DE2643229C3

DE2643229C3 - Dichtring

Info

Publication number: DE2643229C3
Application number: DE2643229A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6943 Birkenau Forch
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1976-09-25
Filing date: 1976-09-25
Publication date: 1981-03-19
Also published as: FR2365738A1; DE2643229A1; NO151130C; US4172599A; SE430358B; SE7710585L; NO772678L; NO151130B; US4304414A; FR2365738B1; DE2643229B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Dictring, bestehend aus einem Versteifungsring und einem Dichtelement mit jeweils einem winkelförmigen Profil, die unter Einschluß eines Hohlraumes im Bereich der sich in radialer Richtung erstreckenden Schenkel untereinander verbunden sind, wobei am Ende des sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkels des Profils des Dichtelementes eine Dichtlippe vorgesehen ist.

Ein Dichtring der vorstehend beschriebenen Art ist aus GB-PS 8 50 767 bekannt. Der Hohlraum ist dabei durch Zwischenstege in zahlreiche, auf dem Umfang verteilte Einzelkammern unterteilt, die jeweils eine knollen- bzw. blasenförmige Gestalt haben. Einen Einfluß auf die Anpreßkraft der Dichtlippe gegen die abgedichtete Welle hat das Vorhandensein dieser Einzelkammern nicht, und es besteht eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen dem jeweiligen Druck des abgedichteten Mediums und dieser Anpreßkraft. Bei hohen Drucken von beispielsweise mehr als 10kp/cm² ergibt sich deshalb in den meisten Fällen bereits eine unzulässig große Deformation der Dichtlippe, so daß eine» gute Abdichtwirkung nicht mehr gewährleistet ist. Die erhöhte Reibung kann daneben zu einer unzulässig großen Erwärmung und damit zu einer Schädigung des elastomeren Werkstoffes führen, aus dem die Dichtlippe hergestellt ist.

In dem Bestreben, die Druckstabilität eines Wellendichtringes mit einem Lippenteil aus einem elastomeren Werkstoff zu verbessern, wird in DE-AS 20 64 542 eine Ausführung vorgeschlagen, bei der der Lippenteil in unmittelbarer Nähe der Dichtlippe auf einem umlaufenden, sich in axialer Richtung erstreckenden Vorsprung des Verstärkungsringes abgestützt wird und wobei hinter der Abslützkante ein umlaufender Hohlraum zwischen beiden Teilen vorgesehen ist. Der sich sowohl auf die Dichtlippe selbst als auch auf den den Hohlraum überdeckenden Teil des Dichtelementes auswirkende Druck wird ausgenutzt, um diesen Teil in Abhängigkeit von den bestehenden Betriebsdrücken in den Hohlraum hineinzudeformieren und dabei die Dichtlippe zu entlasten. Wegen der gummielastischen Eigenschaften des Lippenteiles gelingt die praktische Realisierung dieser Absicht jedoch nur sehr unvollkommen und sehr

ίο wahrscheinlich aus diesem Grunde haben solche Wellendichtringe bis heute keine Verbreitung gefunden. Die Beweglichkeit der Dichtlippe in radialer Richtung wird durch die Abstützkante stark beeinträchtigt, und die große axiale Baulänge bedingt Einbaumaße, die

is außerhalb der für Radial wellendichtringe gültigen DIN-Normen liegen.

Aus US-PS 25 74 062 ist es schließlich noch bekannt, den Lippenteil eines Wellendichtringes in einem Abstand hinter der Dichtlippe mit einem Stützring zu versehen, der d^;e Welle in einem sehr kleinen Abstand umgibt, um Beschädigungen der Dichtüppc beim Auftreten exzentrischen Wellenbewegungen zu vermeiden. Der Lippenteil selbst weist eine große Flexibilität auf, um der Welle beim Auftreten solcher Bewegungen leicht folgen zu können. Die Abdichtung größerer Drücke ist deshalb auch unter Verwendung eines solchen WellendicUringes nicht möglich.

Eine besondere Schwierigkeit in bezug auf die Abdichtung größerer Drücke ergibt sich daneben auch daraus, daß es im allgemeinen nicht möglich ist von konstanten Werten auszugehen. Beispielsweise bei einer Anwendung als Pumpendichtung ergibt sich aus jedem einzelnen Maschinenanlauf ein allmählicher Druckanstieg bis zum Nennwert, wobei unter Umständen auch noch kritische Drehzahlen mit erheblichen Wellenschwingungen durchfahren werden müssen. Eine statisch eingestellte Anpreßkraft der Dichtlippe gegen die abzudichtende Fläche auf einen Nennwert scheidet aus diesen Gründen in den meisten Fälü.r aus.

■*o Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen betriebssicheren Wellendichtring zu entwickeln, der einfach in der Herstellung ist und dessen Dichtkante in Abhängigkeit von dem anstehenden Druck jeweils nur so fest an der abzudichtenden Fläche anliegt wie es zur Gewährleistung * 'ner guten Abdichtung erforderlich ist Der Wellendichtring soll unempfindlich sein gegenüber radialen Schwingungen der abgedichteten Welle und in seinen F.inbaumaßen weitgehend denjenigen der einschlägigen DIN-Normen folgen.

^Cj0 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Dichtring, bestehend aus einem Versteifungsring und einem Dichtelement mit jeweils einem winkelförmigen Profil, die unter Einschluß eines Hohlraumes im Bereich der sich in radialer Richtung erstreckenden Schenkel untereinander verbunden sind, wobei am Ende des sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkels des Profils des Dichtelementes eine Dichtlippe vorgesehen ist, dadurch gelöst, daß der Hohlraum umlaufend ausgebildet ist und in radialer Richtung auf der Seite der Welle durch einen ringförmig umlaufenden Stutzring und auf der radial außenliegenden Seite durch eine umlaufende Membran begrenzt ist und daß die beiden Schenkel des Profils des Dichtelementes 1 in ihrer gegenseitigen Zuordnung steif ausgebildet sind.

^fil> Das Dichtelement weist ein doppelhebelartig wirkendes Profil auf, das auf dem Stützring schwenkbar gelagert ist. Das Ende des in radialer Richtung weisenden Schenkels ist durch eine Membran beweglich

an dem Versteifungsring befestigt, das Ende des in axialer Richtung weisenden Schenkels weist die Dichtlippe auf. Die hydraulisch wirksame Räche des Dichtelementes zwischen dem Lager und der Dichtlippe ist größer als die entsprechende Fläche zwischen dem Lager und dem Versteifungsring einschließlich der Membran, so daß in jedem Falle eine resultierende Kraft verbleibt, mit der die Dichtlippe gegen die Welle angepreßt wiri Diese resultierende Kraft darf einen Wert nicht überschreiben, bei dem eine unzulässige Deformation bzw. eine unzulässige Erwärmung der Dichthppe eintreten könnte. Die konkrete Festlegung der Abmessung im einzelnen bereitet dem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten.

Das Dichtelement besteht aus einem gummielastisehen Werkstoff, und es müssen deshalb Vorkehrungen getroffen werden, um zu gewährleisten, daß sich die beiden Schenkel des Profils in ihrer gegenseitigen Zuordnung steif verhalten. Das kann geschehen durch gegenseitige Verrippung der beiden Teile oder durch Anvulkanisierung wirkungsvoller Versteifungselemente. Es bereitet dem Fachmann keine Schwierigkeiten eine diesbezügliche Auswahl zu treffen. Die radiale Beweglichkeit der Dichtlippe darf jedoch nicht beeinträchtigt werden, und es sind deshalb Versteifungselemente zu vermeiden, die in Umfangsrichtung starr untereinander verbunden sind.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Stützring ein Teil des Dichtelementes ist Er kann beispielsweise ein winkelförmiges oder ein in radialer Richtung geripptes Dreieck oder ein anderes Profil aufweisen, das die radiale Beweglichkeit der Dichtlippe nicht beeinträchtigt. Der zugehörige Versteifungsring läßt sich besonders einfach herstellen.

Der sich in radialer Richtung erstreckende Schenkel des Profils des Dichtelementes kann überwiegend oder ganz durch die Membran gebildet werden, wenn eine steife Zuordnung zu dem sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkel gewährleistet ist. Eine solche Zuordnung läßt sich durch das Aufkleben oder Einbetten von Versteifungselementen erzielen, die bei einer großen Dimensionsstabilität in sich flexibel sind. Versteifungselemente dieser Art sind beispielsweise Gewebe aus Textilien oder metallischen Werkstoffen, wobei zentralorientierte Ausführungen auf dem gesamten Umfang des Dichtelementes eine besonders gleichmäßige Versteifung der gegenseitigen Zuordnung der beiden Schenkel des Dichtelementes ermöglichen.

Der Hohlraum kann zur Erzielung der erwünschten Mindestanpreßkraft der uichtlippe mit einem geschlossenfeiligen, elastischen Kunststoffschaum ausgefüllt werden. Eir.e solche Ausführung läßt sich kostengünstig herstellen, und die erzielte Elastizität dient zum Ausgleich des im praktischen Betrieb vorkommenden Bewegungsspielraumes. Sie genügt im vorliegenden Falle, weil die für die Abdichtung erforderliche Anpreßkraft der Dichtlippe sich im wesentlichen aus dem statischen Druck des abgedichteten Mediums ergibt. Die Verwendung von Wendelfedern, die beispielsweise aus Korrosionsgründen häufig problematisch ist, ist daher nicht zwingend vorgeschrieben.

Zwei beispielhafte Ausführungen von Dichtringen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Dichtring mit dem Dichtelement und einem daran befestigten ^r,tützring, der an dem sich in radialer Richtung erstreckenden Schenkel des Profils des Versteifungsringes anliegt.

F i g. 2 eine entsprechende Ausführung, bei der aer Stützring als ein umlaufender Vorsprung des Versteifungsringes ausgebildet ist.

Die Wirkungsweise des Dichtringes beruht im wesentlichen darauf, daß das verwendete Dichtelement im Profil einem zweiseitigen Hebel entspricht, bei dem die beiderseits des Drehpunktes wirksamen hydraulischen Flächen so aufeinander abgestimmt sind, daß die Abdichtkante in Abhängigkeit von dem anstehenden Druck jeweils nur so fest gegen die abzudichtende Fläche gepreßt wird, wie es zur Gewährleistung einer guten Abdichtwirkung erforderlich ist Unter Berücksichtigung dieser fundamentalen Bedingungen ergeben sich Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der speziellen Ausführung.

Das Dichtelement 1 ist funkiionstechnisch als Winkelhebel ausgebildet, um Einbaumaße zu ermöglichen, die denjenigen der bestehenden DIN-Normen für Wellendichtringe entsprechen. Br! der Ausführung gemäß Fig. 1 hai der Versteifungsring » ein einfaches winkelförmiges Profil mit einem sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden Schenkel. Auf der dem Druck des abgedichteten Mediums zugewandten Seite i^r.» das die eigentliche Abdichtung bewirkende Dichtelement 1 in den Versteifungsring 3 eingeknüpft. Die gegenseitige Bemessung der beiden Teile ist so vorgenommen, daß sich zwischen den beiden sich in radialer Richtung erstreckenden Schenkeln ein Hohlraum 6 ergibt.

Der Hohlraum wird auf der Innenseite durch den Stützring 2 begrenzt Dieser hat ein winkelförmiges Profil, dessen nach innen weisender Schenkel zur Ermöglichung einer besseren Drehbeweglichkeit gerippt ausgeführt ist. Der Stützring ist unmittelbar an das Dichtelement anvulkanisiert

In die dem abzudichtenden Medium zugewandte Oberfläche des Dichtelementes 1 ist ein '/erste fungselement 1.4 einvulkanisiert. Dieses besteht aus sich in radialer Richtung erstreckenden Speichen 4.1, die in sich ste." ausgebildet sind, und die untereinander durch nachgiebige Reifen 4.2 verbunden sind.

Der sich in radialer Richtung erstreckende Schenkel des Dichtelementes 1 ist durch eine umlaufende Membran 13 mit dem sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkel des Versteifungsringes 3 verbunden Die Membran U begrenzt außerdem den Hohlraum 6 auf der Außenseite gegenüber dem abgedichteten Medium.

Der sich in axialer Richtung erstreckende Schenkel des Dichtelementes weist am Ende die Dichtlippe 1.1 auf, die mit einer bestimmten Vorspannkraft von der Ringv-endelfeder 1.2 gegen die Oberfläche der abgedichteten Welle 4 gedrückt wird.

F i g. 2 nimmt bezug auf eine entsprechtr.de Ausführung, bei der die gegenseitige steife Zuordnung der beiden Schenkel des Dichtelementes durch dazwischen angeordnete Rippen 1.5 bewirkt wird. Die Rippen werden bei der Herstellung des Dichtelementes unmittelbar an dieses angeformt.

Der Versteifungsring 3 weist auf der Innenseife einen sich in Richtung des abgedichteten Mediums erstrekkenden, umlaufenden Vorsprung 3.1 auf, auf dem das Dichtelement mit einer angepaßten Aussparung abgestützt wird. Die Funktion des Vorsprunges 3.1 entspricht damit vollständig derjenigen des Stützringes 2 gemäß Fig. 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtring, bestehend aus einem Versteifungsring und einem Dichtelement mit jeweils einem winkelförmigen Profil, die unter Einschluß eines Hohlraumes im Bereich der sich in radialer Richtung erstreckenden Schenkel untereinander verbunden sind, und wobei am Ende des sich in axialer Richtung erstreckenden Schenkels des Profils des Dichtelementes eine Dichtlippe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (6) umlaufend ausgebildet ist und in radialer Richtung auf der Seite der Welle durch einen ringförmigen umlaufenden Stützring und auf der radial außenliegenden Seite durch eine umlaufende Membran (13) begrenzt ist, und daß die beiden Schenkel des Profils des Dichtelementes (1) in ihrer gegenseitigen Zuordnung steif ausgebildet sind.

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete» JJ der Stützring ein Teil des Dichtelementes (!) ist

3. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in radialer Richtung erstreckende Schenkel des Profils des Dichtelementes durch die- Membran (13) gebildet wird.

4. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (6) einen geschlcwsenzelligen, elastischen Kunststoffschaum enthält.