die bei diesem Krfindungsbeispiel möglichen Relativbewegungen zwischen den Bauteil len (1, 2) entsprechen genau denen des in Figur 6 gezeigten Beispieles.
• Die Figur 8 zeigt ein weiteres Erfindungsbeispiel, welches prinzipiell ebenfalls mit dem von Figur 6 übereinstimmt.
• i soll nur die Anpassungsfähigkeit des neuen Dichtelementes an bestimmte vorgegebene Bedingungen nachweisen. Gemäß Aufgabe soll die Dichtstelle axial möglichst kurz gebaut sein. Hieru ist die Ausdrehung (9) kaum tiefer als die O-Ringbreite und die Ringfeder (5i) mit besonders kleinem Wickel-# ausgeführt. Wegen dem sich dabei ergebenden sehr kleinen Versatzmaß (x) wäre aber eine etwas ungenägende Anpresskraft in Richtung; gegen die Planfläche vorhanden.
• Dieser Mangel ist aber im Beispiel durch eine kegelige Form der Innenwand (9c) beheben, denn gemäß dem eingezeichneten Kräfteplan ist dadurch eine Minderung der Anpreaskraft an der kegeligen Wand und gleichzeitig eine Vergrösserung der Anpresskraft in axialer Richtung und somit ein Ausgleich auf ein gewünschtes Kräfteverhältnis, möglich.
• Auf die eine Zwangslage der Teile (4, 5i) in der gezeichneten Anordnung hinzielende Formgebung. der Ausdrehung (9) sei nur hingewiesen und bezüglich den. relativen Bewegungsmöglichkeiten gilt auch hier die bereits beim Beispiel von Figur 6 gemachte aussage.
• Die i?igur 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem ein Kugelbolzen (10) in einer Eugelpfanne (11f.) des Gehäuses (11) kardanisch schwenkbar und drehbar geführt ist. Gemäß Aufgabe soll mittels Dichtung der Austritt von Schmiermittel und vor allem das Eindringen von staub verhindert werden. Auch hierzu eignet sich das neue Dichtelement, indem dessen O-Ring (4) und die ihn umspannende Ringfeder (5a) in einer von der Stirnfläche des Gehäuses (11) und einer aufgesteckten Blechkappe (12) gebildeten Ringnute (3) radial übereinander liegend gefdhrt sind. Gemäß dem eingezeichneten Kräfteplan wird durch die einer schmalen Kegelfläche ähnelnde Anlagefläche des 0-Ringes (4) an der Kugelfläche die radial nach innen gerichtete Kraft der Ringfeder (5a) in eine axial gegen die Blechkappe (12) und in eine senkrecht gegen die Kugelfläche gerichtete schräge Kraftkomponente aufgeteilt und auch hier bildet der zweifach anliegende O-Ring (4) ein die Dicht auf gabe lösendes Ringventil. Die Dichtaufgabe könnte mit dem neuen Dichtelement auch noch in anderen Anordnungen gelöst werden. Z.B. könnte dasselbe auch in einer Ringnute eingelagert sein, welche als Eindrehung der Kugel hergestellt ist. Interessant ist, daß durch die kegelige Ringanlage der axiale Versatz (x) bis auf den Wert Null vermindert werden kann.
• Die Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit besonders einfacher Anordnung des neuen Dichtelementes. Eine ..elle (1) ist in einem Gehäuse (2) axial verschiebbar und drehbar geführt und von einem aus O-Ring (4) und Ringfeder (5a) bestehenden Dichtelement umgeben.
• Der Führung des Dichtelementes dient eine dingnute (6) des Gehäuses (2), deren Tiefe eine zwaaglose Querverschiebung bzw. Querverlagerung des .Dichtelementes und damit eine genaue Ausmittung,desselben auf der .elle (1) und eine Querverlagerung der letzteren im Rahmen ihres Führungsspielea in der Gehäusebohrung zuläßt, während deren Breite mit dem Querschnitts-# des O-Xinges (4) übereinstimmt. Zwischen dem Gehause (2) und der zelle (1) besteht der durch.das Führungsspiel bedingte Ringspalt (3), und die Ringfeder (5i) besitzt in der Ringnute (6) nur wenig seitliches Spiel. Die Welle (1) läßt sich im Gehause (2) drehen und axial verschieben.
• Der O-Ring (4) umfaßt die elle (1) ait einer kleinen Vorspannung. Das Dichtelement hat die Aufgabe, eine Strömung des Druckmediums entlang der elle bzw im Ringspalt (3) zu sperren. Bat letsteres beispielsweise ein von rechts nach links gerichtetes Druckgfälle, so pflanzt sich der Mediumdruck in den Raum der Ringnute (6) hinein fort und belastet den O-Ringam ganzen Umfang auf hydrostatische Weise, d.h. auf einer Ringfläche.
• F w (Dw + 0,5 Dr) . B Hierin deutet: B æ Parallelabstand zwischen den ringförmigen Anlageflächen (vgl. Figur 10) Dw @ @ellendurchmesser Dr Q-uerschnittsdurchmesser beim O-Ring.
• Diese Belastung hat die dichtung der Winkelhalbierenden zwischen Ringnutenwand und Welle und zerlegt sich in eine den O-Ring (4) axial gegen die Ringnutenwand (6a) und gleichzeitig in eine ihn geben den Umfang der elle (a) dicht andrückende Kraftkomponente0 Zu der Umfangskomponente addiert sich ausserdem noch die von der Ringfeder (5a) bewirkte radiale Vorspan@@ng. Der O-Ring entspricht wiederum einem Ringventil mit zwei Anlageflächen und deckt den linken Ri'ngspalt3dicht abn Die beschriebenen Krafteverhältnisse sind aus dem in Sig. 10 eingezeichneten Kräfteplan ersichtlich Ein Wechsel der Wirkrichtung des Mediumdrucks hat zur Folge, daß sich der O-Ring (4) an die Gegenwand (9b) der Ringnute (9) dicht anlegt und in Verbindung mit der @ellenanlage den diesseitigen Ringspalt (3a) abdichtet. Besonders günstig ist eine vom Mediumdruck bewirkte Axialbewegung, da diese mit Hilfe der Ringreibung an der Welle eine axiale Dicht anlage an der Ringnutenwand einleitet und unterstützt. Die eben beschriebene Dichtstelle zeichnet sich durch eine große Unempfindlichkeit gegen alle möglichen 0Laß- und Lagefehler aus, außerdem arbeitet sie mit einer genau vorbestimmbaren bzw. einstellbaren radialen Vorspannung und auch diese ist weder von der Bewegungsart noch von den lLaß- und sonstigen Fehlern nennenswert abhängig. Im Gegensatz zu dem in Figur 3 gezeigten dreiteiligen Dichtelement hat sie jedoch den Nachteil, daß sie bei wechselnder Axialbewegungsrichtung und bei wechselnder Druckrichtung eine kleine Undichtigkeit durch den während des Anlagewechsels des O-Ringes (4) möglichen kleinen Umstrom aufweist. Dafür kann sie aber mit kleinstmöglächem Reibungsverlust arbeiten. Öhne Änderung dder prinzipiellen @igenschaften könnte das neue Dichtelement auf gleiche eise arbeitend auch in eine als Eindrehung der Welle (1) hergestellte Ringnute (6) eingebaut sein.
• Mit Gültigkeit für alle gezeigten Ausführungsbeispiele muß zum Schluß noch darauf hingewiesen werden, daß bei allen Figuren der, eingezeichnete O-Ring mit im Verhältnis zur Praxis 2-3f ach vergrößertem Querschnittsdurchmesser und such die jeweils ihm zugeordnete Ringfeder en@sprechend im Wickel-# vergrößert dargestellt wurde, um den eingezeichneten Erafteplan und die sonstigen @inzelheiten deutlich darstellen zu können. Dieser Hinweis ist wichtig, denn gerade durch die beim neuen Dichtelemeat ausschließlich mit Ringfeder erzeugte Anpressvorspannung fällt die hierzu bisher für die Diametral-Spannung beim O-Ring-Profil vorzusehende Diametralverformung durch die Ringnute ganz weg und der O-Ring des neuen Dichtelementes kann dadurch mit kleinerem Profilausgeführt und dadurch der für die Ringfeder benötigte zusätzliche einbauraum zum Teil wieder zurückgewonnen werden.
• Kleinere Profil- haben den Vorteil kleiner Reibungsverluste.
• beim Vergleich der beim neuen Dichtelement sich bietenden Möglichkeiten und Vorteile mit der Wunschliste auf Seite 2u.3 kann festgestellt werden, daß dieses alle dort aufgeführten Forderungen, ohwohl immer nur aus grösseren oder kleineren, aber immer gleichen Elementen bestehend, sehr umfassend erfüllt und somit ein billiges, Leicht zu beschaffendes und universales neues Dichtelement geboten ist.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Dichtelement zur Abdichtung von Ringspalten gegen den Durchtritt von flüssigen, gasförmigen oder staubförmigen medien, bestehend aus einer ßombination eines handelsüblichen 0-inges mit einer Ringfeder.

2. Dichtelement nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder in ihrer Umfangsrichtung als Zugfeder vorgespannt den O-ing umgibt und ihn in Richtung einer Verkleinerung seines Ringdurchmessers belastet.

3. Dichtelement nach dem Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 0-Ring die aus einer in ihrer Umfangsrichtung als Druckfeder vorgespannte Ringfeder umgibt und von dieser in Richtung einer Vergrößerung seines Ringdurchmessers belastet wird.

4. Dichtelement nach den Patentansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine O-Ringebene und seine Aingfederebene im eingebauten Zustand einen gegenseitigen axialen Versatz (x) aufweisen.

5. Dichtelement nach den Patentansprüchen 1 - 4, dadurch gekenneseichnet, daß es aus einer Kombination zweier 0-Ringe mit einer sie gemeinsam belastenden Ringfeder besteht.

6. Dichtelement nach den Patentansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß es zur gleitenden Dichtanlage an einer Zylinder-, Kegel-, Kugel- oder Planfläche in gleicher Ausführung dienen kann.

L e e r s e i t e