DE2246536A1

DE2246536A1 - Dichtvorrichtung

Info

Publication number: DE2246536A1
Application number: DE2246536A
Authority: DE
Inventors: William Victor Adams
Original assignee: Durametallic Corp
Current assignee: Durametallic Corp
Priority date: 1971-09-27
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1973-04-12
Also published as: BR7206664D0; DE2246536B2; US3765689A; AR195187A1; JPS4841151A; DE2246536C3; JPS5227781B2; AU4715072A; CA964296A

Description

2246538

22. Sept. 1972

Durametallic Corporation

2104 !factory Street, Kalamazoo,

Michigan, USA

PH 5133

Dichtvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung zum Abdichten einer Welle, die gegenüber einem Wandteil drehbar ist, mit einem ersten und zweiten, die Welle umgebenden ringförmigen Element mit gegenüberliegenden, quer verlaufenden Dichtflächen, wobei das erste Element an dem Wandteil befestigt und das zweite Element drehfest in Bezug auf die Welle angeordnet ist, und eines der ringförmigen Elemente einen Dichtring und einen Stirnring einschließt, der drehfest mit dem Dichtring verbunden ist, wobei der Stirnring eine der quer verlaufenden Dichtflächen trägt, und mit Einrichtungen, durch die die Dichtflächen dichtend in drehend-gleitende. Verbindung miteinander gedrückt werden.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine mechanische Dichtvorrichtung mit einem Dichtring und einem getrennten ringförmigen Stirnring, die miteinander durch Pestsitz verbunden sind, wobei der Festsitz nur über einen Eingriffsbereich eintritt, der so angeordnet ist, daß eine Winkelverbiegung des Stirnrings im wesentlichen verhindert wird.

Es ist jahrelang bei bestimmten Arten von Dichtkonstruktionen üblich gewesen, eine der Dichtflächen der Dichtung mit einem

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sogenannten Stirnring zu versehen, der aus eine» verschleißfesten Material, wie Wolframcarbid besteht, und von den Dichtring getrennt, jedoch an diesem angebracht ist. Ein wichtiger Grund für die Verwendung dieser Art von Konstruktionen liegt darin, daß der Dichtring selbst aus einem weniger teuren und haltbaren Material hergestellt werden kann, so daß die Kosten der Dichtung reduziert werden können, ohne daß die Wirksamkeit und Haltbarkeit der Dichtung zurückgeht. Weiterhin kann der Stirnring ersetzt werden, wenn er verschlissen ist, ohne daß der Dichtring ausgetauscht werden muß. In vielen Fällen ist eine elastische Dichtung zwischen dem Stirnring und dem Dichtring vorgesehen und an beiden Eingen durch einen geeigneten Klebstoff oder mechanische Klemmorgane befestigt worden» Die Verfahren zur Herstellung derartiger mechanischer Dichtungen sind relativ kompliziert und teuer. Insbesondere ist es notwendig»'denStirnring abschließend zu schleifen, nachdem er mit dem Dichtring zusammengefügt worden ist. Dies ist relativ schwierig und führt oft zu einer Oberfläche, die während der Lagerung und des Betriebs nicht flach bleibt. Weiterhin sind derartige Konstruktionen nicht ausreichend haltbar, da' der Stirnring unter verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen gelöst oder undicht werden kann. Dalier haben die bisher verwendeten Dichtungen mit einem Stirnring, der an einem Dichtring angebracht ist, nicht immer vollständig zufriedenstellend gewirkt» Ee beateht daher seit langem ein Bedarf an verbesserten mechanischen Dichtkonstruktionen mit verbesserten Einrichtungen zum Verbinden des Stirnringes und des Dichtringes.

Im Hinblick auf die zahlreichen Nachteile der Dichtkonstruktionen der oben erwähnten Art sind zahlreiche Versuche gemacht worden, Dichtkonstruktionen zu verwenden, bei denen der Stirnring durch Preßsitz innerhalb des Dichtrings angeordnet war. Derartige preßgefügte Dichtkonstruktionen haben sich jedoch oft als ungeeignet erwiesen, da sie vielfach den normalerweise auftretenden schwierigen Betriebsbedingungen nicht standhalten. Insbesondere ist die Dichtkonstruktion bei vielen Verwendungszwecken Temperaturen ausgesetzt, die sich in weitem Bereich

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ändern. Da der Stirnring und der Dichtring aus verschiedenen Materialien bestehen, die erhebliche unterschiedliche Expansionskoeffizienten aufweisen, ändert der weite Temperaturbereich, dem die Dichtkonstruktion unterworfen sein kann, die Abmessungen der Paßverbindung zwischen dem Dichtring und dem Stirnring. Dies führt vielfach zu einer Verformung des Stirnrings, so daß die Dichtfläche des Stirnringes nicht mehr flach ist und durchlässig wird»

Eine weitere Schwierigkeit, die bei den bisherigen Versuchen zur Verwendung einer Festsitz-Anordnung zwischen dem Stirnring und dem Dichtring auftrat, bestand in der Verbiegung des Stirnringes bei Herstellung der Festsitz-Anordnung. Der Stirnring muß, wie es zuvor erwähnt wurde, abschließend auf seiner Oberfläche poliert werden, so daß eine dichtende und ebene Dichtfläche entsteht. Diese abschließende Polierbehandlung wird vorzugsweise vor dem Zusammenbau mit dem Dichtring durchgeführt, da ein derartiges Polieren auf diese Art am wirksamsten und genauestens erfolgen kann. Wenn jedoch der Stirnring durch Festsitz in den Dichtring eingefügt ist, übt diese Preßsitz-Verbindung Kräfte auf den Stirnring aus, die diesen in Bezug auf die Winkeligkeit verformen. Diese Verformung hebt die Ebenheit der Dichtfläche auf, so daß es notwendigerweise erforderlich wird, den abschließenden Poliervorgang der Dichtfläche durchzuführen, nachdem der Stirnring innerhalb des Dichtringes befestigt ist. Wie oben erwähnt wurde, ist dies ein sehr komplizierter und schwierig durchzuführender Vorgang. Zwar ist es möglich, die Verformung des Stirnringes auf ein Minimum zu reduzieren, indem das Ausmaß des Festsitzes, der die Festsitz-Verbindung bildet₄ verringert wird. Dadurch wird der Druck -zwischen dem Stirnring und dem Dichtring reduziert. Dieses Vorgehen ist jedoch nicht wünschenswert, da es die feste Haftung zwischen dem Dichtring und dem Stirnring verringert. In Verwendungsfällen, in denen der Dichtring ein Antriebsglied ist, kann die verringerte Haftungskraft vielfach eine Drehbewegung zwischen dem-Stirnring und dem Dichtring "ermöglichen, so daß die gewünschte Wirkung der Dichtvorrichtung aus-

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geschaltet wird.

Die Erfindung ist folglich darauf gerichtet» eint,...·»#chanißehe Dichtvorrichtung mit einem Stirnring und einem Diehfring» bei der der Stirnring mit dem Dichtring durch eine fβpt sit%-Anordnung verbunden ist, zu schaffen, bei der leeine unerwünschte Verformung des Stirnringes, und zwar weder während.4fρ Zusammenbaus noch während des Betriebs der Dichtung, aüftfilit»

Weiterhin soll die Festsitz-Verbindung zwischen df« Dichtring und dem Stirnring eine relativ hohe Haftkraft odtj? Beltekraft zwischen dem Stirnring und dem Dichtring ausüben, so daß sich der Stirnring nicht in Bezug auf den Dichtring drehen kann, sondern durch diesen mitgenommen wird. Ferner eo 13. die Festsitz-Verbindung zwischen dem Dichtring und dem Stirnriftg dazu führen., daß der Dichtring eine radiale Haltekraft auf des ■ Stirnring. ausübt, die im wesentlichen innerhalb der mittleren Querebene des Stirnringes liegt, so daß die Ausübung von Verbiegungsmomenten auf den Stirnring verhindert wird.

Die erfindungsgemäße Dichtvorrichtung der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch Verbindungseinrichtungen zwischen dem Dichtring und dem Stirnring, die eine Festsitz-Anordnung des Dichtrings und des Stirnrings schaffen und den Stirnring fest mit dem Dichtring verbinden, und die auf den Stirnring eine Haltekraft ausüben, die derart gerichtet ist, daß kein wesentliches Verdrehungsmoment auf den Stirnring ausgeübt und damit die Verbiegung des Stirnrings auf einen flinimalwert gebracht wird.

Vorzugsweise weist die Dichtvorrichtung einen Dichtring mit einem ringförmigen Flansch auf, der wenigstens einen Teil des Stirnringes umgibt, wobei das innere Ende entweder des Flansches oder des Stirnringes hinterschnitten ist, so daß der Flansch den Stirnring im wesentlichen und auch nur in der mittleren Querebene des Stirnringes erfasst, so daß eine Haltekraft auf den Stirnring im wesentlichen nur in dieser oder angrenzend an diese Ebene ausgeübt wird,und zwar unabhängig von der Verbiegung des Flansches durch den Festsitz-Eingriff des ßtirnrings innerhalb des Flansches. ,.,= :/ -g

Die erfindungsgemäße Dlötvorrichtung ermöglicht eine gewünschte Dichtwirkung bei sehr unterschiedlichen Temperatur- und Druckbedingungen, ohne daß ein weiteres Dichtelement zwischen dem Stirnring und dem Dichtring erforderlich ist.. Zahlreiche der Montageschritte und aufwendigen Endbearbeitungsvorgänge, die bisher bei derartigen Dichtungen erforderlich waren, werden durch die erfindungsgemäße Diehtvorrichtung unnötig.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen Mittelschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Diehtvorrichtung der Erfindung, wobei die Welle drehbar ist und das Gehäuse feststeht;

Pig. 2 ist eine vergrößerte, teilweise Explosions-Schnitt-Darstellung des Stirnrings und des Dichtrings gemäß der . vorliegenden Erfindung; /

Fig. 3 zeigt einen Schnitt ähnlich Figo 2, veranschaulicht jedoch den Stirnring innerhalb des Dichtrings;

Fig. 4 ist eine teilweise Schnittdarstellung ähnlich Fig. 3 und zeigt in übertriebener Weise die Verbiegung des Halteflansches;

Fig. 5 ist eine teilweise Schnittdarstellung ähnlich Fig. 3 und veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden soll zur Vereinfachung der Bezugnahmen ohne einschränkende Wirkung eine bestimmte Terminologie verwendet werden. Die Worte "oben", "unten", "rechts" und "links" beziehen sich auf die Eichtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte "innen" und "außen" beziehen sich auf die Richtungen in Bezug auf den geometrischen Mittelpunkt der

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Vorrichtung und der zugehörigen Teile. Diese Terminologie schließt die oben erwähnten Ausdrücke sowie die von diesen abgeleiteten Ausdrücke und Wörter gleicher Bedeutung ein.

ν ■

Die Vorteile und Verwendungszwecke der Erfindung werden erreicht durch eine mechanische Dichtvorrichtung zum Abdichten einer drehbaren Welle in Bezug auf ein feststehendes Bandteil, wie ein Pumpengehäuse. Die mechanische Dichtkonstruktion umfasst ein Paar von ringförmigen Elementen, die die Welle umgeben und gegenüberliegende Dichtflächen aufweisen, die sich im rechten Winkel zu der Welle erstrecken. Eines der ringförmigen Elemente ist an dem feststehenden Wandteil befestigt, und das andere Element dreht sich mit der Welle. Weiterhin sind Einrichtungen vorgesehen, durch die die Dichtflächen in dichtenden und drehend-gleitenden Eingriff miteinander gedrückt werden. Eines der Elemente umfasst eine Anordnung aus Dichtring und Stirnring, bei der der Dichtring eine ringförmige Aussparung an einem Stirnende aufweist, die durch einen axial vorspringenden, ringförmigen Flansch begrenzt wird. Der Stirnring ist innerhalb der ringförmigen Aussparung angeordnet und drehfest und dichtend mit dem Dichtring aufgrund einer Festsitz-Anordnung mit dem ringförmigen Flansch verbunden. Entweder der Dichtring oder der ringförmige Flansch, vorzugsweise der ringförmige Flansch, ist mit einer ringförmigen Hinterschneidung oder Nut angrenzend an das hintere Ende des Stirnringes versehen, so daß bei dieser Ausführungsform der ringförmige Flansch den Umfang des Stirnringes nur in einem Bereich erfasst, der im wesentlichen angrenzend an die mittlere Querebene des Stirnringes liegt. Diese Beziehung führt dazu, daß der Flansch aufgrund der Festsitζanordnung auf den Stirnring eine Haltekraft lediglich über den Bereich im wesentlichen angrenzend an die mittlere Querebene des Stirnringes ausübt, so daß die Haltekraft keine wesentliche Verbiegung des Stirnringes hervorruft.

In der Zeichnung ist in Form eines Beispiels eine mechanische Dichtung 10 als "Innen"-Dichtung, d.h. als Dichtung, bei der der drehende Teil der Dichtung innerhalb des Gehäuses liegt,

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das das Druckfluid enthält, gezeigt. Die Dichtung 10 umfaßt ein feststehendes, ringförmiges Element 11, das die Welle 12 umgibt. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das ringförmige Element 11 ein Stopfbüchsen-Innenteil, das innerhalb einer Stopfbuchse 13 angeordnet ist- Die Stopfbüchse 13 ist an einem Gehäuse 14· mit Hilfe von, Schrauben 16 "befestigt. Geeignete Dicht einrichtungen 17, wie Dichtungsscheiben, sind zwischen der Stopfbuchse 13 und dem Gehäuse 14 vorgesehen. Die Stopfbuchse 13 weist eine öffnung 18 zum Einleiten eines Kühlmittels an die aussere Oberfläche des ringförmigen Elementes (Stopfbüchsen-Innenteil) 11 auf. Eine weitere, nicht gezeigte Öffnung ist in der Stopfbuchse 13 auf herkömmliche Art vorgesehen, die den Austritt des Kühlmittels aus der Stopfbüchse gestattet. Ein Paar von in axialem Abstand liegenden O-Ringen 19 dient dazu, ein Ausströmen des Kühlmittels in beiden Axialrichtungen entlang der Außenseite des ringförmigen Elementes 11 zu verhindern. Das ringförmige Element 11 weist einen Bereich auf, der in das Gehäuse 14 vorspringt, und das innere Ende dieses ringförmigen Elements weist einen ringförmigen Axialvor sprung 21 auf, der mit einer genau bearbeiteten radialen Dichtoberfläche 22 versehen ist. Das ringförmige Element 11 kann aus jedem geeigneten Material, wie Kohlenstoff (Kohle), bestehen.

Eine Hülse 23 umgibt die Welle 12 und ist mit dieser durch geeignete Einrichtungenj wie eine oder mehrere Einstellschrauben 26, fest verbunden. Die Hülse 23 weist einen kreisringförmigen Hülsenabschnitt 24 auf, der axial in Richtung des ringförmigen Elementes 11 vorspringt. Ein elastomerer O-Ring 27 ist innerhalb einer Mut 28 in der inneren Oberfläche des Hülsenabschnitts 24 angeordnet und steht in dichtender Verbindung mit der Welle 12.

Ein kreisringförmiger Dichtring 29 ist gleitend auf dem Hülsenabschnitt 24 aufgeschoben und axial in Bezug auf die Welle 12 beweglich. Ein elastomerer O-Ring 31 ist innerhalb einer Nut auf der äusseren Oberfläche des Hülsenabschnitts 24 vorgesehen und steht in dichtender Berührung mit dem Dichtring 29· Der

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kreisringförmige Dichtring 29 ist ebenfalls mit einer ringförmigen Erweiterung 36 angrenzend an sein vorderes Ende versehen. Diese ringförmige Erweiterung erstreckt sich radial nach innen in den Raum zwischen dem Hülsenabschnitt 24 und dem ringförmigen Element 11.

Zur drehfesten Verbindung des Dichtrings 29 mit der Hülse 23 ist der Dichtring 29 mit einer Anzahl von im Umfang in Abstand liegenden Schlitzen 32 versehen, die sich axial in sein hinteres Ende hineinerstrecken. Jeder der Schlitze 32, von denen nur einer in Fig. 1 gezeigt ist, nehmen das aussere Ende eines Antriebsstifts 33 auf, der fest in dem Hülsenabschnitt 24 befestigt ist. Eine herkömmliche Schraubaifeder 34 umgibt den Hülsenabschnitt 24, und ihre entgegengesetzten Enden stützen sich gegen einen ringförmigen Vorsprung der Hülse 23und den Dichtring 29 ab. Die Schraubenfeder 34 wird normalerweise unter Druck gehalten, so daß der Dichtring 29 kontinuierlich federnd gegen das ringförmige Element 11 gedruckt wird.

Es ist daher erkennbar, daß die mechanische Dichtkonstruktion, soweit sie zuvor beschrieben worden ist, einer herkömmlichen derartigen Dichtung entspricht. Die vorstehende Beschreibung einer herkömmlichen Dichtung dient lediglich der Veranschaulichung und hat keine 'einschränkende Bedeutung. Die Anordnung der im folgenden beschriebenen Erfindung kann auf eine große Vielzahl von anderen, bestimmten mechanischen Dichtkonstruktionen angewendet werden.

Erfindungsgemäß weist die ringförmige Erweiterung 36 eine ringförmige Aussparung 37 in ihrem Ende auf, das dem ringförmigen Element 11 gegenüberliegt. Die Erweiterung 36 umfasst einen axial verlaufenden, im allgemeinen ringförmigen Vorsprung oder Flansch 41, der die Aussparung 37 umgibt und deren Seitenwand bildet. Der Flansch 41 weist eine ringförmige innere Umfangsoberflache 38 auf, die die äussere Grenze der Aussparung 37 bildet. Die Aussparung wird ebenso mit Hilfe einer im wesentlichen querverlaufenden Bodenfläche 39 begrenzt, die durch die

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- 9 Erweiterung 36 gebildet wird.

Ein kreisringförmiger Stirnring 42 passt zumindest teilweise in die Aussparung 3?. Der Stirnring weist gegenüberliegende und im wesentlichen parallele Oberflächen 43 und 44 auf. Die Oberfläche 43 wirkt als Dichtoberfläche und ist dafür vorgesehen, drehend und gleitend mit der anderen Dichtoberfläche 22 in Eingriff zu treten, während die Oberfläche 44 als Stützfläche wirkt und gegen die Bodenflache 39 der Aussparung 37 anliegt.

Der Stirnring 42 erstreckt sich in die Aussparung 37, so daß der ringförmige Plansch 41 den Stirnring umgibt. Weiterhin ist der Stirnring 42 derart ausgebildet, daß er in Pestsitz-Anordnung mit dem Plansch 41 liegt, so daß die innere ümfangsoberflache 38 des Plansches in enger Anordnung in Bezug auf die äussere ringförmige Umfangsoberflache 46 des Stirnringes .42 liegt. Das hintere Ende des Stirnringes 42 kann gewünschtenfalls an der hinteren Kante eine Abschrägung 47 aufweist, durch die die Zusammenfügung erleichtert wird.

Erfindungsgemäß weist der ringförmige Plansch 41 eine hinterschnittene Nut 48 auf. Diese Wut 48 ist angrenzend an das axiale innere Ende des Plansches und unmittelbar angrenzend an die Bodenfläche 39 ausgebildet. Der Plansch 41 weist daher einen im wesentlichen L-förmigen Schnitt auf. Die hinterschnittene Nut 48 führt zu der Bildung einer ringförmigen Rippe 49 angrenzend an das axial-äussere Ende des Plansches 41. Diese Rippe 49 ist radial nach innen gerichtet und ermöglicht so eine .Pestsitz-Anordnung der äusseren Umfangsoberfläche 46 in Bezug auf den Stirnring 42.

Die hinterschnittene Nut 48 weist in Axialrichtung eine Breite zwischen etwa 40 und 60 % der axialen Breite des Stirnringes 42 auf. Das führt dazu, daß' die innere Kante 51 der ringförmigen Rippe 49 die Umfangsoberfläche 46 des Stirnrings im wesentlichen innerhalb oder dicht bei der querverlaufenden Mittelebene des Stirnringes berührt. Diese querverlaufende "Mittelebe-

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ne liegt parallel zu und in der Mitte zwigehen iefl, Ulf rf lache» 43 und 44 und ist in Fig. 2 bis 4 schematisch dii?ej| e-fcrichpunktierte Linien angedeutet.

Der maximale äussere Durchmesser des Stirnrings 43, der durch die Umfangsoberfläohe 46 begrenzt wird, ist vorzugsweise etwas größer als der Durchmesser der Aussparung 37i die durch die Um-^ fangsoberfläche 38 bestimmt wird. Die tatsächliche Größe dieser Dimensionen hängt von den vorliegenden Durchmessern und den verwendeten Materialien ab· und wird entsprechend herkömmlicher Praxis zur Bildung eines zufriedens-tellenden Festsitzes (Preß- oder Schrumpfsitz) zwischen den Teilen gewählt. Zu die^ sem Zweck ist in einem typischen Fall bei einem Wolframcarbid-Stirnring 42 von 5»08 cm (2") Außendurchmesser und einem Dichte ring 29 aus nicht-rostendem Stahl der Außendurchmesser des Stirnrings 42 vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,254 mm (0,004 bis 0,010") größer als der Aussparungsdurchmesser, der durch die Umfangsoberflache 38 begrenzt wird. Die Preßpassupg erfordert daher, daß der Stirnring 52 axial in die Aussparung 3? gedrückt wird. Dies führt zu einem Festsitz zwischen dem, fJflrnr-i&IS 42 und dem Dichtring 29» so daß der Stirnring drehtest; ift Bezug auf den Dichtring angeordnet ist.

Der Stirnring 42 kann aus jedem geeigneten verschleißfesten Material, vorzugsweise aus Kohle oder Wolframcarbid, bestehen. Andererseits besteht der Dichtring 29 im allgemeine** aus Stahl, so daß der pichtring 29 und der Stirnring 42 erheblich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Die Ringe 29 und 42 dehnen sich daher um unterschiedliche Beträge aus, wenn die Dichtung 10 in einer Umgebung verwendet wird, die erheblichen Temperaturveränderungen unterworfen ist.

Wenn der Stirnring 42 unter Preßsitz in den Dichtring 29 eingefügt ist und im wesentlichen die in Fig. 3 gezeigte Stellung einnimmt, führt der zwischen den Umfangsoberflachen 38 und 46 auftretende Druck dazu, daß der Stirnring 42 eine radial nach außen gerichtete Kraft auf den Flansch 41 ausübt, die direkt

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auf die ringförmige Rippe 4-9 ausgeübt wird. Da der ringförmige Flansch 4-1 axial von der Erweiterung $6 in auskragender Anordnung vorspringt, führt die radial nach außen gerichtete, auf die Eippe 4-9 ausgeübte Kraft dazu, daß der Flansch 4-1 um seinen Verbindungspunkt mit der Erweiterung '36 nach außen gebogen wird. . Diese auswärtige Verbiegung des Flansches 4-1, die .vergrössert und übertrieben in Fig. 4- gezeigt ist, führt dazu, daß die Eippe 4-9 die Umfangsoberflache 46 im wesentlichen in einem einzigen Punkt, nämlich mit der inneren Kante 51₅ berührt. Da jedoch die Kante 51 die Umfangsoberf lache 4-6 im wesentlichen in der quer liegenden Mittelebene 52 berührt, werden die Haltekräfte, die auf den Stirnring 4-2 durch den Flansch 41 ausgeübt werden, ebenfalls im wesentlichen in dieser Mittelebene 52 aufgebracht. Diese Haltekräfte, die durch den Preßsitz hervorgerufen werden, üben folglich kein beachtliches Verdrehungs- oder Biegemoment auf den Stirnring aus, so daß der Stirnring 42 im" wesentlichen frei von Verbiegungen ist, nachdem er unter Preßsitz in Verbindung mit dem Dichtring 29 gebracht worden ist. Weiterhin verursacht die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Dichtringes 29 und des Stirnringes 4-2 keine wesentliche Verbiegung des Stirnringes 4-2, da der Flansch 4-1 den Stirnring weiterhin mit der Kante 51 berührt. Diese Kante bleibt im wesentlichen innerhalb der Mittelebene 52, und so unabhängig von den verschiedenen Wärmeausdehnungen des Stirnringes 42 und des Dichtringes 29· Daher kann die Dichtungs-Gesamtanordnung, die in Fig. 4- gezeigt ist, starken Temperaturveränderungen unterworfen werden, ohne daß eine merkliche Verformung des Stirnringes 4-2 auftritt. Auf diese Weise bleibt die Dicht-Oberfläche 4-3 zu jeder Zeit im wesentlichen eben und steht in der gewünschten Dichtverbindung mit der gegenüberliegenden Dichtoberfläche 22.

Nunmehr sollen die Herstellung und die Betriebsweise der erfin-' dungsgemäßen Dichtvorrichtung beschrieben werden. Die einzelnen Teile der Dichtung 10 werden auf übliche Art hergestellt, und'der Stirnring 4-2 kann vollständig fertiggestellt werden, bevor. er mit dem Dichtring. 29 zusammengefügt wird. Das bedeu-

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tet, daß die Dicht-Oberflache 43 vor dem Zusammenbau des Stirnrings 42 mit dem Dichtring 49 auf geeignete Art poliert werden kann. Der Stirnring 42 wird sodann unter Preßsitz in die Aussparung 37 eingepasst, bis die hintere Oberfläche 44 des Stirnringes gegen die Bodenfläche 39 anschlägt. Dieser Festsitz des Stirnrings 42 innerhalb der Aussparung 37 bewirkt, daß der ringförmige Plansch 41 im Winkel abgebogen wird, so daß die ringförmige Rippe 49 die äussere Umfangsoberfläche 46 im wesentlichen entlang der Kante 51 berührt. Diese Kante berührt die Umfangs-Oberflache 46 innerhalb der Mittelebene 52. Das führt dazu, daß der Flansch 41 eine im wesentlichen radial nach innen gerichtete Haltekraft auf den Stirnring 42 ausübt, durch die der Stirnring drehfest mit dem Dichtring verbunden wird. Da weiterhin diese Haltekraft im wesentlichen innerhalb der Mittelebene 52 ausgeübt wird, erzeugt sie kein wesentliches Moment, das eine winkelige Verbiegung des Stirnrihges zur Folge haben könnte. Daher bleibt die Dicht-Oberflache 43 im wesentlichen eben, und folglich steht sie in enger drehbarer und gleitender Dichtverbindung mit der gegenüberliegenden Dicht-Oberflache 22, wenn die Dichtung 10 federnd durch die Schraubenfeder 34 in Berührung mit dem ringförmigen Element 11 gedrückt wird.

Obwohl die auf den Stirnring 42 aufgebrachte Haltekraft nicht nur in einer punktförmigen Berührung innerhalb der Mittelebene 52 vorliegt, so wirkt die Haltekraft doch nur in einem Bereich, der in Axialrichtung des Dichtringes relativ schmal und angrenzend oder im wesentlichen auf beiden Seiten der mit Mittelebene 52 angeordnet ist, so daß das auf den Dichtring aus-i geübte Drehmoment, das zu einer Verbiegung des Stirnringes führen kann, im wesentlichen auf einen Mindestwert gebracht, wenn nicht vollständig aufgehoben werden kann.

Wenn es noch erforderlich ist, die Dicht-Oberfläche 43 zu polieren, nachdem der Stirnring 42 mit Festsitz in den Dichtring 29 eingefügt worden ist, so führt dies nichtsdestoweniger zu einer verbesserten Dichtkonstruktion, da die Anordnung der Hai-

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tekräfte im wesentlichen innerhalb der Mittelebene 52 die Verbiegung des Stirnringes auf ein Mindestmaß bringt, so daß eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Stirnring und dem Dichtring die gute Dichtverbindung zwischen den Oberflächen und 43 nicht stört.

Daher wird durch die erfindungsgemäße Konstruktion, wie bereits aus dem vorstehenden hervorgeht, die Verbiegung des Stirnringes aufgrund der Festverbindung zwischen dem Stirnring und dem Dichtring in erheblichem Maße verringert, so daß es in einigen Fällen möglich ist, jede weitere Schleifbearbeitung der Dicht-Oberfläche 4-3 zu unterlassen, nachdem der Stirnring mit Preßsitz in dem Dichtring eingefügt ist. Außerdem ist auch dann, wenn eine weitere Schieifbarbeitung erforderlich ist, das Ausmaß des erforderlichen Schleifens erheblich verringert, da die Verbiegung des Stirnringes 42 aufgrund der Preßverbindung ebenso verringert wird. Nachdem der Stirnring mit Festsitz in den Dichtring eingefügt worden ist, wird jede nachfolgende Verbiegung des Stirnringes aufgrund erheblich veränderter Temperaturen ebenso beträchtlich verringert, so daß große Temperaturunterschiede nur eine geringe Wirkung auf die genaue Arbeitsweise der Dichtung haben.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei der der ringförmige Flansch 41', der an dem Dichtring 29' ausgebildet ist, keine hinterschnittene Nut aufweist. Vielmehr ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung der Stirnring 42' mit einer Abschrägung 47' am rückwärtigen Ende versehen, die sich von der rückwärtigen Oberfläche 44' zu der Mittelebene 42' erstreckt. Wenn daher der Stirnring 42' «mit Festsitz in den Dichtring 29' eingefügt wird, unterliegt der Flansch 41' wiederum einer Hebel-Verbiegung, so daß die äussere Umfangsoberfläche 46' des Stirnringes 42' die innere Oberfläche des Flansches 41' punktförmig berührt, d.h. entlang der Kante 51', die im wesentlichen innerhalb der Mittelebene 52' liegt. Daher liegt die Haltekraft, die auf den Stirnring 42' ausgeübt wird, wiederum im wesentlichen in der Mittelebene 52', so daß

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eine Verformung des Stirnringes 42' aufgrund des Festsitzes wesentlich verringert, wenn nicht ausgeschaltet wird·

Es liegt auf der Hand, daß verschiedene andere Ausführungsformen des Flansches 41 einerseits und des Stirnringes 43 andererseits vorgesehen werden können, damit die erfindungsgemäße Festsitz-Anordnung erreicht wird. Beispielsweise kann die ringförmige Rippe 49 eine nach innen gerichtete V-Form aufweisen, so daß eine radiale, innere, zugespitzte Kante erhielt wird, die im wesentlichen innerhalb der Mittelebene 52 liegt. Auf gleiche Weise kann der Stirnring 42 eine nach außen gerichtete Rippe auf der äusseren Oberfläche aufweisen, die mittig zwischen den gegenüberliegenden, axialen Enden des Stirnringes angeordnet sein kann und mit einer äusseren, zugespitzten Kante im wesentlichen innerhalb der Mittelebene 52 versehen sein kann, und die in Festsitz mit dem Flansch 41 verbunden ist. Ausführungsformen dieser Art liegen theoretisch im Rahmen der Erfindung, jedoch sind sie aus praktischen Gesichtspunkten schwieriger zu gebrauchen, so daß sie zwar von der Erfindung umfasst werden, jedoch keine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen.

Erfindungsgemäß werden daher die auf den Stirnring ausgeübten Momente, die zu einer Verformung des Stirnringes führen könnten, wesentlich verringert, wenn nicht ausgeschaltet.

Diese wünschenswerte Gesamtwirkung wird erzielt, indem ein Festsitz verwendet wird, der im wesentlichen innerhalb der querliegenden Mittelebene 52 wirkt. Dies kann erreicht werden, indem die tatsächliche Haltekraft in der Mittelebene aufgebracht wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, oder indem eine resultierende oder wirksame Haltekraft verwendet wird, die in der Mittelebene angreift. Obwohl die Haltekraft aus praktischen Gründen selbstverständlich nicht entlang einer Linie wirken kann, wie sie durch den Schnitt der Mittelebene 52 mit der Umfangsoberflache 46 gebildet wird, so wirkt sie doch vorzugsweise über einen schmalen, ringförmigen Umfangsbereich, der eine

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relativ geringe axiale Breite aufweist und angrenzend an die Schnittlinie zwischen der Mittele"bene 52 und der Umfangsoberfläche 46 angeordnet ist und diese vorzugsweise einschließt.

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Claims

Patentansprüche

Dichtvorrichtung zum Abdichten einer Welle, die gegenüber einem Wandteil drehbar ist, mit einem ersten und zweiten, die Welle umgebenden ringförmigen Element mit gegenüberliegenden querverlaufenden Dichtflächen, wobei das erste Element an dem Wandteil befestigt und das zweite Element djrehfest in Bezug auf die Welle angeordnet ist und eines der ringförmigen Elemente einen Dichtring und einen Stirnring einschließt, der drehfest mit dem Dichtring verbunden ist, wobei der ßtirnring eine der querverlaufenden Dichtflächen trägt, und mit Einrichtungen, durch die die Dichtflächen dichtend in drehend-gleitende Verbindung gedrückt werden, ge-kennzeichnet durch Verbindungseinrichtungen (41, 48; 41', 47'). zwischen dett Dichtring (29) und dem Stirnring (42), die eine Festsitz-Anordnung des Dichtrings und des Stirnrings schaffen und den ßtirnring fest mit dem Dichtring verbinden, und die auf den Stirnring eine Haltekraft ausüben, die derart gerichtet ist, daß kein wesentliches Verdrehungsmoment auf den Stirnring ausgeübt und damit die Verbiegung des Stirnrings auf einen Minimalwert gebracht wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Stirnring (42) ausgeübte Haltekraft im wesentlichen radial nach innen in Bezug auf den Stirnfing gerichtet ist und wenigstens nur im Bereich der querliegenden Mittelebene (52) des Stirnringes (42) einwirkt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (29, 29') einen ringförmigen, axial verlaufenden Flansch (41, 41') aufweist, der von einem Ende des Dichtringes vorspringt und eine im wesentlichen ringförmige Aussparung (37) umgrenzt, und daß der Stirnring (42, 42') innerhalb der Aussparung angeordnet ist, wobei ein axiales Ende des Stirnringes gegen den Dichtring anschlägt und das andere axiale Ende des Stirnringes eine Dicht-Oberflache (43) trägt, wobei der Stirnring oder der Flansch eine ringförmige Nut (47', 48) angrenzend an ein Ende dos Stirnringes aufweist,

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so daß die ringförmige Umfangsoberflache des Stirnringes an diesem Ende einen Abstand (41,41') aufweist und-außer Berührung mit diesem gehalten wird und daß der ringförmige Plansch an einer Stelle, die einen axialen Abstand von diesem einen Ende des Stirnringes aufweist, die Umfangsoberflache des Stirnringes berührt und auf diese eine Haltekraft ausübt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (41, 41') den Stirnring (42, 42') wenigstens in der Nähe einer querliegende Mittelebene (52, 52') berührt, die im wesentlichen in der Mitte zwischen den durch die vorderen und hinteren Axialflächen des Stirnringes gebildeten S¹Iae>t©n liegt.
5» Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Flansch (41) eine hinterschnittene ringförmige Nut (48) in der inneren Umfangsoberflache angrenzend an das axial rückwärtige Ende des Flansches aufweist, ■ so daß die hinterschnittene Nut einen Teil der ringförmigen Umfangsoberflache des Stirnringes an diesem einen Ende des Stirnringes umgibt.
6. . Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die hinterschnittene Nut (48) eine axiale Breite zwischen etwa 40 und 60 % der axialen Breite des Stirnringes (42) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (41) im Querschnitt im wesentlichen L~förmig ausgebildet ist und eine radial nach innen weisende Rippe (49) trägt, die angrenzend an das freie Ende des Flansches angeordnet ist, wobei die Rippe in enger Verbindung mit der äusseren Umfangsoberflache des Stirnringes (42) steht und diesen fest mit dem Dichtring (29) verbindet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnring (42, 42') einen maximalen

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normalen Außendurchmesser aufweist,, der größer ist als der minimale normale Innendurchmesser des ringförmigen Flansches (41, 41'), so daß ein Festsitz zwischen beiden entsteht, wenn der Stirnrinfr in der durch den Flansch begrenzten Aussparung befestigt wird, wodurch der ringförmige Flansch im Winkel verbogen wird und den Stirnring in einem ringförmigen Bereich um die querliegende Mittelebene (52, 52^f) des Stirnringes herum berührt.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis.8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirriring (42, 42¹) und der Dichtring (29» 29¹) aus unterschiedlichen Materialien mit erheblich unterschiedlichen V/ärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind.

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