DE2905867C2 - Dichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

a) die ebene und konische Dichtungsfläche (10,11) wie an sich bekannt an entgegengesetzten Enden des Dichtungsringes (8) angeordnet sind,

b) die radial innere und äußere periphere Oberfläche \i2, 13) des Dichtungsringes (8) in an sich bekannter Weise durch Abstände (19) von den -° Wänden der Nut (17) getrennt sind,

c) der Dichtungsring (8) — der wie bekannt stufenförmig durch eine Teilfuge mit radialen Endflächen (15, 15'; 16, 16'), die ein Paar einander gegenüberliegender und sich überlappender Oberflächen (14, 14') begrenzen geteilt ist — wobei die Oberflächen (14, 14') in Umfangsrichtung des Dichtungsringes (8) auf der Mittellinie zwischen und konzentrisch zu den inneren bzw. äußeren Oberflächen (12, 13) *> des Dichtungsringes (8) angeordnet sind und durch die Spreizkraft des Ringes (8) dichtend aneinander gepreßt werden und die Endflächen (15,15'; 16,16') sich von der Mittellinie in radial entgegengesetzter Richtung zur inneren bzw. *⁵ äußeren peripheren Oberfläche (12, 13) des Ringes (8) erstrecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche des drehbaren Bauteils (5) eine Seitenfläche (R) des Läufers einer Brennkraftmaschine der Drehkolbenbauart ist, und daß die ebene Fläche des ortsfesten Bauteiles eine entsprechende Seitenfläche (H) des Gehäuses der Brennkraftmaschine ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (8) durch ein Halteteil (20) daran gehindert wird, sich in der Ringnut (17) gegenüber dem drehbaren Bauteil (5) zu drehen.

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer solchen bekannten Dichtung (DE-GM 53 037) ist die konische Dichtungsfläche radial außen am Dichtungsring angeordnet. Sie berührt nicht den Boden der Ringnut. In dem Zwischenraum zwischen dem Ringnutboden und der Außenfläche der Dichtung dringt das Druckmedium ein und drückt die Dichtung zwar verstärkt gegen die ortsfeste Fläche, jedoch von der drehbaren Oberfläche der Ringnut hinweg. Dadurch wird die Dichtkraft in der Ringnut verringert, so daß das Druckmedium zwischen den beiden konischen Flächen ^bi des Dichtungsringes und des drehbaren Teils hindurch austreten kann. Außerdem wird die radiale Ausdehnungsmöglichkeit des Ringes durch diese Ausbildung begrenzt, so daß es bei hohen Temperaturen zum Fressen des Ringes kommen kann.

Bei einer anderen Ausführung dieser bekannten Dichtung ist der Dichtungsring seinerseits durch einen weiteren Dichtungsring gegen die Wand der Ringnut abgedichtet. Dieser Hilfsdichtungsring ist ebenfalls mit einer kegeligen Dichtungsfläche versehen, die auf der konischen Fläche des Hauptdichtungsringes aufliegt Dieser Hilfsring ist parallel zu seiner Ringebene von einem stufenförmigen Schlitz durchsetzt, so daß er sich elastisch radial ausdehnen und sich dadurch immer eng an die Ringnut anlegen kann. Die radiale Spreizkraft des Ringes wirkt sich jedoch nicht auf die Dichthaltung der Trennfuge zwischen den parallelen zur Ringebene liegenden einander überlappenden Enden des stufenförmigen Schlitzes aus. Das Druckmedium kann daher die Hauptdichtung durch den undichten Schlitz im Hilfsring umgehen.

Eine andere Dichtung zwischen einem rotierenden und einem ortsfesten Teil (US-PS Re. 27 188) besteht aus zwei Dichtungsringen, die mit kegelmantelförmigen Flächen aneinander anliegen und gegeneinander verschiebbar sind. Der äußere der beiden Dichtungsringe ist geteilt Die Teilfuge entspricht in Gestaltung und Anordnung der Teilfuge im vorstehend beschriebenen Hilfsring. Die einander gegenüberliegenden und einander überlappenden Flächen liegen zwischen radialen Endflächen parallel zur Ringebene. Der Ring liegt durch seine Spreizkraft an der Gehäusewand an und wird andererseits durch eine Feder axial in den Raum zwischen innerem Dichtring und Gehäusewand gedrückt. Der Federdruck bewirkt auch ein Aneinanderliegen der sich überlappenden Flächen. Die gewünschte Dichtung dieser Anordnung bedingt jedoch den zusätzlichen Aufwand der Federanordnung.

Bei einer anderen Dichtungsanordnung (US-PS 11 20 181) wird der Dichtungsring durch einen Federring axial gegen eine ebene Wand gedrückt. Ohne den Federring könnte der Dichtungsring seine Aufgabe nicht mit ausreichender Sicherheit erfüllen. Durch den zusätzlichen Federring wird diese Anordnung aufwendig.

Um zwei Flansche einer Rohrleitung, die durch Schrauben fest und unverrückbar miteinander verbunden sind, gegen einander abzudichten, ist eine Dichtungsanordnung vorgesehen, bei der ein Dichtungsring mit einer ebenen Kreisringfläche auf dem einen Flansch aufliegt Der Ring wird andererseits in einer Ringnut des anderen Flansches gehalten, die eine axial verlaufende innere zylindrische Wand und einen kegelförmigen Nutboden aufweist. Der Ring selbst ist mit radialem Abstand zur zylindrischen Innenwand in der Nut angeordnet (US-PS 31 18 682). Der Dichtungsring selbst weist also eine ebene Dichtungsfläche, die in dichtender Anlage an der gegenüberliegenden Flanschfläche anliegt und eine konische Dichtungsfläche auf, die an der entsprechend konischen Oberfläche der Ringnut anliegt. Hierbei handelt es sich nicht um eine Abdichtung zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen.

Die erforderliche Abdichtung zwischen der Innenwand eines Zylinders und der benachbarten Umfangsfläche des zugehörigen Kolbens einer Brennkraftmaschine wird gewöhnlich mit Hilfe von als Kolbenringe bezeichneten Dichtungsringen herbeigeführt, die jeweils mit einem Schlitz versehen sind (FR-PS 6 45 370). Wegen des Vorhandenseins dieser Schlitze sind solche Kolbenringe bestrebt, sich radial nach außen aufzusprei-

zen. Hierbei bewirkt die radiale Spreizkraft, daß die äußere Umfangsfläche des betreffenden Kolbenringes an die Innenwand des Zylinders angepreßt wird, so daß der Kolbenring eine gute Abdichtung zwischen der Innenwand des Zylinders und der Außenfläche des Kolbens herbeiführen kann. Um die Abdichtung gegen Durchtritt des Druckmediums durch die Schlitze herabzusetzen, sind mehrere Dichtungsringe aufeinanderliegend vorgesehen, deren Schlitze gegeneinander versetzt sind.

Dieser Vorteil eines Kolbenrings bekannter Art, d. h. seine radiale Spreizkraft, läßt sich jedoch nicht ausnutzen, wenn eine Abdichtung zwischen einer inneren seitlichen Wandfläche des Gehäuses und der benachbarten Seitunfiäche des Läufers einer Brenn- is kraftmaschine der Drehkolbenbauart herbeigeführt werden soll.

Daher ist es bis jetzt üblich, zur Erzeugung der benötigten Dichtungskraft zwischen den seitlichen Flächen eines solchen Läufers und des mgehörigen Gehäuses einen Dichtungsring, der keine Spreizkraft erzeugt, an die abzudichtende Fläche mit Hilfe von hinter dem Dichtungsring angeordneten Federn oder ähnlichen elastischen Einrichtungen anzupressen.

Gemäß Fig. 1, wo ein Beispiel für eine solche typische bekannte Dichtungsanordnung dargestellt ist, wird ein Dichtungsring 1 verwendet, der geeignet ist, eine Abdichtung zwischen einer Seitenfläche R des Läufers und der benachbarten Seitenfläche H des Gehäuses zu bewirken, und der durch Federn 2 elastisch 3ü an die Gehäusefläche H angepreßt wird. Damit der Druck ungehindert auf die Flächen des Dichtungsringes 1 wirken kann, werden Spalte h und h' zwischen den radial weiter innen und den radial weiter außen angeordneten Flächen des Dichtungsrings und den ihnen gegenüberliegenden Wandflächen der Ringnut G vorgesehen. Daher kann Schmieröl vom radial weiter innen liegenden Teil des Läufers R aus zu dem Umfangsteil des Läufers durch die genannten Splate und den freien Raum hinter dem Dichtungsring 1, in dem die Federn 2 angeordnet sind, entweichen.

Es wurden bereits verschiedene Gegenmaßnahmen vorgeschlagen, um ein solches Entweichen von Schmieröl zu verhindern. Beispielsweise wurde bereits vorgeschlagen, den Dichtungsring 1 mit einer Nut 3 zu ⁴' versehen und in dieser Nut einen O-Ring 4 anzuordnen, der eine Abdichtung zwischen dem Läufer und dem Dichtungsring bewirkt, wie es in F i g. 1 gezeigt ist. Wie in F i g. 2 dargestellt, ist ferner bereits versucht worden, anstelle eines solchen O-Ringes 4 einen Radialdichtring bzw. eine Wellendichtung 6 zu verwenden.

Diesen bekannten Dichtungsanordnungen haften jedoch verschiedene Nachteile an. Der Dichtungsring 1, der durch hohe Temperaturen und Drücke beansprucht wird, wird ständig veranlaßt, sich in der Nut G in Richtung auf eine Seitenwand der Nut zu bewegen, während der Läufer eine komplizierte exzentrische Drehbewegung ausführt. Daher ergeben sich Änderungen bezüglich der Breite der Spalte h und //', wodurch die beschriebene Dichtungswirkung aufgehoben wird. ^b0 Daher übt der Dichtungsring 1 nicht die gewünschte Dichtungswirkung aus, d. h. er läßt Schmieröl, das die Kurbelwelle, Zahnräder und dgl. am mittleren Teil des Läufers umgibt, in den Verbrennungsraum eintreten, der zum Teil durch die äußere Umfangsfläche des Läufers ^b5 abgegrenzt wird; dieses Schmieröl gelangt somit durch die Spalte h, h' und den freien Raum hinter dem Dichtungsring 1 zum Verbrennungsraum.

Außerdem können unter hohe;n Druck stehende Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum durch die Spalte und den freien Raum zur Niederdruckseite entweichen.

Dieses Entweichen von Schmieröl und Verbrennungsgasen führt zu einer unerwünschten Verringerung der Leistung einer Brennkraftmaschine der Drehkolbenbauart sowie zu weiteren Problemen, z. B. einer Verschlechterung der Verbrennung als L'rsache für eine wirtschaftlich nicht vertretbare wesentliche Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs sowie zu einer erhöhten Abgabe giftiger Stoffe an die Atmosphäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu vereinfachen und dahingehend zu verbessern, daß der Dichtungsring sich in radialer Richtung frei dehnen kann und in allen Stellungen in sich gegen den Durchtritt des Druckmediums dicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 jeweils einen axialen Teilschnitt einer Dichtungsvorrichtung bekannter Art;

Fig.3 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung;

Fig.4 einen vergrößerten Teilschnitt der Dichtungsvorrichtung nach F i g. 3;

Fig.5 eine Seitenansicht des mit einer konischen Fläche versehenen Dichtungsrings nach F i g. 3; und

Fig. 6 einen Fig. 5 entsprechenden Teil einer Stirnansicht des Dichtungsrings nach Fig. 5 mit einer konischen Fläche und einem Schlitz.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem der Dichtungsring und die Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung dazu dienen, eine Abdichtung zwischen einer Seitenfläche eines Gehäuses und der benachbarten Seitenfläche des Läufers einer Brennkraftmaschine der Drehkolbenbauart zu bewirken.

In Fi g. 3 und 4 erkennt man eine Seitenfläche H des ortsfesten Gehäuses und eine drehbare Oberfläche R des Läufers 5 einer Brennkraftmaschine der Drehkolbenbauart. In einem kleinen Spalt zwischen den beiden Flächen Wund R ist eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung angeordnet. Zu der Dichtungsvorrichtung gehört ein Dichtungsring 8, der auf einer Flachseite mit einer ebenen Dichtungsfläche 10 versehen ist und auf seiner entgegengesetzten Flachseite eine sich axial von dem Dichtungsring weg erstreckende konische Dichtungsfläche 11 aufweist; der Dichtungsring ist in einer Ringnut 17 angeordnet, die in der drehbaren Oberfläche R des Läufers eingearbeitet ist, und die eine sich axial und schräg nach innen erstreckende konische Bodenfläche 18 aufweist.

Die ebene Dichtungsfläche 10 und die konische Dichtungsfläche 11 des Dichtungsrings 8 werden ständig in Berührung mit der Seitenfläche H des Gehäuses bzw. der konischen Bodenfläche 18 der Ringnut 17 gehalten, um eine gasdichte Abdichtung zwischen der radial nach innen gerichteten Fläche und der rpdial nach außen gerichteten Fläche des Dichtungsrings zu bewirken.

Gemäß Fig. 5 und 6 ist der Dichtungsring 8 ein Ringkörper mit einer radialen Breite a (Fig.4) und einem gekröpften Schlitz 9. Die ebene Dichtungsfläche

10 ist in axialer Richtung von der konischen Dichtungsfläche 11 abgewandt. Genauer gesagt divergiert die Dichtungsfläche 11 als konische Außenfläche vom einen Ende des Dichtungsringes radial nach außen zu der ebenen Dichtungsfläche 10. Die konische Fläche '<

11 ist unter einem Winkel von z. B. 45° gegen die ebene Dichtungsfläche 10 geneigt. Der Schlitz 9 des Dichtungsrings 8 hat eine abgestufte Form und wird gemäß F i g. 6 durch in der Umfangsrichtung verlaufende sowie durch radiale Endflächen gebildet. Zu dem Schlitz 9 des i< > Dichtungsrings gehören in der Umfangsrichtung verlaufende Oberflächen 14 und 14' des Schlitzes 9, die im wesentlichen in der Mitte zwischen den inneren und äußeren Umfangsflächen 12 und 13 konzentrisch mit dem Dichtungsring verlaufen; ferner sind radiale i> Endflächen 15, 15' und 16. 16' vorhanden, die sich von den in der Umfangsrichtung verlaufenden Oberflächen 14 und 14' aus zu den betreffenden Umfangsflächen 12, 13 des Dichtungsrings 8 erstrecken. Die in der Umfangsrichtung verlaufenden Oberflächen 14 und 14' überlappen sich und stehen in Gleitberührung. Wegen dieser Gestaltung kann sich der Dichtungsring 8 radial nach außen aufspreizen.

Die radiale Breite b der Ringnut 17, mit der die Seitenfläche R des Läufers versehen ist, und die den Dichtungsring 8 aufnimmt, ist so gewählt, daß sie größer ist als die radiale Breite a des Dichtungsrings 8, so daß sich der Dichtungsring in der Ringnut 17 bewegen kann, um die Dichtungsberührang mit der Seitenfläche H des Gehäuses und dem Boden der Ringnut 17 aufrechtzuerhalten, wenn sich der Abstand zwischen der Seitenfläche H des Gehäuses und der Seitenfläche R des Läufers ändert. Die Bodenfläche der Ringnut 17 hat eine konische Form und verläuft radial von innen nach außen zur Seitenfläche R des Läufers. Diese Fläche ist z. B. unter einem Winkel von 45° gegen die Seitenfläche R des Läufers geneigt.

Zum Gebrauch der Dichtungsvorrichtung wird der Dichtungsring 8 in die Ringnut 17 eingeführt, so daß er gemäß F i g. 3 und 4 den Raum innenialb der Ringnut 17 in einen radial weiter außen liegenden Raum und einen radial weiter innen liegenden Raum unterteilt. Daher steht die ebene Dichtungsfläche 10 des Dichtungsringes 8 in abdichtender Gleitberührung mit der Seitenfläche H des Gehäuses, während die konische Fläche 11 in « abdichtender Gleitberührung mit der konischen Fläche 18 der Ringnut 17 steht, wobei sich der Läufer gegenüber dem Gehäuse drehen kann.

Die radiale Spreizkraft P des Dichtungsrings 8 erzeugt dann gemäß F i g. 4 eine Kraftkomponente P', die den Dichtungsring 8 veranlaßt, längs der konischen Innenfläche 18 zu gleiten. Diese Komponente P'erzeugt ihrerseits eine Komponente P" die bestrebt ist, den Dichtungsring 8 in axialer Dichtung an die Seitenfläche Hdes Gehäuses anzupressen.

Da gemäß F i g. 4 radiale Abstände 19 zwischen dem Dichtungsring 8 und den radialen Wänden der Ringnut 17 vorhanden sind, so daß sich der Dichtungsring radial nach außen verlagern kann, werden die ebene Dichtungsfläche 10 und die konische Außenfläche 11 des ^b0 Dichtungsringes zum Zweck der Abdichtung automatisch an die Seitenfläche H des Gehäuses bzw. die konische Innenwandfläche 18 der Ringnut 17 angepreßt

Daher wird eine gute Abdichtung zwischen den Seitenflächen H und R des Gehäuses und des Läufers einerseits und den axial gerichteten Flächen des Dichtungsrings 8, d. h. der ebenen Dichtungsfläche 10 und der konischen Außenfläche 11, herbeigeführt Diese Dichtungswirkung wird selbst dann nicht geringer, wenn gemäß Fig.4 der Abstand d zwischen den Seitenflächen H und R eine Änderung erfährt, denn der Dichtungsring 8 kann sich längs der konischen Innenfläche 18 verschieben, um jede Änderung des Abstandes d auszugleichen. Außerdem bewirken Fliehkräfte, die auf den Dichtungsring 8 infolge der exzentrischen Drehung des Läufers 5 einwirken, eine Verstärkung des Drucks, mit dem der Dichtungsring an die konische Innenfläche 18 der Ringnut 17 angepreßt wird, wodurch wiederum der Anlagedruck zwischen dem Dichtungsring und der Seitenfläche H des Gehäuses erhöht wird, um eine weitere Verbesserung der Dichtungswirkung herbeizuführen.

Gemäß F i g. 4 ist es möglich. Drehbewegungen des Dichtungsrings 8 in der Ringnut 17 gegenüber dem Läufer 5 als Folge eines Reibungsdrehmoments, das zwischen der Seitenfläche H des Gehäuses und dem Dichtungsring 8 zur Wirkung kommt, mit Hilfe eines Halteteils 20, z. B. einem Stift, zu verhindern.

Zwar wurde die Erfindung vorstehend bezüglich ihrer Anwendung bei der Abdichtung zwischen dem Läufer und dem Gehäuse einer Brennkraftmaschine der Drehkolbenbauart beschrieben, doch liegt es für jeden Fachmann auf der Hand, daß sich erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtungen allgemein auch bei anderen gegeneinander abzudichtenden Stirnflächen von Vorrichtungen der verschiedensten Art anwenden läßt, z. B. bei Drehkolbenverdichtern, Kreiselpumpen und dgl.

Der Dichtungsring 8 kann nicht nur aus Metallen, z. B. Gußeisen, sondern auch aus den verschiedensten anderen Werkstoffen hergestellt werden, z. B. aus keramischen Materialien, synthetischen Kautschuken, Kohlenstoff, Kunststoffen usw.

Die Dichtungsflächen des Dichtungsrings werden vorzugsweise verschiedenen bekannten Oberflächenbehandlungen unterzogen, um die Gefahr des Entstehens von Reibstellen, des Auftretens von Freßerscheinungen und eines vorzeitigen Verschleißes möglichst zu verringern und die Einlaufeigenschaften, die Korrosionsfestigkeit und die Fähigkeit des Dichtungsrings, Schmieröl festzuhalten, zu verbessern, wie es ähnlich auch bei den gebräuchlichen Kolbenringen geschieht

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ermöglicht es die Erfindung, eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem radial weiter außen liegenden Teil und dem radial weiter innen liegenden Teil des Raums herbeizuführen, der zwischen einander zugewandten Flächen zweier relativ zueinander bewegbarer Bauteile vorhanden ist, und zwar unter Verwendung eines Dichtungsrings mit einer gegen seine Achse geneigten Stirnfläche. Hierzu ist zu bemerken, daß diese hervorragende Dichtungswirkung ausschließlich durch diesen Dichtungsring herbeigeführt wird, so daß es nicht erforderlich ist, irgendwelche zusätzliche Einrichtungen, z. B. einen O-Ring oder dgl, vorzusehen. Dies wiederum führt zu einer Vereinfachung der Konstruktion und der Handhabung der Dichtungsvorrichtung sowie zu einer Verlängerung der Lebensdauer, wobei Gewähr dafür besteht, daß die hervorragende Dichtungswirkung während einer langen Gebrauchszeit erhalten bleibt

Da sich der Dichtungsring längs der konischen Innenfläche 18 der Ringnut 17 verschieben kann, um gemäß F i g. 4 jede Änderung des Abstandes d zwischen den einander zugewandten Flächen der sich relativ zueinander bewegenden Bauteile auszugleichen, wird die Dichtungswirkung durch eine Änderung dieses Abstandes niemals beeinträchtigt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   \. Dichtungsvorrichtung zwischen einer ebenen, ortsfesten Fläche und einer drehbaren Oberfläche, die einander gegenüberliegen, wobei ein Dichtungsring mit gasdichter Teilfuge von einer Ringnut aufgenommen wird, die in der drehbaren Oberfläche angeordnet ist und der Dichtungsring eine ebene Dichtungsfläche, die in dichtender Anlage an der ebenen ortsfesten Fläche anliegt und eine konische ι ο Dichtungsfläche aufweist, die an einer entsprechend konischen Oberfläche der Ringnut dichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß