DE2848949A1

DE2848949A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2848949A1
Application number: DE19782848949
Authority: DE
Inventors: Giulio Fava
Original assignee: RIV Officine di Villar Perosa SpA
Current assignee: SKF Industrie SpA
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1978-11-11
Publication date: 1979-05-17
Also published as: JPS5499859A; IT1117132B; GB2007776A; FR2408778A1; US4214764A; SE7811537L; BE871995A; ATA801378A; NL7811210A; AT362330B

Description

DIPL-ING. HORST HÜSE DIPL-ING. PETER KOSEL PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, 10. NOV. 1970

Postfach 129 Hohenhöfen5 Telefon: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim Unsere Akten-Nr. ,

RIV-SKF Officine di Villar Perosa S.p. A.
Patentgeeuch vom ^

RIV-SKF Officine di Villar Perosa S.p.. A. I- 10123 Torino, Via Mazzini, 53

Italien

Dichtung sanordnung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Erzielung einer Abdichtung des Inneren einer zwischen einem stationären und einem rotierenden Element befindlichen Höhlung von der Umgebung.

Eine Dichtanordnung der eingangs genannten Art ist eine solche des axialen Typs, d.h., daß sie so angeordnet ist, daß sie verhindert, daß Fremdkörper in einen ringförmigen Raum zwischen zwei Flächen eindringen, von denen sich die eine an dem sich drehenden Element und die andere am stationären Element befinden und im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des ersten Elementes verlaufen.

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Dichtvorrichtungen dieses Typs werden weithin in Maschinen der verschiedensten Arten verwendet, beispielsweise um Eindringen von Materialien, insbesondereFluidenj in die Höhlung zu verhindern, die die Fläche einer sich drehenden Welle umgibt. Derartige Anordnungen werden bei sich drehenden Bohrwerkzeugen verwendet, welche dazu gedacht sind, Bohrvorgänge im Bergbau oder auf Ölfeldern auszuführen; ein Werkzeug dieses Typs besitzt im wesentlichen einige drehbare, mit Zähnen versehene Scheiben, von denen jede mittels Rollen- und/oder Wälzlagern auf einer entsprechenden Welle aufgelagert ist, die von einer Trägerstange vorspringt. Um zu vermeiden, daß Fremdkörper (Schlamm, Bohrschlamm oder Dreck) in die Höhlung solcher Scheiben eindringt, in der die Lager angeordnet sind, werden Dichtanordnungen der erwähnten Art zwischen der Scheibe und der Trägerstange vorgesehen.

Solche Dichtanordnungen be sitzen normalerweise einen metallischen Ring, der gewöhnlich mit Gummi beschichtet ist, welches einen Querschnitt (beispielsweise einen S-förmigen Querschnitt ) aufweist, sodaß er sich axial verformen kann, welcher Ring zwischen zwei Flächen angeordnet ist, von denen eine am stationären Element und die andere am sich drehenden Element befindet und senkrecht zur Drehachse des letzteren verlaufen. Wegen der elastischen Verformung, die durch Einsetzen eines Ringes des oben erwähnten Types zwischen die Oberflächen erzielt wird, werden hohe axiale Drücke zwischen den gekuppelten Oberflächen des Ringes und der beiden Elemente erzeugt, welche Drücke in der Lage sind, das Eindringen von Fremdkörpern zwischen die beiden Flächen zu verhindern.

Jedoch besitzen die Dichtanordnungen dieses Typs den Nachteil, der darin besteht, daß sie nicht in den Fällen benutzt werden können,in denen der Druck des Fluids , für das die Dichtung vorgesehen worden ist, besonders hoch ist. In der Tat führt in solchen Fällen ein solcher

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dazu, daß sich der Dichtring verformt, sodaß dieser irreparabel beschädigt wird und/oder daß der Wert des Druckes , der zwischen dem Ring und den damit gekuppelten Flächen des stationären und sich drehenden Elementes herrscht, beachtlich ansteigt, wodurch ernste Beschädigungen und ein Festfressen entstehen können.

Um die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden, werden manchmal Druckausgleichsmittel in Verbindung mit solchen Anordnungen des oben erwähnten Types verwendet, welche Druckausgleichsmittel so angeordnet sind, daß sie den Druck innerhalb der Höhlung ansteigen lassen, wenn der äußere Druck ansteigt. Die Dichtanordnungen , die mit Druckausgleichsmitteln versehen sind, sind sehr komplex, ziemlich empfindlich und sperrig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sehr einfache Struktur und geringe Abmessungen aufweist, und bei der die oben erwähnten Nachteile vermieden sind.

Erfindungsgemäß wild diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sie zwei Dichtelemente_/von denen jedes eine ebene, rechtwinklig zur Drehachse des sich drehenden Elementes verlaufende ringförmige Fläche und eine zylindrische, senkrecht zu der ebenen ringförmigen Fläche verlaufende. Seitenfläche aufweist, besitzt, wobei eines der Dichtelemente mit dem stationären Element und das andere mit dem sich drehenden Element starr verbunden ist, daß die beiden Ebenen, ringförmigen Flächen miteinander gekoppelt sind und dass Mittel zur Aufbringung einer axialen Druckkraft vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie die ebenen Flächen mit einem vorgegebenen Druck zusammen gekuppelt halten, wobei die beiden zylindrischen Seitenflächen der beiden Dichtelemente den gleichen Durchmesser besitzen und mit einander im wesentlichen fluchten.

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Eine Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehten, daß die Mittel zur Aufbringung einer Druckkraft wenigstens eine Feder aufweisen, die so angeordnet ist, daß sie die Dichtelemente gegeneinander drückt.

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Feder eine ringförmige Wand aufweist, die in der Weise gewellt ist, daß eine Fläche der Wand auf ein entsprechendes Dichtelement und die andere Fläche der Wand auf eine Trägerfläche eines der Elemente drückt,

I.η besonders vorteilhafter Weise ist die Feder so angeordnet, daß sie aus einem elastischen und verformbaren Material besteht, wobei Abschnitte der beiden Flächen der Wände innerhalb der Ebenen liegen, die jeden Ring an seiner Vorderseite begrenzen.

Damit die Dichtanordnung optimal eingesetzt werden kann, kann eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, daß jeder der Ringe, die aus elastischem Material hergestellt sind, mit Noppen auf jeder seiner Vorderflächen versehen ist, welche Noppen so angeordnet sind, daß sie in entsprechende Bohrungen der Elemente und der Dichtelemente hineinragen, um zu verhindern, daß sich diese relativ zu den Ringen drehen und um zu verhindern, daß sich die Ringe relativ zu den jeweiligen Elementen verdrehen.

Ferner kann eine weitere Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, daß jedes Dichtelement in einem korrespondierenden ringförmigen Raum des jeweiligen Elementes angeordnet sind, daß die Mittel zur Aufbringung einer Druckkraft sich zwischen den Dichtelementen und dem Boden des jeweiligen Raumes befinden.

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Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht der wesentlichen Ele

mente der erfindungsgemäßen Dichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Feder, die Teil

eines der Elemente ist,

Fig. 3 eine, Schnittansicht einer erfindungsge

mäßen Dichtungsanordnung im eingebauten Zustand zur Abdichtung eines stationären Gliedes und einer

rotierenden Welle einer Maschine und

Fig. 4 eine Schnittansicht einer weiteren er

findungsgemäßen Dichtanordnung im eingebauten Zustand zwischen der Träger stange und dem drehbaren "Werkzeug eines Bohrkopfes für Bergwerks schächte oder Ölbohrungen.

Die erfindungsgemäße Dichtanordnung ist vom axialen Typ , d. h. , daß sie so angeordnet ist, daß sie ein Eindringen von Fremdmaterial in einen ringförmigen , von zwei Oberflächen begrenzten Raumes verhindert, welche Oberflächen an einemjstationären Glied und an einem sich drehenden Glied angeordnet sind und im wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse des letzteren Gliedes verlaufen.

Es sei nunmehr Bezug genommen auf die Figuren 1, 2 und 3. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst im wesentlichen einPaar von ringförmigen Dichtelementen 1 und 2, von denen das eine in einem entsprechenden ringförmigen Raum 3 eines stationären Elementes (Fig. 3) und das

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andere in einem korrespondierenden ringförmigen Raum 4 eines rotierenden Elementes angeordnet ist, welches im Falle der Ausgestaltung nach Fig. 3 durch einen vergrößerten zylindrischen Abschnitt 5 einer rotierenden Welle 6 gebildet ist, die durch eine in dem stationären Element gebildeten Bohrung hindurchgreift.

Die Anordnung umfasst ferner einPaar Druckelemente 7 und 8, von denen jedes in einem korrespondierenden Raum 3, 4 (daran angepasst) untergebracht ist, welcher Raum zwischen dem jeweiligen Dichtelement 1, 2 und der Bodenfläche 9, 10 des Raumes angeordnet sind.

Jedes Dichtelement 1, 2 , das in den Fig. gezeigt ist, . weist einen geraden, rechteckigen Querschnitt auf und besitzt eine im wesentlichen ebene vordere Fläche 13, die senkrecht zur Drehachse der Welle verläuft, sowie eine zylindrische Seitenfläche 14; die Durchmesser der zylindrischen Seitenflächen der beiden Dichtelemente 1 und 2 sind einander gleich , und die beiden Räume 3 und 4 für die Elemente sind exakt koaxial, sodaß die beiden zylindrischen Seitenflächen 14 der Elemente exakt miteinander fluchten bzw. miteinander zusammenfallen, wie man aus der Fig. 3 erkennen kann.

Die Druckelemente 7 und 8 wirken auf jedes Dichtelement L und 2 mit solchen axialen Kräften, daß sie die Dichtelemente 1 und 2 gegeneinander drücken, um die ebenen Flächen 13 der Dichtelemente mit einem vorbestimmten Druck zu kuppeln bzw. zu verbinden.

Jedes Druckelement besitzt im wesentlichen eine ringförmige Feder 15, die eine gewellte Wand besitzt, die so angeordnet ist, daß sie eine Vielzahl von Erhebungen und Vertiefungen 16 bildet. Die Feder 15 ist in einen Ring 17 eingelegt, der aus einem verformbaren Material hergestellt ist, beispielsweise aus Gummi, Elastomer, Kunststoff oder dergleichen; die Dicke des Elementes ist im wesentlichen gleich der der jeweiligen Feder 15, wodurch die vorderen Flächen 18 , 19 (Fig. 1) der Vertiefungen und Erhöhungen 16 nicht mit dem Material des Elementes

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bedeckt bzw. beschichtet sind, so daß dann, wenn jeder Druckring 7,8 (auch Druckelement 7, 8 genannt) in seinem Raum 3 bzw. 4 angeordnet ist, ein direkter Kontakt zwischen den vorderen Flächen 18 und 19 und der Bodenfläche 9 oder 10 der Räume 3 , 4 bzw. den entsprechenden Dichtelementen 1, 2 erzielt ist.

Von jeder vorderen Fläche der Druckelemente 7 , 8 ragen axial verlaufende Nocken 20 vor, die so angeordnet sind, daß sie in entsprechende Bohrungen eingreifen, welche Bohrungen sowohl im Boden 9, 10 der Räume 3 und 4 als auch ari den Dichtelementen 1 und 2 gebildet sind.

Die geraden Querschnitte der Dichtelemente 1 und 2 und der Druckringe 7, 8 sind rechteckig , und die inn-ere und äußere zylindrische Fläche der Elemente und der Ringe fallen miteinander zusammen bzw. fluchten mit der inneren und äußeren zylindrischen Fläche der Räume 3 und 4; daher füllen sie die Räume vollständig , wenn die Druckelemente und die Dichtelemente in ihre jeweiligen Räume eingesetzt sind. Die Tiefe eines jeden Raumes ist so gewählt, daß jedes Dichtelement 1 und 2 die jeweilige Fläche um eine bestimmte Strecke überragt.

In der Ausgestaltung nach der Fig. 4 ist die Dichtanordnung, die völlig ähnlich derjenigen ist, die oben beschrieben wurde, zwischen einem drehbaren Werkzeug 21, welches mit außenliegenden , gezähnten Kronen versehen ist, und der Trägerstange 22 eine r Vorrichtung zur Durchführung von Bohrvorgängen in Schächten, Tunnels, Ölbohrlöchern und dergleichen angeordnet. In diesem Falle dient die Dichtanordnung dazu, das Eindringen oder Einschwemmen von Fremdkörpern, insbesondere Schlamm und Bohrschlamm , in die innere Höhlung 23 des Werkzeuges 21 zu verhindern, in der Tragrollen 24 und ein radiales Gleitlager 25 und axiale Gleitlager 26 angeordnet sind.

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Die Arbeitsweise der ο. g. Dichtanordnung ist folgende: Die Druckringe 7 und 8 oder die Druckelemente 7 und 8 üben auf die Dichtelemente 1 und 2 wegen der Federn 15 solche axiale Kräfte aus, daß sie die ebenen Flächen 13 in Berührung miteinander mit einem vorbestimmten,jedoch reduzierten Druck halten. Während der Drehung des sich drehenden Elementes (vergrößerter Abschnitt 5 und Welle in der Ausführung nach Fig. 3, und das Werkzeug 21 in der Ausführung nach Fig. 4) findet ein Gleiten zwischen den miteinander verbundenen Oberflächen der Dichteleme/^statt; entsprechend dem geringen Wert des Kontaktdruckes während einer solchen Drehung besteht ein kleines Reibmoment und demzufolge ist die Erwärmung und der Abrieb der Flächen stark verringert. Die durch die Reibung erzeugte Wärme wird von den Dichtelementen auf das stationäre und drehbare Element durch Wärmeleitung wegen des Metall-Metallkontaktes zwischen den Elementen und der Flächen 18, 19 der Federn 15 und zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen und den Bodenflächen 9, 10 des jeweiligen Raumes 3 oder 4 abgeleitet.

Auf der anderen Seite wird wegen des Eingreifens der Noppen 20 in den zugehörigen Bohrungen jedes Gleiten zwischen jedem Dichtelement 1 und 2 und dem zugehörigen Druckelement 7 oder 8 und zwischen dem letzteren und dem stationären oder, sich drehenden Element verhindert.

Wenn in der äußeren Umgebung, die die Dichtelemente 1 und 2 umgibt, Fremdkörper vorhanden sind (sogar unter einem hohen Druck, welches in dem Fall der Ausführung nach Fig. 3 eine Flüssigkeit oder einfach nur Staub sein kann, während bei der Ausführung nach Fig. es Staub, Schlamm oder Bohr schlamm sein kann), kann derartiges Fremdmaterial bzw. können derartige Fremdkörper nicht die Dichtelemente 1 und 2 durchdringen, wie hoch der Druck auch sein mag. In der Tat wird deshalb, weil die Dichtelemente gegen die Umgebung von

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zwei perfekt miteinander fluchtenden, zylindrischen Flächen 14 begrenzt sind, keine axiale resultierende_Aauf die Dichtelemente von dem in der Umgebung wirkenden Fluid ausgeübt, sogar dann, wenn der Druck sehr hoch ist. Es folgt hieraus, daß sich die beiden gekuppelten Flächen 13 der Elemente nicht voneinander entfernen, und daß so eine perfekte Dichtung zwischen ihnen erhalten wird.

Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung mannigfach variiert werden kann. Insbesondere kann die Form der Dichtelemente 1 und 2 verschieden sein, vorausgesetzt, daß diese Elemente in Berührung mit ringförmigen ebenen Flächen stehen und von der gleichen zylindrischen Seitenfläche begrenzt sind; auch die Druckelemente können eine Struktur aufweisen, die von derjenigen der Elemente 7 und 8 verschieden ist, vorausgesetzt, daß sie bestimmte Kräfte auf die Dichtelemente ausüben können.

Patentanwälte Dlpl.-lng. Horst Rose Djßl.-Ing. Peter Kosel

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Claims

DlPL-ING. HORST ROSE DIPL.-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, If) JJ Qy 1978

Postfach 129

Hohenhöfen 5

Telefon: (05382) 28«

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim

Unsere Akten-Nr.

RIV-SKF Officine di Villar Perosa S.p.A.

^{Patentgesuchvom} 10. Nov.1978

RIV-SKF Officine di Villar Persona S.-p .A. I- 10123 Torino, Via Mazzini, 53

Italien

Ansprüche

t 1» ^Dichtungsanordnung zur Erzielung einer Abdichtung des Inneren einer zwischen einem stationären und einem rotierenden Element befindlichen Höhlung von der Umgebung, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Dichtelemente (1, 2)_}von denen jedes eine ebene, rechtwinklig zur Drehachse des sich drehenden Elementes (6) verlaufende ringförmige Fläche (13) und eine zylindrische , senkrecht zu der ebenen ringförmigen Fläche verlaufende Seitenfläche (14) aufweist, besitzt, wobei eines der Dichtelemente mit dem stationären Element und das andere mit dem sich drehenden Elment starr verbunden ist, daß die beiden ebenen, ringförmigen Flächen miteinander gekoppelt sind und daß Mittel zur Aufbringung einer axialen Druckkraft vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie die ebenen Flächen mit einem vorgegebenen Druck zusammen gekuppelt halten, wobei die beiden zylindrischen Seitenflächen der beiden Dichtelemente den gleichen Durchmesser besitzen und miteinander im wesentlichen fluchten.

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2. Dichtanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufbringung einer Druckkraft wenigstens eine Feder (15) aufweisen, die so angeordnet ist, daß sie die Dichtelemente (1,2) gegeneinander drückt.
3. Dichtanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15) eine ringförmige Wand aufweist, die in der Weise gewellt ist, daß eine Fläche (18) der Wand auf ein entsprechendes Dichtelement (2) und die andere Fläche (19) der Wand auf eine Trägerfläche eines der Elemente drückt.
4. Dichtanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (15) im Inneren eines Ringes (17) angeordnet ist, der aus einem elastischen und verformbaren Material besteht, wobei Abschnitte der beiden Flächen (18, 19) der Wände innerhalb der Ebenen liegen, die jeden Ring an seiner Vorderseite begrenzen.
5. Dichtanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Ringe (17), die aus elastischem Material hergestellt sind, mit Noppen (20) auf jeder seiner Vorderflächen versehen ist, welche Noppen so angeordnet sind, daß sie in entsprechende Bohrungen der Elemente ( 6) und der Dichtelemente (1, 2) hineinragen, um zu verhindern, daß sichdiese relativ zu den Ringen (17) drehen, und um zu verhindern, daß sich die Ringe relativ zu den jeweiligen Elementen verdrehen.
6. Dichtanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dichtelement (1, 2) in einem korrespondierenden ringförmigen Raum (3, 4) des jeweiligen Elementes (6 ) angeordnet ist, and daß die Mittel zur Aufbringung einer Druckkraft sich zwischen den Dichtelementen (1, 2) und dem Boden des jeweiligen Raumes befinden.
Patentanwalts Dipl.-Ing.
Horst Rose Dj£l.-Ing.
Peter Kosel
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