DE3143508A1

DE3143508A1 - Wellendichtung und verfahren zur herstellung einer gleitflaeche derselben

Info

Publication number: DE3143508A1
Application number: DE19813143508
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kameyama; Risaburo Sagehashi; Takao Souja Okayama Shimomura; Tadamasa Takahashi Okayama Yanai
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 1980-11-04
Filing date: 1981-11-03
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DK171954B1; FR2494380B1; DK486381A; FR2494380A1; US4420162A; US4444399A

Description

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Dr. Werner Haßler
Patentanwalt	-3-
Asenberg 62		. November
5880 Lüdenscheid		81 149 '

Anraelderin: Firma Eagle Indutry üompany Ltd.

6-15, Shibakoen 2-chorae, Minato, Tokio, Japan

Wellendichtung und Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche derselben

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung mit einem gehäuseseitigen Sitzring und einem an einer den Sitzring durchquerenden Welle befestigten, mit derselben rotierenden Dichtring, wobei der Dichtring und der Sitzring gegeneinander einen Gleitkontakt haben, um ein Auslecken von Druckmittel zu verhindern.

Um die Leckgröße einer Wellendichtung mit einer Gleitfläche eines Sitzring und einer Gleitfläche eines Dichtrings, die aufeinandergleiten, herabzusetzen, wendet man die Maßnahme an, durch Erhöhung der Oberflächengenauigkeit den üruckmittelfilm zwischen den Gleitflächen möglichst dünn zu halten. Bekannt ist auch die Anordnung einer Spiralnut innerhalb der Gleitfläche, wodurch der Druckmittelfilm unter Ausnutzung des sich einstellenden Pumpeffekts dünner wird.

Beide Maßnahmen verringern zwar den Leckanteil, führen jedoch zu einer Erhöhung der Wärmeerzeugung infolge der Gleitbewegung. Dadurch werden infolge der Erwärmung Verschlechterungen hervorgerufen, die Wärmeverformung und die Abnutzung der Gleitfläche werden größer. In manchen Fällen können Brüche innerhalb der Dichtung auftreten, z.B. Risse und eine Aufrauhung der Gleitfläche. Die Beständigkeit der Abdichtung wird verringert.

Es erweist sich als sehr schwierig, die Dichtwirkung und die Wärmeerzeugung infolge der Gleitwirkung zu beherrschen, da diese Größen eine gegenseitige Abhängigkeit zeigen. Deshalb hat :nan für den Sitzring und den Dichtring wärmebeständige Gleitstoffe eingesetzt, um den Sicherheitsfaktor zu vergrößern, oder eine geringfügige.Zunahme der Leckgröße wurde zugelassen.

Zur Formung einer Gleitfläche in einem Sitzring oder Dichtring bei einer herkömmlichen Wellendichtung werden weitgehend Verfahren

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wie LUppun, SchleiLiiii, Schneiden und Gießen elngeniitzt. Im Anschluß an diese Verfahrensstufe erfolgt ein Polieren, Schleifen oder eine mechanische oder chemische Oberflächenaufrauhung. Diese herkömmlichen Maßnahmen erreichen zwar in gewisser Weise die Aufrechterhaltung einer Abdichtbeständigkeit. Dadurch läßt sich jedoch nicht die Verteilung zwischen, dem Dichtanteil und dem Schmieranteil der Gleitfläche beherrschen. Infolgedessen kann man den Anteil der Leckgröße und der Wärmeerzeugung in der Gleitfläche nicht sicher einstellen.

Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung einer Wellendichtung, daß sowohl der Anteil der Leckgröße als auch die Wärmeerzeugung in der Gleitfläche sicher beherrscht werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in einer Gleitfläche des Sitzrings oder des Dichtrings eine Anzahl feiner, in radialer Richtung ausgerichtete Nuten vorgesehen ist, wobei ein Teil der feinen Nuten in Drehrichtung der Welle und ein anderer Teil der feinen Nuten entgegen der Drehrichtung der Welle gegenüber der radialen Richtung geneigt ist, und aß beide Enden jeder feinen !Tut jeweils zur Außenseite und zur Innenseite der Gleitfläche reichen, und daß unter diesen feinen Nuten die entsprechend der Ausrichtung zur Drehrichtung eine Pumpwirkung ausübenden im Sinne einer überwiegenden Auswirkung geformt sind.

Die- Wellendichtung nach der Erfindung unterscheidet sich dadurch in nichtnaheliegender Weise vom Stand der Technik, daß nicht nur die Dichtwirkung, sondern auch die Schniierwirkung verbessert wird. Außerdem ist die Abdichtbeständigkeit vergrößert, wobei ein Auslecken von Druckmittel durch einen Gleitkontakt innerhalb der besonders ausgebildeten Gleitfläche verhindert ist.

In weiterer Ausbildung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der genannten Nuten in der Gleitfläche. Dadurch läßt sich die Dichtwirkung bzw. der Anteil des Ausleckens und die richmierwirkung oder der Anteil der Wärmeerzeugung innerhalb der Dichtfläche genau vorgeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer vollständigen Wellendichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Gleitfläche eines Dichtrings, Fig. 3 eine vergrößerte Teildraufsicht auf die Gleitfläche

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eines Dichtriads,

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt einer Gleitfläche eines

Dichtrings,

Fig. 5 bis 7 Draufsichten auf abgewandelte Gleitflächen, E'i;?· ^ ein Schaubild der Beziehung zwischen der Anzahl der feinen Nuten innerhaln der Gleitfläche und der Leckgröße und Fig. 9 eine Draufsicht auf eine weitere Ausfiihrungsform einer

Gleitfläche nach der Erfinduny.

Die AusfUhrungsform nach den Fig. 1 und 2 zeigt eine Wellendichtung 1 für eine mechanische Abdichtung gegen einen Außendruck, deren Hauptteil in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Es soll ein Leckfluß eines Strömungsmittels A, das im Außenraum des Umfangshereichs der Wellendichtung 1 vorhanden ist, verhindert werden. Zwischen einem an einem Gehäuse 2 befestigten Sitzring 3 und einem an einer Welle 4 befestigten üichtring 5 ist ein Gleitkontakt vorgesehen. Die Welle 4 reicht durch den Sitzring 3. Der Dichtring 5 dreht sich zusammen mit der Welle 4.

Auf einer Gleitfläche 5a des Dieatrings 5 sind feine Nuten b ausgebildet, die in Durctuiiesserrichtung innerhalb der Gleitfläche 5a rückwärts bezogen auf die Drehrichtung (Pfeil B) des Dichtrings 5 geneigt sind, also entgegen der Drehrichtung. Ferner sind feine Nuten vorwärts in Drehrichtung geneigt. Beide Enden der feinen Nuten 6 und 7 reichen jeweils bis zur äußeren Umfangskante 5b bzw. zur inneren ¹Jmfangskante 5c der Gleitfläche 5a, so daß die feinen Nuten 6 und 7 einander kreuzen. Die vorwärts in Drehrichtung geneigten feinen IJuten 7 dienen zur Ausbildung eines Schmierfilms des Strömungsmittels innerhalb der Gleitfläche 5a (Schmierfunktion), dagegen die rückwärts entgegen der Drehrichtung geneigten Nuten 6 zur Abdichtung des Strömungsmittels unter Verwendung einer Pumpwirkung (Abdichtfunktion). Gemäß der Darstellung der Fig. 3 in vergrößertem Maßstab tritt das abzudichtende Strömungsmittel A iafolge der Drehung der Gleitfläche 5a und der Viskosität in die feinen Nuten 7 ein und bewegt sich dann unter ■ Ausfüllung der feinen Nuten 7. Dadurch wird ein Schmierfilm des Druckmittels ausgebildet, so daß zwischen der Gleitfläche 5a des Dichtrings 5 und der Gleitfläche 3a des Sitzrings 3 eine Schmierung erfolgt. Das abgedichtete Strömungsmittel A, das sich längs der in Drehrichtung geneigten feinen Nuten 7 bewegt hat, tritt dann in die entgegen der Drehrichtung rückwärts geneigten feinen Nuten 6 an den Kreuzungsstellen der Nuten 6 und 7 über, so daß das Strömungsmittel Ä auf

der Eintrittsseite (der äußeren Umfangskante 5b) ausgegeben wird, ohne daß es die innere Unifangskante 5c der Gleitfläche 5a erreicht. Bei dieser Ausführungsform sind die vorwärts geneigten feinen Nuten und die rückwärts geneigten feinen Nuten 6 so ausgebildet, daß sie eine höhere Ausgabefähigkeit als Aufnahmefähigkeit zwischen den Gleit— flächen 3a und 5a haben. Dies bedeutet, daß die Ausgabefähigkeit der rückwärts geneigten feinen Nuten 6 die Aufnahmefähigkeit der vorwärts geneigten feinen Nuten 7 übersteigt. Anzahl, Form und Richtung der rückwärts geneigten feinen Nuten liefern also den überwiegenden Anteil. Um in diesem Fall ein Auslecken von Strömungsmittel durch die Wellendichtung 1 im Stillstand der Maschine zu vermeiden, muß man einen Ausfluß aus den feinen Nuten 6 und 7 verhindern. Dieses wird durch eine Feinbearbeitung der feinen Nuten 6 und 7 in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,7 utn erreicht. Wenn ein gewisse Ausleckgröße zulässig ist, wenn die Stillstanddauer kurz ist oder wenn das Strömungsmittel während des Stillstands der Maschine nicht zu der Wellendichtung gelangt oder der Druck aufgehoben wird, genügt eine Feinbearbeitung der feinen Nuten 6 und 7 in einem Bereich von 1,0 bis 3 um, in dem der übliche Dichteffekt erreicht werden kann. Die feinen Nuten 6 und 2)7 werden also für diesen Zweck innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 3 μπι eingestellt.

Bei einer Wellendichtung des beschriebenen Aufbaus werden die feinen Nuten 6 und 7, die zur Steuerung des Durchflusses erforderlich sind, in der Gleitfläche 5a des Dichtrings 5 ausgebildet. Die Herstellung dieser feinen Nuten erfolgt zweckmäßigerweise in folgender Weise.

Nach einem ersten Verfahren werden die feinen Nuten 6 und 7, die im Hinblick auf die jeweilige Zielsetzung angeordnet sind, durch Lichtdruck auf die Gleitfläche 5a des Üleitrings 5 übertragen, wobei diese Gleitfläche zuvor mit einer lichtenpflindlichen Schicht belegt ist. Im Anschluß daran wird die Form der feinen Nuten 6 und 7 in der Gleitfläche 5a durch Ätzen ausgebildet.

Nach einem zweiten Verfahren werden die feinen Nuten 6 und 7, die entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck angeordnet sind, mit Farbe auf die Gleitfläche 5a des Gleitrings 5 aufgestempelt oder aufgedruckt. Im Anschluß daran wird die Form der feinen Nuten 6 und 7 innerhalb der Gleitfläche 5a geätzt.

Nach einem dritten Verfahren werden die feinen Nuten 6 und 7 Jurch Eindrücken oder Einprägen auf die Gleitfläche 5a aufgebracht,

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die zuvor geschliffen oder geläppt war. Vorzuziehen ist, daß die feinen Nuten 6 und 7., die durch Eindrückun^ ausgebildet sind, danach ;;eschliffen werden. Im Ergebnis erhält man eine Querschnittsform der feinen Nuten 6 und 7 gemäß Fig. 4. Aufwölbungen S verlaufen an beiden Kanten der feinen Nuten 6 und 7, so daß sich ein Schmierfilm des Druckmittels leicht auf der Gleitfläche 5a ausbildet. Diese Wirkung ist besonders ausgeprägt durch dieses Herstellungsverfahren nach der Srfindung.

Mach den zuvor beschriebenen Verfahren zur Formung der Gleitfläche kann iuan jede Form und Anzahl der feinen Nuten 6 und 7 mit sehr hoher Genauigkeit innerhalb des möglichen Bereichs entsprechend einer Konstruktion ausbilden. Nach den Fig. 5 und 7 läßt sich das Gleichgewicht zwischen der Leckgröße und der für die Wellendichtung erforderliche Beständigkeit so einhalten, daß die beste Abdichtbeständigkeit zu jeder Zeit durch entsprechende Auswahl der konstruktiven Anordnung der rückwärts geneigten feinen Nuten 6 und der vorwärts geneigten feinen Nuten 7 gewährleistet ist.

Fig. 8 zeigt in eine.a Schaubildung die Beziehung zwischen der Anzahl der feinen Nuten 6 und 7 und der Leckgröße. Hieraus erkennt man deutlich, daß beide Größen miteinander korreliert sind. In diesem Versuch beträgt die Anzahl der rückwärts geneigten feinen Nuten 6 16 Stück, wogegen die Anzahl der vorwärts geneigten feinen Nuten 7 allmählich verändert wird. Die Wellendrehzahl beträgt 5000 Umdrehungen pro Minute, der Strömungsmitteldruck 5 bar.

In der vorigen Beschreibung ist die Wellendichtung 1 für einen äußeren Druck ausgelegt, die feinen Nuten 6 und 7 sind in der Gleitfläche 5a des Dichtrings 5 der Wellendichtung 1 ausgebildet. Die Erfindung ist nicht auf diese konstruktive Anordnung beschränkt. Die Wellendichtung 1 kann auch zur Abdichtung eines inneren Drucks ausgebildet sein, und die feinen Nuten 6 und 7 können in der Gleitfläche 3a des Sitzrings 3 vorgesehen sein. In diesem Fall begründen jedoch die vorwärts geneigten feinen Nuten 7 eine Dichtwirkung und die rückwärts geneigten feinen Nuten 6 eine Schmierwirkung. Deshalb erweist sich nach Fig. 9 die Anzahl der feinen Nuten 6 und die Anzahl der feinen Nuten 7 bezüglich der relativen ürehrichtung nach der Pfeilrichtung B umgekehrt zueinander.

Die feinen Nuten 6 und 7 können gerade gerichtet, bogenförmig oder in einer Mischform aus geraden oder bogenförmigen Abschnitten verlaufen.

Leerseite

Claims

Dr. Werner Haßler

Patentanwalt

Asenberg 62 2. November 1981

Lüdenscheid ■ ~ A 81 149

Anmelderin: Firma Eagle Industry Company Ltd.

6-15, Shibakoen 2-chome, Minato, Tokio, Japan

Wellendichtung und Verfahren zur Herstellung

einer Gleitfläche derselben ..

Patentansprüche

Γ 1.) Wellendichtung mit einem gehäuseseitigen Sitzring und einem an einer den Sitzring durchquerenden Welle befestigten, mit derselben rotierenden Dichtring, wobei der Dichtring und der Sitzring gegeneinander einen Gleitkontakt haben, um ein Auslecken von Druckmittel zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Gleitfläche des Sitzrings (3) oder des Dichtrings (5) eine Anzahl feiner, in radialer
Richtung ausgerichteter Nuten (6, 7) vorgesehen ist, wobei ein Teil der feinen Nuten in Ürehrichtung der Welle (4) und ein anderer Teil der feinen Nuten entgegen der Drehriclitung der Welle gegenüber der radialen Richtung geneigt ist, und daß beide Enden jeder feinen Nut jeweils zur äußeren Umfangskante (5b) und zur inneren Unifangskante (5c) der Gleitfläche reichen, und daß unter diesen feinen Nuten die entsprechend der Ausrichtung zur Drehrichtung eine Pumpwirkung ausübenden im Sinne einer überwiegenden Auswirkung geformt sind.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Nuten eine Feinbearbeitung zwischen 0,2 und 0,7 um aufweist.
3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Nuten eine Feinbearbeitung zwischen 1,0 und 3 j.uu aufwei-
4. Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche in einem Sitzring oder einem Dichtring einer Wellendichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche mit einem lichtempfindlichen Material beschichtet wird, daß eine vorgegebene Anzahl von feinen Dicht- und Schmiernuten durch Lichtdruck auf die lichtempfindliche Schicht aufgetragen wird,

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wobei ein Teil dieser feinen Nuten in der relativen ürehrlchtung und der andere Teil entgegen der relativen Drehrichtung der Gleitfläche
geneigt sind und wobei beide Enden jeder Nut bis zur äußeren Umfangskante bzw. zur inneren Umfangskante der Gleitfläche reichen, und daß dann das Druckmuster der feinen Nuten geätzt wird, um die feinen
Nuten in der Gleitfläche auszubilden.
5. Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche in einem Sitzring oder einem Dichtring einer Wellendichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß eine vorgegebene Anzahl von feinen Dicht— und Schmiernuten auf

der Gleitfläche aufgestempelt oder aufgedruckt wird, wobei ein Teil
der feinen Nuten in der relativen Drehrichtung und der andere Teil
der Nuten entgegen der relativen Drehrichtung der Gleitfläche geneigt ist und wobei beide Enden jeder Nut zur äußeren Umfangskante bzw. zur inneren Umfangskante der Gleitfläche reichen und daß dann das aufge-

stempelte oder aufgedruckte Muster geätzt wird, um feine Nuten in der Gleitfläche auszubilden.
6. Verfahren zur Herstellung einer Gleitfläche in einem Sitzring oder einem Dichtring einer Wellendichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleitfläche zunächst geschliffen oder geläppt wird, daß eine

vorgegebene Anzahl von feinen Dicht- und Schmiernuten durch Eindrücken oder Prägen auf die Gleitfläche aufgebracht wird, wobei ein
Teil dieser feinen Nuten in der relativen ürehrichtung und der andere Teil entgegen der relativen Drehrichtung der Gleitfläche geneigt sind und wobei beide Enden jeder Nut bis zur äußeren Umfangskante bzi*. zur inneren Umfangskante der Gleitfläche reichen, und daß dann die Gleitflächeabs chließend geschliffen wird.