DE3233182C2

DE3233182C2 - Abdichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3233182C2
Application number: DE19823233182
Authority: DE
Inventors: Yoshio Matsudo Chiba Arai
Original assignee: ARAI SEISAKUSHO TOKYO JP KK
Current assignee: ARAI SEISAKUSHO TOKYO JP KK
Priority date: 1981-09-07
Filing date: 1982-09-07
Publication date: 1984-03-22
Also published as: DE3233182A1; JPS5842867A

Abstract

Bei einer Abdichtungsvorrichtung mit einem Gehäuse (1), einer durch das Gehäuse (1) hindurchlaufenden Welle (2), einer die Welle (2) umgebenden ringförmigen Nut (4) und einem in der ringförmigen Nut (4) zur Abdichtung eines zwischen der Welle (2) und dem Gehäuse (1) gebildeten Spalts aufgenommenen O-Ring (6) weist die ringförmige Nut (4) eine Grundfläche (3 bzw. 3a, 3b) mit einem V-förmigen Querschnitt auf, der eine abgesenkte Mitte und auf jeder Seite der Grundfläche gegenüberliegende Seiten (3a, 3b) aufweist.

Description

•to

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtungsvorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs I ⁴*> angegeben ist.

Eine Abdichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff ist in der US-PS 25 93 193 beschrieben. Eine solche Vorrichtung ist so beschaffen, daß ein O-Ring aus einem elastischen Material, wie aus Gummi, in einer ringför- >o migen Nut aufgenommen ist, die in einem Gehäuse so geformt ist, daß eine Welle umgeben wird. Der O-Ring ist dabei so ausgelegt, daß der kreisförmige Querschnitt des O-Rings elastisch durch die dauernde Druckkraft verformt wird, um etwa 15 bis 20%, in der radialen Rieh- " lung, um die Abdichtungskraft zu verstärken. Aufgrund dieses Umstandes verschlechtert sich die Elastizität des O-Rings beim Langzeitgebrauch hinsichtlich der Lieferung einer dauerhaften Anordnung, und es tritt eine deutlich merkbare Verschlechterung der Abdichtungs- *>o fnhigkcit und Dauerhaftigkeit des O-Rings auf.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtungsvorrichtung anzugeben, die längere Lebensdauer gewährleistet.

Gelöst wird die vorstehende Aufgabe durch die Merk- ^b5 male des Patentanspruchs 1.

Durch die Erfindung ist eine Abdichtungsvorrichtung des erwähnten Typs geschaffen, die eine bessere Abdichtungswirkung im Langzeitgebrauch zu liefern imstande ist.

Darüber hinaus ist durch die Erfindung eine Abdichtungsvorrichtung der beschriebenen Art geschaffen, die imstande ist, nicht nur eine bessere Abdichtung zu erzielen, wenn die Abdichtung benötigt wird, und zwar durch elastisches Zusammendrücken eines zwischen einem Gehäuse und einer Welle vorgesehenen O-Ringes, sondern die es außerdem ermöglicht, ihre Dauerhaftigkeit erheblich zu steigern, wenn die Abdichtung nicht benötigt wird. Dazu wird zur Vermeidung eines Elastizitätsverlustes des O-Rings dieser aus seiner zusammengedrückten Deformationsform herausgeführt und in seinen freien Zustand zurückgeführt.

Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird aufgrund der Relativbewegung der Welle zu dem G ehäuse oder aufgrund einer Fluiddruckdifferenz zwischen den beiden Seiten des O-Rings der O-Ring axial innerhalb der ringförmigen Nut zu der einen Seite hin von der Nutmitte aus bewegt und elastisch zwischen die V-förmige Grundfläche und die Welle gedrückt und dabei derart elastisch verformt, daß ein besserer Abdichtungseffekt erzielt ist. Wenn die Relativbewegung der Welle zu dem Gehäuse aufhört oder wenn die Druckdifferenz des an die beiden Seiten des O-Rings abgegebenen Fluids verschwindet, wird der O-Ring axial zur Mitte der ringförmigen Nut längs der V-fönnigen Grundfläche derNut von deren einerSeite aus dutch die dem betreffenden Ring anhaftende Elastizität bewegt und aus einem zusammengedrückten Zustand wieder in seinen freien Zustand zurückgeführt. Der O-Ring wird bzw. ist von der Druckkraft dann entlastet, wenn die Abdichtung nicht benötigt ist. Die Dauerhaftigkeit des O-Rings kann somit merklich gesteigert werden. Um sicherzustellen, daß der O-Ring in geeigneter Weise zusammengedrückt wird, und um sicherzustellen, daß der O-Ring durch die ihm anhaftende Elastizität aus einem zusammengedrückten Zustand in einen freien Zustand wieder zurückgeführt wird, ist die Grundfläche bzw. das Grundteil der ringformigec Nut durch zwei schräg verlaufende Flächen bzw. Schrägflächen gebildet, die einander schneiden, wobei der Winkel zwischen der Achse der Welle und diesen schräg verlaufenden Flächen so festgelegt ist, daß er größer als 10° und kleiner als 40° ist.

Wenn der Querschnittsdurchmesser des O-Rings mit D gegeben ist, dann wird die ringförmige Nut vorzugsweise so ausgebildet, daß die Breite zwischen ihren Seiten 1,7 O ist, daß die Tiefe jener Seiten 0,7 D ist und daß die Tiefe in dem Mittelteil der Nut gleich D ist.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einem bevorzugten Ausfiihrungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Seitenschnittansicht einer Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

F i g. 2 veranschaulicht in einer Ansicht die Arbeitsweise des O-Rings gemäß Fig. 1.

In den Zeichnungen ist ein Gehäuse 1 angedeutet, durch welches eine axial verschiebbare Welle 2 hindurchläuft. In dem Gehäuse 1 ist eine ringförmige Nut bzw. Ringnut 4 so geformt, daß sie die gleitende Welle 2 umgibt. Die ringförmige Nut 4 weist, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist, ein Grundteil bzw. eine Grundfläche 3 mit einem winkligen oder V-förmigen Querschnitt auf. Ferner weist die betreffende Nut Seiten 5aund 5b auf, die parallel zueinander verlaufen und die rechtwinklig zur Achse der gleitenden Welle 2 abstehen. Die Grundfläche 3 ist durch zwei schräg verlaufende Flächen bzw.

Schrägflächen 3α und 36 gebildet, die einander schneiden und die zur Mitte der Grundfläche hin derart geneigt verlaufen, daß die Mitte den tiefsten Teil der Nut bildet.

Ein O-Ring 6, der zur Abdichtung des Spalts zwischen der Außenfläche der Gleit- bzw. Schubwelle 2 und des Gehäuses 1 dient, ist in der ringförmigen Nut 4 aufgenommen. Der betreffende Ring besteht aus einem elastischen Material, wie aus Gummi.

Wenn die Welle 2 in axialer Richtung in dem Gehäuse 1 gleitet, wie beispielsweise in dem Fall, daß sich die Schubwelle 2 nach rechts bewegt, wie dies in F i g. 2 veranschaulicht ist, wird derO-Ring 6 durch den Druck der Keilwirkung der einen Seite derGrundfläche 3, d. h. der rechten Schrägfläche 3b, derart elastisch deformiert, daß der Spalt zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 1 abgedichtet ist. Wenn die Schubwslle 2 zu einem Stillstand in bezug auf das Gehäuse 1 kommt, bewegt sich der zusammengedrückte O-Ring 6 zur Mitte der ringförmigen Nut, und zwar aufgrund seiner Eigenelastizität; er ist in seinen freien Zustand wieder zurückgeführt.

Urn diese Wirkung zu ermöglichen, ist die ringförmige Nut 4 so ausgebildet, daß der O-Ring 6 ge;ade die Grundfläche 3 und die Schubwelle 2 berührt, wenn der O-Ring 6 in der Mitte der betreffenden ringförmigen Nut sich befindet, wie dies F i g. 1 veranschaulicht. Demgegenüber wird der O-Ring 6 in geeigneter Weise zusammengedrückt und deformiert, und zwar vorzugsweise um 15 bis 20%, wenn der O-Ring 6 an einer zur linken oder rechten Seite der ringförmigen Nut versetzten S'el'e untergebracht ist, wie dies F i g. 2 veranschaulicht. Wenn der Neigungswinkel der Schrägflächen 3a und 3Z) der Grundfläche 3 der ringförmigen Nut 4 in bezug auf die Achse der Schubwelle einen Wert von 30° übersteigt, nimmt der Kompressions- oder Spanneffekt auf den O-Ring 6 aufgrund der Keil wirkung der Schrägflächen 3a und 3b allmählich ab. Wenn der Neigungswinkel α mehr als 40° beträgt, kann eine zufriedenstellende Wirkung nicht erzielt werden. Wenn der Neigungswinkel α kleiner als 10° ist, wird es schwierig, den O-Ring 6 aus d.m zusammengedrückten Zustand wieder in seinen freien Zustand zurückzuführen. Aufgrund dieser Tatsache wird der Neigungswinkel a ?uf einen Wert im Bereich von 10°bis40°gewählt bzw. festgelegt. Es hat sich aus durchgeführten Tests gezeigt, daß ein Winkel von etwa 20° ein bevorzugter Winkel ist. Wenn der Querschnittsdurchrnesser des O-R>ngs mit D gegeben ist, wenn außerdem die Tiefe der Seiten 5a und 5b der ringförmigen Nut 4 mit agegeben ist, wenn die Tiefe des mittleren Teiles derGrundfläche 3 der ringförmigen Nut 4 mit Λ gegeben ist una αχππ die Breite der ringförmigen Nut mit cgegeben ist, dann werden überdies vorzugsweise die folgenden Beziehungen zwischen diesen Parametern festgelegt:

α = 0,7 x D b = D

c = 1,7 XD.

Um die ringförmige Nut der Erfindung, die in der oben angegebenen Weise ausgebildet ist, mit einer herkömmlichen ringförmigen Nut zu vergleichen, die eine fldche Grundfläche und damit eine gleichmäßige Tiefe aufweist, wurden O-Ringe mit der Bezeichnung B240IP40 (japanische Industrienorm) über eine Zeitspanne von 30 Minuten bei 150° C, anschließend 30 Minuten lang bei - 20°C. über500Stunden wiederholt geprüft. Dabei wurden folg' nde Testergebnisse erzielt: Testperiode

konventionelle
Abdichtungsvorrichtung

Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung

100 h	Es bildete sich ein	Kein Leck.
	Leck aus.
500 h	Der O-Ring verlor	Der O-Ring zeigte
	seine Elastizität	keinen Verlust
	und zeigte eine	seiner Elastizität,
	plastische Verfor	und es trat keine
	mung; das Leck	plastische Verfor
	nahm erheblich zu.	mung auf. Die
		Abdichtungsfä
		higkeit war in
		einem guten Zu
		stand erhalten.

Es wurde ein identischer Test durchgerührt, wobei lediglich ein Unterschied insoweit v»vhanden war, als die Weile mit einer rauheren Oberfläche- ausgebildet wurde. Es zeigte sich, daß in diesem Falle bei der herkömmlichen Abdichtungsvorrichtung das Auftreten eines Lecks erst nach 100 Teststunden begann, während die Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung sogar nach einem Testlauf von 500 Stunden kein Leck zeigte. Der O-Ring war bei der Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung kaum benutzt.

Wenn die ringförmige Nut 4 so ausgebildet ist, wie dies oben erläutert worden ist, wird der O-Ring während der axialen Gleit- bzw. Schiebebewegung der Welle 2 durch die Keilwirkung der Schrägflächen 3a und 3b der Grundfläche 3 der Nut 4 in geeigneter Weise zusammengedrückt, was einen besseren Abdichtungseffekt mit sich bringt. Wenn die Schubwelle 2 stillsteht, wird der O-Ring 6 aus dem zusammengedrückten Zustand in einen freien Zustand wieder zurückgeführt, und zwar durch eine Bewegung zu dem Mittelteil der ringförmigen Nut 4 hin längs der Schrägfläche 3a und 36. Diese Bewegung geht auf die Elastizität des betreffenden Ringes z· .rück. Wenn ein Vergleich mit dem O-Ring einer konventionellen Abdichtungsvorrichtung durchgeführt wird, auf den eine Drucklast kontinuierlich ausgeübt wird, dann zeigt sich, daß eine Verringerung bzw. Verschlechterung der Elastizität des O-Rings 6 bei der Erfindung dramatisch herabgesetzt ist, was zu einem extrem günstigen Abdichtungseflekt beiträgt.

Die oben beschriebene Erfindung bezieht sich auf den Fall, daß die Welle 2 in axialer Richtung durch das Gehäuse 1 gleitet. Es sei jedoch angemerkt, daß die vorliegende Erfindung in gleicherweise auch in einem Fall angewandt werden könnte, in dem das Gehäuse 1 in bezug aufdie Welle 2 gleitet bzw. verschoben wird. Die Erfindung ist außerdem in dem Fall anwendbar, daß sich die Welle 2 dreht und keine axiale Schiebebewegung durch das Gehäuse 1 ausführt. In diesem Falle bewegt sich der O-Ring 6 in axialer Richtung innerhalb der ringförmigen Nut 4 von der Mitte der Nut 4 aus zu der einen Nutseitc '.in und wird unter Bildung einer Abdichtung .'.usammengedrückt, indem eine Fluiddruckdifferenz zwischen den beiden Seiten des O-Rings ausgenutzt wird, die größer ist als ein festgelegter Wert. Wenn die Druckdifferenz zwischen den Seiten des O-Rings kleiner wird als der festgelegte Wert, bewegt sich der O-Ring längs der Grundfläche 3 von einer Seite zur Mitte der ringförmigen Nut 4 hin, und zwar aufgrund seiner Eigenelastizität; der betreffende O-Ring wird

damit aus dem zusammengedrückten Zustund wieder in seinen freien Zustand zurückgeführt.

Bei einer Abdichtungsvorrichtung mit einem eingebauten O-Ring zur Abdichtung des zwischen einem Gehäuse und einer durch das Gehäuse hindurchlaufenden Welle vorgesehenen Spalts ist in dem Gehäuse eine ringförmige Nut so gebildet, daß sie die betreffende Welle umgibt und den O-Ring festhält. Die betreffende ringförmige Nut weist eine Grundfläche mit einem V-förmigen Querschnitt auf, wobei dieser Querschnitt einen ausgehöhlten bzw. tiefer liegenden Mittelteil und auf jeder Seite der betreffenden Grundfläche einander gegenüberliegende Seiten aufweist. Der O-Ring, «er in der ringförmigen Nut gehalten wird, zeigt einen besseren Abdichtungseffekt infolge der Keilwirkung der V-förmigen Grundfläche, wenn die Welle relativ zu dem Gehäuse verschoben wird oder wenn eine Druckdifferenz zwischen den Fluiddruckcn, welche auf die beiden

Seiten des O-Rings ausgeübt werden, einen festgelegten bzw. bestimmten Wert überschreitet. Unterdessen bewegt sich der O-Ring zu dem mittleren Teil der ringförmigen Nut längs der betreffenden Grundfläche aufgrund seiner Eigenelastizität; er wird aus dem zusammengedrückten Zustand wieder in den freien Zustand zurückgeführt, wenn die Welle ihre Bewegung stoppt oder wenn die Druckdifferenz zwischen den Seiten des O-Rings unter den bestimmten bzw. festgelegten Wert sinkt. Deshalb ist der O-Ring von der Druckkraft entlastet, wenn die Abdichtungsfunktion durch den betreffenden O-Ring nicht benötigt wird. Der betreffende O-Ring steht somit nicht unter einer dauernden Druckbelastung, wie dies bei der konventionellen Vorrichtung der Fall ist, so daß die Verschlechterung der Elastizität des O-Rings erheblich hinausgezögert wird, was eine günstige Abdichtungswirkung über eine lange Zeit mit sich bringt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abdichtungsvorrichtung für ein Gehäuse und eine durch dieses Gehäuse verlaufende Welle, wobei eine diese Welle umgebende ringförmige Nut vorhanden ist, die eine solche Grundfläche mit ausgebauter Mitte hat, daß diese Grundfläche einen V-förmigen Querschnitt ergibt, und wobei sich in der Nut ein elastischer O-Ring befindet, der den zwisehen Welle und Gehäuse vorhandenen Spalt abzudichten vermag, gekennzeichnet dadurch, daß der Querschnittsdurchmesser (D) des O-Ringes(6) und die Tiefe (6) derNut(4) imBereich dieser ausgebauchten Mitte (F i g. 1, 2) zueinander so bemessen sind, daß der O-Ring (6) sich bei Lage in dieserausgebauchtenMittederNut(4) dort in einem freien Zustand befindet (F i g. 1), in dem der O-Ring (6) von Druckkraft entlastet ist und daß die Nut (4) zusätzlich zur V-förmigen Grundfläche (3) einander gegenüberliegende Seitenwände (5a, Sb) besitzt.

2. Abdichtungsvorrichtung nach Ansprach 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Winkel der beiden die V-Form der Grundfläche (3) bildenden Schrägflächen (3a, 3b) Neigungswinkel zwischen 10 bis 40°, bezogen auf die Achse der Welle (2) haben.

3. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Tiefe (b), derNut (4) im Bereich der ausgebauchten Mitte und der Querschnittsdurchmesser (D) des O-Ringes (6) gleich groß bemessen sind.

4. Abdichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß außerdem die Breite der Nut (4) zwischen den einanoer gegenüberliegenden Seitenwänden dieser Nut (4) das l,7fache des Querschnittsdurchmessers (D) unß Jaß die Tiefe dieser einander gegenüberliegenden Scitenwände (5a, 5b) das OJfache des Querschnittsdurchmessers (D) betragen.

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