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Drehverbindung mit Stirnflächendichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf drehbare Verbindungen mit Stirnflächendichtungen,
und zwar insbesondere schuhartige Stirnflächendichtungen mit zugehörigen Federmitteln,
um den Dichtungseingriff aufrecht zu erhalten. In US-PS 3 614 113 ist eine Dichtung
der Schuhbauart gezeigt, die zur Verwendung bei der Abdichtung einer Kettenstiftanordnung
dient. Die Dichtung weist Belleville-Federmittel auf, um entgegengesetzt liegende
Teile des Schuhs in Dichteingriff mit aufeinanderzuweisenden Oberflächen der abzudichtenden
Glieder zu bringen. Die Schenkel des Schuhs, die durch die entgegengesetzt liegenden
Belleville-Federn in Eingriff sind, sind elastisch und ein Buchtteil des Schuhs
sieht eine statische Dichtung mit einer radial außen gelegenen Oberfläche eines
der abzudichtenden Glieder vor.
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US-PS 3 269 738 zeigt eine Dichtung zur Verwendung bei Drehkolbenmotoren,
wobei eine Scheibenfeder in einem elastischen Körper eingebettet ist und in abnehmbarer
Weise mit einem Gleitring in Verbindung steht. Die Scheibenfeder kann radial geschlitzt
sein.
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US-PS 3 370 895 zeigt eine Dichtung für Bohreinsätze, wobei hier eine
Feder mit einem Gummiabdichtring ausgestattet ist. Der Abdithtring seinerseits ist
mit einem elastischen Haltering verbunden. Eine Anzahl unterschiedlicher Dichtungsformen
ist in den folgenden US-Patenten gezeigt: 2 338 169, 2 481 430, 2 814 513, 3 050
346 und 3 218 107. Ferner zeigen GB-PS 1 425 364 und JP-PS 131 725 Dichtungsausbildungen.
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Die Erfindung betrifft eine Dichtanordnung für eine Verbindung mit
einem ersten und einem zweiten Glied, wobei das erste Glied eine zylindrische sich
axial nach außen öffnende Ausnehmung aufweist, während das zweite Glied benachbart
zum ersten Glied angeordnet ist und eine auf die Ausnehmung zuweisende Abdichtoberfläche
besitzt, und wobei ferner die Glieder derart miteinander in Beziehung stehen, daß
eine relative Drehbewegung um die Achse der Ausnehmung und eine Relativbewegung
zueinander hin und voneinander weg in Richtung der Achse vorgesehen ist. Gemäß der
Erfindung weist die Abdichtanordnung ein ringförmiges Tragglied auf, welches einen
radial äußeren flexiblen Verbindungsteil, abgedichtet mit dem einen Glied, umfaßt,
und ferner ist ein radial innerer, im wesentlichen starrer Versteifungsteil vorgesehen;
ferner ist eine Ringdichtung vorgesehen, die aus einem Abdichtmaterial ausgeformt
ist, welches einen hohen Abrieb und Abrasionswiderstand besitzt und wobei die Dichtung
sich axial vom Versteifungsteil aus erstreckt und eine Abdichtlippe definiert, die
in Dichteingriff mit der darauf hinweisenden Abdichtoberfläche besitzt; schließlich
sind noch Federmittel am axial inneren Ende der Ausnehmung
vorgesehen
und können in effektiver Weise zwischen dem ersten Glied und dem Versteifungsteil
des Tragglieds, um die Lippe in fortgesetzten Abdichteingriff mit der Abdichtoberfläche
zu drücken, und zwar trotz der relativen Axialbewegung zwischen den Gliedern.
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Durch diesen Aufbau halten die durch den Versteifungsteil des Tragglieds
wirkenden Federmittel die Abdichtlippe in Kontakt mit der darauf hinweisenden Abdichtoberfläche,
wobei jedwede Axialbewegung durch den flexiblen und vorzugsweise elastischen radial
äußeren Verbindungsteil des Tragglieds aufgenommen wird. Dieser Verbindungsteil,
der vorzugsweise aus einem Material mit hoher Elastizität über einen weiten Temperaturbereich
hinweg besteht, kann statisch mit einer Umfangswand der Ausnehmung abgedichtet sein.
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Der Verbindungsteil kann innerhalb der Ausnehmung zusammengepreßt
sein, oder aber in der Ausnehmung verbunden (eingeklebt) sein. Bei einem Aufbau
jedoch wird das ringförmige Basisglied koaxial beispielsweise durch Preßpassung
innerhalb des radial äußeren Teils der Ausnehmung aufgenommen, und der Traggliedverbindungsteil
wird koaxial innerhalb des Basisgliedes aufgenommen. Das Basisglied kann einen radial
nach innen gewendeten Flansch am inneren Ende der Ausnehmung besitzen, wobei die
Federmittel mit dem Flansch in Eingriff stehen.
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Der Traggliedverbindungsteil ist vorzugsweise mit dem Traggliedversteifungsteil
verbunden (verklebt). Die Dichtung kann in integraler Weise mit dem Versteifungsteil
ausgebildet sein, oder mit diesem verbunden und/oder mit diesem verkeilt sein. Beispielsweise
kann der Versteifungsteil im Axialschnitt einen radial äußeren Kopfteil aufweisen,
der am Traggliedverbindungsteil befestiqt ist; schließ]ich erstreckt sich radial
nach i.nnen vom Kopfteil aus ein Schenkelteil, der mit einer Axialseite durch Federmittel
in
Eingriff steht und von dessen anderer Axialseite sich die Dichtung aus erstreckt.
Der Versteifungsteil kann dann einen im wesentlichen T-förmigen Schnitt besitzen.
Der Schenkelteil kann mit Abstand angeordnete hindurchgehende Löcher aufweisen,
durch welche das Material, aus dem die Dichtung ausgeformt ist, verläuft.
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Unabhängig davon, ob die Dichtung integral mit dem Versteifungsteil
ausgebildet ist oder daran befestigt ist, kann sie eine axial nach innen und radial
nach innen sich öffnende Ringausnehmung bilden, in der die Federmittel angreifen.
Die Reaktion von den Federmitteln wird dann vorzugsweise im wesentlichen in Axialausrichtung
mit dem Kontaktpunkt zwischen der Dichtungslippe und der darauf hinweisenden Oberfläche
des zweiten Glieds angelegt.
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Die Federmittel weisen vorzugsweise Belleville-Federmittel auf, wie
beispielsweise eine axial innere Belleville-Feder, die eine Reaktion von dem ersten
Glied aufnimmt, und ferner ist eine axial äußere Belleville-Feder in Eingriff mit
dem Versteifungsteil, wobei die Belleville-Federn einander kontaktieren an ihren
radial innen gelegenen Enden und voneinander radial nach außen divergieren. Die
Federmittel können derart angeordnet sein, daß sie über einen flachen Teil im Bewegungsbereich
zwischen den Verbindungsgliedern hinaus bewegt werden, um so eine in effektiver
Weise minimierte Kraftvariation bei der Abdichtkraft vorzusehen, die unter Wirkung
der Federmittel an die Abdichtlippe angelegt wird.
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Die erfindungsgemäße Dichtanordnung ist einfach und wirtschaftlich
im Aufbau, ist aber in der Praxis höchst effizient. Im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung bedeutet die Definition der Ausnehmung als "zylindrisch", daß jedwede
Ausnehmung mitumschlossen sein soll, die eine im wesentlichen zylindrische Außenumfangswand
besitzt,
und daher wird auch eine Ringausnehmung mitumfaßt, deren
Innenumfangswand beispielsweise durch einen Teil ausgestattet sein kann, der die
Drehassoziation einer Verbindung zwischen den ersten und zweiten Gliedern ermöglicht.
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Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich
insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung; in der Zeichnung werden drei Beispiele von Verbindungen beschrieben,
welche erfindungsgemäße Abdichtanordnungen aufweisen; in der Zeichnung zeigt: Fig.
1 einen Axialschnitt durch eine Verbindung; Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt
durch den Teil der Dichtungsanordnung der Verbindung gemäß Fig. 1; Fig. 3 eine Teilschnittansicht
des Versteifungsteils des Tragglieds der Dichtungsanordnung gemäß Fig. 2; Fig. 4
und 5 Ansichten ähnlich der Fig. 2, aber für die zweiten und dritten Beispiele der
Verbindung.
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Wie in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung gezeigt, weist eine Verbindung
10 ein erstes Glied, hier ein Verbindungselement 11, verbunden mit einem Verbindungselement
12, durch einen Stift 13 auf. Die dargestellte Verbindung bildet eine Kettenverbindung,
wie sie beispielsweise bei einem Traktor der Kettenbauart verwendet wird. Das äußere
Ende des Stifts ist durch Preßpassung in dem Verbindunyselement 11 angeordnet, und
ein Innenteil des Stifts ist drehbar in ein zweites Glied eingepaßt, und zwar mit
einer Buchse 14, die in das Verbindungselement 12 eingepaßt ist. Die Axialbewegung
zwischen der Buchse 14 und dem Verbindungselement 11 ist
durch
einen Schubring 15 begrenzt, der, wie in Fig. 2 gezeigt, mit einer axial nach außen
weisenden Oberfläche 16 und einer radial äußeren radial nach innen weisenden zylindrischen
Umfangsoberfläche 17 einer Gegenbohrung im Verbindungselement 11 zusammenarbeitet,
um eine Dichtungsausnehmung 18 zu definieren. Eine Dichtungsanordnung 19 befindet
sich innerhalb der Ausnehmung 18 zur effektiven Abdichtung der Verbindungsglieder
11 und 14 miteinander trotz einer substantiellen Axialbewegung dazwischen.
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Speziell weist, wie man am besten in Fig. 2 sieht, die Dichtungsanordnung
19 einen Dichtring 20 auf, und zwar mit einem Lippenteil 21, der mit einer konfrontierenden
(darauf hinweisenden) Abdichtoberfläche 22 der Büchse im Eingriff steht.
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Der Dichtungsring wird durch eine ringförmige Versteifung 23 getragen,
die, wie in Fig. 2 gezeigt, T-Querschnitt besitzt und einen sich radial erstreckenden
Schenkelteil 24 aufweist, der eine Vielzahl von tiffnungen- 25 besitzt, durch welche
der Dichtungsring 20 ausgeformt ausgebildet ist.
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Der Dichtungsring 20 kann aus irgendeinem geeigneten, stark abrasionsbeständigen
dichtbaren Formmaterial bestehen, beispielsweise aus Polyurethan.
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Die Versteifung 23 weist ferner einen sich quer erstreckenden Kopfteil
26 auf, der mit einem flexiblen elastischen Ringverbindungsteil 27 verbunden ist,
der seinerseits mit einer starren Ringbasis 28 verbunden und innerhalb dieser zusammengedrückt
ist, wobei diese Basis 28 aus einem Material wie beispielsweise Metall ausgeformt
sein kann.
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Die Basis 28 ist in die Zylinderoberfläche 17 der Ausnehmung 18 eingepaßt,
und zwar beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch Preßpassung, um so eine statische
Abdichtung damit vorzusehen.
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Die Dichtungsanordnung 19 weist ferner im ganzen mit 29 bezeichnete
Ringfedermittel auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel Belleville-Federmittel
aufweist, welche eine erste axiale innere Feder 30 und eine zweite axial äußere
Feder 31 umfassen, die einen Außendurchmesser kleiner als die Feder 30 besitzt.
Die Außenfeder 31 besitzt eine Federkonstante (Federrate), die hinreichend hoch
ist, um die innere Feder 30 an ihrer flachen ausgelenkten Position vorbeizubewegen,
wenn der Abstand zwischen den Gliedern 11 und 14 sich vergrößert, wodurch eine im
wesentlichen konstante Federkraft an der Abdichtlippe über den normalen Arbeitsbereich
der Federdichtung hinweg vorgesehen wird.
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Die Gasis 28 ist mit einem radial nach innen gewendeten Flansch 32
ausgestattet. Der radial äußere Teil 33 der Feder 30 liegt am Flansch 22 an, um
eine frei bewegbare Halterung für die Federmittel 29 vorzusehen. Der radial innere
Teil der Feder 30 steht mit dem radial inneren Teil 35 der Feder 31 in Eingriff.
Der radial äußere Teil 36 der Feder 31 steht mit dem Versteifungsschenkelteil 24
axial außerhalb von Lippe 21 des Abdichtrings 20 in Eingriff, um so eine Federvorspannkraft
vorzusehen, die im allgemeinen axial zum Lippenteil hin wirkt, und zwar durch den
Versteifungs-und Abdicht-Ring 20, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.
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Der Versteifungsteil 23, 24, 26 kann aus einem starren Material wie
beispielsweise Metall oder einem harten Kunstharz ausgebildet sein, um so eine positive
Ubertragung der Federkraft zum Abdichtring 20 vorzusehen, und um eine verbesserte
dynamische Abdichtung der Lippe 21 mit der Verbindungsgliedoberfläche 22 zu erreichen.
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Die Belleville-Federmittel gestatten eine substantielle axiale Bewegung
zwischen den Verbindungsgliedern 14 und 11 und somit zwischen den Oberflächen 16
und 22, ohne eine wesentliche Änderung der Abdichtwirkung der Lippe 21 an der Abdichtoberfläche
22. Somit stellt der flexible
Verbindungsteil 27 der Versteifungsmitte
die freie Bewegung des Abdichtrings 20 unter der Vorspannwirkung der Federmittel
29 über einen wesentlichen Bereich der Axialversetzung der Oberfläche 22 relativ
zur Oberfläche 16 sicher, wobei in effektiver Weise die Lippe 21 an dem konfrontierenden
(darauf hinweisenden) Teil der Abdichtoberfläche 22 stabilisiert ist.
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Um weiterhin in effektiver Weise die Wirkung der Abdichtstruktur 19
zu stabilisieren, ist die Belleville-Feder derart angeordnet, daß sie über ihre
flache Position innerhalb des Bewegungsbereichs der Verbindungsglieder hinaus abqelenkt
wird, so daß die Variation der Federkraft in effektiver Weise minimiert wird.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 sei darauf hingewiesen, daß der Versteifungsschenkelteil
24 mit sechs öffnungen 25 ausgestattet sein kann, die mit gleichem Winkelabstand
um die Achse des ringförmigen Versteifers herum angeordnet sind, um so eine verbesserte
verteilte Befestigung des Abdichtrings daran vorzusehen.
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Es sei nunmehr auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 eingegangen,
wo eine modifizierte Form einer Abdichtstruktur, die im allgemeinen mit 19 bezeichnet
ist, dargestellt ist und einen ähnlichen Aufbau zeigt wie die Dichtungsstruktur
19, wobei aber hier der Abdichtring 120 und der Versteiferinnenteil 123 ein einheitliches
Element 137 bilden. Die im Ganzen mit 129 bezeichneten Federmittel weisen ein Paar
von Belleville-Federn 130 und 131, unter Belastung in Serie angeordnet, auf. Die
Federn sind derart angeordnet, daß der axiale Dichtungslauf über einen relativ flachen
Teil der gesamtserienfederkonstanten Kurve hinweg folgt, ohne die flache Position
zu durchlaufen. Der radial tiuncsre trcMi 1 133 der Ipe(ler 130 st(40 L mit der
Verbindulle3c;-gliedoberfläche
16 in Eingriff, und der radial
äußere Teil 136 der Feder 131 steht mit dem radial inneren Teil 124 des Elements
137 in Eingriff. Element 137 definiert ferner einen Abdichtlippenteil 121, der in
abdichtender Weise mit der Verbindungsabdichtoberfläche 22 in Eingriff oder Berührung
steht und in einem dynamischen Dichtungseingriff damit durch die Federmittel 129
gehalten wird, welche durch das Element 137 wirken.
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Ein elastischer Verbindungsteil 127 ist mit dem Element 137 verbunden
und ist innerhalb der Gegenbohrungsoberfläche 17 zusammengedrückt, um eine statische
Abdichtung damit vorzusehen.
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Auf diese Weise liefert die Dichtungsstruktur 119 eine verbesserte
dynamische Abdichtung der Lippe 121 mit der Verbindungsabdichtoberfläche 22, und
zwar über einen weiten Bewegungsbereich zwischen den Verbindungsgliedern 14 und
11 hinweg, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3, und zwar infolge der aufrechterhaltenen
Dichtungskraft, vorgesehen durch die Federmittel 129, infolge des Versteifers und
des Abdichtelements 137, wobei aufrechterhaltene Abdichtkraft am Lippenteil 121
vorgesehen ist, und wobei ferner diese Bewegung frei durch den flexiblen Verbindungsteil
127 der Abdichtstruktur zugelassen wird.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Element 137 aus einem
abrasionsbeständigen relativ harten, einen hohen Modul aufweisenden abdichtbaren,
synthetischen Harz, wie beispielsweise flartpolyurethan, hergestellt. Der Fachmann
erkennt, daß auch andere geeignete Materialien für das Versteifer- und Abdichtelement
verwendet werden können.
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Eine weitere abgewandelte Form einer im ganzen mit 219 bezeichneten
Dichtstruktur ist in Fig. 5 gezeigt.
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Die Dichtstruktur 219 ist im allgemeinen ähnlich der Dichtstruktur
19, verwendet aber ein T-förmiges Versteifungselement 223, bei dem der Abdichtring
220 damit verbunden (verklebt) ist, um so die Abdichtlippe 221 in Abdichteingriff
mit der Verbindungsgliedoberfläche 22 anzuordnen.
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Kopfteil 226 des Versteifers ist mit einem Verbindungsteil 227 verbunden
(verklebt), der seinerseits in der Gegenbohrung 17 des Verbindungselements 11 aufgenommen
ist, um so eine statische Dichtung damit vorzusehen.
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Federmittel 229 können in der Form eines Paars von ringförmigen Belleville-Federn
230, 231 vorgesehen sein, die in Serie unter Belastung stehen und in der oben erwähnten
Weise arbeiten, wie dies unter Bezugnahme auf Federmittel 129 beschrieben wurde.
Der radial äußere Teil 233 der Feder 230 steht mit der Verbindungsgliedoberfläche
16 in Berührung, und der radial äußere Teil 236 der Feder 231 steht mit dem Schenkelteil
224 des Versteifers 223 in Eingriff, und zwar im allgemeinen axial nach außen gegenüber
der Dichtungslippe 221, um so eine aufrechterhaltene Vorspannung der Abdichtlippe
gegen die Abdichtoberfläche 22 vorzusehen, und zwar zu allen Zeiten, unabhängig
von einer substantiellen axialen Bewegung zwischen den VerbindungsgliedoberflAchen
22 und 16.
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Die Bewegung der Dichtungslippe 221 zur Nachfolge der Bewegung der
Oberfläche 22 wird ohne weiteres gestattet durch den flexiblen Verbindungsteil 227
unter der Vorspannwirkung der Federmittel. Der Versteifer kann aus irgendeinem geeigneten
Material ausgeformt sein, wie beispielsweise aus Metall oder einem relativ harten
synthetischen Harz, um so eine positive Ubertragung der Vorspannkraft auf die Dichtlippe
vorzusehen, wie dies oben beschrieben wurde.
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Somit liefert jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele eine
in verbesserter Weise aufrechterhaltene
Abdichtung der Dichtungsringlippe
mit der darauf hinweisenden oder konfrontierenden Verbindungsabdichtoberfläche über
einen weiten Bereich von Axialbewegungen dieser Oberfläche relativ zum entgegengesetzt
angeordneten Verbindungsglied hinweg, und zwar infolge des Versteifers, um so eine
im wesentlichen konstante Gliedervorspannkraft auf die Abdichtlippe zu übertragen
und auf den Verbindungsteil, der gestattet, daß eine derartige konstante Federkraft
an die Abdichtlippe über einen großen Bewegungsbereich hinweg zwischen den Abdichtgliedern
angelegt wird.
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Ähnliche Elemente jedes der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele
sind durch gleichartige Bezugszeichen, aber erhöht um 100, angegeben.
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Die industrielle Anwendbarkeit.
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Die erfindungsgemäße Dichtstruktur kann bei einem großen Bereich unterschiedlicher
industrieller Anwendungsfälle benutzt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die Abdichtstruktur in einer Kettenverbindung benutzt, wo die Kettengelenke
beweglich durch einen Stift in Verbindung stehen, und wobei eine aufrechterhaltene
Schmierung erforderlich ist. Dem Fachmann ist klar, daß die verbesserte Dichtstruktur
in vorteilhafter Weise immer dort verwendet werden kann, wo eine Ringdichtung benutzt
wird zur Abdichtung von Verbindungsgliedern, die eine beträchtliche relative Axialbewegung
zwischen einander aufweisen, und zwar insbesondere in einer einen starken Abrieb
verursachenden Umgebung.
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Die neue verbesserte Dichtungsstruktur der Erfindung sieht eine Anzahl
von außerordentlich erwünschten Merkmalen bei solchen Kettenverbindungsanwendungsfällen
vor. Speziell gestattet der Verbindungsteil der Dichtung als gesondertes Element
die Ausbildung aus einem Material mit optimalen
Elastizitätseigenschaften
über einen großen Temperaturbereich hinweg, da dieser Teil der Dichtung eine Abdichtfunktion
ausübt. Und umgekehrt kann der Abdichtringteil der Abdichtstruktur, der die Struktur
nicht in flexibler Weise tragen muß, aus einem Material ausgebildet sein, welches
optimale Abrieb- und Abrasionseigenschaften besitzt, ohne daß dabei Kompromisse
eingegangen werden, um so ein optimales Abdichtelement zu bilden.
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Da die Abdichtstruktur durch gesenkartige Ausbildung des Basiselements
radial nach innen ausgebildet werden kann, kann der Verbindungsteil der Abdichtstruktur
in Radialkompression angeordnet werden, um so eine Ermüdung beim Betrieb der Abdichtstruktur
zu vermindern.
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Die Abdichtstruktur kann eine in permanenter Weise eingekapselte Anordnung
aufweisen, die in effektiver Weise ein daran Herumspielen verhindert, da in effektiver
Weise die nichtautorisierte Zerlegung ohne Zerstörung der Basiselementkonfiguration
verhindert ist.
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Ferner sieht der Basiselementflansch einen verbesserten, stark abriebbeständigen
Lagerteil für die Belleville-Federn vor, um so die gesteuerte oder kontrollierte
gehalterte Durchbiegung der Federn beim Betrieb der Abdichtstruktur zu gestatten.