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Titel: Dichtungsonordnung, insbesondere rotierende Dichtung
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Dichtungsanordnung, insbesondere rotierende Dichtung Die Erfindung
betrifft eine Dichtungsanordnung bestehend aus einem buchsenförmigen äußeren Teil
und einem in diesem äußeren Teil on geordneten sowie relativ zu diese. äußeren Teil
bewegbaren inneren Teil, sowie aus einer in einem der Teile vorgesehenen Ringnut
mit einem in dieser Ringnut und ia Abstand vom Boden der Ringnut untergebrachten
Dichtungsring, wobei in dem einen, die Ringnut aufweisenden Teil ein Kanal vorgesehen
ist, der einerseits in den Rau. der Ringnut unter dem Dichtungsring und andererseits
an einer Seite des die Ringnut aufweisenden Teiles mündet.
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Beispielsweise bei rotierenden Teilen besteht vielfach das Problem,
die Lagerstelle druckdicht auszubilden. Hierfür werden vielfach Dichtungsringe oder
O-Ringe verwendet, die dann jeweils in einer Ringnut a. inneren Lagerkörper bzw.
ai Umfang einer rotierenden Welle untergebracht sind und dichtend gegen die Innenfläche
des äußeren Lagerkörpers anliegen. Dies hat den Nachteil, daß durch den verwendeten
Dichtungsring bzw. durch den verwendeten O-Ring eine erhöhte Reibung zwischen dem
@ußeren Lagerkörper und de. inneren Lagerkbrper auftritt, was dann auch zu eine.
großen Verschleiß sowie zu einer geringen Betriebszeit führt, d.h. die verwendeten
Dichtungsringe müssen verhältnismäßig oft ausgetauscht werden.
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Es wurde bereits versucht, diese Nachteile durch einen sog. schwimmenden
Einbau von Dichtungsringen zu vermeiden. Bei eine. derartigen schwimmenden Einbau
sind der Innen-sowie Außendurchmesser des verwendeten Dichtungsringes so an die
Tiefe der Ringnut bzw. on den Durchmesser der Innenfläche des äußeren Lagerktsrpers
angepaßt, daß der Dichtungsring mit seiner inneren Ringfläche einen Abstand von
der Bodenfläche der Ringnut aufweist und
mit seiner äußeren Ringfläche
ggn die Innenfläche des außeren Lagerkörpers gerade, d.h. ohne wesentliche elastische
Verformung anliegt.
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Außerdem ist die Breite der Ringnut größer als der Querschnitt bzw.
die Dicke des Dichtungsringes, so daß sich dieser Dichtungsring in der Ringnut in
Richtung der Ringnutbreite an sich frei bewegen kann.
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Damit der Dichtungsring bei dieser Anordnung und Ausbildung den Raum
auf einer Seite des Lagers, der (Raum) mit einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt
wird, gegenüber dem Raum auf der anderen Seite des Lagers abdichten kann, ist weiterhin
ein Kanal vorgesehep, der die Ringnut im Bereich ihrer Bodenfläche mit dem unter
Druck stehenden Raum auf der einen Seite des Lagers verbindet. Beim Auftreten eines
Druckes wird der Dichtungsring durch das durch diesen Kanal fließende Druckmedium
zunehmend nach außen gedruckt, bis er dichtend gegen die Innfldche des äußeren Lagerteils
sowie gegen die dem nicht unter Druck stehenden bzw.
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unter einem verminderten Druck stehenden Raum benachbarte Seite der
Ringnut anliegt.
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Obwohl durch diesen schwimmenden Einbau eines Dichtungsringes eine
wesentliche Verringerung der Reibung zwischen dem Dichtungsring und den Lagerteilen
bzw. insbesondere zwischen dem Dichtungsring und dem äußeren Lagerteil erreicht
werden kann, hat dieser schwimmende Einbau den Nachteil, daß beim Druckaufbau im
Raum an einer Seite des Lagers eine beachtliche Menge des unter Druck stehenden
Mediums in unerwlinschter Weise Uber das Lager in den Raum an der anderen Seite
des Lagers gelangt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Dichtungsanordnung der eingangs
geschilderten Art erfindungsgemaß so ausgestaltet, daß die Breite der Ringnut geringfugig
kleiner ist als der Querschnitt bzw. die Dicke des Dichtungsringes in Richtung der
Ringnutbreite.
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Durch d-iese Ausbildung einer Dichtungsanordnung wird erreicht, daß
der Dichtungsring auch bei noch nicht unter Druck stehendem System dichtend gegen
die Seitenflächen der Ringnut anliegt, so daß beim Aufbau eines Druckes an der einen
Seite der Dichtungsanordnung der Dichtungsring zwar zunehmend gegen den die Ringnut
nicht aufweisenden Teil sowie gegen diejenige Seitenwand der Ringnut angedrückt
wird, die dem Raum ohne Druck bzw. dem Raum verminderten Druckes benachbart liegt,
ein Drucknittelverlust bei Druckaufbau bzw. bei Unter-Drucksetzen des Systems Uber
die Dichtungsanordnung und dabei insbesondere auch Uber den in die Ringnut Endenden
Kanal und am Dichtungsring vorbei wird bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung
vermieden. Die erfindungsgemöße Dichtungsanordnung bringt unter Beibehaltung der
Vorteile des schwinnenden Einbaus von Dichtungsringen eine wesentlich verbesserte
Dichtungswirkung, wobei der Dichtungsring bereits beim Unterdrucksetzen des Systems
bzw.
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bei ersten Druckaufbau voll wirksam ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungs
anordnung ist die Ringnut am inneren Teil, bei spielsweise am inneren als innerer
Lagerkörper fur eine rotierende Welle ausgebildeten Teil vorgesehen, wobei der äußere
Teil die Lagerhulse bzw. Lagerbuchse bildet.
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Die Breite der Ringnut ist dabei vorzugsweise um ca. 1-3 % geringer
als der Querschnitt bzw. als die Dickte des Dichtungsringes. Der innere Radius bzw.
der halbe innere Durchmesser des Dichtungsringes ist weiterhin bei einer bevorzugten
Ausfuhru ngsform der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung so gewählt, daß er um
2-5 % größer ist als der Radius der Bodenfluche der Ringnut.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen beschrieben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an zwei AusfUhrungsbeispielen
näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Dichtungsanordnung
gemaß der Erfindung in Form eines druckdichten Radiallagers, wobei der einfacheren
Darstellung wegen von der Lagerbuchse sowie von der gelagerten Welle nur jeweils
eine Hälfte gezeigt ist; Fig. 2 einen Querschnitt durch das Lager gemaß Fig. 1 entsprechend
der Linie I-I der Fig. 1; Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, jedoch bei
einer abgewandelten Ausführungsform.
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Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte druckdichte Lager besteht
aus einer äußeren zylinderförmigen Lagerbuchse 1, in der ein zylinderförmiger Lagerkörper
2 angeordnet ist. Dieser Lagerkörper 2 ist mit dem einen Ende einer Welle 3 verbunden,wobei
sowohl die Achse der Welle 3 als auch die Achse des Lagerkörpers 2 mit der Längsachse
L der Lagerbuchse zusaenfallen. Die Lagerbuchse 1, der Lagerkörper 2 sowie die Welle
3 bestehen vorzugsweise aus Metall. Es sind jedoch auch andere Materialien für die
Lagerbuchse 1, den Lagerkörper 2 und/oder die Welle 3 denkbar, beispielsweise Kunststoffmaterialien.
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Obwohl die kBerbuchse 1 in den Fig. 1 und 2 als diskretes Bauelement
dargestellt ist, kann diese Lagerbuchse selbstversttlndlich auch von eine rohrförmigen
Teil oder von einem rohrförmigen Gehäuseteil, beispielsweise von dem Gehäuseteil
oder der äußeren Wandung eines zahnärztlichen Handinstrumentes gebildet werden,
wobei dieser rohrförmige Teil oder Gehauseteil die Welle 3 Uber einen Teil ihrer
Lange oder Uber ihre gesamte Länge umgibt.
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Bei der für die Fig. 1 und 2 gewöhlten Darstellung wurde davon ausgegangen,
daß sich die vorzugsweise einstückig mit dem Lagerkörper 2 hergestellte Welle 3
nur rechts von diesem Lagerkörper wegerstreckt. Es ist jedoch auch möglich, daß
sich die Welle 3 auch an der linken Seite des Lagerkörpers 2 fortsetzt, wie dies
in der Fig. 1 mit unterbrochenen Linien angedeutet ist, oder daß sich die Welle
3 nur von dieser linken Stirnseite des Lagerkörpers 2 wegerstreckt.
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Der Lagerkörper 2 weist an seiner zylinderförmigen Umfangsfläche,
die der Innenflöche der Lagerbuchse 1 benachbart liegt, eine Ringnut 4 auf, die
zu dieser Umfangsfläche hin offen ist. In dieser Ringnut 4 ist zur Abdichtung des
Lagers bzw. zur Abdichtung des rechts vom Lagerkörper 2 befindlichen Raumes 5 gegenUber
dem links vom Lagerkörper 2 befindlichen Raum 6 ein Dichtungsring 7 in Form eines
OtRinges angeordnet. Dieser Dichtungsring 7, der aus elastischem Material, z.B.
aus elastischem Kunststoff oder aus Gummi besteht, weist - wie insbesondere auch
der Fig. 2 zu entnehmen ist einen solchen Außendurchmesser D auf, daB der Dichtungsring
7 mit seiner Umfangsfläche gegen die zylinderförmige Innenflache 1' der Lagerbuchse
1 anlae gt. Der Innendurchmesser d des bei der dargestellten Ausführungsform im
Querschnitt kreisförmigen Dichtungsringes 7 ist bezogen auf die tiefe der Ringnut
4 bzw. bezogen auf dem Abstand, den die Bodenfläche dieser Ringnut 4 von der Achse
L aufweist, so gewahlt, daß die Innenfläche bzw. innere Ringfläche des Dichtungsringes
7 einen gewissen Abstand von der Bodenfläche der Ringnut 4 besitzt. Der Querschnitt
des Dichtungsringes 7 ist weiterhin so gewählt, daß der Dichtungsring 7 leicht elastisch
verformt und dorit dichtend gegen die Seitenflächen der Ringnut 4 anliegt.
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Im Lagerkörper 2 ist wenigstens ein Kanal 8 vorgesehen, der einerseits
an der Bodenfläche der Ringnut 4 und andererseits an der rechten Stirnseite des
Lagerkörpers 2 lundet, so daß Uber diesen Kanal 8 der bm 5 mit dem unter dem Dichtungsring
7 liegenden Raum der Ibgnut 4 bzw. mit
dem vom Dichtungsring 7
und den Seitenflächen sowie der Bodenfitiche der Ringnut 4 begrenzten Raum verbunden
ist.
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Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsform wird davon
ausgegangen, daß der in der Fig. 1 rechts vom Lagerkörpers 2 liegende Raum 5, der
nach außen hin durch die Lagerbuchse 1 begrenzt ist und die Welle 3 ringförmig umgibt,
mit einem unter Druck stehenden Medium, z.B.
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mit Druckluft beaufschlagbar ist. Wird den Raum 5 das unter Druck
stehende Medium zugeführt, so gelangt es Uber den Kanal 8 unter den Dichtungsring
7, wodurch der Dichtungsring radial nach außen gedruckt wird und sich dichtend gegen
die Innenfläche 1' der Lagerbuchse 1 anlegt. Dieses radiale nach außen DrUcken des
Dichtungsringes 7 ist durch entsprechende elastische Verformung des Materials des
Dichtungsringes möglich.
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Da der Dichtungsring 7 schon von vorneherein, d.h. ohne daß der Raun
5 mit einem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt wurde, dichtend gegen die
Seitenflächen der Ringnut 4 anlag, wird verhindert, daß auch im ersten Moment kaim
Beaufschlagen des Raumes 5 mit dem unter Druck stehenden Medium dieses Medium am
Dichtungsring 7 vorbei sowie durch einen Spalt zwischen der Umfungsfläche des Lagerkörpers
2 und der Innenfläche 1' der Lagerbuchse 1 in den Raum 6 gelangen kann. Da der wirksame
Querschnitt des Kanales 8 wesentlich größer ist als der Querschnitt des Spaltes
zwischen der Innenfltlche 1' und der Umfongsfläche des Lagerkörpers 2 rechts vom
Dichtungsring 7, liegt der Dichtungsring 7 bereits unmittelbar nach dem Auftreten
eines Druckes im Raum 5 gegen die Innenfläche 1' dichtend an, so daß auch durch
diesen Spalt zwischen Innenfläche 1' und Lagerkörper 2 rechts vom Dichtungsring
7 kein unter Druck stehendes Medium bzw. nur unwesentliche Mengen dieses Mediums
in den Raum 6 gelangen können.
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Durch das unter Druck stehende Medium im Raum 5 wird der Dichtungsring
7 schließlich bei der für die Fig. 1 gewählten Darstellung hauptsächlich in die
obere linke Ecke des von der Ringnut 4 und der Innenfläche 1' gebildeten Raumes
gedruckt, d.h. der Dichtungsring 7 liegt hauptsächlich gegen die linke Seite der
Ringnut 4 sowie gegen die Innenfläche 1' der Lagerbuchse an, wodurch der Raum 5
endgültig gegenüber dem Raum 6 ab,gedichtet ist und auch bei rotierender Welle 3
abgedichtet bleibt.
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Da das voranstehend beschriebene radiale Auseinanderdrücken bzw. Expandieren
des Dichtungsringes 7 beim Auftreten eines Druckes im Raum 5 nur durch elastische
Verformung des Dichtungsringes 7 möglich ist, was zu einer Verkleinerung des Querschnitts
des Dichtungsringes führt, besteht bei der Erfindung die Möglichkeit, den Querschnitt
des Dichtungsringes sowie die Breite der Ringnut 4 in Richtung der Achse L so aneinander
anzupassen, daß der Dichtungsring 7 in der oben beschriebenen Weise dichtend gegen
die Seitenwände der Ringnut 4 anliegt, solange der Raum 5 nicht mit einem unter
Druck stehenden Medium beaufschlagt ist bzw. solange der Druck im Raum 5 einen vorgegebenen
Wert noch nicht überschritten hat, während dann beim Ansteigen des Druckes im Raum
5 und mit der hierbei auftretenden zunehmenden radialen Expansion des Dichtungsringes
7 der Querschnitt dieses Dichtungsringes so verkleinert wird, daß seine Querschnittsobmessungen
in Richtung der Achse L in etwa gleich der Breite der Ringnut 4 sind, wodurch dann
eine echte Schwimmende Anordnung des Dichtungsringes mit dem Vorteil einer optimalen
Abdichtung bei minimalen Reibungskraften erreicht wird.
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Die Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine Ausfuhrungsform eines druckdichten
Lagers, welches von seiner Funktion und Arbeitsweise dem Lager gemäß den Fig. 1
und 2 entspricht. Do in der Fig. 3 dargestellte Lager unterscheidet sich von Lager
gemaß den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß anstelle des Logerkörpers 2 ein Lagerkörper
9 Verwendung findet, der aus zwei tcheib nförmigen
Teilen 10 und
11 besteht, die Uber ein Zylinderstuck 12 im Abstand sowie parallel zueinander gehalten
sind. Die Achse der scheibenförmigen Körper 10 und 11 sowie des Zylinderstucks 12
fallen wiederum mit der Achse der Welle 3 bzw. mit der Achse der Lagerbuchse 1 zusammen,
wobei die Welle 3 nit ihrem einen Ende an der dem ZylinderstUck 12 abgewandten Stirnseite
des scheibenförmigen Teiles 11 befestigt ist.
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Da das zwischen den scheibenförmigen Teilen 10 und 11 liegend. ZylinderstUck
12 einen kleineren Durchmesser als diese scheibenförmigen Teile aufweist, entsteht
zwischen den ringförmigen Teilen 10 und 11 die Ringnut 4, die zur Aufnahme des Dichtungsringes
7 dient. Die Bodenfldche der Ringnut 4 wird von der Umfangs flache des Zylinderstuckes
12 gebildet, während die zylinderförmigen Umfangsflächen der scheibenförmigen Teile
10 und 11 die eigentlichen Lagerflächen des Lagers sind, die an der Innenflache
1' der Lagerbuchse 1 gleiten.
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Das in der Fig. 3 dargestellte Lager besitzt wiederum einen Kanal
8, der einerseits an der Umfangsfltlche des Zylinderstucks und andererseits an der
der Welle 3 zugewandten Stirnseite des scheibenförmigen Teiles 11 mUndet, wobei
die Mundungsöffnung des Kanales 8 hier wiederum gegenüber der Umfangsflache der
Welle 3 radial nach außen versetzt liegt. Der Kanal 8 erstreckt sich sowohl durch
den scheibenförmigen Teil 11 als auch durch das Zylinderstuck 12.
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Die scheibenförmigen Teile 10 und 11 sowie das Zylinderstuck 12, die
beispielsweise wiederum aus Metall oder einem anderen geeigneten Material bestehen,
sind durch geeignete Mittel, z.B. durch Schrauben untereinander sowie mit der Stirnseite
der Welle 3 verbunden.
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Bei einer bes rzugten Ausführungsform ist die Breite der Ringnut 4
um ca. 1-3 % geringer als der Querschnitt des Dichtungsringes 7, wobei der Innenradius
bzw. der halbe Innendurchmesser d des Dichtungsringes 7 etwa
2-5
% grober ist als der Abstand, den die Bodenflöche der Ringnut 4 bzw.
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die Umfangsfläche des Zylinderstücks 12 von der Achse L aufweisen.
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Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
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es versteht sich, daß Anderungen sowie Abwandlungen möglich sind,
ohne doX dabei der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird.
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So ist es beispielsweise möglich, wenigstens eine Seitenfläche der
Ringnut 4 schräg zur Achse L verlaufend auszubilden, so daß sich die Ringnut zu
ihrer Bodenfläche hin keilförmig verengt, wie dies in der Fig. 1 bei 4' mit einer
unterbrochenen Linie Ubertrieben dargestellt ist. Hierdurch wird der Ubergang zur
schwimmenden Anordnung des Dichtungsringes 7 bzw.
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der auf Seite 7, 2. Absatz beschriebenen Effekt noch versttlrkt.