DE2802828A1

DE2802828A1 - Ringdichtung fuer hin- und hergehende oder rotierende wellen, stangen, achsen o.dgl.

Info

Publication number: DE2802828A1
Application number: DE19782802828
Authority: DE
Inventors: John Eric Brown
Original assignee: West and Son Engineers Ltd
Current assignee: West and Son Engineers Ltd
Priority date: 1977-01-25
Filing date: 1978-01-23
Publication date: 1978-07-27
Also published as: CA1071257A; FR2378221A1; FR2378221B1; JPS53105652A; US4184690A; NL7800852A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ringdichtung für hin- und hergehende oder rotierende Wellen,
Stangen, Achsen od. dgl..

Die GB-PSen 834 075 und 1 126 898 zeigen Beispiele von ringförmigen Dichtungen, die zwischen Welle und Gehäuse dichten, wobei sie radial verlaufen und in axialer Richtung belastet werden. Theoretisch sollten sie eine gute Dichtung ergeben und den Vorteil
besitzen, daß sie bei steigender axialer Belastung ihre Abnutzung ausgleichen. Unglücklicherweise hat sich jedoch gezeigt, daß sich derartige Dichtungen schnell abnutzen, insbesondere wenn die Dichtungen hohen Flüssigkeitsdrucken ausgesetzt sind bzw. wenn es sich um sehr schnell umlaufende Wellen handelt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Ringdichtung zu schaffen, die auch bei hohen Lagerinnendrücken
oder Flüssigkeitsdrücken sicher dichtet und sich
nicht oder nur sehr wenig verschließt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Querschnitt des elastischen Dichtungskörpers so
gewählt ist, daß beim axialen Zusammenpressen des
Dichtungskörpers dessen äußere Umfangsflächen nach außen bzw. die inneren Umfangsflachen nach innen
gedrückt werden und daß im Dichtungskörper Durchlässe, Bohrungen, Kanäle od. dgl. vorgesehen sind, durch die hindurch das Druckmittel bzw. die Druckflüssigkeit in den den Dichtungskörper aufnehmenden Raum bzw. auf die radial bzw. annähernd radial
verlaufenden Seiten des Dichtungskörpers gelangen
kann.

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Vorzugsweise kann der Dichtungskörper an seinem äußeren und/oder inneren Rand mit Dichtungslippen versehen sein, die nach innen oder außen nachgiebig sind. Dabei sind zweckmäßig die Lippen durch eine im Dichtungskörper vorgesehene Schwächungslinie dargestellt, die wiederum durch eine Nut oder eine Reihe dicht nebeneinanderliegender Aussparungen gebildet sein kann.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform weist der ringförmige Dichtungskörper eine Wand auf, welche im Querschnitt flach und zur Achse des Elementes hin geneigt ist. Der Neigungswinkel hängt dabei vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Der eingeschlossene Winkel zwischen Achse und der Wand des ringförmigen Elementes beträgt normalerweise mindestens 45°. In besonderen Fällen kann er jedoch auch kleiner gewählt werden.

In einer anderen Ausführungsform kann der ringförmige Dichtungskörper im Querschnitt V-förmig oder gewölbt sein. Die Wandneigung des Elementes kann dabei in radialer oder axialer Richtung verlaufen. Der innere oder äußere Rand kann dabei nach Wunsch flach oder abgerundet sein.

Das Material und die Stärke des ringförmigen Dichtungskörpers müssen so gewählt sein, daß er flexibel genug ist, um sich allen Betriebszuständen ohne einzureißen oder zu brechen anzupassen. Insbesondere wenn das ringförmige Element bei einem Wellenlager zur Anwendung kommt, muß die Stärke so gewählt sein, daß das Element fest genug ist, axiale Kräfte in radiale umzusetzen, die auf den inneren und äußeren Rand einwirken, ohne daß sich dabei die Wand unter den Kräften verformt.

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Das Material hat vorzugsweise Oberflächen mit geringem Reibungskoeffizienten. Sie bestehen beispielsweise aus Kunststoff, welcher mit Schmiermitteln behandelt ist, beispielsweise aus mit Molybdändisulfid gefülltem Nylon 66, wie er beispielsweise unter dem Namen Nylatron GS im Handel ist. Ein anderes geeignetes Material ist Fluorosind, ein mit keramischen Stoffen gefülltes Polytetraflouräthylen, welches eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist, als das Nylatron GS.

Die ringförmigen Dichtelemente können auch aus Metallen oder Metallegierungen erstellt sein. Falls erforderlich, können dann Schmiermittel wie öl zur Anwendung gelangen, um die Reibung zu vermindern.

Eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung für Lager mit hin- und hergehenden oder rotierenden Wellen, Stangen, Achsen od. dgl. ist dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse eine die Welle umschließende Ringkammer aufweist, in welcher mindestens eine elastische Ringdichtung untergebracht ist, welche die Ringkammer in mehrere ringförmige Räume unterteilt, wobei der Querschnitt des Dichtungskörpers so gewählt ist, daß beim axialen Zusammenpressen der Dichtung deren äußere Umfangsflachen nach außen bzw. deren innere umfangsflachen nach innen gedrückt werden und daß im Gehäuse und/oder der Welle Kanäle, Bohrungen od. dgl. vorgesehen sind, die mindestens einige der ringförmigen Räume untereinander verbinden. In dem Lagergehäuse ist eine Ringdichtung, wie sie oben beschrieben wurde, untergebracht, wobei Kanäle, Bohrungen od. dgl. vorgesehen sind, die alle Ringkammern miteinander verbinden, so daß beide Seiten des Dichtungskörpers immer dem gleichen Druck ausgesetzt sind.

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Das die Dichtung beaufschlagende Druckmittel, beispielsweise eine Flüssigkeit, kann aus dem zu dichtenden Aggregat oder dem Lagerinnern kommen oder aus einer Quelle innerhalb oder außerhalb des Dichtungselementes stammen.

Wenn das Dichtelement in Zentrifugalpumpen od. dgl. zur Anwendung gelangt, die eine mit Feststoffen angereicherte Flüssigkeit, beispielsweise Schlämme od. dgl., pumpen, wird eine gereinigte Flüssigkeit aus einer äußeren Quelle zu den Dichtelementen geführt, was die Möglichkeit erheblich verringert, daß die Flüssigkeitsleitungen verstopfen. Die zu den Dichtelementen geführte Flüssigkeit kann dann in das Innere der Pumpe eintreten, um sich mit dem Schlamm zu vermischen.

Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Lager mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Dichtung;

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, jedoch einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, jedoch einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform und

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Fig. 4 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine Stange 11 dargestellt, die durch ein Lagergehäuse 12 führt. Bei der besonderen Ausführungsform in Fig. 1 ist das Gehäuse 12 aus einem Zylinder 14 gebildet, der einen Teil einer hydraulischen Kolben/Zylindereinheit bildet und durch eine Kappe 16 abgeschlossen ist, die auf das Ende des Zylinders 14 aufgeschraubt ist. Zwischen der Kappe und dem Zylinder 14 ist ein O-Ring 18 vorgesehen, der den Austritt der Flüssigkeit aus dem Zylinder 14 verhindert. Die Kappe 16 ist mit einem Abstreifring 13 aus geeignetem Material, beispielsweise Kunststoff, versehen.

Die Kappe 16 und die Endfläche 17 des Zylinders 14 bilden zwischen sich eine ringförmige Kammer bzw. einen Kanal 19, in welchem ein ringförmiges Dichtelement 20 eingebracht ist. Das Dichtelement 20 weist einen V-förmigen Querschnitt auf und ist so angeordnet, daß die Endflächen 21a,21b jedes Schenkels 20a,20b auf der Welle 11 aufliegen, wohingegen die Außenfläche 20c auf der Innenfläche 16a der Kappe 16 aufliegt.

Die Außenfläche 2Od des Schenkels 20a liegt dichtend auf der geneigten Fläche 16d der Kappe 16 und die Außenfläche 2Oe des Schenkels 20b liegt dichtend auf der geneigten Fläche 14d des Zylinders 14. Gegebenenfalls braucht zwischen der Fläche 14d und 14e keine Dichtung erreicht werden.

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Durch Drehen der Kappe 16 läßt sich ein axialer Druck auf das Dichtelement 20 ausüben, was ein Aufrichten der Schenkel 20a und 20b bewirkt.

Wie bereits erwähnt, enthält der Zylinder 14 Hydraulikflüssigkeit, welche über Kanäle 22 in die Ringkammer 24 geleitet wird, die durch den Schenkel 20b und die Endfläche 17 des Zylinders 14 gebildet wird. Die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Ringkammer 24 und dem Zylinder 14 kann zusätzlich durch nicht dargestellte radial verlaufende Kanäle in der Fläche 20e erfolgen.

Das Dichtelement 20 ist zusätzlich mit Kanälen 26 versehen, die aus einfachen Bohrungen gebildet sind, welche die Verbindung herstellen zwischen der Ringkammer 24 und der eingeschlossenen Ringkammer 25 zwischen den Schenkeln 20a und 20b. Kanäle 27 in Form von Bohrungen stellen die Verbindung zwischen der Ringkammer 28 und der Ringkammer 25 her.

Zusätzlich sind Kanäle 29 am Umfang der Fläche 20c vorgesehen, um eine Verbindung zwischen den Ringkammern 24 und 28 herzustellen. Die Flüssigkeit gelangt also in jede Ringkammer 24,25 und 28, so daß alle Seiten der Schenkel 20a und 20b gleichmäßig vom Druck beaufschlagt werden. Das Dichtelement 20 wird in axialer Richtung, daher nur durch die Kappe 16 und den Zylinder 14 beaufschlagt. Der Flüssigkeitsdruck kann also das Dichtelement nicht verformen, so daß die Dichtung zwischen den Flächen 2Od und 16d und zwischen 21a und der Welle 11 gesichert ist und nicht vom Flüssigkeitsdruck beeinflußt werden kann.

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Das Dichtelement 20 befindet sich in einem Flüssigkeitsdruckgleichgewicht und eignet sich daher insbesondere für Anwendungen, bei denen hohe Flüssigkeitsdrucke auftreten.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann das Druckgleichgewicht auch erreicht werden, wenn die Kanäle 29 entfallen oder durch Beibehalten der Kanäle 29 bei gleichzeitigem Weglassen der Kanäle 26 oder 27.

In besonderen Fällen, beispielsweise wenn das Dichtelement nur geringen Flüssigkeitsdrucken ausgesetzt ist, d.h. der Flüssigkeitsdruck so gering ist, daß keine Verformungen des Dichtelementes auftreten können, ist es möglich, sowohl auf die Kanäle 26 als auch auf die Kanäle 27 zu verzichten, so daß die Ringkammer 25 nicht mit der Flüssigkeit versorgt wird, sondern nur die Ringkammern 24 und

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt, bei der alle Teile, die denen in Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 2 sitzt das ringförmige Dichtelement in einer Ringkammer 19, wobei es im wesentlichen die Form eines Kegelabschnittes aufweist, so daß die Kammer 19 in zwei ringförmige Teilkammern 31 und 32 unterteilt ist. Das Dichtelement 30 ist mit einer Vielzahl Durchbohrungen 34 im Umfang versehen, so daß die Ringkammern 31 und 32 miteinander in Verbindung stehen.

Der Flüssigkeitsdruck ist also auf beiden Seiten des Dichtelementes 30 gleich, so daß sich das Dichtelement 30 auch hier im Druckgleichgewicht befindet.

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Die innere Randfläche 35 des Dichtelementes 30 liegt dichtend auf der Welle 11 und die äußere ümfangsflache 36 dichtend auf der Fläche 16c der Kappe 16. Das Dichtelement 30 wird in axialer Richtung durch Drehen der Kappe 16 auf dem Zylinder 14 gespannt.

Die in Fig. 4 dargestellte Dichtung 10 entspricht in ihrem Aufbau der Dichtung in Fig. 2, wobei auch hier gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Dichtung 10 ist hier mit Lippen 40 versehen, die durch eine ringförmige Nut 41 gebildet werden. Die Tiefe dieser Nut 41 beträgt vorzugsweise die halbe Dichtungsstärke.

Der Abstand der Nut 41 vom Außenrand der Dichtung ist gerade ausreichend, um eine Dichtfläche 14a am Zylinder 14 zu bilden.

Die Nut 41 ist daher der Flüssigkeit ausgesetzt, die sich in der Kammer 32 befindet, so daß der Druck die Außenwand der Nut beaufschlagt und die Dichtungslippe nach außen auf die Innenwand des Kanals 19 gedrückt wird. Dies unterstützt daher die radial wirkenden Kräfte, die durch das axiale Zusammenpressen der Dichtung entstehen, wobei sich die Kräfte in Abhängigkeit vom Druck der Flüssigkeit erhöhen.

Falls erforderlich, kann eine ähnliche Uppenausbildung 46 am Innenrand der Dichtung vorgesehen sein, wobei eine Nut 47 vorgesehen ist. Die Nut 47 ist dabei so angelegt, daß sie mit der Ringkammer 31 in Verbindung steht.

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Wie bereits gesagt, kommen die Ausführungsformen der Dichtungen gemäß Fig. 1,2 und 4, vorzugsweise bei hin- und herlaufenden Stangen bzw. Achsen zur Anwendung, jedoch können sie auch für rotierende Wellen benutzt werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die insbesondere zur Abdichtung von rotierenden Wellen benutzt wird, wobei sie hier als Teil einer Zentrifugalpumpe dargestellt ist.

In Fig. 3 ist das Lagergehäuse 40 aus Teilen des Gehäuses 41 einer Zentrifugalpumpe gebildet, wobei hier eine Buchse 42 in eine Bohrung 43 des Gehäuses 41 eingeschraubt ist. Zwischen dem Gehäuse 41 und der Buchse 42 ist ein O-Ring 44 vorgesehen, der einen Flüssigkeitsaustritt verhindert.

Zwischen der Endfläche 42a und der Buchse 42 und der Endfläche 43a der Bohrung ist eine Ringkammer 45 vorgesehen. In dieser Kammer 45 ist ein ringförmiges Dichtelement 48 untergebracht.

Das Dichtelement 48 ist im wesentlichen so ausgebildet wie das Dichtelement 20, wobei auch hier gleiche Teile mit entsprechend gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Dichtelement 48 ist mit ringförmigen Flanschen 50 und 51 versehen, die in axialer Richtung an den Schenkeln 20a und 20b verlaufen.

Der Flansch 50, auf welchen gegebenenfalls verzichtet werden kann, besitzt eine Enfläche 50a, die dichtend auf einer Stufe 11a in der Welle 11 aufliegt. Die schräge Außenfläche 2Od liegt an der Ringfläche 41a in der Endfläche 43a und die Außenfläche 2Oe liegt

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dichtend auf der geneigten Ringfläche 42a in der Buchse 42. Das Dichtelement 48 wird durch Verdrehen der Buchse 42 in axialer Richtung gespannt.

Der Flansch 51 erstreckt sich in die Buchse 42 und stößt schließlich gegen einen Dichtring 53. Der Dichtring 53 und der Flansch 51 liegen dichtend aufeinander. Ein O-Ring 56 zwischen dem Ring 53 und der Welle 11 verhindert den Durchtritt der Flüssigkeit zwischen beiden Teilen. Der Dichtring 53 ist axial auf der Welle 11 verschiebbar, wird aber durch einen Haltering 57 an einer Drehung relativ zur Welle 11 gehindert. Der Haltering 57 ist mit Schrauben an der Welle 11 befestigt. Die Ringe 53 und 57 sind über eine Vielzahl axial verlaufender Stifte 59 miteinander verbunden, so daß die Ringe 53 und 57 gleichmäßig mit der Welle 11 umlaufen. Der Ring 53 wird dabei durch eine Vielzahl von Federn 60 gegen den Flansch 51 gepreßt.

Der Dichtungskörper 48 ist ebenfalls mit Flüssigkeitskanälen 26,27 und 29 versehen, so daß die Ringkammern 24,25 und 28 miteinander in Verbindung stehen. Bei geringen Lagerdrücken kann auf die Bohrungen 26 und 27 verzichtet werden.

Die Flüssigkeit gelangt vom Inneren der Pumpe über die Kanäle 49 in den ringförmigen Kanal 45. Gegebenenfalls kann für die Flüssigkeit eine externe Quelle vorgesehen sein, die dann über einen in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Kanal 49a mit den Kammern in Verbindung steht.

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Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 läßt sich abändern, indem das Dichtelement durch ein anderes mit kegliger Form ersetzt wird, was einer Entfernung des Schenkels 20a und des Flansches 50 am Dichtelement 48 entspricht.

Die Flüssigkeit gelangt in die verschiedenen Ringkammern entweder durch besondere Leitungen im Dichtungsgehäuse oder aber in der Welle. Diese Leitungen können dann die Leitungen im Dichtelement selbst ersetzen.

Beispielsweise kann in Fig. 1 die Ringkammer 25 über eine gestrichelt dargestellte Leitung 11b auf der Oberfläche der Welle 11 mit Flüssigkeit versorgt werden. Der Kanal 11b erfordert dann eine entsprechende Verlängerung des Schenkels 20a, so daß auch der Kanal abgedichtet wird. Die Ringkammer kann über Leitungen 16c in der Kappe 16 mit Flüssigkeit versorgt werden.

In den Fig. 2 und 4 kann die Ringkammer 28 über Leitungen 16b mit Flüssigkeit versorgt werden. In einem solchen Fall ist zwischen der Kappe 16 und dem Zylinder 14 ein O-Ring 16f vorgesehen, der einen Flüssigkeitsdurchtritt verhindert. In Fig. 3 können Kanäle 49 die Verbindung der Kammern 28 und 24 herstellen und die Ringkammer 25 kann über einen Kanal 11c in der Oberfläche der Welle 11 mit Flüssigkeit versorgt werden.

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L e e rs e i t e

Claims

IHR ZEICHEN IHR SCHREIBEN VOM UNSER ZEICHEN D-3400 QÖTTINQEN, YOUR REF. YOUR LETTER OUR REF. FOTTERWEQ 6 9876/br3 21. Januar 1978

West & Son (Engineers) Limited,

65 Sherwood Street, Mansfield Woodhouse,

Nottinghamshire, England

Ringdichtung für hin- und hergehende oder rotierende Wellen, Stangen, Achsen od. dgl.

P a t e η t a η s ρ r ü c h e;

J Ringdichtung für hin- und hergehende oder rotierende Wellen, Stangen, Achsen od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des elastischen Dichtungskörpers (20,30,48) so gewählt ist, daß beim axialen Zusammenpressen des Dichtungskörpers dessen äußere Umfangsflachen nach außen bzw. die inneren Umfangsflachen nach innen gedruckt werden und daß im Dichtungskörper Durchlässe, Bohrungen, Kanäle od. dgl. (26,27,29,34) vorgesehen sind, durch die hindurch das Druckmittel bzw. die Druckflüssigkeit in den den Dichtungskörper aufnehmenden Raum bzw. auf die radial bzw. annähernd radial verlaufenden Seiten des Dichtungskörpers gelangen kann.

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2. Ringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (20,30,48) an seinem äußeren und/oder inneren Rand mit Dichtungslippen (40,46) versehen ist, die nach innen oder außen nachgiebig sind.
3. Ringdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen (40,46) durch eine im Dichtungskörper vorgesehene Schwächungslinie (41,47) gebildet sind.
4. Ringdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächungslinie durch eine Nut (41,47) oder eine Reihe dicht nebeneinanderliegender Aussparungen gebildet ist.
5. Dichtungsanordnung für Lager mit hin- und hergehenden oder rotierenden Wellen, Stangen, Achsen od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (14,16/41,42) eine die Welle (11) umschliessende Ringkammer (25,28) aufweist, in welcher mindestens eine elastische Ringdichtung (20,30,48) untergebracht ist, welche die Ringkammer in mehrere ringförmige Räume (24,25,28,31) unterteilt, wobei der Querschnitt des Dichtungskörpers so gewählt ist, daß beim axialen Zusammenpressen der Dichtung deren äußere Umfangsflachen nach außen bzw. deren innere Umfangsflachen nach innen gedruckt werden und daß im Gehäuse und/oder der Welle Kanäle, Bohrungen od. dgl. (11b,16,49) vorgesehen sind, die mindestens einige der ringförmigen Räume untereinander verbinden.

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6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lagergehäuse eine Ringdichtung gemäß Anspruch 1 bis 5 vorgesehen ist.
7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kanäle, Bohrungen od. dgl. vorgesehen sind, die alle Ringkammern miteinander verbinden, so daß beide Seiten des Dichtungskörpers dem gleichen Druck ausgesetzt sind.

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