DE2923600A1

DE2923600A1 - Dichtungsring mit kegelfoermiger oberflaeche und dichtungsvorrichtung mit einem solchen dichtungsring

Info

Publication number: DE2923600A1
Application number: DE19792923600
Authority: DE
Inventors: Yoshio Arai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1979-06-11
Publication date: 1980-01-03
Also published as: US4212474A; DE2923600C2; JPS556067A; JPS5733472B2

Description

Dipl.-Ing. H. MiTSCHERLJCH D-80Cfo TfttJffWgW 22

Di pi.-1 ng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr. re r. η at. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ ' ^{29 66 84}

Dipl.-I η g. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE

Yo shi ο ARiVI

l400 Kamihongo
Matsudo-shi, Chiba-ken
Japan

Dichtungsring mit kegelförmiger Oberfläche

und
Dichtungsvorrichtung mit einem solchen Dichtungsring.

Kurzfassung der Erfindung.

Ein Dichtungsring mit kegelförmiger Oberfläche wird aus einem inneren Ring, einem äußeren Ring und einem federnden Spannglied gebildet. Jeder der inneren und äußeren Ringe besitzt eine innere und äußere Oberfläche und ein Paar von Dichtungsendflächen zweischen den inneren und äußeren peripheren Oberflächen. Jeder innere und äußere Ring ist in Umfangsrichtung in zwei Sektionen geteilt. Die innere.periphere Oberfläche des äußeren Ringes umfaßt die äußere periphere Oberfläche des inneren Ringes, während die äußere periphere Oberfläche des äußeren Ringes von dem federnden Spannglied umgeben ist, sodaß der innere und der äußere Ring federnd radial nach innen gedrückt werden. Die Endoberflächen des inneren und äußeren Ringes sind miteinander fluchtend ausgebildet, um gemeinsame Dichtflächen zu bilden. Mindestens eine der so gebildeten gemeinsamen Dichtflächen bildet eine kegelförmige Fläche, sodaß der axiale Abstand zwischen zwei gemeinsamen Dichtflächen sich verändert und in radialer Richtung nach außen wächst. Eine Dichtungseinrichtung wird durch den

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Dichtungsring mit kegelförmigen Dichtungsflachen in der j beschriebenen Ausbildung und ringförmigen Oberflächen gebildet, j die abgedichtet werden sollen und die auf zwei Gliedern ange- j ordnet sind, die relativ zu einander rotieren und einander gegenüberliegen, wobei die abzudichtenden ringförmigen Oberflächen zwischen sich eine nach auswärts divergierende Ringnut bilden und an ihnen ein Paar gemeinsamer Dichtungsoberflächen des Dichtungsringes eng anliegen. Die radial nach innen wirkende Druckkraft des federnden Spanngliedes bewirkt eine axiale Dichtungskraft des Dichtungsringes, indem er mit seinen kegelförmigen Endflächen in Gleitkontakt mit den kegelförmigen Ringflächen der genannten Glieder steht.

Hintergrund der Erfindung.

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring mit kegelförmigen Oberflächen, um eine Dichtung zwischen einem ersten und einem zweiten Glied herzustellen, die abzudichtenden Ringflächen j aufweisen, wobei die Ringflächen einander gegenüber liegen und zwischen sich eine radial nach außen sich erweiternde Nut bilden und eine Dichtungseinrichtung mit einem solchen Dichtungsring.

Bisher wurden verschiedene Dichtungseinrichtung verwendet, um eine Abdichtung zwischen einem Paar von Gliedern zu erreichen, von denen ein Glied relativ zum anderen eine Drehbewegung ausführt, z.B. ein Gehäuse und eine sich drehende Welle, die im Gehäuse gelagert ist. Die einfachste Form einer solchen Dichtungseinrichtung ist eine Dichtung mit einem elastischen Glied wie ein "O"-Ring oder eine Öldichtung aus Gummi oder einem entsprechenden elastischen Material, das infolge seiner Elastizität mit beiden Gliedern in engem Kontakt stellt. Die Dichtung aus Gummi oder einem ähnlichen e^stischen Material wurde vielfach wegen seiner einfachen Konstruktion und seiner leichten Anpassung an die Bauteil, die abgedichtet werden müssen, verwendet. Wegen der Charakteristik dieser elastischen Materialien kann jedoch eine solche Dichtungsoinrichtung bei hohen Beanspruchungen wie hohen Temperaturen und/oder hohen Drücken nicht benutzt werden.

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Aus diesen Gründen wird bei hohen Beanspruchungen wie hohen Temperaturen und/oder hohen Drücken statt der Dichtung aus Gummi oder einem gleichartigen Material ein starres metallischen Dichtungsglied benutzt. B_ei Dxchtungsanordnungen mit einem starren metallischen Dichtungsglied ist ein Dichtungsglied aus Gummi oder dergl. bei dem die Elastizität und Beweglichkeit des Dichtungsgliedes selbst genutzt wird, nicht verwendbar. Diese Dichtungsart erfordert daher eine komplizierte Konstruktion aus vielen Einzelteilen. Eine | Dichtungseinrichtung mit einem metallischen starren Dichtungs- ι glied braucht ein langgestrecktes Federglied oder ein zu- j sätzliches Bauteil von komplizierter und genauer Form und j Konstruktion aus Gummi oder einem ähnlichen elastischen Material, um einen guten Kontakt bzw. eine dichte Anlage des Dichtungsgliedes am umlaufenden Bauteil zu erreichen. Dies erfordert unausweichlich eine komplizierte Ausbildung der Abdichtungseinrichtung und hochwertige Fertigungseinrichtungen, um die erforderliche Präzision der einzelnen Teile in einer Massenfertigung zu erreichen. Dies bedeixtet erhöhte Herstellungskosten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dichtungsring mit kegelförmigen Dichtungsflächen und eine Dichtungsanordnung zu schaffen, in der der genannte Dichtungsring verwendet wird, die hohen Belastungen wie hohen Temperaturen und/oder hohen Drücken standhalten und die ohne hohen technischen Aufwand billig hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird eine Dichttmgsanordnung vorgeschlagen, die die im Anspruch 8 genannten Merkmale aufweist.

Nachstehend wird die iOrf.in.dung anhand von Ausführungsbei — spielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt in Achsrichtung der Welle durch die Dichtung zwischen einem Gehäuse und einer rotierenden Welle, die in dem Gehäuse gelagert ist, wobei der Dichtungsring nach der Erfindung kegelförmige

Dichtflächen besitzt;
Fig. 2 eine Ansicht eines Dichtungsringes nach der Erfindung

mit kegelförmigen Dichtflächen; Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Dichtungsringes nach

Fig. 2 mit kegelförmigen Dichtungsflächen; Fig. 4 einen Schnitt in Achsrichtung der Rotationswelle durch die Dichtungsanordung in anderer Ausführung der Abdichtung als in Fig. 1.

In den Fig. 1-3 ist ein erfindungsgemäßer Dichtungsring R gezeigt, der kegelförmige Dichtflächen aufweist. Er ist aus einem äußeren Ring 1, einem inneren Ring 2 und einer Ringfeder 7 aufgebaut, die als ringförmiges federndes Glied den Ring zusammenhält. Beide Ringe 1 und 2 bestehen aus einem standfesten Material, das in geringem Maß elastisch oder federnd verformbar ist. Der innere Ring 2 hat eine innere und eine äußere periphere Oberfläche und zwischen ihnen zwei Endflächen. Diese Endflächen bilden die abdichtenden Oberflächen. Der innere Ring ist in Umfangsrichtung in zwei Sektionen geteilt, wobei die Teilungsfugen 5,6 einander diametral gegenüberliegen. In ähnlicher Weise besitzt der äußere Ring 1 eine innere und eine äußere periphere Oberfläche zwischen denen sich die Dichtungsflächen erstrecken. Der äußere Ring 1 ist ebenfalls in Umfangsrichtung in zwei Sektionen geteilt, und zwar an den einander diametral gegenüberliegenden Stellen 3 und 4. In der äußeren peripheren Oberfläche des ätißeren Ringes 1 ist eine umlaufende ISiut ο angeordnet. Die endlose Ringfeder 7 wird ausgespannt in der Nut 8 aufgenommen.

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In zusammengebautem Zustand befindet sich die innere periphere Oberfläche des äußeren Ringes 1 in dichter Anlage an der äußeren peripheren Oberfläche des inneren Ringes 2. Um den Abdichtungseffekt zu verstärken, werden die Teilungsfugen 3»k gegenüber den Teilungsfugen 5»6 in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Eine der Endoberflächen des äußeren Ringes 1 i fluchtet mit der entsprechenden Endoberfläche des inneren j Ringes 2, sodaß sie eine gemeinsame Dichtungsfläche 9 bilden. In ähnlicher Weise fluchtet die andere Endfläche des äußeren Ringes 1 mit der entsprechenden Endfläche des inneren Ringes 2, sodaß sie gemeinsam die Enddichtungsflache 13 bilden. Die Dichtungsendfläche 9 ist kegelförmig ausgebildet, während die ebene Dichtungsfläche 13 senkrecht zur Achse des Dichtungsringes angeordnet ist. Der durch die übereinander angeordneten inneren und äußeren Ringe gebildete Dichtungsring hat also insgesamt eine Trapezform, die radial nach außen divergiert.

Eine Wellenbohrung 10 im Gehäuse H nimmt eine rotierende Welle S auf. Ein Flansch 12 der Welle S ist einstückig mit ihr und zwar an ihrem einen Ende ausgebildet. Die innere Endoberfläche Ik des Flansches 12 ist eben und verläuft senkrecht zur Achse C der Welle S. Der die Wellenbohrung 10 umschließende Teil des Gehäuses H besitzt eine verdickte Wandstärke. Eine kegelförmige Oberfläche 11 ist an diesem Teil des Gehäuses H gegenüber der inneren Endoberfläche .Ik angeordnet. Die kegelförmige Fläche 11 ist so angeordnet, daß der Abstand zwischen ihr und der inneren Endfläche 14 radial nach außen zunimmt. Infolgedessen wird ein radial nach außen sich verbreitender Ringspalt A zwischen der inneren Endfläche Ik des Flansches und der kegelförmigen Oberfläche des Gehäuses H gebildet.

Um eine Abdichtung zwischen der rotierenden Welle S und dem Gehäuse H zu erreichen, ist der oben erwähnte Dichtungsring R in dem Ringspalt A angeordnet. Die Dichtungsflächen 9jl3 des Dichtungsringes R liegen an der kegelförmigen Fläche 11 des Gehäuses H bzw. an der inneren Endfläche Ik des Flansches 12 des rotierenden Schafts S an. Der Dichtungsring R mit seiner kegelförmigen Dichtungsfläche, die Wellenbohrung 10 des Gehäuses H und die rotierende Welle 5 haben eine gemeinsame Achse

_ Q —

Der Spitzenwinkel, der zwischen der konischen Endfläche 9 des Dichtungsringes R und der Achse C gebildet wird, stimmt mit dem Spitzenwinkel zwischen der konischen kegelförmigen Oberfläche 11 des Gehäuses H und der Achse C überein. In dieser Anordnung übt die Ringfeder 7 eine radial nach innen gerichtete gleichmäßige Anpreßkraft auf die ganze äußere periphere Oberfläche des äußeren Ringes 1 aus. Diese Druckkraft erzeugt eine Andrückkraft gegen die kegelförmige Fläche 11 und eine Kraftkomponente parallel zur kegelförmigen Fläche 11. Die Komponente P ihrerseits erzeugt eine Komponente Q, die senkrecht zur inneren Endfläche des Flansches 12 gerichtet ist.

Infolgedessen legt sich der Dichtungsring R mit seiner kegelförmigen Fläche dicht an die Fläche 11 des Gehäuses H und mit seiner anderen Endfläche an die innere Endfläche des Flansches 12 an und erbringt eine dichte Abdichtung zwischen dem Gehäuse H und der rotierenden Welle S.

Durch geeignete Wahl des Abstandes L zwischen der äußeren peripheren Kante der kegelförmigen Fläche 11 am Gehäuse H und der inneren Endfläche Ik des Flansches 12,kann man verschiedene Kontaktdrücke entsprechend unterschiedlichen Betriebsbedingungen erreichen. Es werden infolgedessen ideale Abdichtungsverhältnisse erreicht.

Bei Rotation der Welle S neigen die Ringe 1 und 2 dazu, mitgenommen zu werden. Um dies zu verhindern, kann eine Anschlageinrichtung zwischen den Ringen 1,2 einerseits und dem Gehäuse H andererseits vorgesehen sein.

In der Fig. k ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Hierbei ist ein Bauteil 18 mit kegelförmiger Oberfläche 13 mittels eines elastischen Ringes 17 mit dem die Wellenbohrung 10 enthaltenden Teil des Gehäuses H und ein anderes Glied 21 mit einer kegelförmigen Oberfläche 22 durch einen elastischen Ring 20 mit dem Flansch 12 an einem Ende der rotierenden Welle S verbunden. Zwischen der kegelförmigen Fläche 19 des Bauteils l8 und der kegelförmigen Fläche 22 des Bauteils 21 ist ein Dichtungsring R mit kegelförmigen

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Dichtungsendflachen angeordnet, der grundsätzlich die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Konstruktion aufweist. Der Dichtungsring R mit kegelförmigen Flächen weist ein Paar von konischen kegelförmigen Flächen 23,24 auf, die unter gleichem Spitzwinlcel zur Zentralachse C in gegenläufiger Richtung angeordnet sind. Eine der konisch kegelförmigen Flächen 23 steht in engem Kontakt mit der kegelförmigen Fläche 19 des Bauteils 18, während die andere konisch kegelförmige Fläche 24 in engem Kontakt mit der kegelförmigen Fläche 22 des Baitteils 21 steht.

Das Bauteilpaar l8 und 21 bietet also ein Paar von kegelförmigen Flächen 19 und 22, zwischen denen der Dichtungsring R und somit zwischen dem Gehäuse H und der rotierenden Welle S angeordnet ist.

Das Paar elastischer Ringe 17 und 20 verbindet die Bauteile l8 und 21 nachgiebig mit dem Gehäuse H bzw. der rotierenden Welle S. Die kegelförmigen Flächen 23,24 des Dichtungsringes R liegen dicht an den kegelförmigen Flächen 19 und 22 der Bauteile 18,21 an, sodaß sich ein guter Abdichtungseffekt ergibt. Die kegelförmigen Flächen 23 und 24 des Dichtungsringes R bilden eine radial nach außen divergierende Ringnut A und bilden mit der Zentralachse C spitze Winkel in entgegengesetzten Richtungen.

Infolgedessen ergibt der radial nach innen wirkende Druck, der durch die Ringfeder 7, die den Dichtungsring R umschlingt, ausgeübt wirdjinfolge des Gleitkontaktes zwischen den Endflächen 23,24 und den kegelförmigen Flächen 19,22 der Bauteile 18,21 Druckkomponenten in axialer, einander entgegengesetzter Richtung Dadurch wird ein sehr guter Dichtungseffekt trotz der einfachen und kompakten Konstruktion erreicht.

Bei dem Dichtungsring und der Dichtungseinrichtung nach der Erfindung kann die Ringfeder, die die äußere Umfangsflache des Dichtungsringes als federndes Spannglied umschlingt, durch eine Blattfeder oder ein anderes federndes Glied ersetzt werden, das geeignet ist, eine radial nach innen wirkende Druckkraft zu erzeugen. Die zwischen den Endflächen der inneren und der äußeren Ringe und der zentralen Achse gebildeten Winkel können nach Wunsch entsprechend der Ausbildung der kegelförmigen Endflächen der Dichtungsringe geändert werden. f\ ,. -— --De r- P afc An t a η ^l t

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Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCI-5 D-8000 MÖNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr.rer.nat. VV. KÖRBER ® ⁽⁰⁸⁹⁾ ' ²⁹ " ⁸⁴ Dipl.-I ng. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE ^

Yoshio ARAI 2923600

l4OO Kamihongo
Matsudo-shi, Chiba-ken

ANS P' RÖCHE - -

l_v Dichtungsring mit mindestens einer kegelförmigen Oberfläche zur Abdichtung eines Zwischenraumes zwischen einem ersten und einem zweiten Glied, die einander gegenüberliegende abzudichtende Ringflächen aufweisen, die zwischen sich· einen nach außen sich erweiternden Ringraum einschließen und der Dichtungsring aus folgenden T_eilen aufgebaut ist: einem inneren Ring (2) mit inneren und äußeren peripheren Oberflächen, wobei beide Enddichtungsflachen dicht an den Ringflächen des ersten und zweiten Gliedes anliegen, und der innere Ring (2) in Umfangsrichtung in zwei Teile geteilt ist; einem äußeren Ring (l) mit einer inneren pej^pheren Oberfläche, die die äußere periphere Oberfläche des inneren Ringes umgreift und mit einer äußeren peripheren Oberfläche, wobei beide Dichtungsendflächen dicht an der Ringoberfläche (11,1A) des ersten und zweiten Gliedes (H,12) anliegen, und der äußere Ring (l) in Umfangsrichtung an Punkten (3,4) geteilt ist, die gegenüber den Teilungspunkten (5₅6) an denen der innere Ring (2) in zwei T_eile geteilt ist, in Umfangsrichtung versetzt sind; und einem federnden Spannglied (7), das die äußere Oberfläche des äußeren Ringes (l) umspannt und die äußeren und inneren Ringe (1,2) radial nach innen drückt.

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_Γ -282360α--.

j 2. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, j daß die Dichtungsflächen der inneren und äußeren Ringe an ihrem einen Ende eine ebene Fläche (13) senkrecht

Ϊ zur Ringachse (C) der inneren und äußeren Ringe (l,2) j bilden, während die Dichtungsflächen der inneren und

! äußeren Ringe an ihrem anderen axialen Ende eine kegel- j

förmige Oberfläche (9) aufweisen. ·

' 5. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ! daß die Dichtungsflächen der inneren und äußeren Ringe durch konische Oberflächen gebildet werden, die zur Achse die gleichen spitzen Winkel aufweisen.

4t. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (7) eine Ringfeder ist.

5. Spannglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannglied (7) als Blattfeder ausgebildet ist.

6. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere periphere Oberfläche des äußeren Ringes (l) mit einer umlaufenden Nut (8) versehen ist, in der das Spannglied (7) angeordnet ist.

7. Dichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß die inneren Ringe (2) und die äußeren Ringe (l) an diametral gegenüberliegenden Punkten (3,4;5,6) in jeweils zwei Teile geteilt sind.

8. Dichtungsvorrichtung bestehend aus einem ersten und zweiten Glied (l8,2l), die einander gegenüberliegende abzudichtende Ringoberflächen (19,22) aufweisen, die zwischen sich eine radial nach außen divergierende Ringnut bilden; einem inneren Ring (2) mit einer inneren und einer äußeren peripheren Oberfläche und gegenüberliegende Dichtungsendflachen, die dicht an den abzudichtenden Oberflächen des ersten (18) und zweiten Gliedes (21) anliegen, wobei der innere Ring (2) in Umfangsrichtung in zwei Sektionen geteilt ist; einem äußeren Ring (l) mit einer inneren peripheren Oberfläcne, die die äußere

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periphere Oberfläche des inneren Ringes (2) umfaßt, einer

äußeren peripheren Oberfläche und einander gegenüberlie— j genden Dichtungsendflachen (19,22), die mit den ringförmigen Oberflächen des ersten (l8) und zweiten Gliedes (21) in innigem Kontakt stehen, und der äußere Ring (l) in Umfangsrichtung an Punkten (3,4) geteilt, die in Umfangsrichtung gegenüber den Punkten (5,6),an denen der innere Ring (2) in zwei Sektionen geteilt ist, versetzt sind; und einem nachgiebigen Spannglied (7), das die äußere periphere Oberfläche des äußeren Ringes (1) umschlingt und den äußeren Ring (l) und den inneren Ring (2) radial nach innen drückt.

9· Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringflächen des ersten (l8) und zweiten Gliedes (21) durch konische Flächen gebildet werden, die einen gleichen spitzen Winkel zur den äußeren (l) und inneren Ringen (2) gemeinsamenAchse (C) bilden.

10. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 9₅ dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Glied ein Gehäuse (H) und eine vom Gehäuse (H) getragene Welle (S) sind.

11. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläche des ersten Gliedes (l8) durch ein elastisches Glied (17) am Gehäuse_t(H) befestigt ist, während die konische Oberfläche des zweiten Gliedes (21) an der Welle (S) durch ein weiteres elastisches Glied (20) befestigt ist.

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