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Abdichtung Die Erfindung betrifft eine Abdichtung für Kolben, Stangen
oder Wellen, bestehend aus spiralig ineinander- und aneinanderliegenden Windungen.
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ür die Dichtung von Stangen oder Wellen sind bereits Elastomerdichtungen,
Filzdichtungen und Simmerringe bekannt.
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Diese Dichtungen schützen die Lager und die Laufflächen vor dem eindringen
von Staub und Schmutz. Elastomerdichtungen haben den großen Nachteil, daß sie nur
in relativ niedrigen Temperaturbereichen angewendet werden können. Filzdichtungen
neigen bei stärkerem Schmutzanfall schon bei relativ niedrigen l'emperaturbereichen
zum Verhärten.
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Im Flugzeugbau wich man daher auf eine Kombination zwischen einer
Labyrinthdichtung und einer Elastomerdichtung als Sekundärdichtung aus. Diese Anordnungen
sind etwa doppelt so wärmebeständig wie einfache Sinerringe, haben jedoch den Nachteil,
viel Raum wegzunehmen, einer söhwierigen Fertigung zu unterliegen und damit hohe
Kosten zu verursachen. Bei zu feinen Passungen neigt die Labyrinthdichtung dazu,
auf der Welle zu fressen. Schließlich sind für hohe Temperaturen Spannungsdichtungen
mit Eigenfederung für Kolben, wie in der deutschen Patentschrift 864 181, bekannt
geworden. Es handelt sich um eine Spannungsdichtung mit Eigenfederung für Kolben,
Stangen oder Wellen, bestehend aus spiralig ineinander- und aufeinanderliegenden
Windungen mit etwa Z-förmigem Querschnitt, mit Windungen, die in radialer Richtung
mit Spannung ineinander sitzen und die in axialer Richtung mit ihren äußeren Querschnittsteilen
ohne Spiel aufeinanderliegen, wenn der Ring sich in der zugehörigen Nut befindet,
während die inneren querscllnletsteile über den größten Teil des abgewickelten
Umfanges
ein gewisses, durch die Herstellungsungenauigl{eit bedingtes Spiel in axialer Richtung
haben, das gegen die Stirnseite zu, wo der innere Querschnittsteil allein ausläuft,
über eine gewisse Strecke hin zur Null wird, so daß für den Rest dieser auslaufenden
Windung in axialer Richtung auch die inneren Querschnitts teile ohne Spiel aufeinanderliegen.
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Diese Spannungsdichtung ist zwar für hohe Temperaturen geeignet, hat
jedoch den Nachteil, daß sie sich nur in axialer Richtung verformen kann und in
radialer Richtung im wesentlichen einen konstanten Durchmesser behält. Außerdem
ist die Herstellung des Z-förmigen Querschnitts und der Abschluß an den Enden der
Schraubenfeder schwierig zu fertigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung für Kolben,
Stangen oder Wellen zu schaffen, die auch bei betriebsbedingt veränderbaren Ringquerschnitten
und hohen Temperaturen gegen das Eindringen von Schmutz und Staub schützt.
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Außerdem soll die Abdichtung bei kleiner Baugröße unempfindlich, d.h.
funktionssicher, und billig in der Herstellung sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich von zwei
Schraubenfedern mit kreisförmigem Querschnitt und jeweils mindestens zwei Windungen
mit Hilfe der Eigenspannung die eine mit ihrem radial inneren Bereich an dem Kolben,
der Stange oder der Welle und die andere mit ihrem radial äußeren Bereich am Gehäuse
anliegt, wobei sich die Schraubenfedern in axialer Richtung gesehen etwa an ihrem
radial mittleren Bereich ineinandergeschachtelt gegeneinander abstützen.
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Diese Abdichtung hat den Vorteil, daß sie unterschiedliche Wärmeausdehnungen
der abzudichtenden eile durch die Eigenspannung der beiden ächraubenfedern ausgleicht.
Dabei schiebt sich die innenliegende Schraubenfeder entlang der auBenliegenden,
bis sie mit ihrem radial inneren Bereich an der Welle bzw. an dem Kolben anliegt.
Die äußere Schraubenfeder bewegt
sich dabei entlang des mittleren
Bereichs der inneren Schraubenfeder so weit radial nach außen bis sie mit ihrem
äußeren Bereich an dem Gehäuse anliegt.
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Get der betriebsbedingt veränderte Ringquerschnitt in seine Ausgangslage
zurück, so bewegen sich die beiden Schraubenfedern in nr'ekehrter Richtung aneinander.
Durch Wärme bedingte innere Ausdehnungen der Schraubenfedern werden durch ihre axialen
Eigenspannungen ausgeglichen. Mit Hilfe dieses Ausgleiches der Spannungen ist die
ltonzentrizität der Abdichtung immer gewährleistet.
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Die IIerstellung und Montage der beiden Schraubenfedern ist aufgrund
ihres einfachen Querschnitts und ihrer Unempflndlichkeit gegen äußere mechanische,
wärme- und chemotechnische Einflüsse sehr vorteilhaft.
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Eine zweite mögliche Ausführung der Windung besteht darin, daß sich
mindestens zwei im Schraubenfederdurchniesser um maximal die doppelte kreisförmige
Querschnittsbreite unterschiedliche Windungen einer Schraubenfeder aufgrund ihrer
Eigenspannung (Vorspannung) etwa in ihrem mittleren Bereich linienförmig aneinander
abstützen und mit ihrem radial inneren Bereich an dem Kolben, der Stange oder der
Welle sowie mit ihrem radial äußeren Bereich am Gehäuse anliegen.
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Die eine in der Seitenansicht stufenförmig abgesetzte Schraubenfeder
muß allerdings noc besser an die abzudichtenden Teile angepaßt werden als zwei ineinander
angeordnete und sich gegenseitig abstützende Schraubenfedern. Dieser Nachteil ist
im Einzelfall mit dem Vorteil der leichteren Herstellung und Montage abzuwägen.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen
Fig.1 Abdichtung mit zwei Schraubenfedern im Axialschnitt,
Fig.2 Draufsicht der Abdichtung mit zwei Schraubenfedern, Fig.3 Seitenansicht einer
Abdichtung mit einer Schraubenfeder, Fig.4 Seitenansicht einer Abdichtung mit einer
Schraubenfeder, Fig.5 Draufsicht der Abdichtung mit einer Schraubenfeder) Der Gegenstand
von Fig.2 zeigt eine Abdichtung mit den beiden Schraubenfedern 1,2 axial geschnitten.
Die Windungen der Schraubenfeder 2 ragen in den Windungsabstand der anderen Schraubenfeder
1 entsprechend dem veränderlichen Ringabstand hinein dabei beste zwischen den radial
mittleren Bereichen der Schraubenfedern 1,2 eine Berührung unter Spannung. In dem
Gegenstand von Fig.2 ist in der Draufsicht dargestellt, wie sich die inden 3,4 der
Schraubenfeder 1 überlappen, so dab jede einzelne Schraubenfeder mindestens zwei
Windungsgänge besitzt.
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Als Material für die Federn kann entsprechend den Betriebsbedingungen
außer Stahldraht auch Draht aus Nichteisenmetallen wie Messing, Bronze, usw. verwendet
werden. Im eingebauten Zustand verhindern die radial äußeren Bereiche der Schraubenfeder
2 bzw. die radial inneren Bereiche der Schraubenfeder 1, die das nicht dargestellte
Gehäuse bzw. die Welle, Stange oder Kolben linienförmig berühren, das Eindringen
von Schmutz und Staub in die zu schützenden Lager. Lediglich in dem aus der nicht
dargestellten Welle und den drei Schraubenwindungen entstehenden schmalen, schraubenförmigen
Hohlraum kann sich Staub oder Schmutz ansammeln. Das gleiche gilt für den schraubenförmigen
Hohlraum, der aus dem nicht dargestellten Gehäuse und drei Windungen gebildet wird.
Durch die genau bemessenen geringen Toleranzen der abzudichtenden Teile sind diese
kleinen schraubenförmigen Hohlräume jedoch von so kleinem
Querschnitt,
daß sie sich bald zusetzen und das Eindringen von weiterem Staub und Schmutz verhindern.
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In den Figuren 3 und 4 sind Abdichtungen mit nur einer Schraubenfeder
dargestellt. Fig.3 zeigt eine Abdichtung mit zwei nebeneinanderliegenden sich am
Kolben, der Stange oder der Welle innen abstützenden Windungen. An diese zwei Windungen
schließt sich eine sich erweiternde übergangswindung an, die sich einerseits in
einer spiralförmigen Raumkurve an der inneren Windung und andererseits in ihrem
Endpunkt an dem radial äußeren Bereich (Gehäuse) abstützt. Zur Fortsetzung und besseren
Abdichtung schließt sich an diese Übergangswindung (in der Zeichnung als Stufe dargestellt)
eine äußere Windung an. Diese äußere Windung liegt aufgrund der Eigenspannung der
Schraubenfeder mit ihrem radial mittleren Bereich an der bbergangswindung und mit
ihrem radial äußeren Bereich aufgrund der Montageteohnik linienförmig am Gehäuse
an.
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Fig.4 zeigt eine mögliche Fortsetzung der in Fig.3 dargestellten Schraubenfederdichtung.
Auf die vier Windungen folgt abermals eine übergangswindung und eine innere Windung.
Man erhält so eine symmetrisch aufgebaute Dichtung mit zwei entgegengesetzt liegenden
übergangswindungen, zwei symmetrisch zueinanderliegenden Übergangswindungen und
zwei nebeneinanderliegende äußere Windungen.
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Fig.5 zeigt die Draufsicht der Abdichtungen nach Fig.3 und Fig.4.