DE3247980C1 - Verfahren zum Einstellen der axialen Federkraft einer mit einem Laufrad verbundenen Gleitringdichtung sowie nach diesem Verfahren hergestellte und gepruefte Einbaueinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der axialen Federkraft einer mit einem Laufrad verbundenen Gleitringdichtung, indem das Laufrad, die Gleitringdichtung, der Gegenring sowie ein alle Teile axial zusammenhaltender Körper zu einer Einbaueinheit verbunden werden.

Durch die DE-PS 27 29 928 ist eine Zentrifugalpumpe mit integrierter Einbaueinheit bekannt. Die Einbaueinheit setzt sich im wesentlichen aus einem mit einer Nabe verbundenen Laufrad, einem elastisch an der Nabe aufgehängten Gegenring, einer Gleitringdichtung sowie einem mit der Nabe verbundenen, axial hinter die Gleitringdichtung greifenden Verbindungskörper zusammen, wobei die Gleitringdichtung im wesentlichen aus einem Gehäuse, einer Membran, einem Gleitring sowie einer die axiale Anpreßkraft erzeugenden Feder besteht.

Weiterhin ist durch die DE-PS 26 23 583 ein Verfahren zur Montage von Gleitringdichtungen mit einem Laufrad bekannt. Zunächst werden Laufrad und Gleitringdichtung mit integriertem Gegenring zu einer Einbaueinheit dadurch verbunden, daß der Gegenring auf das Laufrad aufgepreßt und dann die Gleitringdichtung mit dem Laufrad verbunden wird.

In beiden vorab angesprochenen Dichtungs- bzw. Einbaueinheiten kommt bevorzugt eine, eine gewisse axiale Baulänge aufweisende, spiralförmig gewundene Feder zum Einsatz, die sich in der Regel sowohl am Gehäuse als auch am Gleitring bzw. der damit verbundenen Membran abstützt und durch axiales Zusammendrücken der Gleitringdichtung im Einbauzustand die für die Abdichtung erforderliche axiale Anpreßkraft des Gleitringes an den Gegenring erzeugt.

Als nachteilig bei diesen Federn ist anzusehen, daß sich, bedingt durch Fertigungstolef anzen und wenn auch geringfügigen Werkstoffunterschieden, unterschiedliche Federkönstanten einstellen, so daß bei in Serie hergestellten Dichtungseinheiten, wie sie etwa vorab beschrieben worden sind, sich teilweise erhebliche Toleranzunterschiede ergeben. Wesentliche Faktoren, die der Gesamt-Federkonstante bei üblichen Gleitringdichtungen mit Gehäusen zugrunde liegen, sind:

Die Federkonstante der Metallfeder, die Federkonstante der Membran bzw. eines zusätzlichen elastomeren Körpers, die axiale Gesamtlänge der Dichtung sowie die axiale Länge der Dichtung im Einbauzustand (also das Einbaumaß). Aus diesen Faktoren wird die Gesamt-Federkonstante ermittelt. Daraus ist ganz klar ersichtlich, daß hier eine Reihe von Faktoren hinsichtlich Toleranzen zu berücksichtigen sind, und daß daher ein großer Toleranzbereich vorhanden sein muß, um überhaupt in Serien fertigen zu können. Alle diese Faktoren können Einfluß auf die Lebensdauer der Dichtung haben. Weiterhin nachteilig ist zu bemerken, daß es keine Möglichkeit gibt, die vorab beschriebenen Federn auf eine bestimmte Federkonstante einzustellen, die dann im Betriebszustand im wesentlichen über die gesamte Lebensdauer gleich bleibt. Selbst wenn

derartige Dichtungseinheiten mittels eines speziellen Werkzeuges, wie es zum Beispiel in der DE-PS 27 29 928 beschrieben ist, möglichst ohne größere Veränderung der Federkraft bzw. -konstante in das Pumpengehäuse eingesetzt werden, so werden die Federn in relativ kurzer Zeit im Betriebszustand ihre Federeigenschaften verändern. Dies wirkt sich dann wiederum, bedingt durch eine verringerte Anpreßkraft des Gleitringes an den Gegenring, nachteilig auf die Abdichtgüte der Einbaueinheit aus, die dann unter Umständen schon nach relativ kurzer Laufzeit ausgetauscht werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, sowohl ein Verfahren zur Herstellung und Prüfung von Dichtungseinheiten als auch eine danach hergetellte bzw. geprüfte, einsetzbare Dichtungseinheit zu konzipieren, die die vorab angeführten Nachteile im wesentlichen vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einbaueinheit nach deren Montage auf ihr Einbaumaß axial zusammengedrückt, die Federkraft gemessen und anschließend die für die jeweilige Einbausituation, zum Beispiel in eine Pumpe, erforderliche axiale Federkraft eingestellt wird. Durch diese vor dem Einbau der Einbaueinheit in das Pumpengehäuse durchgeführte Maßnahme wird sichergestellt, daß für jeden Anwendungsfall unter Ausschaltung von Federkonstanten-Toleranzen die einmal eingestellte Federkonstante über eine wesentlich längere Laufzeit erhalten bleibt und auch durch den Einbau in das Pumpengehäuse nicht verändert wird. Ein wichtiger Faktor für die Einstellung der Federaxialkraft ist in der Werkstoffpaarung von Gleit- und Gegenring zu sehen. Diese Paarung von zum Beispiel Keramik/Hartbrandkohle hat einen so geringen Verschleiß, daß eine Verschleißreserve < 0,5 mm zum Beispiel für den Einsatz in einer Kühlwasserpumpe ausreicht. Die Verringerung der Verschleißreserve führt unter Umständen zu einer steilen Federkennung, die durch die Möglichkeit der Einstellung der Federaxialkraft nicht nur ohne negative Auswirkung bleibt, sondern den Stand der Technik erheblich verbessert. Üblicherweise weisen Gleitringdichtungen ein winkelförmiges Gehäuse auf. Innerhalb dieses Gehäuses sind die schon angesprochenen Teile dann teilweise oder ganz angeordnet. Zur Einstellung der axialen Federkraft wird weiterhin vorgeschlagen, daß aus dem Gehäuse der Gleitringdichtung vor dem Zusammenbau der Einbaueinheit federnde Zungen herausgebogen werden. Diese werden dann mittels eines Handwerkzeuges oder automatisch durch eine entsprechende Vorrichtung nach dem Zusammenbau der Einbaueinheit und nach dem Meßvorgang verformt. Auf diese Weise erfolgt eine Feineinstellung der bereits durch den Biegevorgang dem Sollwert angenäherten Federkonstante. Die Verformung der federnden Zungen erfolgt zweckmäßigerweise vor der Prüfung der Einbaueinheit auf Gasdichtheit, da hier nochmals die eingestellte axiale Federkraft überprüft und gegebenenfalls nochmals korrigiert werden kann.

Eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte und geprüfte Einbaueinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gehäuse der Gleitringdichtung federnde Zungen herausgebogen sind, die mittel- oder unmittelbar am Gleitring anliegen. Liegen die federnden Zungen unmittelbar am Gleitring an, so kann auf weitere Federkörper verzichtet werden. Durch diese Maßnahme kann eine aus möglichst wenigen Teilen bestehende Dichtungseinheit hergestellt werden. Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß sind die federnden Zungen aus dem Radialschenkel des winkelförmigen Gehäuses herausgeformt Sie aus dem Axialschenkel herauszuformen, ist zwar generell auch möglich, hier könnte sich jedoch die Einstellung der axialen Federkraft durch Verformung der federnden Zungen etwas schwieriger gestalten. Vorzugsweise erstrecken sich die federnden Zungen radial von außen im wesentlichen konisch in Richtung des Gleitringes, wo sie bevorzugt im Bereich seiner inneren Umfangsfläche zur Anlage kommen.

Zwecks einfacher Verformung des Radialschenkels beziehungsweise der federnden Zungen sind im Bereich der freien Enden sich vom Gleitring weg erstreckende Abbiegungen mit einem etwa gerundeten Querschnittsprofil angeformt. Durch auf eine, mehrere oder sogar alle Abbiegungen ausgeübte Zug- bzw. Druckkräfte kann die Federkonstante und die damit zusammenhängende Federkraft je nach Anwendungsfall individuell eingestellt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Radialschenkel des Gehäuses der Gleitringdichtung beziehungsweise die daraus herausgeformten federnden Zungen der Kontur des Federdichtringes folgend ausgebildet sind. Durch diese Maßnahme wird der Federdichtring gestützt und so gegen axiales Verrutschen gesichert.

Sollte diese Maßnahme bei speziellen Abdichtungsproblemen nicht ausreichen, so besteht die Möglichkeit, zusätzlich eine sich radial zwischen dem Gleitring und dem Radialschenkel beziehungsweise den federnden Zungen erstreckende, mit in Umfangsrichtung gesehen axial verlaufendem Wellprofil versehene Mäanderfeder vorzusehen.

Für die Herstellung des Gehäuses einer herkömmlichen Gleitringdichtung werden je nach Anwendungsfall Metallgehäuse mit oder ohne Korrosionsschutz eingesetzt. Hier besteht die Gefahr, daß beim Herausbiegen der federnden Zungen eventuell die Elastizitätsgrenze überschritten wird und die Zungen somit nicht mehr gemäß der Erfindung verformt werden können. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, das Gehäuse der Gleitringdichtung aus Federstahl herzustellen.

Wie schon angesprochen, sollte die neu konzipierte Dichtungseinheit zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit aus möglichst wenigen Teilen bestehen. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, die Laufradnabe axial so weit zu verlängern, daß der Radialschenkel des Gehäuses der Gleitringdichtung beziehungsweise die federnden Zungen im nicht eingebauten Zustand der Einbaueinheit nach deren Verformung an der mit dem Laufrad verbundenen Nabe anliegen. Durch die Verwendung von Federstahl und die einmal eingestellte Axialkomponente der federnden Zungen wirkt sich diese, selbst bei Anlage derselben an der Nabe, nicht negativ auf die Wirkungsweise im eingebauten Zustand aus.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 unterschiedliche Ausbildungen von Einbaueinheiten,

Fig.4 Gegenüberstellung der Federkonstanten bei einer herkömmlichen und einer neuen Dichtung in einem Diagramm.

Die in F i g. 1 dargestellte Einbaueinheit 1 besteht aus einem Laufrad 2, einer damit verbundenen, vorzugsweise aus Blech gezogenen Nabe 3, einem in einer Ausnehmung 4 des Laufrades 2 gelagerten Gegenring 5

sowie einer Gleitringdichtung 6. Die Nabe 3 ist axial bis hinter die Gleitringdichtung verlängert 7, wo sie dann radial nach außen abgebogen 8 ist Die Gleitringdichtung 6 selber besteht aus einem winkelförmigen Gehäuse 9, welches im Bereich seiner äußeren Umfangsfläche 10 mit einem Anschlag 11 versehen ist, der im Einbauzustand an der korrespondierenden Stirnfläche 12 eines nur angedeuteten Pumpengehäuses 13 zur Anlage kommt Innerhalb des Gehäuses 9 sind ein Gleitring 14, ein Federdichtring 15 und eine in axialer Richtung gewellte Mäanderfeder 16 angeordnet. Letztere stützt sich axial sowohl an federnden, aus einem Radialschenkel 17 des Gehäuses 9 herausgebogenen Zungen 18 und einer dem Gegenring 5 abgewandten Stirnfläche 19 des Gleitringes 14 ab. Die federnden Zungen 18 sind etwa mittig des Radialschenkels 17 zunächst etwa axial und dann wieder radial gebogen. Durch Ausübung von Zug- bzw. Druckkräften auf die federnden Zungen 18 beziehungsweise den Radialschenkel 17 mittels eines nicht weiter dargestellten Werkzeuges kann die Federkonstante der Mäanderfeder 16 beeinflußt werden, so daß die axiale Federkraft jeder Dichtungseinheit individuell eingestellt werden kann.

F i g. 2 zeigt eine ähnliche Einbaueinheit 1, wie sie in F i g. 1 abgebildet ist. Unterschiede sind in dem Fehlen der Mäanderfeder 16 zu sehen. Zur Erzeugung der axialen Federkraft dienen hier die aus dem Radialschenkel 17 des Gehäuses 9 herausgebogenen federnden Zungen 18, die unmittelbar an der Stirnfläche 19 des Gleitringes 14 zur Anlage kommen und dabei gleichzeitig den vom Schlauch abgestochenen Federdichtring 15 abstützen. Um nun auch hier die Axialkraft einstellen zu können, sind die federnden Zungen 18 im Bereich ihrer freien Enden entgegengesetzt zum Gleitring 14, ein etwa gerundetes Querschnittsprofil bildend, abgebogen 20. Die Dichtungseinheit 1 ist in das Gehäuse 13 einer für Kraftfahrzeuge verwendbaren Kühlwasserpumpe eingebaut Ein napfförmig ausgebildetes Ende 21 der die Gleitringdichtung 6 am anderen Ende 22 umgreifenden Nabe 3 ist auf ein korrespondierendes Wellenende 23 aufgedrückt. Der Anschlag Il des Gehäuses 9 ist, um die eingestellte Federkraft der Zungen 18 im Einbauzustand nicht zu verändern, mit axialem Abstand zur korrespondierenden Stirnfläche 12 des Pumpengehäuses 13 angeordnet Zur statischen Abdichtung kann an dieser Stelle ein Q-Ring 24 vorgesehen beziehungsweise die äußere Umfangsfläche 10 des Gehäuses mit Dichtlack versehen werden.

Fig.3 ist etwa analog zu Fig.2 zu sehen mit dem Unterschied, daß hier die aus einem gebogenen Blechteil bestehende Nabe 3 des Laufrades 2 unterhalb des Gegenringes 5, diesen radial geringfügig spannend, endet. Die radiale Spannung wird durch eine in Richtung des Gegenringes 5 sich erstreckende Sicke 25 erzeugt. Ein zusätzlicher, ebenfalls aus Blech bestehender Verbindungskörper 26 erstreckt sich axial bis in die durch die Sicke 25 gebildete Ausnehmung 27.

In F i g. 4 ist in Form eines Diagrammes schematisch der,Verlauf unterschiedlicher Einflüsse auf die Federkonstante bei Dichtungen dargestellt. Wie schon in der Beschreibungseinleitung angesprochen, haben eine Reihe von Faktoren Einfluß auf die Gesamt-Federkonstante, nämlich die Federkonstante der Metallfeder, die Federkonstante des Federdichtringes, die axiale Länge' der Dichtung sowie das Einbaumaß. Ohne die einzelnen Faktoren jetzt näher zu definieren, sind diese in dem Diagramm mitden Ziffern a, b, c und d bezeichnet Das schraffierte Feld e spiegelt das Toleranzfeld wieder, in weiches in Serie gefertigte Dichtungen vor dem Einbau in das Pumpengehäuse hineinfallen. Daraus resultiert natürlich auch eine für jede Dichtung unterschiedliche Kraft bzw. Federkonstante. Der Toleranzbereich ist in dem Diagramm durch die Ziffer AF angegeben. Dieses aus vielen Faktoren gebildete AF hat nun im Betriebszustand einen maßgeblichen Anteil an der Lebensdauer der gesamten Einbaueinheit.

Um diesen erheblichen Nachteil zu beseitigen, mußten die Einflüsse der unterschiedlichen Faktoren auf die Gesamt-Federkonstante untersucht und so weit möglich eliminiert werden. Dies ist durch die geschilderten Maßnahmen geschehen. Wie insbesondere in den F i g. 2 und 3 dargestellt, ist der Federdichtring 15 axial gestützt, so daß er nicht mehr unter axialer Druckbelastung verformt werden kann. Die Federkonstante bzw. die axiale Federkraft wird anschließend durch die federnden Zungen 18 eingestellt, so daß eine für alle Dichtungen gleiche Federkraft (F =? const.) eingestellt werden kann, die auch durch den Montagevorgang nicht verändert wird. Auch eine höhere Axialkraft wird durch entsprechende Werkstoffpaarungen von Gleit- und

Gegenring bei entsprechend g'eringem Verschleiß wieder komprimiert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einstellen der axialen Federkraft einer mit einem Laufrad verbundenen Gleitringdichtung, indem das Laufrad, die Gleitringdichtung, der Gegenring sowie ein alle Teile axial zusammenhaltender Körper zu einer Einbaueinheit verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbaueinheit auf ihr Einbaumaß axial zusammengedrückt, die Federkraft gemessen und anschließend die für die jeweilige Einbausituation erforderliche axiale Federkraft eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Montage der Einbaueinheit aus dem Gehäuse der Gleitringdichtung federnde Zungen herausgebogen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Zungen nach dem Messen der Axialkraft verformt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung der federnden Zungen vor der Prüfung der Einbaueinheit auf Gasdichtheit durchgeführt wird.

5. Gemäß dem Veffahren hergestellte und geprüfte Einbaueinheit, insbesondere für Flüssigkeitspumpen, bestehend aus einem Laufrad, einem mit diesem zusammenwirkenden Gegenring, einer Gleitringdichtung sowie einem alle Teile axial zusammenhaltenden Verbindungskörper, wobei die Gleitringdichtung ein winkelförmiges Gehäuse, einen Gleitring und einen aus Elastomermaterial bestehenden Federdichtring aufweist nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Gehäuse (9) federnde Zungen (18) herausgebogen sind, die mittel- oder unmittelbar am Gleitring (14) anliegen.

6. Einbaueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Zungen (18) aus dem Radialschenkel (17) des Gehäuses (9) herausgeformt sind.

7. Einbaueinheit nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Zungen (18) sich radial von außen im wesentlichen konisch in Richtung des Gleitringes (14) erstrecken und im Bereich seiner inneren Umfangsfläche zur Anlage kommen.

8. Einbaueinheit nach den Ansprüchen 5 bis 7, gekennzeichnet durch am freien Ende der federnden Zungen (18) angeformte, sich vom Gleitring (14) weg erstreckende Abbiegungen (20).

9. Einbaueinheit nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbiegungen (20) ein gerundetes Querschnittsprofil aufweisen.

10. Einbaueinheit nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialschenkel (17) bzw. die daraus herausgeformten federnden Zungen (18), der Kontur des Federdichtringes (15) folgend, ausgebildet sind.

11. Einbaueinheit nach den Ansprüchen 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine sich axial zwischen dem Gleitring (14) und dem Radialschenkel (17) bzw. den federnden Zungen (18) erstreckende, etwa mäanderförmige Federscheibe (16).

12. Einbaueinheit nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) der Gleitringdichtung (6) aus Federstahl besteht.

13. Einbaueinheit nach den Ansprüchen 5 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Zungen (18) im nicht eingebauten Zustand der Einbaueinheit

(1) am abgebogenen Radialschenkel (8) einer als Verbindungskörper (7, 26) zwischen Gleitringdichtung (6) und Laufrad (2) dienenden, mit dem Laufrad

(2) verbundenen Nabe (3) anliegen.