DE2458773A1

DE2458773A1 - Dichtung, insbesondere fuer sich drehende wellen

Info

Publication number: DE2458773A1
Application number: DE19742458773
Authority: DE
Inventors: Jacques Bertin
Original assignee: Paulstra SNC
Current assignee: Paulstra SNC
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1975-10-02
Also published as: SE7416043L; US3921992A; FR2273458A5; IT1023812B; GB1457976A

Description

'2VSETTT

PATENTANWALr DIPL- ING.

11. Dezember Gz//¥a

PAULSOSA ■ 0736 74 B

Dichtung, insbesondere für sich drehende Wellen.

Die Erfindung betrifft die Dichtungen, insbesondere für sich drehende ?/ellen (wie nachstehend angenommen), welche durch eine Lippe aus einem Elastomer gekennzeichnet sind, welche die Welle umgibt und gegen diese durch eine Feder gedrückt wird, wobei diese Lippe von einem Gestell ge tragen, wird, welches in einer gewissen Entfernung von der Welle liegt, und mit welchem sie durch eine ebenfalls aus einem Elastomer bestehende Membran oder Manschette verbunden ist·

Zur Festlegung der Begriffe ist in Fig. 1 im Halbschnitt die durch eine Welle A und eine derartige Dichtung gebildete Anordnung dargestellt, wobei die obige, durch eine konzentrische Feder 2 angedrückte Lippe Tmit einem zu der Welle gleichachsigen Gestell 3 durch eine Membran 4 verbunden ist, . .

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j welche mit der Lippe e:.n Griicl: bildet und an dem Gestell haftet. ^! j Diese Membran 4 besitzt bei den bekannten Ausführungen meistens j die Form eines Kegelstumpfs, dessen große Grundfläche mit dem j metallischen Gestell 3 verbunden ist, während' sich die kleine (Grundfläche an die eigentliche Lippe 5 anschliesst. Die abzu- : ;dichtende Flüssigkeit F kommt im allgemeinen auf der Seite der Lippe und ihrer Feder 2 an, und ihr Druck wirkt auf die Membran 4 in dem Sinn, welcher diese zu der Achse X-X der Welle A zu drücken sucht. Die Oberfläche 5 der Lippe auf der Aussenseite der abzudichtenden Seite muß einen geeigneten Winkel θ haben, was meistens zu dem Vorhandensein einer Hohlkehle 5^ zum Anschluß an die entsprechende Innenfläche der Membran 4 führt. Es ist daher ' eine Diskontinuität in dem Profil der Innenfläche 4. der Membran

4 an der Stelle dieses Anschlusses vorhanden.

Es hat sich gezeigt,·daß derartige Anordnungen eine gewisse Zahl von Nachteilen haben.

Zunächst, wenn das abzudichtende Strömungsmittel F auf einen Druck gebracht ist, welcher höher als der in der äusseren Umgebung herrschende ist, sucht es, wie oben angegeben, die Membran 4 und somit ihre Innenfläche 4^. zu verformen, und zwar in einem Sinn, welcher durch Rückwirkung auf die Oberfläche

5 der Lippe 1 eine Verringerung des Winkels θ bewirkt. Dieser Winkel kann nun ursprünglich nicht zu hoch gevählt werden, da sonst die Gefahr bestehen würde, daß sich infolge des Vorhandenseins der Diskontinuität an der Stelle des Anschlusses an die Membran 4 die Lippe beim Einbau der Dichtung umkehren würde. Der Winkel ist also in der Praxis auf Werte begrenzt, welche meistens unter 25 Grad liegen. Hieraus ergibt sich, daß unter der Wirkung des Drucks des Strömungsmittels F und der Verformung der Membran dieser Winkel auf sehr kleine Werte gebracht werden kann, so daß die Berührung zwischen der Lippe 5 und der Welle anstatt längs der Kante 6 linear zu sein, wie dies wünschenswert ist, sich hinter dieser Kante in einer mehr oder weniger breiten Zone 6^ auszubilden sucht. Diese Verbreiterung der Berührungszone bewirkt eine beträchtliche Vergrösserung der Reibung. Ferner sucht ein ölfceil zwischen die wirkliche Berührungszone und die Kante 6 zu treten, was die Möglichkeit von,

Lecken ergibt. , · -u

Diese Veränderung der Berührungszone kann auch

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bei den bekannten DichtungsT-ii^en selbst bei Fehlen eines Drucks auftreten, wenn das Strömungsmittel solche Eigenschaften besitzt, daß es das Elastomer zum Quellen bringt, was übrigens • häufig der Fall ist. Diese Ausdehnung wird außerdem durch lem-] peraturerhöhungen vergrössert, welche die Neigung haben, die j gleichen Wirkungen zu erzeugen.

Es sei bemerkt, daß. man bereits vorgescaiageii hat, der Membran eine Kurvenform zu geben, jedoch ohne die Diskonti- ! nuität zwischen dem "Innenprofil der Membran' und dem Profil der ; Lippe in Fortfall zu.bringen,, so daß diese Veränderung allein den obigen Schwierigkeiten nicht abhelfen konnte.

TJm diesen Kachteilen abzuhelfen, wird erfindungs- j gemäß so vorgegangen, daß die betreffenden Dichtungen eine Membran aus einem Elastomer in Form einer Schale aufweisen, welche mit ihrer großen Grundfläche -mit einem starren Gestell verbunden ist und an ihrer kleinen Grundfläche die Dichtungslippe bildet, welche mit der Welle in Berührung kommen soll, wobei die Kontinuität des konkaven Innenprofils der Membran bis zu der Berührungskante der Lippe aufrechterhalten bleibt, an welcher der Winkel θ zwischen der Tangente an dieses Profil und der Achse der Welle wenigstens vor dem Einbau einen Wert von wenigstens 35° besitzt· .

Eine derartige Form gestattet, den obigen Nachteilen vollständig abzuhelfen.

Dank- der beanspruchten Kombination können die" Wirkungen des Drucks und der Temperatur den Winkel Q nicht unter einen geeigneten Grenzwert herunterbringen, bei welchem die Berührung mit der Welle praktisch linear bleibt. Andererseits ist infolge der Kontinuität des Profils das Umkehren beim Einbau nicht zu befürchten. Schliesslich widersteht dank der Aufrechterhaltung dieser linearen Berührung und der Verringerung der Reibungen die Anordnung gut Beanspruchungen in ,axialer Richtung bei Wellen, welche in den bei f und f¹ in Fig. 1 dargestellten Richtungen Schwingungen ausgesetzt sind.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Halb schnitt eine Wellendichtung üblicher Bauart, wie bereits oben angegeben.

Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellung die gleiche,

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»AD ORJG|N_AL

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erfindungsgemäß ausgebildete Dichtung.

flg. $ zeigt eine geschnittene leilansicht der

¹ gleichen Dichtung in grösserein Maßstab*

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung auf eine Dichtung für eine sich drehende Welle für eine in Bezug auf die Welle festliegende Dichtung dargestellt, wobei es jedoch wohlverstanden ist, daß die Erfindung auch auf eine Drehdichtung anwendbar ist. j

Diese Dichtung wird durch die bekannten we sent- j liehen und bereits oben angegebenen Elemente gebildet, d.h.· das ' die Dichtung tragende Gestell 3 und die eigentliche Dichtung mit der Lippe 1, welche mit der Welle A längs der Kante 6 in Berührung kommen kann, der Feder 2 und der fest mit dem Gestell 3 verbundenen Membran 4·.

Erfindungsgemäß (Fig· 2 und 3) erhält jedoch die Membran 4· die Form einer Schale, deren Innenprofil 4-,, sich gleichmäßig bis zu der Kante 6 verlängert, so daß der Anschlußkegel 5 der in Fig. 1 dargestellten bekannten Lösung nicht vorgesehen ist.

Eine derartige Membran kann einen konstanten oder veränderlichen Querschnitt haben, wobei insbesondere ihr Innenprofil 4-. entweder die Form einer Kugelfläche, deren Mittelpunkt dann auf der Achse X-X der Welle A liegt, oder die Form einer durch ein beliebiges geeignetes Profil M-N (Fig. 3) . erzeugten Ringkörperfläche haben kann.

Das "Innenprofil 4-. kann, wie in Fig. 3 angenommen, einen Kreisbogen mit dem Halbmesser R aufweisen, dessen ■ Mittelpunkt O in geeigneter V/eise vor oder hinter der Achse X-X liegt, oder auch eine sich ändernde geeignete Krümmung. j

Der Halbmesser E hängt hauptsächlich von der

Breite der Dichtung ab. Es ist nämlich das Verhältnis zwischen ' der abgewickelten Länge des Profils und dem Halbmesser, welches die Krümmung und auch den Wert von θ bedingt. Ganz allgemein . scheint es interessant, diesem Halbmesser in der dargestellten ; Ausführung einen Wert von der gleichen Größenordnung wie die Breite 1 der Dichtung zu geben (Fig* 3)· ^!

Es ist jedoch zu bemerken, daß der Krümmungshalbmesser dieses Profils nicht notwendigerweise konstant ist, ...und Aaß„z_.ü.,_ wie teilweise punktiert in Fig. 3 bei M-N darge- _

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stellt, wenigstens, zwei Kreisbögen mit verschiedenen Halbmessern ■ R und R¹ enthalten kann, wobei der Halbmesser, in der Nähe der Kante 6 ■ abnimmt. ·

Ferner ist es nicht erforderlich, daß der

Bogen M-N an seinem Beginn bei M an den» Gestell etwa parallel zu der Achse X-X ist, wie dargestellt. Gegebenenfalls kann die Tangente an das !Profil zu Beginn bei M gemäß einem positiven oder sogar negativen Winkel schräg zu der Achse X-X liegen, wie punktiert bei'M, M¹, M" in Fig. J dargestellt· ' I

Es ist zu bemerken, daß das Außenprofil 4p j dem "innenprofil angepasst wird, wobei es an seinem freien Ende durch die Nut zur Aufnahme der Feder 2 abgeschlossen wird» Die ' Dicke _e zwischen den beiden Profilen kann konstant oder veränderlich sein und wird'jedenfalls so gewählt, daß sie ausreicht, um die Umkehrung der das Ende der so ausgebildeten Membran bil- " denden Lippe 1 zu verhindern. I

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht

also, es so einzurichten, daß im Gegensatz zu der üblichen, eine Unterbrechung der Kontinuität bei 5_Λ (Fig. 1) vorsehenden Lösung sich die genannte Schale unmittelbar an die Abdichtungs- \ kante bei 6 anschliesst, d.h. daß der Winkel OC, welchen die Tangente an einen Punkt m des Profils (Fig. 3) bildet, sich stetig bis zu der Kante 6 ändert, und daß man so für Werte von R der oben genannten Größenordnung einen verhältnismäßig grossen Anschlußwinkel θ von z.B. grössenordnungsmäßig 35° bis 45° erhalten kann» was die Möglichkeit ergibt, bei 6 die durch die Anpressung erzeugte Berührungszone bequem zu verringern und somit auch das Reibungsmoment, die Erwärmung und die hierdurch

bewirkte Abnutzung herabzusetzen. j

Man kann also erfindungsgemäß Dichtungen herstellen, deren Arbeitsweise und Vorteile folgende sind. · J

Die besondere der Membran 4 gegebene Form

und die hierdurch erhaltene Verlängerung der Nutzlänge machen diese gleichzeitig in radialer Richtung und in axialer Rieh- : tung nachgiebiger, so daß sie nach Art eines Balgens arbeitet. ;

Ferner wird durch den verhältnismäßig grossen Wert von θ die Erwärmung beseitigt und die Abnutzung verringert.

Außerdem hat die erfindungsgemäße Ausbildung

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BAD ORIGINAL

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! eine Verringeror-g des Voliunens der Anordnung und somit der Träg- ; heit der Lippe 1 zur Fola-e, velche sich gegen die Welle durch ; ; die Spitze eines v/eniger weit geöffneten V legt. Hierdurch kann ; sie leichter den sehr geringen schnellen Bewegungen folgen, wel~ I ehe bei einem'Teitschen¹¹ der Welle bei großen Geschwindigkeiten '·■ ' auftreten und ein großes Hindernis bei der lösung des Dich- ' tun^problems bilden. i

Was schliesslich die Wärmedehnung infolge des ^;

-Arbeitens dieser Dichtungen anbetrifft, so erfolgt das hier- | durch bewirkte Quellen dank der Elastizität des Balgens haupt- | sächlich in dem mittleren Abschnitt desselben. Die Dehnung hat : daher nur verhältnismäßig schwache Kräfte an den Enden zur FoI- > ge, insbesondere an der Lippe 1, deren Anpressung so nur eine | unmerkliche Verringerung erfährt. j

Diese verschiedenen Ergebnisse und Vorteile j wurden durch Versuche bestätigt. i

Erf indungsgemäße Dichtungen wurden im Ver~ j gleich zu Dichtungen üblicher Bauart mit gleichen Abmessungen versucht. Die Versuche wurden auf Prüf ständen vorgenommen, welche nicht nur die Nachbildung der wirklichen Betriebsbedingungen ermöglichten, sondern auch die Verschärfung dieser Bedingungen, insbesondere durch plötzliche Geschwindigkeitsänderungen, übermäßige Geschwindigkeiten, Exzentrizitäten und Schwingungen der Welle, gegebenenfalls unter Steigerung der Temperatur des abzudichtenden Strömungsmittels. Man mißt dann die für das Auftreten der* ersten Lecke erforderliche Zeit und hierauf das Volumen der Lecke in einer bestimmten Zeit. j

Es wurde festgestellt, daß es unter gleichen Versuchsbedingungen erheblich schwieriger war, Lecke mit einer Dichtung mit kurvenförmigen Profil zu erhalten, und daß die Lecke weniger groß waren, wobei die festgestellte, von Fall zu Fall verschiedene Verbesserung zwischen 10 % und 40 % lag und umso größer war, de schwerer die Versuchsbedingungen waren.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE-

Α·) Dichtung, insbesondere für sich drehende Wellen, mit einer Membran aus einem Elastomer, welche im Querschnitt die Form einer Schale oder dgl. hat, mit ihrer großen
Grundfläche mit einem starren Gestell verbunden ist "nd auf der Seite ihrer kleinen Grundfläche in wenigstens eine mit der Welle oder dgl. in Berührung kommende Dichtungslippe ausläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das.-Profil der Konkavität der.-Innenfläche (4^) der Schale stetig bis zu der Berührungskante (6) ' der Lippe (1) verläuft, derart, daß der Winkel (Θ) zwischen dem Innenprofil und der Achse (X-X) der Welle an der Stelle dieser \ Kante wenigstens vor dem Einbau einen Wert von wenigstens 55° ! hat. ' .!
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-; net, daß das Innenprofil (4.) der Membran (4).die Form eines j Kreises hat, dessen Mittelpunkt vor oder hinter der Achse (X-X) · der Welle liegt. ;

3· Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (4.) der Membran (4) ein Kreis ist, ; dessen Mittelpunkt auf der Achse (X-X) der Welle liegt- !

4· Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil (4.) der Membran (4) eine sich ändernde Form hat, wobei der Krümmungshalbmesser (R) nach der Seite ; der Berührungskante (6) der Lippe hin abnimmt, derart, daß der ; Aasteilwinkel (Θ) der Berührung mit der Welle vergrössert wird.^:

5· Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» · dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen dem Profil und . der Achse der Welle an der Stelle der Kante (6) wenigstens vor \

dem Einbau größenordnungsmäßig 35

45° beträgt

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