DE3201572A1

DE3201572A1 - Gleitflaechendichtung

Info

Publication number: DE3201572A1
Application number: DE19823201572
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Collegno Giovannini
Original assignee: Iao Industrie Riunite SpA 10092 Beinasco Torino; IAO Industrie Riunite SpA
Current assignee: ITT Industrie Riunite SpA
Priority date: 1981-01-26
Filing date: 1982-01-20
Publication date: 1982-09-02
Also published as: IT8167095A0; GB2091823A; ES262748Y; IT1143312B; FR2498719A1; FR2498719B3; ES262748U

Description

Gleitflächendichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitflächendichtung, bestehend aus einem zylinderförmigen Gehäuse mit einem offenen Ende und einem Boden am anderen Ende, und mit einem starren Gleitflächendichtungsring, der in dem Gehäuse am offenen Ende begrenzt axial verschiebbar, aber gegen Verdrehen gesichert angeordnet ist, sowie mit einem hohlen, glockenförmigen Element aus elastomerem Material, das mit einem Endteil dichtend am Gleitflächendichtungsring und mit dem anderen Ende dichtend im Bodenbereich am Gehäuse anliegt, und mit einem Federelement, das am Boden und an dem dem . Gleitflächendichtungsring zugeordneten Endteil des glockenförmigen Elements anliegt und den Gleitflächendichtungsring federnd in Richtung auf das offene Ende des Gehäuses drückt.

Dichtungen dieser Art werden insbesondere zwischen dem Gehäuse und der Nabe eines Laufrads von Umlaufpumpen, die dazu dienen, das Kühlwasser in Kraftfahrzeugen zirkulieren zu lassen, verwendet. In diesem Fall umschließt die Dichtung die Welle des Laufrads und der Gleitflächen — dichtungsring bildet unter dem Druck des Federelements einen

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dichtenden Kontakt mit der Vorderseite der Nabe. 5

Aus der DE-OS 3o 21 542 ist eine Dichtung bekannt, bei der ein glockenförmices Element aus elastomerem Material dichtend an dem Gleitflächendichtungsring anliegt.Bei starker Druckerhöhung iniolge fehlerhaft arbeitender überdruckvorrichtung für den Kühlwasserkreislauf kann Flüssigkeit über die Dichtfläche in den ungedichteten Bereich durchsickern. Dies führt auch zu einem erosiven Verschleiß der dichtend aneinanderliegenden Flächen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gleitflächendichtunq zu r-chaffen, die eine gute Dichtwirkung auch boi hohen Di ückei: aufweist, die einfach aufgebaut ist und eine lange Lebensdauer aufweist.

Erfindungsgemäß vird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem dem Druck des Federeleinents unterworfenen Endteil des glockenförmigen Elements ein starrer, in sich geschlossener Ring mit flachem Querschnitt angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung verteilt der im Endteil angeordnete Ring die von dem Federelcment auf- . gebrachte Kraft gleichmäßig über die Dichtfläche. Dadurch ergibt sich eine einheitliche Dichtwirkung und eine gleichmäßigere Druckbelastung längs des Umfangs der Dichtfläche der Gleitflächendichtung.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß das Endteil zylindrisch ausgebildet ist und an seiner

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äußeren Stirnfläche mehrere ringförmig angeordnete, Kanten aufweisende Erhebungen ausgebildet sind. Durch diese Ausbildung wird der Dichtkontakt verbessert. Besonders vorteilhaft ist es, in der äußeren Umfangsflache des Endteils des gJockcnförniigen Elements eine radial verlaufende Aussparung in Form einer Ringnut auszubilden. Dadurch wird der Dichtungskontakt zwischen dem äußeren dichtenden Bereich des glockenförmigen Elements und dem Gleitflächendichtungsring durch den in der genannten Ringnut wirkenden hydraulischen Druck verbessert.

Vorteilhaft sind die Abstützstellen des Federelements koaxial zum Gleitflächendichtungsring und zum glockenförmigen Element angeordnet.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß dar. Fedcrelement eine Schraubenfeder ist.

Dadurch, daß das Ende des glockenförmigen Elements im der Seitenwand benachbarten Bodenbereich des Gehäuses und an der Seitenwand des Gehäuses anliecjt und daß die Glockenwand des Elements, die konvex gegenüber der Seitenwand des Gehäuses ist, bei Krafteinwirkung auf den Gleitflächendichtungsring in axialer Richtung eine zunehmende Dichtfläche mit der Seitenwand bildet, wird die. Abdichtung im Bodenbereich des Gehäuses erheblieh verbessert.

Es ist vorteilhaft, daß das glockenförmige Element, im Gehäuse eingebaut, durch elastische Verformung unter Vorspannung steht.

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Eine vorteilhafte Ausführung liegt vor, wenn die Kanten aufweisenden Erhetungen dreieckigen Querschnitt aufweisen und konzentrisch i.nd axial fluchtend angeordnet sind.

Eine besonders voiteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die radiale Ei Streckung des Rings im wesentlichen der radialen Erstreckung aller von der radial äußersten Erhebung eingeschlossenen Erhebungen entspricht. Dadurch wird, von der äußersten Erhebung abgesehen, die von dem Federelement aufgebrachte Kraft infolge des Rings gleichmäßig auf die Erhebungen verteilt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die radiale Tiefe der Ringnut höchstens gleich dem radialen Abstand der Kante der äußersten Erhebung von der radialen Außenkante des zylindrischen Endteils ist. Dadurch wirkt der Druck auf eine Seitenfläche der Ringnut ein und erzeugt eine Komponente, die der an der Dichtfläche des Endteils erzeugten Komponente entgegenwirkt; die beiden Komponenten sind gleich groß, wenn die Tiefe der Ringnut gleich dem radialen Abstand der dichtenden Kante der äußersten Erhebung von der radialen Außenkante des zylindrischen Endteils ist.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die radiale Tiefe der Ringnut größer ist als die Hälfte des radialen Abstands der Kante der äußersten Erhebung von der radialen Außenkante des zylindrischen End,teils.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Äxlalschnitt einer Gleitflächendichtung,

Fig. 2 ein vergrößertes Detail der Fig. 1.

Mit X ist die Achse einer Umwälzpumpe bezeichnet, die ein Gehäuse 1o, ein Laufrad' 12, eine Nabe 14 des Laufrads 12 und eine Antriebswelle 16, die durch eine Öffnung 18 im Gehäuse hindurchgeführt und in dieser Öffnung 18 radial und axial durch nicht dargestellte Lager gelagert ist,aufweist. Das Laufrad 12 taucht in das Kühlwasser des Motors ein, dessen Höchstdruck ρ von der Einstellung der Überdruckvorrichtung des Kühlkreislaufs, die in dor Regel im Bereich von o,8 bis 1 bar liegt, bestimmt wird.

Um den Austritt von Kühlwasser längs der Antriebswelle 16 zu verhindern, ist im Gehäuse 1o eine insgesamt mit G bezeichnete Dichtung angeordnet. Diese Dichtung umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 2o aus Blech, das, von innen abgedichtet, im Pumpengehäuse 1o eingebaut ist und das einen zu der Achse X konzentrisch angeordneten ringförmigen Boden 2oA aufweist. Das Gehäuse 2o ist zu ή Laufrad 12 hin offen und umfaßt einen flachen Graphitring 22, der axial im offenen Ende des Gehäuses 2o gleitet, jedoch durch radiale

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Vertiefungen 2oB des Gehäuses 2o, die in die entsprechenden Ausnehmungen 22B des Graphitrings 22 eingreifen, am Drehen gehindert ist. Die beiden Arbeitsflächen des Graphitrings 22 sind eben und geschliffen, und eine der Stirnflächen steht vorderseitig zur Abdichtung in Gleitberührung mit der entsprechenden, ebenen und geschliffenen Stirnfläche 14A der Nabe 14 des Laufrads 12.

Der Graphitring 22 wird durch zwei Federelemente 24,34 axial in vorderseitigen Dichtungskontakt mit der Nabe 14 gedrückt. Das glockenförmige Element bildet aufgrund federnder Vorspar.nung ein Federelement 24 . Das Federelement 24 besteht aus einem Gummi- oder einem anderen elastomeren Material. Es hat eine konvexe Krümmung seiner Seitenwand nach außen und ist zum Boden 2oA des Gehäuses 2o hin gespreizt. Der freie Rand 24A steht zur am Umfang durchlaufenden Abdichtung mit der Übergangszone zwischen dem Boden 2oA und der Seitenwand des Gehäuses 2o in Berührung. Diese Berührung erstreckt sich zum Zweck der Abdichtung auch auf die Seitenwand des Gehäuses, abhängig vom Grad der Axialspannung des glockenförmigen Federelements

24 . Das glockenförmige Federelement 24 umfaßt ferner an seinem Ende kleineren Durchmessers ein ringförmiges Endteil 26 aus elastomerem Material, das einstückig mit dem glockenförmigen Federelement 24 ausgebildet ist und sich radial bezüglich der Achse X erstreckt. Die äußere Stirnfläche dos KndteiIs 26 ward durch drei mit der Achse X konzentrische, kreisförmige Erhebungen 28,3o,32 mit dreieckigem Querschnitt und jeweils mit einem Winkel von ca.

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9o° am Scheitel gebildet. Die so gebildeten drei durchlaufenden konzentrischen Kreiskanten 28A,3oA und 32A liegen in 'einer gemeinsamen und zur Achse X senkrecht stehenden Ebene. Im Einbauzustand werden diese Kanten 28A,3oA,32A durch den Körper des glockenförmigen Federelements 24 in Dichtungskontakt an die ebene/ geschliffene Innenfläche des Graphitrings 2 2 gedrückt, um ein Austreten ·νοη Wasser unter dem Druck ρ entlang des durch die Pfeile F in Fig. 1 bezeichneten Weges zu verhindern.

Das zweite Federelement, das den Berührungsdruck zwischen dem Graphitring 22 und der Stirnfläche 14A der Nabe 14 aufrechterhält, ist eine Schraubenfeder 34, die im Hohlraum des glockenförmigen Federelements 24 koaxial mit diesem angeordnet ist. Die eine Endwindung 34a der Schraubenfeder steht mit der inneren Stirnfläche 26A des Endteils 26 des glockenförmigen Federelements 2 4 in axialem Druckkontakt, während die entgegengesetzte Endwindung am Boden 2oA des Gehäuses 2o anliegt_;diese Endwindung bewirkt durch Anlage an einem angebördelten Rand 2oC des Bodens 2oA eine Zentrierung gegenüber der Achse X.

Bei einer Gleitflächendichtung, die in Personenkraftwagen zum Einsatz kommt, übt das glockenförmige Federelement 24 auf den Graphitring 22 eine axiale Druckkraft von annähernd 4 lip aus, zu der eine von der Schraubenfeder 34 ausgehende Kraft von ca. 5 bis 6 Kp hinzukommt.

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In der Praxis kann der Druck ρ ansteigen, sei es durch eine unrichtige Einstellung des Überdruckventils des Kühlkreislaufs, sei es aufgrund eines im Ventil auftretenden Defekts (z.B. Anlagerung). In diesem Fall kann Wasser aus dem Kühlkreislauf zwischc η dem Graphitring 22 und den Kanten 28A,3oA,32A über den durch die Pfeile F in Fig. 1 bezeichneten Weg durchsickern. Auch wenn dieses Durchsickern geringfügig ist, führt es doch zu einem erosiven Verschleiß der vorgenannten Kanten und/oder des Graphitrings, so daß die Dichtwirkung der Gleitflächendichtung beeinträchtigt ward. Es wurde ferner festgestellt, daß längs des durch die Endwindung 34A der Schraubenfeder 34 gebildeten Kreises die Erosion am deutlichsten in einer Zone des Rings 22 und/oder der Kanten 3oA und 32A auftritt, die in axialer Ausrichtung mit dem Ende der Schraubenfeder 3i liegt, da aufgrund der Endausbildung 'der Schraubonfed ir 34 die Anpreßkraft längs des Kreises in dieser Zone unterbrochen ist.

Im Ringbereich dos Endteils 26 des glockenförmigen Federelements 24, der dem Druck der Schraubenfeder 34 unterliegt, ist ein starrer und nicht unterbrochener, flacher Ring 36 eingebaut, durch den der Druck der Schraubenfeder 34 gleichmäßig auf den gesamten Umfang der diesem Ring 36 gegenüberliegenden Kanten 3oA,32A verteilt wird. In der Praxis ist der Ring 36 aus einem Stahlblech geeigneter Stärke gestanzt und wird durch Pressen in das Endteil 26 in der Nähe der Fläche 26A eingebettet. Der mittlere Durchmesser des Rings 36 entspricht grundsätzlich dem Durchmesser D der Windung 34A, und seine radiale Weite L

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ist im wesentlichen gleich der radialen Erstreckung der beiden, die Kanten 3oA,32A aufweisenden Erhebungen 3o,32. in der dargestellten Form stimmt die Breite L im wesentlichen mit der radialen Weite der beiden Erhebungen 3o,32 überein, die die beiden vorgenannten Kanten 3oA,32A bilden.

Hinsichtlich der am weitesten außen liegenden Kante 28A wird aus der Fig. 2 deutlich, daß auf die Außenflanke 28B der Erhebung 28 eine axiale Komponente p¹ des hydraulischen Drucks ρ einwirkt mit der Tendenz, den Kontaktdruck zwischen der Kante 28A und dem Graphitring 22 (Fig. 1) herabzusetzen. Diese Tendenz ist umso größer, je größer der Druck ρ im Kühlkreis ist. In der äußeren zylindrischen Umfangsflache 26B des Endteils 26 ist deshalb eine radiale Ausnehmung in Form einer Ringnut 38 ausgebildet. Auf diese Weise wirkt das Wasser bei einem Druck ρ auf eine Flanke 38A der Ringnut 38 ein und erzeugt so eine p¹ entgegengerichtete, axiale Komponente p". Die Komponente p" ist umso größer, je größer die Tiefe S' der Ringnut 38, ausgehend von der Umfangsflache 26B ist. Aus Fig. 2 ergibt sich fer-5 ner deutlich, daß sich die Komponenten p¹ und p" jederzeit ausgleichen, wenn die Tiefe S¹ dem radialen Abstand S der Kante 28A von der umfangsflache 26B entspricht,und dieser Effekt ist unabhängig vom Profil der Nut und von ihrer axialen Weite. In der Praxis reicht es zur Beseitigung des Durchsickerns von Wasser aus, wenn der Wert von S' mindestens 5o % von S beträgt, während andererseits S übersteigende Werte von S¹ möglichst vermieden werden sollten, da sie das Lösen dos glockenförmigen Fedorelements 24 aus

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der Preßform bei der Herstellung erschweren. So kann z.B. bei einem glockenförmigen Federelement 24, bei dem der Durchmesser des zylindrischen Endteils 26 gleich 28mm ist und S = o,8 mm ist, die Ringnut 38 eine radiale Tiefe von ca. o,6 - o,7 mm und eine axiale Breite des gleichen Werts besitzen.

Leerseite

Claims

IAO Industrie Riunite S.p.A. 14. Januar 19 82

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Patentansprüche

Gleitflächendichtung, bestehend aus einem.zylinderförmigen Gehäuse mit einem offenen Ende und einem Boden am anderen Ende, und mit einem starren Gleitflächendichtungsring, der in dem Gehäuse am offenen Ende begrenzt axial verschiebbar, aber gegen Verdrehen gesichert angeordnet ist, sowie mit einem hohlen, glockenförmigen Element aus elastomerem Material, das mit einem Endteil dichtend am Gleitflächendichtungsring und mit dem anderen Ende dichtend im Bodenbereich am Gehäuse anliegt und mit einem Federelernent, das am Boden und an dem dem Gleitflächendichtungsring zugeordneten Endteil des glockenförmigen Elements anliegt und den Gleitflächendichtungsring federnd

in Richtung auf das offene Ende des Gehäuses drückt, dadurch gekennzeichnet , daß in dem dem Druck des Federelements (34) unterworfenen Endteil (26) des glockenförmigen Elements (24) ein starrer, in sich geschlossener Ring (36) mit flachem Querschnitt angeordnet ist.

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2. Gleitflächendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Endteil (26) zylindrisch ausgebildet ist und an seiner äußeren Stirnfläche 'mehrere, ringförmig angeordnete, Kanten (28A,3oA,32A) aufweisende Erhebungen (28,3o,32) ausgebildet sind. 1o
3. Gleitflächendichtung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der äußeren Umfangsfläche (26B) des Endteils (26) des glockenförmigen Elements (24) eine radial verlaufende Aussparung in Form einer Ringnut (38) ausgebildet .ist.
4. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützstellen (26A) des Federelements (34) koaxial zum Gleitflächendichtungsring (22) und zum glockenförmigen Element (24) angeordnet sind.
5. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (34) eine Schraubenfeder ist.
6. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (24A) des glockenförmigen Elements (24) im der Seitenwand benachbarten Bodenbereich des Gehäuses (2o) und an der Seitenwand des Ge-

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häuses (2o) anliegt und daß die Glockenwand des Elements (24), die konvex gegenüber der Seitenwand des Gehäuses (2o) ist, bei Krafteinwirkung auf den Gleitflächendichtungsring (22) in axialer Richtung eine zunehmende Dichtungsfläche mit der Seitenwand bildet.
7. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das glockenförmige Element (24), im Gehäuse (2o) eingebaut, durch elastische Verformung unter Vorspannung steht.
8. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (28A,3oA,32A) aufweisenden Erhebungen (28,3o,32) dreieckigen Querschnitt aufweisen und konzentrisch und axial fluchtend angeordnet sind.
9. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale- Erstreckung (L) des Rings (36) im wesentlichen de r radialen Erstreckung aller von der radial äußerste η Erhebung (28) eingeschlossenen Erhebungen (3o ,32 ) entspricht.
10. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe (S¹) der Ringnut (38) höchstens gleich dem radialen Abstand (S) der Kante (28A) der äußersten Erhebung (28) von der radialen Außenkante (26B) des zylindrischen Endteils (26) ist.
11. Gleitflächendichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Tiefe (S") der Ringnut (38) größer ist als die Hälfte des radialen Abstands (S) der Kante (28A) dor äußersten Erhebung (28) von der radialen Außenkante (2GB) des zylindrischen Endteils (26).