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Dichtungsanordnungen Die Erfindung betrifft Dichtungen für Strömungsmittel
und insbesondere neuartige Anordnungen zur Erzielung einer wirksamen dynamischen
Dichtung zwischen einer sich drehenden, vibrierenden oder sich hin- und herbewegenden
Welle und einem stationären Gehäuse, aus welchem die Welle hervorragt.
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Bei vielen Maschinenarten ist es notwendig ein Element vorzusehen,
um eine mechanische Drehkraft in ein Gehäuse oder aus diesem heraus zu übertragen,
in dem
sich ein Strömungsmittel wie eine Flüssigkeit oder Luft unter
Überdruck befindet. Um dies zu erreichen - ohne daß das Strömungsmittel dabei rund
um die Welle austritt -muß eine Dichtung vorgesehen sein, welche dicht um den Schaft
paßt und gleichzeitig gestattet, daß sich die Welle ohne unzulässige Reibung dreht.
Diese Dichtung muß natürlich widerstandsfähig gegen Korrisionswirkungen des abzudichtenden
Strömungsmittels, und gleichzeitig in der Lage sein, extremen Betriebsbedingungen
wie z.B. Temperaturveränderungen und der Reibungswirkung der Welle selbst zu widerstehen.
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Bis jetzt bestehen Dichtungen für Strömungsmittel bei den meisten
Anwendungsgebieten dieser Art aus einem Dichtungselement aus Gummi oder ähnlichem
Material, an dem flexibler Dichtungsansatz ausgebildet ist, mittels dessen das Element
mit Festsitz um die abzudichtenden Welle angebracht ist. Das Dichtungselement aus
Gummi wird dann in die in dem Maschinengehäuse für die Welle vorgesehene Öffnung
gedrückt, und der sich daraus ergebende Festsitz des Gummielements in der Öffnung
vervollständigte die Dichtung. In einigen Fällen sind Versteifungsringe zum Verstärken
des Gummidichtungselements vorgesehen.
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Bei der Verwendung synthetischen Gummimaterials für Dichtungen, wie
oben beschrieben, bestehen gewisse Schwierigkeiten. Dazu gehört die Unfähigkeit
des Gummimaterials, den Korrosionswirkungen des abzudichtenden Strömungsmittels
zu widerstehen. Außerdem entsteht gewöhnlich durch das Dichtungsmaterial ein hoher
Grad von Reibung zwischen demselben und der sich drehenden
Welle.
Außerdem ist das Material einem beträchtlichen Grad an Abnutzung unterworfen und
hat daher eine unverhältnismäßig kurze Lebensdauer.
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Es ist festgestellt worden, daß synthetische (nachstehend mit PTFE
bezeichnete) Polytetrafluoräthylen-Harze viele der bei synthetischem Gummi bestehenden
Probleme wie Korrosion, Reibung und Abnützung überwinden. Weiterhin ist festgestellt
worden, daß PTFE bei Verwendung als Dichtungselement bewirkt, daß ein sehr dünner
Film dieses Materials sich auf der Metalloberfläche, auf der es gerieben wird, absetzt.
Dadurch wird eine den Reibungskoeffizienten verringernde Selbstschmierung erzeugt,
und das Dichtungselement erhält eine beträchtliche Haltbarkeit. Auch ermöglicht
die Verwendung von PTFE bei Dichtungen für Wellen einen Betrieb innerhalb eines
Temperaturbereichs zwischen ungefähr - 80° C und ungefähr +2600 C.
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Mit PTFE-Material werden zwar viele Probleme der synthetischen Gummidichtungen
überwunden, es besitzt dafür aber andere Eigenschaften, die Schwierigkeiten beim
Anpassen als Dichtung an rotierenden Wellen bereiten; PTFE-Material ist z.B. durch
einen Mangel an wesentlichen Eigenschaften des Gummis wie z.B. des elastischen "Gedächtnisses"
des letzteren gekennzeichnet.
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Demzufolge ist es schwierig, ein befriedigendes Dichtungsverhältnis
zwischen dem PTFE-Material und dem äußeren Gehäuse, in dem es befestigt wird, zu
erzielen. Eine Anordnung zum Lösen dieses Problems besteht im Vorsehen eines Metallmantels
von zylindrischer Form, an dessen einem Ende sich ein nach innen vorstehender
Flansch
befindet, in welchen das Dichtungselement eingepaßt ist, Der Durchmesser des zylindrischen
Mantels ist so gewählt, daß er einen Festsitz mit der Öffnung für die Welle im Gehäuse
ergibt, so daß beim Einpassen des Mantels in das Gehäuse ersterer von letzterem
leicht zusammengedrückt wird und diese Zusammendrückwirkung wird auf das Dichtungselement
übertragen so daß der Außendurchmesser des Dichtungselements fest im Mantel gehalten
wird. Zugegebenermaßen erfordert diese Lösung des Problems ein sehr sorgfältiges
Vorgehen beim Zusammenbau und sehr enge Toleranzen; und diese Technik ist im allgemeinen
eine äußerst mühsame und schwierige.
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Durch die vorliegende Erfindung werden die oben besprochenen Schwierigkeiten
des Standes der Technik überwunden, und es wird eine sehr zufriedenstellende neuartige
Dichtung für Strömungsmittel an rotierenden Wellen vorgesehen. Dieses neuartige
Dichtungselement ist weiterhin leicht herzustellen und erfordert nicht die äußerst
engen Toleranzen, wie sie bei den bisherigen Dichtungen benötigt werden.
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Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch ein scheibenartig ausgebildetes
Dichtungselement aus Polytetrafluoräthylen-Material, eine scheibenartig ausgebildete
Dichtung aus gummiartigem Material und einen ringförmigen Mantel mit einem kanalförmigen
Abschnitt, welcher sich nach innen öffnet und in welchen die Außenbereiche des Dichtungselements
und der Dichtung Fläche gegen Fläche eingepaßt sind, wobei der Mantel Dichtung und
Dichtungselement gegeneinander preßt.
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Der Mantel kann weiterhin mit einem-Element wie z.B.
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einem Fortsatz versehen sein, mit dem er im Gehäuse, durch welches
sich die Welle erstreckt, befestigt ist.
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Man wird bemerken, daß das Anbringen des Mantels im Gehäuse mittels
des Fortsatzes am Mantel keine Kraftübertragung zwischen Gehäuse und PTFE-Element
bewirkt, und darum wird durch diesen Vorgang keinerlei Verzerrung, Dehnung oder
sonstige nachteilige Wirkung auf die bereits zwischen Mantel und obigem Element
hergestellte Dichtung erzeugt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug
genommen ist: Figur 1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht und zeigt einen Bereich
des Maschinengehäuses, in welchem eine erfindungsgemäße neuartige Wellendichtungsanordnung
angebracht ist; Figur 2 ist ein teilweise weggebrochener vergrößerter Querschnitt
nach Linie 2-2 in Figur 1; Figur 3 ist ein Querschnitt nach Linie 3-3 in Figur 2;
und Figur 4 ist eine dem oberen Bereich der Figur 2 ähnliche Teilansicht, jedoch
einer anderen Ausführungs art.
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In Figur 1 ist ein Bereich eines Maschinengehäuses 10 gezeigt, an
welchem sich eine Öffnung 12 befindet, durch
die sich eine Welle
14 erstreckt. Die Welle 14 ist mittels einer Lageranordnung 16 im Maschinengehäuse
10 drehbar angebracht.
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Eine Dichtungsanordnung 18 ist in der Öffnung 12 des Maschinengehäuses
10 so eingepaßt, daß ein Auslaufen des Strömungsmittels vermieden ist, das im Gehäuse
10 enthalten sein kann. Die Dichtungsanordnung 18 liegt dicht an der Welle 14 an
und gestattet, daß sich die Welle 14 dreht, während es gleichzeitig ein Auslaufen
des Strömungsmittels aus dem Maschinengehäuse 10 entlang der Oberfläche der Welle
14 verhindert.
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In Figuren 2 und 3 ist zu erkennen, daß die Dichtungsanordnung 18
ein Dichtungsgehäuse 20 von im allgemeinen zylindrischer Form mit einem sich nach
innen erstreckenden Flanschbereich 22 besitzt. Das Dichtungsgehäuse 20 ist mit Preßsitz
in die Öffnung 12 des Maschinengehäuses 10 eingefügt, um zu verhindern, daß Öl zwischen
dem Maschinengehäuse und dem Dichtungsgehäuse ausläuft.
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Zu der Dichtungsanordnung 18 gehört weiterhin ein soheibenartig ausgebildetes
Dichtungselement 24 von elastischem PTFE-Material. Dieses Element hat einen normalen
Innendurchmesser, der etwas kleiner als die Welle 14 ist, so daß - wie in Figur
2 gezeigt - die Welle 14, an der Stelle, wo sie sich durch die mittlere Öffnung
des Dichtungselements 24 erstreckt, das genannte Element etwas ausdehnt und einen
Fest sitz bildet. Dabei wird das Dichtungselement 24 zusätzlich nach innen gekrümmt
und auf diese Weise seine Wirksamkeit bei der
Erzeugung einer Dichtung
für das Strömungsmittel im Verhältnis zur Welle 14 verstärkt, besonders wenn innerhalb
des Maschinengehäuses 10 Überdruck herrscht.
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Eine aus gummiartigem Material bestehende Dichtung 26 ist flach gegen
das Dichtungselement 24 gelegt. Wie in Figur 2 gezeigt, stimmen die Außendurchmesser
der Dichtung 26 und des Dichtungselements 24 überein; jedoch ist der Innendurchmesser
der Dichtung 26 größer als derjenige des Dichtungselements 24, so daß nur das Dichtungselement
24 tatsächlich die Welle 14 berührt.
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Eine steife Metallscheibe 28, deren innere und äußere Maße der Dichtung
26.gleichen, ist an der anderen Seite des PTFE-Dichtungselements 24 gelegt und faßt
auf diese Weise das Dichtungselement 24, so daß letzteres von der Scheibe 28 und
der Dichtung 26 rechts und links gehalten ist. Scheibe, Dichtung und Dichtungselement
werden mittels eines Mantels 30 aus Metallblech zusammengedrückt, der sich über
die äußere Peripherie von Scheibe, Dichtung und Dichtungselement hinzieht und umgeschlagen
ist. Wie in Figur 2 gezeigt, enthält der Mantel 30 eine flach gegen die äußere seitliche
Oberfläche der Dichtung 26 anliegende Vorderwand 32. Die Wand 32 hat die gleichen
Innen- und Außendurchmesser wie die Dichtung 26, so daß die Wand 32 als Druckelement
dient, um die zusammendrückende Wirkung im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte
Fläche der Dichtung 26 zu verteilen, in der gleichen Weise, wie die Scheibe 28 den
Druck über die vergleichbare Oberfläche des PTFE-Dichtungselements 24 verteilt.
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Tatsächlich bildet die Scheibe 28 einen dem äußeren Wandbereich 32
entsprechenden inneren Wandbereich des
Mantels 30. Dies besondere
Anordnung gestattet, daß der Mantel 30 geformt wird und die benötigte Zusammendrückwirkung
einfach dadurch erzeugt, daß ein relativ kleiner innerer Ansatz 34 um die Außenfläche
der Scheibe 28 einged@eht wird. Auf diese Weise ergibt der Mantel 30 zusa@men mit
der Scheibe 28 einen sich nach innen, d.h, in Richtung der Mitte der Welle 14 öffnenden
Kanalbereich.
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Am Mantels 30 befindet sich ein mit seinem äußeren Wandbereich 32
verbundener Fortsatz 36. Dieser Fortsatz 36 ist um die am Dichtungsgehäuse 20 ausgebildete,
sich nach einen erstreckende Flanschfläche 22 geschlagen, und befestigt auf diese
Art und Weise den Mantel 30 am Dichtungsgehäuse 20.
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Wenn das oben beschriebene Dichtungselement in Betrieb ist, wird die
Welle 14 während ihrer Drehung durch die Kante des Innendurchmessers des PTFE-Dichtungselements
gedichtet. Das Dichtungselement 24 ist - obwohl ihm wesentliche Gummieigenschaften
fehlen - nichtsdestotrotz im Gehäuse 30 abgedichtet, und zwar kraft der durch den
Mantel 30 erzeugten Zusammendrückwirkung zwischen Dichtungselement 24 und Dichtung
26. Die gummiartige Dichtung 26 erzeugt die Dichtung dadurch, daß sie zusammengedrückt
wird und zwar zwischen sich und dem Dichtung element 24, und erzeugt sie einen gleichen
Dichtungseffekt zwischen der Dichtung 26 und der Außenwand 32 des Mantels 30.
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Weiterhin ist zu erkennen, daß das Überschlagen des Fortsatzes 36
über den Flanschbereich 22 des Dichtungsgehäuses
20 ausgeführt
den kann, ohne daß irgendwelche Kraftwirkungen z@schen dem Gehause 20 und dem PTFE-Dichtungselement
@4 erzeugt werden. Daher sind die heiklen Maßnahmen, di@ bis jetzt für Anbringung
von Dichtungen für Ström@ngsmittel mit PTFE-Dichtungselementen kennzeichner@ waren,
bei den erfindungsgemäßen Anordnungen nicht @enötigt.
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In Figur 4 ist the Ausführungsform mit einem Dichtungsgehäuse 4@
dargestellt, dessen Außendurcmesser bedeutend gröber als der Außendurchmesser des
Mantels 30 ist. In der Anordnung von Figur 4 ist aufgezeigt, daß es möglich ist
eine erfindungsgemäße Dichtung anordnung vorzusehen, ohne daß die Ausmaße oder die
Ausbildung des PTFE-Dichtungselements 24 oder des Mantels 30 geändert werden müßten,
solange der Durchmesser der Welle 14 der gleiche ist. So können für einen gegebenen
Wellendurchmesser Dichtungsanordnungen vorgesehen werden, die für Öffnungen 12 in
Maschinengehäusen 10 jeden Durchmessers passen,'und zwar lediglich dadurch, daß
Dichtungsgehäuse 20 vorgesehen werden, deren Flanschbereiche 22 so groß sind, daß
sie sich bis zu einer Stelle die sich im wesentlichen mit dem Innendurchmesser von
Dichtung 26 und Scheibe 28 deckt hinziehen. Es leuchtet ein, daß durch diese Anordnung
die Anzahl an verschiedenen Größen von Teilen wesentlich reduziert wird, die auf
Vorrat gehalten werden müssen, um die Maschine für die verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten
ausstatten zu können.
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Man wird weiterhin verstehen, dies das Gehäuse 30 zusammen mit dem
befestigten PTFE-Dichtungselement 24
einfach durch Aufbiegen des
Fort satzes 36 aus dem Dichtungsgehäuse 24 entfernt und ersetzt werden kann.
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Der Mantel 30 und das Dichtungselement 24 können dann an einer anderen
Welle in einer anderen Maschine wieder eingesetzt werden, und die Vorgänge des Auseinander~
nehmens und Wiederzusammenbaus können ohne den bisher benötigten hohen Sorgfaltsgrad
ausgeführt werden, da durch keinen dieser Arbeitsgänge irgend eine direkte Ùbertragung
von Kräften auf das PTFE-Dichtungselement 24 ausgeübt wird. Daher ist die Lebensdauer
des PTFE-Dichtungselements 24 beträchtlich verlängert.
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Das PTFE-Dichtungselement 24 ist, wie bereits angegeben, aus synthetischem
Polytetrafluoräthylen hergestellt. Dieses kann selbstverständlich die Eigenschaften
positiv beeinflussende Beimischungen wie z.B. Ruß, Glasfasern oder Bronzcpulver
enthalten, die eine Verlängerung der Lebensdauer bewirken und die Betriebseigenschaften
verbessern. Wie bereits erwähnt, besteht die Dichtung 26 aus einem gummiartigen
Material, vorzugsweise einem Fluorelastomer