DE3320692C2

DE3320692C2 - Dichtungsanordnung, insbesondere Wellendichtungsanordnung

Info

Publication number: DE3320692C2
Application number: DE19833320692
Authority: DE
Inventors: Yuji Sakura Chiba Nakauchi; Akira Tokio/Tokyo Washida
Original assignee: ARAI SEISAKUSHO TOKIO/TOKYO JP KK
Current assignee: ARAI SEISAKUSHO TOKIO/TOKYO JP KK
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1985-10-31
Also published as: DE3320692A1

Abstract

Eine Dichtungsanordnung zur Verhinderung des Fließens von Flüssigkeit zwischen zwei sich relativ zueinander drehenden Flächen hindurch, beispielsweise zwischen einem Gehäuse (3) und einer drehenden Welle (1), die sich durch das Gehäuse (3) erstreckt. Ein zylindrischer Dichtungsring (11), der aus einem elastomeren Material hergestellt ist, ist zwischen einem drehenden Ring (5), welcher flüssigkeitsdicht an dem drehenden Teil angebracht ist, und einem stationären Ring (6), welcher flüssigkeitsdicht an dem stationären Teil angebracht ist, in einer Weise angeordnet, daß beide Endflächen davon in Berührung mit korrespondierenden Flächen des stationären Teils und des drehenden Teils kommen. Der Dichtungsring (11) hat ringförmige Nuten (12, 13), die in seiner äußeren Oberfläche ausgebildet sind, in die ringförmige, elastische Elemente, nämlich Schraubenfedern (14, 15), eingesetzt sind, so daß die beiden Endflächen des Dichtungsringes (11) unter Krafteinwirkung gegen korrespondierende Flächen des drehenden Ringes (5) und des stationären Ringes (6) durch den Einfluß der Zusammenziehungskraft der elastischen Elemente gedrückt werden, um dadurch die Flüssigkeitsdichtigkeit dazwischen sicherzustellen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Dichtungsanordnung dieser Bauart ist in US-PS 48 031 beschrieben und dargestellt. Diese bekannte Ausgestaltung weist einen im Querschnitt V-förmigen Dichtungsring auf, in dessen Ringnut auf dem Außenumfang eine einen Ring bildende Zugfeder angeordnet ist, die den Dichtungsring mit einer Vorspannung zusammenpreßt. Es ist der Zweck der Zugfeder, aufgrund der Pressung die beiden Flanken des Dichtungsringes axial auseinanderzudrücken und somit unterschiedliche Abstände zwischen den seitlichen Dichtungsflächen automatisch auszugleichen.

Bei der bekannten Ausgestaltung besteht nicht nur die Gefahr, daß der Dichtungsring sich radial verlagert und nicht mehr koaxial zur Mittelachse der Dichtungsanordnung steht, sondern es besteht auch diie Gefahr, daß der Dichtungsring aufgrund der Zugfederspannung eine unrunde Form einnimmt, wodurch aufgrund dieser zur Faltenbildung in den Flanken des Dichtungsringes neigenden Verformung die Fähigkeit zu einer exakten seitlichen Abdichtung vermindert wird. Die Abdichtung ist auch dann schon beeinträchtigt, wenn aufgrund der vorgenannten Verformung der axiale Druck, mu dem ίο die Flanken des Dichtungsringes gegen die Dichtungsflächen beaufschlagt sind, auf dem Umfang der Flanken ungleichmäßig ist

Bei der bekannten Ausgestaltung ist deshalb eine verhältnismäßig stabile Ausbildung des Dichtung^! inges in Form von verhältnismäßig großen Abmessungen bzw. durch die Wahl eines festeren Werkstoffes erforderlich, um einer vorgenannten Verformung entgegenzuwirken. Hierdurch ist eine vergrößerte Bauform bzw. eine Beeinträchtigung der axialen Anpaßbarkeit bedingt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs beschriebenen Bauart dahingehend auszugestalten, daß bei Gewährleistung einer guten Abdichtung eine größere axiale Anpreßbarkeit und eine kleinere Bauform möglich ist Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst

Bei einer erfindung^gemäßen Ausgestaltung ist eine kleinere insbesondere radiale, aber auch axiale Bauform möglich, weil der Abdichtungsring aufgrund seiner Führung auf der Buchse gehindert ist, vorbeschriebene Verlagerungen bzw. Formveränderungen einzugehen und deshalb im Hinblick sowohl seine Wandstärke als auch auf seine Festigkeit weniger stabil und somit kleiner ausgelegt werden kann. Hieraus folgt auch eiine verbesserte axiale Anpaßbarkeit, die durch eine geringere radiale Preßkraft erreicht werden kann. Darüber hinaus wird die radiale Anpaßbarkeit auch durch das. Vorhandensein von zwei, in separaten Umfangsnuten angeordneten, zugelastischen Elementen verg. cßert, die gleichzeitig eine vergrößerte Abdichtungskraft erzeugen. Dabei ist aufgrund der Führung des Abdichtungsringes eine Verwindung desselben durch die beiden axial nebeneinanderliegenden zugelastischen Elemente ausgeschlossen. Von Bedeutung ist auch noch, daß bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Gefahr einer Unwucht aufgrund einer radialen Verlagerung bzw. Verformung nicht besteht.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein progressiver Dichtungs-

ring, der aus einem Fluor-Harz, beispielsweise einem Tetrafluoräthylen-Harz oder dergl. Material, hergestellt ist, ^fest an derjenigen Endfläche des Dichtungsringes angebracht, die in einer Gleitberührung mit der Endfläche des drehenden Ringes oder des stationären Ringes steht. Da der Dichtungsring aus einem synthetischen Gummi oder einem ähnlichen Material gegossen wird, kann der progressive Dichtungsring thermisch mit diesem während des Gießvorganges verklebt werden. Vermöge der Anordnung des progressiven Dichtungsringes, der aus Flour- Harz oder dergl. hergestellt ist. ander Endfläche des Dichtungsringes kann ein Reibungswiderstand, der aktiv zwischen den dichtenden Endflächen besteht, wesentlich reduziert werden, was zu einem extrem reduzierten Abrieb und damit zu einer verbesserten Lebensdauer führt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird aufgrund linienförmiger Berührung des progressiven Dichtungsringes mit der gegen-

überliegenden Endfläche des drehenden oder stationären Ringes der Reibungswiderstand noch weiter reduziert wird, während die Flüssigkeitsdichtigkeit beibehalten wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den drehenden Ring aus keramischen Material herzustellen, wodurch ein Verschleiß am Ring weitestgehend verhindert wird.

Es ist im Hiiiblick auf eine leichtgängige Verschiebung des dem drehenden Ring zugewandten Längsab-Schnitts des Dichtungsringes von Vorteil, an dessen auf der zylindrischen Buchse aufliegenden Innenumfangs Längsnuten vorzusehen.

Nachfolgend v/urden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer vereinfachten Zeichnung beschrieben.

F i g. ί zeigt einen wesentlichen Teil einer Wellendichtungsanordnung gemäß einem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in vertikaler Schnittansicht

Fig.2 zeigt einen wesentlichen Teil einer Weüendichtungsanordnung gemäß einem zweiten, oevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in vertikaler Schnittansicht.

In F i g. 1 ist eine drehende Welle 1 dargestellt, die einen Rotor 2 aufweist der flüssigkeitsdicht so auf dieser angebracht ist daß er sich gemeinsam mit der Welle dreht. Die drehende Welle 1 erstreckt sich durch eine Ausbohrung O, die in einem Gehäuse 3 ausgebildet ist

Der Rotor 2 hat eine Ausnehmung, die in einer seiner Endflächen ausgebildet ist, die dem Gehäuse 3 gegenübersteht und in die ein drehender Ring 5 fest eingesetzt ist wobei eine Dichtung 4 zwischen diesen Teilen angeordnet ist Desweiteren ist ebenfalls ein stationärer Ring 6 fest in die innere Wand der Ausbohrung O des Gehäuses 3 in einer Weise eingesetzt daß eine Flüssigkeitsdichtigkeit sichergestellt ist und daß seine Drehung relativ zu dem Genäuse 3 verhindert ist Um einzelnen enthält der stationäre Ring 6 einen Flansch 7, der dazu bestimmt isi, flüssigkeitsdicht an die Endfläche des Gehäuses 3 zu stoßen, eine äußere Buchse 8, die flüssigkeilsdicht in die innere Wand des Gehäuses 2 eingesetzt ist. eine Seitenwand 9, die zu dem Inneren der Ausbohrung O hin vorsteht, und eine innere Buchse 10, die sich parallel zu der drehenden Welle 1 mit einem wesentlichen Abstand zu dieser, der beibehalten wird, erstreckt.

Auf die äußere Oberfläche der inneren Buchse 10 des stationären Ringes 6 ist ein zylindrischer Dichtungsring 11 aufgesetzt, der aus einem elastomeren Material, beispielsweise einem synthetischen Gummi oder dergl., hergestellt ist. Der Dichtungsring 11 hat zwei ringförmige Nuten 12 und 13, die in seiner äußeren Oberfläche ausgebildet sind, wobei jede dieser Nuten einen V-förmigen Querschnitt aufweist. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß der Dichtungsring 11 eine weitere ringförmige Nut und abgeschrägte Kanten, die an dessen innerer Oberfläche ausgebildet sind, aufweist, v/odurch er einen im wesentlichen W-förmigen Querschnitt hat

In die V-förmigen, ringförmigen Nuten 12 und 13 sind elastische Schraubenfedern 14 und 15, die ringförmig eo sind, gelegt Da die Schraubenfedern 14 und 15 durch deren radiale Ausdehnung in die ringförmigen Nuten eingesetzt sind, wird der Dichtungsring 11 unter dem Einfluß der zusammenziehenden Kraft der Schraubenfedern 14 und 15 gSlängt Aufgrund der Struktur des Dichtungsringes 11, wie er zuvor beschrieben wurde, wird dieser einer Kombination aus der radialen Kraft und einer axialen Kraft ausgesetzt wobei die erstere Kraft wirksam für eine Reduzierung des Durchmessers des Dichtungsringes ist während die letztere Kr?ft wirksam für seine Längung in axialer Richtung ist

Desweiteren weist der Dichtungsring 11 einen progressiven Dichtungsring 17 auf, der fest an dessen Endabschnitt 16, der dem Rotor 2 gegenübersteht angebracht ist Der progressive Dichtungsring 17 wird typischerweise aus einem Tetrafluoräthylen-Harz mit einer Füllmasse, die in dieses eingebracht ist, hergestellt und thermisch mit dem Dichtungsring 11 verklebt wenn letzterer gegossen wird. Der andere Endabschnitt IS des Dichtungsringes 11, der in dem Gehäuse 3 angeordnet ist ist dazu bestimmt in eine enge Berührung mit der Seitenwand 9 des stationären Ringes 6 zu treten.

Wie in F i g. 1 gezeigt erstrecken sich sowohl eine Endfläche 19 des drehenden Ringes 5 als auch eine Endfläche 20 des progressiven Dichtungsringes 17 in radialer Richtung unter einem rechten Winkel relativ zu der Achse der drehenden Welle 1. In dem Maße, wie der Dichtungsring 11 nach innen in rad^:. ,er Richtung unter der zusammenziehenden Kraft der Sdmubenredern Ϊ4 und 15 gepreßt wird, wird der Endabschnitt 16 des Dichtungsringes 11 wirksam zum Verschieben des progressiven Dichtungsringes 17 in Richtung auf den drehenden Ring 5 bis die Endfläche 19 und die Endfläche 20 in engen Kontakt miteinander gebracht werden. Desweiteren wird der Endabschnitt 18 des Dichtungsringes 11 in Richtung auf die Seitenwand 9 des stationären Ringes verschoben, so daß zwischen diesen eine Flüssigkeitsdichtigkeit sichergestellt ist. Gleichzeitig wird die innere Oberfläche des Dichtungsringes 11 gegen die äußere Oberfläche der inneren Buchse 10 des stationären Ringes gedrückt so daß zwischen diesen eine Flüssigkeitsdichtigkeit sichergestellt ist

Wenn die Welle 1 gedreht wird, werden der Rotor 2 und der drehende Ring 5 zusammen mit der drehenden Welle 2 gedreht Andererseits wird der progressive Dichtungsring 17 so gehalten, daß er nicht wesentlich gedreht wird. Auf diese Weise tritt, obgleich die Endfläche 19 des drehenden Ringes 5 relativ zu der Endfläche des progressiven Dichtungsringes 17 drehbar ist, kein -Flüssigkeitsverlust an den Endflächen 19 und 20 auf. weil diese in eine flüssigkeitsdichte Berührung miteinander unter dem Einfluß der zusammenziehenden Kraft gebracht werden, die durch die Schraubenfedern 14 und 15 hervorgerufen wird. Als Ergebnis wird eine gleitende Dichtungsfläche 5 durch Zusammenwirken der Endflächen 19 und 20 gebildet.

Die Dichtungsfläche S erfährt einen Abrieb in dem Maße, wie ein Gleitvorgang stattfindet. Da indessen der Endabschnitt 16 des Dichtungsringes 11 normalerweise in Richtung auf die Endfläche 19 in axialer Richtung unter dem Einfluß der elastischen Kraft der Schraubenfedern 14 und 15 gedrückt wird, wird ein sich einstellender Verschleiß automatisch ausgeglichen.

Fig. 2 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei gleiche oder ähnliche Teile bzw. Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Aus diesem Grunde ist eine erneute Beschreibung dieser Teile bzw, Elemente nicht erforderlich.

In der Anordnung gemäß Fig.2 ist ein drehender Ring 5 vorgesehen, der aus einem keramischen Material hergestellt ist Der d^rehende Ring 5 wird zusammen mit einer drehenden Welle 1 und einem Rotor 2 in gleicher Weise wie in F i g. 1 gedreht.

Ein Dichtungsring 11 trägt eine progressiven Dichtungsring 17, fest an einem seiner Endabschnitte 16, der

dem drehenden Ring 5 gegenüberliegt, angebracht ist. Dieser progressive Dichtungsring 17 ist aus einem Tetrafluoräthylen-Harz hergestellt. Es sei hier angemerkt, daß sich eine Endfläche 20 des progressiven Dichtungsringes 17 unter einem bestimmten Neigungswinkel relativ zu einer anderen Endfläche 19 des drehenden Ringes 5 erstreckt, so daß der progressive Dichtungsring 17 mit der Endfläche 19 nur an einer radial gesehenen äußersten peripheren Kante in Berührung kommt. Dies bewirkt, daß der progressive Dichtungsring 17 in eine Iinienförmige Berührung mit dem drehenden Ring 5 kommt, was zu einem verringerten Reibungswiderstand während einer Drehbewegung des letzteren führt.

Der keilförmige Raum, der zwischen den beiden Endflächen 19 und 20 gebildet wird, dient als ein Schmiermittelvorratsraum. der mittelbar eine weitere Reduzierung der Reibungskraft, einen geringeren Verschleiß und damit eine erhöhte Lebensdauer bewirkt.

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Dichtungsring 11 eine Vielzahl von sich axial erstrekkenden Nuten 21, die in dessen innerer Wand, die neben dem drehenden Ring 5 angeordnet ist. ausgebildet sind, wobei diese sich axial erstreckenden Nuten 21 untereinander gleiche Abstände in der Umfangsrichtung aufweisen. Die Anordnung dieser Nuten 21 macht es leichter, den Endabschnitt 16 des Dichtungsringes 11 in Richtung auf den drehenden Ring 5 unter der zusammenpressenden Kraft, die durch die Schraubenfedern 14 und 15 ausgeübt wird, zu verschieben, wenn der progressive Dichtungsring 17 verschleißt.

Wie leicht aus der zuvor gegebenen Beschreibung ersichtlich ist, ist die Wellendichtungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut, daß eine optimale Druckkraft sowohl zwischen der einen Endfläche des Dichtungsringes und der Endfläche des drehenden Ringes als auch zwischen der andere Endfläche des Dichtungsringes und der Endfläche des stationären Ringes mit Hilfe der elastischen Elemente, nämlich der ringförmigen Schraubenfedern oder dergl. hervorgerufen wird. Auf diese Weise benötigt die Wellendichtungsan-Ordnung einen axialen Raum, der kleiner als derjenige von herkömmlichen mechanischen Dichtungen ist, die ein axial wirkendes Federungsmittel aufweisen. Desweiteren weist der Dichtungsring zumindest zwei ringförmige Nuten, die in dessen äußerer Oberfläche ausgebildet sind, zum Zwecke einer leichten Verformbarkeit auf, so daß die Wellendichtungsanordnung sowohl eine vergrößerte axiale Ausdehnung als auch einen vergrößerten erlaubten Betrag an Verschleiß hat. Außerdem ist ein bestimmter Betrag eines axialen Fehlers, der wäh- so rend des Zusammenbaus auftreten kann, leicht zu korregieren. Es sei hinzugefügt, daß die Wellendichtungsanordnung leicht auf die drehende Welle aufgebracht werden kann.

Desweiteren ist aufgrund der ausgezeichneten Flexibilität des Dichtungsringes ein ausreichend hoher Dichtungsdruck sogar mit einem relativ weichen ringförmigen, elastischen Element erreichbar. Darüber hinaus kann die gesamte Wellendichtungsanordnung mit kleinen Abmessungen durch Verwendung der ringförmigen elastischen Elemente, die kleine Abmessungen haben, konstruiert werden.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung, insbesondere Wellendichtungsanordnung, bestehend aus einem Dichtungsring, der aus einem elastomeren Material hergestellt und dichtend zwischen einem drehenden, flüssigkeitsdicht an einem drehenden Teil, zum Beispiel einem Rotor, angebrachten Ring und einem stationären, flüssigkeitsdicht in ein stationäres Teil, zum Beispiel ein Gehäuse, eingepaßten Ring angeordnet ist, wobei der Dichtungsring im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist. und in seiner keilförmigen Ringnut auf seinem Außenumfang ein ringförmiges, zugelastisches Element, vorzugsweise eine Schraubenzugfeder, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (11) im Querschnitt W-förmig mit zwei äußeren, keilförmigen Ringnuten (12, 13) ausgebildet ist, daß in beiden Ringnuten (i2, 13) jeweils ein ringförmiges, zugelastisches Element (14,15) angeordnet ist, und daß der Dichtungsring (11) auf einer zylindrischen Buchse (10) des stationären Ringes (6) geführt ist

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (11) einen progressiven Dichtungsring (171 trägt, der fest an einer seiner Endflächen angebracht ist und mit dem der drehende Ring (5) oder der stationäre Ring (6) in einer Gleitberühiung steht, und daß der progressive Dichtungsring (17) aus einem Fluor-Harz, beispielsweise einem T'-'rafluoräthylen-Harz oder dergl. Material, hergestellt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endfläche (20) des progressiven Dichtungsringes (17) um einen bestimmten Winkel zu der gegenüberliegenden Endfläche (19) des drehenden Ringes (5) oder zu einer Oberfläche des stationären Ringes (6), mit der die Endfläche (20) des progressiven Dichtungsringes (17) in einer Gleitberührung steht, geneigt ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehende Ring (5) aus einem keramischen Material hergestellt ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem drehenden Ring (5') zugewandte Längsabschnitt des Dichtungsringes (H') innenseitig eine Vielzahl auf den Innenumfang verteilter axialer Nuten (21) aufweist (F ig. 2).