DE2630488C3 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.

Eine derartige Gleitringdichtung ist aus der GB-PS 10 00 638 bekannt. Bei ihr wird der O-Ring dadurch in die Position zwischen der Nut im Gehäuseteil und dem in das Gehauseteil eingesetzten Gegenring gebracht, daß er beim Einschieben des Gegenringes von diesem entlang der Innenwand des Gehäuseteiles bis hin zur Nut abgerollt wird. Dieser Abrollvorgang benötigt eine gewisse Tiefe der Aussparung im Gehäuseteil, in die der Gegenring eingeführt wird, die bei den sehr flachen Gleitringdichtungen, die heule eingesetzt werden und bei denen die Tiefe der Aussparung ca. 5 mm beträgt, oft nicht zur Verfügung steht. Das ist auch der Nachteil anderer bekannter Gleitringdichtungen, bei denen das Einsetzen von Gegenring und O-Ring durch Abrollen erfolgt(DE-AS 1948 498 und DE-AS 1948 501).

Bei kürzeren Baulängen des Gegenrings (Informationsschrift AXIA-Gleitringdichtungen der Fa. Kupfer-Asbest Co. 1973, Titelseite: DE-GM 18 56 808) erfolgt die Montage derart, daß man zunächst den O-Ring in die Nut einsetzt und dann den Gegenring einführt. Dabei tritt folgendes Problem auf: Beim Einschieben des Gegenringes in die Aussparung des Gehäuseteils erfolgt eine elastische Verformung des O-Ringes, die im eingebauten Zustand des Gegenringes die Tendenz hat, diesen wieder aus seiner winkelgerechten Einbaulage, in der seine Stirnkontakifläehe an der Anlagefläche des Gehäuseteiles anliegt, herauszudrücken (vgl. Fig. Ic und den zugehörigen Teil der folgenden Beschreibung). Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die radiale Kompression des Dichtungsringes in der Einbaulage zwischen Gehäuseteil und Gegenring relativ hoch ist, um eine gute Abdichtung und eine gute Drehmoment-Übertragung zu gewährleisten. Eine derart ungenaue Lage des Gegi.-nrings in dem Gehäuseteil lühn jeduch zu einem Taumeln der Dichtfläche zwischen Gegenring und Gleitring und damit zu einer unzuverlässigen Abdichtung und — auf Dauer — zu Verletzungen der Gleitfläche. Außerdem ist dann die Wärmeabfuhr durch den Kontakt zwischen Gegenring und Gehäuseteil gestört, die insbesondere bei Verwendung keramischer Gegenringe besonders wichtig ist. Im Gegenteil: /ur optimalen Abfuhr der Wärme vom Gegenring sollte sogar der Kontakt desselben mil dem Gehäuseteil unter einem gewissen Druck stehen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Gleitringdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine winkclrichtige Einbaulage des Gegenringes im Gehäuseteil gewährleistet isi. Dabei sollen ferner i. S. von Randbedingungen bei der Erfüllung dieser Aufgabe eine einfache Montage, eine sichere Aufnahme des Drehmomentes zwischen Gegenring und Gehäuseteil durch radiale Kompression des O- Ringes und eine sichere Wärmeabfuhr an der Fläche, an der der Gegenring am Gehäuseteil anliegt, gewährleistet sein.

D«ese Aufgabe wird durch die im Kenn/eichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

·?> Bei der dadurch gegebenen Ausbildung des Zwischenraums /wischen der Nut und der gegenüberliegenden Fläche des Gegenrings kann man nun den O-Ring bei eingesetztem Gcgenring so in diesen Zwischenraum einschieben, daß er sich in diesen sich erweiternden

><> Bereich hinein ausdehnt, d. h. daß er, nachdem er zunächst beim Einschieben in den Zwischenraum zwischen Gegenring und Gehäuseteil radial zusammengepreßt ist, praktisch in diesen sich erweiternden Bereich hinein »einschnappt«. Dadurch wird er dann in

!■> einer Art und Weise axial verformi, daß eine Spannung besieht zwischen dem Teil des O-Ringes, der in der Nut gehalten wird, und demjenigen Teil, der am Gegenrinj: anliegt, so daß der derart axial verformte O-Ring den Gegenring zur AnlagelHichc des Gehäuseteil hin/ichi.

Diese Lösung wird auch nicht durch die bereits eingangs erörterte CiB-PS 10 00 638 nahe gelegt. Zwar ist dort erwähnt, daß während des bereits beschriebenen Abrollvorgangs, der ja auch eine elastische Verformung des O-Rings um die Achse seines Querschnitts mit sich bringt, zunächst — nach einer halben Umdrehung — der Ring die Tendenz hat. den Gegenring (dort: das Rohr) weiter in die endgültige Position /u ziehen. Doch ist das bei der Montage dieser bekannten Dichtung nur ein Zwischenstadium; der Abrollvorgang wird dann weiter geführt, und zwar soweit, daß dann schließlich im Endzustand — nach insgesamt einer gan/en Umdrehung — der O-Ring keine Tendenz mehr aufweist, den Gegenring, mit dessen Hilfe er abgerollt worden ist. in irgend eine Richtung zu ziehen (GB-PS 10 00 638, Seile 3, rechte Spalte, Zeile 19/20). Es ist bei der dort vorgesehenen Art und Weise der Montage erheblich, daß das Abrollen des O-Ringes zwischen der Innenwand der Aussparung im Gehäuseteil einerseits und der Außenfläche des Gegenrings andererseits ziemlich genau 360" beträgt. Aus diesem Grunde sind bei dieser bekannten Gleitringdichtung auch 2 Nuten vorgesehen, deren Abstand voneinander dem Umfang der Quer schnittsflächc des O-Ringes entspricht. Dann wird bei der Montage der O-Ring zunächst in die in Einschubrichtung vorderste Nut eingesetzi; dann folgt der Abrollvorgang, der damit endet, daß der O-Ring in die zweite Nut eingeschoben wird. Diese genaue Wegbestimmung wiederum ist erforderlich, da sonst die

Unregelmäßigkeit der Verformung des Ringes beim Abrollen auch wieder zu Ungenauigkeiten des Sitzes des Gegenrings und damit /u den bereits geschilderten Nachteilen führen würden. Insofern gibt die genannte GB-PS 10 00 638 keinen Hinweis auf die Lösung der -: gestellten Aufgabe, sofern man nicht die Montage durch Abrollen des O-Ringes vornimmt und über eine entsprechende Bautiefe verfügen kann.

Auch aus den bekannten Laufwerkdichtungen (Prospekt der Firma Goetze) ergeben sich keine Anregun- iu gen für die vorliegende Erfindung; bei ihnen sind an zwei gegeneinander abdichtenden Ringen, die von einer Welle durchsetzt werden, zwei jeweils kegelig verlaufende durch einen Haltebund auf der einen Seite und durch einen Steg auf der anderen Seite begrenzte r> Auflageflächen für zwei O-Ringe vorgesehen, wobei die beiden Ringe durch Spannkegel aneinander gedruckt werden. Hier findet in Richtung auf die Anlagefläche der beiden Ringe aneinander eine Verengung des Raumes, in dem die O-Ringe angeordnet sind, statt. Diese Verformung ist also von der Funktion her entgegengesetzt wie bei der Erfindung; im übrigen sind diese Dichtungen vom konstruktiven Aufbau her schon so unterschiedlich von denjenigen, die die Erfindung betrifft, daß davon keine Anregungen in Richtung auf 2^r> die Erfindung ausgegangen sind.

Die Erfindung betrifft ferner eine vorteilhafte Weiterbildung, die darin besteht, daß die der Nut gegenüberliegende Fläche konisch ausgebildet ist. Dadurch wird der beschriebene »Schnappeffekt« und jo damit der Anpreßdruck, der von dem verformten O-Ring auf den Gegenring in Richtung auf die Anlagcfläche ausgeübt wird, in besonders vorteilhafter Weise verstärkt. Ferner betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ein Verfahren zur Montage der J5 erfindungsgemäßen Gleitringdichtung.

Ausführungsbcispicle der Erfindung und ihr·· vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei beziehen sich alle Ausführungsbeispicle auf eine Dichtung zwischen einem Gehauseteil und dem Gegenring einer Gleitringdichtung. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen für eine Dichtung /wischen dem Glcitring einer solchen Dichtung und einem zugeordneten Gehäuseteil anwendbar. In den Zeichnungen stellen dar Fig. la eine bekannte Gleitringdichtung,

Fig. Ib und Ic schematische Darstellungen der Dichtung nach Fig. la während und nach der Montage, F i g. 2, J und 4 ein erstes Ausführungsbeispiel, F i g. 5 und 6 ein zweites Ausführungsbeispiel, F i g. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel.

Bei einer bekannten Gleitringdichtung, z. B. für die Wasserpumpe eines Automobilmotors, wie sie in F i g. 1 gezeigt ist, sitzt auf einer Welle \a ein Aufnahmeteil 2, dessen äußerer Umfang Pumpenschaufclr 3 trägt. Dieses Aufnahmeteil ist das »Gehäuseteil« im Sinne der Patentansprüche. Der Aufnahmeteil 2 ist an der Welle t durch eine Kopfmtitter 4 befestigt. Die Welle 1 ist im Lager 5 in der Gehäusewand 6 drehbar gelagert und wird vom (in F i g. 1) rechten Ende her angetrieben. Die Welle 1 muß gegenüber dem Raum 7 links der Gehäusewand 6, der mit "■■·(... ■· gefüllt ist. abgedichtet werden. Die Abdichtung erfolgt mit einem Gleitring 8. einer Dichtungsmanschette 9, einer Druckfeder 10, einem Gegenring Il und einem in einer Nut 12' im Gegenring 11 angeordneten O-Ring 12. Der Gegenring 11 und der O-Ring 12.sind in einer Aufnahmebohrung 13 im Aufnahmeteil 2 angeordnet. Die radiale Pressung des O-Ringes 12 durch den Gegenring 11 in der Aufnahmebohrung 13 sorgt dafür, daß bei Drehung der Welle 1 und des mit ihr verschraubten Aufnahmeieils 2 auch der Gegenring 11 mitgenommen wird; durch die radiale Pressung des O-Ringes wird also das Drehmoment vom Aufnahmeteil 2 auf den Gegenring 11 übertragen; ferner bewirkt die radiale Pressung die Abdichtung zwischen beiden Teilen. Der Gleitring 8 ist mit der Dichtungsmanschette 9 verbunden. Die Druckfeder 10 drückt den GleitringS gegen den Ring 11 und die Dichtungsmanschette 9 gegen die Aufnahmebohrung 14 in der Gehäusewand 6. Der Gegenring 11 dreht sich mit dem Aufnahmeteil 2 und der Welle 1. Der Gleitring 8 hingegen dreht sich nicht, da er mit der Gehäusewand 6 fest verbunden ist. Beide drehen sich also bei Drehung der Welle 1 gegeneinander entlang ihrer Glattflächen 15 bzw. 15'. Die auftretende Reibungswärme zwischen Gegenring 11 und Gleitring 8 wird über die Kontaktfläche 16, die an der Anlagcfläche 2' anliegt, sowie durch Flüssigkeitskontakt abgeführt.

Wie in der Beschreibungseinleilung erläutert, besteht nun das Problem der Montage des O-Ringes. Fr wird zunächst in die Nut 12' des Gegenrings 11 eingesetzt: dann wird der Gegenring 11 mit bereits eingesetztem O-Ring in die Aufnahmebohrung 13 eingesetzt. Dabei treten zwei Probleme auf: Erstens reibt der O-Ring mit seinem äußeren Bereich beim Einsetzen, /.. B. mit Hilfe eines Andrückwerkzeuges 10', wie aus Fig. Ib zu ersehen, an der zylindrischen Innenfläche der Aufnahmebohrung 13 und wird dadurch derart gedehnt, daß er danach wiedc die Tendenz hat, sich zu entspannen und dabei den Gegenring aus der Aufnahmebohrung herauszudrücken. Dies ist in F i g. Ic gezeigt. Damit geht der Kontakt von Kontaktfläche 16 und Grundfläche 2' der zur Wärmeableitung nötig ist. verloren. Zweitens ist es unmöglich, den Gegenring unter diesen Umständen genau winkelgerecht zu montieren; es ergibt s.ch immer eine gewisse unerwünschte Schräglage, wie d'es in Fig. Ic übertrieben gezeigt ist. In der Praxis muß man daher den Gegenzug mit mehreren Schlagen einhämmern und bei jeder Dichtung das Anliegen der Kontaktfläche 16 an der Anlagefläche 2' kontrollieren.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 und 3 weist der Aufnahmeieil 20 eine Aufnahmebohrung 21 auf, die mit einer umlaufenden, im Querschnitt dreieckigen Nut 22 versehen ist. Der Gegenring 23 ist kegelig ausgebildet. Der Spalt zwischen der Außenfläche 28 des Gcgcnringes 23 und der Aufnahmebohrung 21 im Aufnahmeteil 20 verjüngt sich zur Grundfläche 2' der Aufnahmebohrung 21 hin. In dessen Spalt wird ein O-Ring 24 eingesetzt; er ist zunächst ohne Werkzeug bis in die in F i g. 2 gezeigte Position einsetzbar; sein Durchmesser ist also so groß, daß er beim bloßen Einsetzen noch nicht in die Nut 22 hineinrutscht. Das Finpressen des O-Ringes 12 erfolgt nunmehr bei bereits in die Aufnahmebohrung eingesetztem Gegenring mit Hilfe eines F.inpreßringes 25, dessen vordere Stirnfläche 26 auf den O-Ring 24 einwirkt und so dimensioniert ist, daß sie auf die äußere Hälfte des Querschnittes des O-Ringes 24-einwirkt. Dadurch wird der O-Ring entlang der in radialer Richtung äußeren Hälfte seines Querschnittes, mit der er an der Aufnahmebohrung 21 anliegt, so weit in den Spalt zwischen Aufnahmebohrung und Gegenring hineingedrückt, bis die Nut 22 en eicht ist und der O-Ring in dieser Position »einschnappt«. Diese Situation ist in Fig.3 dargestellt. Damit ist die Dichtung fertig.
Dieser Vorgang ist vergrößert nochmals im einzelnen

	1	5	26 30 488	I 6 1
I I
I

in F i g. 4 dargestellt. Die Position A entspricht der nach Fig. 2; die Position B entspricht der nach Fig. 3. Die Stirnfläche 26 des Einpreßringes 25 drückt, wie erwähnt, auf die äußere Hälfte des Querschnittes des O-Ringes 24. Das ist konstruktiv dadurch gewährleistet, daß der ί Innendurchmesser tides Einpreßringes 25 etwas größer als der Mittelwert zwischen äußerem und innerem Durchmesser des O-Ringes in unbelastetem Zustand ist. Der O-Ring wird also dadurch bei der -Montage in radialer Richtung elastisch derart verformt, daß er in w axialer Richtung etwas auseinandergezogen wird. Diese Streckung hat jedoch, wie noch zu erläutern sein wird, eine andere Wirkung wie diejenige, die an Hand von Fig. Ib erläutert worden ist. Die Stirnfläche 26 übt auf den O-Ring eine Kraft in Richtung des eingezeichneten π Pfeiles 27 aus; der innere Teil des Querschnittes des O-Ringes wird entlang der Außenfläche 28 des Gegenringes 23 mitgezogen, so daß entlang der Außenfläche 28 eine Kraft in entgegengesetzter Richtung, d. h. in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 2» 29 auf den O-Ring 24 einwirkt. Die gegengesetzl wirkenden Kräfte in Richtung der Pfeile 27 und 29 ziehen den O-Ring bei der Montage in axialer Richtung auseinander bzw. bewirken seine Streckung. Ist der O-Ring 24 vom Einpreßring 25 weit genug eingepreßt 2") worden, so daß er die Nut 22 erreicht, dann erweitert er sich in der Nut 22 und liegt an deren Wänden in der Stellung (B) an, in der er bleibt. Die elastische Verformung bzw. Streckung, die dem O-Ring während der Montage erteilt worden war, bleibt erhalten. Die Art jo der Streckung führt jetzt dazu, daß auch in fertig montiertem Zustand die Tendenz des O-Ringes, sich wieder zusammenziehen und damit die Streckung rückgängig zu machen, auf den Gegenring 24 eine Kraft in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 30, also in j5 Richtung auf die Anlagefläche 2' der Aufnahmebohrung 21 ausübt, und so dessen winkelgcrechte Sollstellung herbeiführt und sichert. Damit wird der Gegenring außerdem noch zentriert und eine gute Anlage an der Kontaktfläche 16 gewährleistet, die für verbesserte Wärmeabfuhr sorgL

Gleichzeitig bleibt bei entsprechender Dimensionierung der Nut 22 eine radiale Pressung des O-Ringes 24 in der Position B erhalten. Sie gewährleistet die Abdichtung der Aufnahmebohrung 21 gegenüber dem Gegenring 23 und nimmt das Drehmoment auf, das durch den Gleitring 8 (vgl. Fig. 1) auf den Gegenring 23 ausgeübt wird.

Die Abdichtung wird ferner dadurch verbessert, daß infolge der bei der Montage eintretenden elastischen Verformung bzw. Streckung des O-Ringes 24 dieser an die schräge Fläche 22' der Nut 22 angedrückt wird, was die Abdichtung verbessert.

Die Dichtung gewährleistet also folgende Funktionen:

a) elastische Verformung (Pressung) des O-Ringes in radialer Richtung zur Erzeugung der notwendigen Abdichtungskräflc und zur Aufnahme des Drehmoments;

b) elastische Dehnung des O-Ringes in axialer Richtung zur Erzeugung einer Kraft auf den Gegenring 23, die ihn in die gewünschte »Soll«- Slellung zieht;

c) damit eine sichere Anlage des Gegenringes 23 mit seiner Kontaktfläche 16 an der Grundfläche 2' der Aufnahmebohrung 21 und eine gute Wärmeabführung vom Gegenring 23 in den Aufnahmeleil 2.

Die kegelige Außenfläche des Gegenringes 23 sorgt

dafür, daß die elastische Verformung des O-Ringes 24 stets vorhanden bleibt, da das Engerwerden des Abslandes /wischen der Aufnahmebohrung 21 und der Außenfläche 28 eine vollständige Entspannung des O-Ringes verhindert.

Die Montage des O-Ringes muß derart erfolgen, daß er auch noch nach der Montage in axialer Richtung gestreckt ist. Daher muß das Maß a des Einpreßringes derart bestimmt sein, daß beim Anliegen des Einpreßringes an dem Aufnahmeteil 2 der O-Ring 12 gerade bereits in der Nut 22 liegt. Die Montage wird noch besonders einfach, wenn, wie in Fig. 2-4. der größte äußere Durchmesser des Gegenringes 24 dem Innendurchmesser der Aufnahmebohrung derart angepaßt ist, daß beim Einsetzen des Gegenringes in die Aufnahmebohrung eine Zentrierung des Gegenringes erfolgt.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist der Gegenring 40 zylindrisch. Der Aufnahmeteil 41 hat eine Nut 42, deren eine Seitenfläche senkrecht zur Achse und deren andere Seitenfläche 42' schräg verläuft. Das Einsetzen erfolgt, wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 bis 4, mit Hilfe eines Einpreßringes 25. Die fertig montierte Stellung ist aus Fig. 6 ersichtlich.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist der Dichtungsring innen eingesetzt. Die Nut 51 ist in der Nabe 50 des Aufnahmeteils 52 vorgesehen. Der O-Ring 53 sitzt zwischen der Nabe 50 und der Innenfläche 58 des Gegenringes 54. Der (nicht gezeigte) Gleitring liegt im fertigen Zustand der Gleitringdurchführung an der Gleitachse 55 an. Der Einpreßring 56 drückt bei der Montage nunmehr auf die innere Hälfte des Querschnittes des O-Ringes 53.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gleitringdichtung mit einem O-Ring /wischen Gleit- oder Gegenring einerseits und dem diesen Ring umfassenden Gehäuseteil andererseits, wobei der O-Ring in einer Nut angeordnet ist und der Gleit- bzw. Gegenring axial an einer Anlagefläche des zugeordneten Gehäuseteiles anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine einzige Nut (22, 42, 51) vorgesehen ist, die in Richtung auf die Anlagefläche (2') des Gehäuseteils (20; 41; 52), an der der Ring anliegt, sich erweiternd ausgebildet ist, so daß der O-Ring (24) den Gleit- bzw. Gcgenring zur genannten Anlagefläche (2') hinzieht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Nut (22; 42; 51) gegenüberliegende Fläche (28) konisch ausgebildet ist.

3. Verfahren zur Montage einer Gleitringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (24) bei in dem Gehäuse (20) eingesetztem Gleit- oder Gcgenring (23) in den Zwischenraum zwischen diesem Ring und dem Gehäuseteil dadurch eingesetzt wird, daß auf den Teil seines Querschnittes, der am Gehäuseteil anliegt. Druck ausgeübt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindrücken des O-Ringes (24) durch einen Einpreßring (25; 56) erfolgt.