DE3506696C1 - Lippendichtungsring - Google Patents

Description

• Wegen der schlechten Bindefähigkeit von PTFE-Materialien an metallischen oder elastomeren Substraten wurden ursprünglich die PTFE-Scheiben in Lippendichtungsringen mit dem Gehäusering lediglich mechanisch verklemmt. Für derartige Maßnahmen sind aber zusätzliche Bauteile und Einklemmvorrichtungen erforderlich, so daß derartige Ringe relativ kostspielig sind. Nach neueren Verfahren, wie beispielsweise der DE-OS 33 09 538, können zwar die PTFE-Scheiben mit dem Gehäusering über gegebenenfalls gummielastische Zwischenschichten durch Kleben und/oder Anvulkanisieren verbunden werden, allerdings müssen dazu die Haftflächen der PTFE-Scheiben durch besondere Verfahren angeätzt werden. Wegen der schwierigen Handhabbarkeit der verwendbaren speziellen Ätzlösungen ist jedoch das Anätzen der Scheiben als zusätzlicher Verfahrensschritt aufwendig und kostspielig und kann vor allem wegen der Gefährlichkeit nur von speziell ausgerusteten Herstellern und nicht von Dichtungsherstellern selbst durchgeführt werden.
• Bei den bisher bekannten Konstruktionen liegt ferner der Dichtlippenteil der PTFE-Scheibe auf der abzudichtenden Scheibe nur in einer relativ schmalen Zone auf der abzudichtenden Welle auf. Damit unter diesen Verhältnissen überhaupt eine ausreichende Dichtwirkung entsteht, muß die Dichtlippe mit hohem Druck auf der Welle aufliegen. Hohe Dichtpressungsdrücke führen aber vor allem an der abzudichtenden Welle zum Verschleiß und gleichzeitig verformt sich das PTFE-Material plastisch. Es kommt zum Nachlassen der Dichtkraft und damit zu Leckagen an den Dichtstellen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lippendichtungsring gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, der einfach und kostensparend herstellbar ist und bei dem gleichzeitig die beschriebenen funktionstechnischen Nachteile beseitigt sind.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Lippendichtungsring mit einem aus PTFE-Material bestehenden Zylinder gelöst, welcher zwei zylindrische Schüsse unterschiedlicher Durchmesser besitzt, von denen einer den dynamischen Dichtteil bildet und mit seiner äußeren oder inneren Mantelfläche an der Dichtstelle abdichtend anliegt, während der zweite zylindrische Schuß den Haftteil bildet und mit einem axialen Schenkel des Gehäuseringes über gegebenenfalls elastische Zwischenschichten mechanisch durch Verklemmen, durch Verkleben und/oder durch Anvulkanisieren verbunden ist. Bevorzugt ist der PTFE-Zylinder an der äußeren Mantelfläche des Schusses mit dem größeren Durchmesser mit dem axialen Schenkel des Gehäuseringes verbunden, während die Innenfläche des zylindrischen Schusses mit dem kleineren Durchmesser auf der Welle oder Stange dichtend aufliegt.
• Durch die Erfindung ist ein Lippendichtungsring geschaffen, welcher ein wesentlich verbessertes Funktionsverhalten gegenüber den bisher bekannten Ringen besitzt, und welcher wesentlich einfacher und kostensparend herzustellen ist.
• Und zwar werden die verwendeten PTFE-Zylinder bevorzugt von PTFE-Rohren abgestochen und die PTFE-Zylinder werden dann auf einem Dorn unter Bildung zweier zylindrischer Schüsse unterschiedlicher Durchmesser aufgeweitet. Da die Zylinder eine relativ geringe Wandstärke zwischen bevorzugt 0,5 und 2 mm besitzen, kann von einem dünnwandigen und damit preiswerten PTFE-Rohr ausgegangen werden. Verteuernde Abfälle entstehen dabei nicht und ein separater kostspieliger Sinterprozeß ist nicht erforderlich. Der PTFE-Zylinder kann gegebenenfalls aber auch vorteilhaft insbesondere zur Abdichtung von Wellen oder Stangen großer Durchmesser durch Sintern hergestellt werden.
• Besonders vorteilhaft kann das Anätzen der Haftflächen der Zylinder für das Ankleben und/oder Anvulkanisieren am Gehäuse ring an der entsprechenden Mantelfläche des rohen PTFE-Rohres vorgenommen werden. Dadurch kann das Anätzen beim PTFE-Hersteller erfolgen und das Anätzen der Haftflächen der fertiggestellten seperierten PTFE-Scheiben entfällt. Vorteilhaft können darüberhinaus auch die gegebenenfalls erforderlichen Drallrippen und Drallstege in die spätere Dichtfläche der Rohre bevorzugt eingeprägt oder spanabhebend eingearbeitet werden, wobei solche Förderelemente an einer Mantelfläche des nicht dichtenden Haftteils die Abdichtwirkung verstärken können.
• Beim PTFE-Zylinder ist die axiale Breite des zylindrischen Schusses mit dem kleineren Durchmesser mindestens gleich 1,5 mm bis bevorzugt maximal 3 mm, so daß der PTFE-Zylinder mit einer relativ großen Auflagefläche, vor allem mit gleichmäßiger Dichtpressungsverteilung, auf der Welle aufliegt. Dadurch bedingt ist der maximale spezifische Druck des Dichtungszylinders an der Welle kleiner und dadurch wird sowohl der Verschleiß an der Dichtstelle als auch das plastische Fließen des PTFE-Materials mit einem Nachlassen der Dichtkraft und der Gefahr einer Leckage wesentlich gegenüber herkömmlichen PTFE-Dichtungsringen verringert.
• Vorteilhaft ist darüberhinaus auch die Bindung des PTFE-Zylinders in einer axialen Fläche am Gehäusering. Radiale Wellenschläge führen dann lediglich zu einer Druckbelastung der Bindung und das Abscheren an der Bindungsfläche mit nachfolgenden Abrissen, wie bei Lippendichtungsringen mit radialer Bindungsfläche möglich, tritt nicht auf. Zum Verklemmen des PTFE-Zylinders mit dem Gehäusering oder zur Unterstützung der Haftverbindung zwischen Gehäusering und PTFE-Zylinder kann gegebenenfalls auf eine komplizierte Klemmringkonstruktion verzichtet werden und lediglich ein radial wirkender Spannring oder Federring kann an der äußeren Mantelfläche des vom PTFE-Zylinder gebildeten Haftteil aufliegen und auf den Radialschenkel des Gehäuserings pressen.
• Die weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der mit dem Gehäusering verbundenen PTFE-Zylinder ergeben sich aus dem Einsatz der Lippendichtungsringe als Stangendichtung oder Wellendichtung an den verschiedensten Dichtstellen, aus den Abmessungen der Dichtungsringe und aus der optimierten Herstellbarkeit der PTFE-Zylinder. So können die PTFE-Zylinder bevorzugt eine gesamte axiale Höhe zwischen 5 und 10 mm besitzen und die axiale Höhe des zylindrischen Schusses mit dem größeren Durchmesser liegt zwischen 1 und 8,5 mm, damit eine optimale Bindung am Außenmantel zustandekommt.
• Ferner wird die Anpressung des Zylinders an die Welle durch den etwas geringeren Innendurchmesser des zylindrischen Schusses mit dem kleineren Durchmesser als der Außendurchmesser der Welle in an sich bekannter Weise erreicht, zusätzlich kann aber auch ein Spannring oder Federring am Außenumfang des kleineren zylindrischen Schusses anliegen und so die Dichtpressung erhöhen. Der Unterschied zwischen den Durchmessern der beiden zylindrischen Schüsse liegt minimal bei etwa dem Betrag der radialen Wandstärke des PTFE-Zylinders, bevorzugt liegt er aber etwa beim 5-bis 10-fachen dieses Wertes. Im Sinne der Erfindung kann auch an Stelle des PTFE ein gefülltes PTFE oder ein artverwandtes Polymer verwendet werden, und in die Dichtflächen können Rückförderungselemente in der Form von Drallstegen und -rippen eingearbeitet sein.
• Die Erfindung wird durch die beiden Abbildungen näher erläutert, und zwar zeigt Fig.1 einen Radialschnitt durch einen Lippendichtungsring mit einem am Gehäusering verklemmten PTFE-Zylinder und Fig.2 einen Radialschnitt durch einen Lippendichtungsring mit einem am Gehäusering anvulkanisierten PTFE-Zylinder.
• Fig. 3 einen Radialschnitt durch einen weiteren Lippendichtungsring mit einem am Gehäusering verklemmten PTFE-Zylinder.
• In Fig. list 1 der auf der Welle 2 montierte Lippendichtungsring. Er besitzt einen metallischen Gehäusering 3 und einen Klemmring 4, welche über eine elastomere Schicht 5 im radialen Bereich miteinander verbunden sind. Am Innenumfang besitzen der Gehäusering 3 und der Klemmring 4 axiale Schenkel 6 und 7 und im axialen Spalt zwischen den Schenkeln 6 und 7 ist der zylindrische Schuß 8 mit dem größeren Durchmesser des PTFE-Zylinders 9 eingeklemmt. Der PTFE-Zylinder 9 liegt am Innenumfang des zylindrischen Schusses 10 mit dem kleineren Durchmesser ganzflächig auf der Welle 2 mit entsprechender, gleichmäßiger Dichtpressung auf.
• In Fig. 2 ist 11 der auf der Welle 12 aufliegende Lippendichtungsring. Der Gehäusering 13 aus Metall besitzt am Innenumfang einen radialen Schenkel 14, welcher von einer anvulkanisierten Elastomerschicht 15 bedeckt ist. Die Elastomerschicht bildet zugleich am Innenumfang eine dem PTFE-Zylinder 16 vorgeschaltete elastomere Schutzlippe 19. Der PTFE-Zylinder 16 ist mit der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Schusses 17 mit dem größeren Durchmesser an der elastomeren Beschichtung 15 des axialen Gehäuseschenkels 14 anvulkanisiert und damit über eine elastomere Zwischenschicht 15 mit dem Gehäuse 13 in einer axialen Ebene verbunden. Der PTFE-Zylinder 16 liegt mit der Innenfläche des zylindrischen Schusses 18 mit dem kleineren Durchmesser ganzflächig mit einer entsprechenden, gleichmäßigen Dichtpressung auf der Welle 12 auf.
• In F i g. 3 ist 19 ein einfach gebauter Lippendichtungsring gemäß der Erfindung mit dem metallischen Gehäusering 20 mit dem PTFE-Zylinder 21. Der PTFE-Zylinder liegt mit der inneren Mantelfläche des zylindrischen Schusses 22 mit dem kleineren Durchmesser abdichtend auf der Welle 23 auf, wobei ein radial wirkender Spannring 24 am Außenmantel des zylindrischen Schusses 22 aufliegt und diesen auf die Welle 23 aufpreßt. Der zylindrische Schuß 25 des PTFE-Zylinders mit dem größeren Durchmesser liegt auf dem axialen Schenkel 26 des Gehäuseringes 20 auf und ein radial wirkender Spannring 27 bewirkt den festen Verbund zwischen PTFE-Zylinder 21 und Gehäusering 20.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Lippendichtungsring mit einem Gehäusering aus bevorzugt Metall und einem aus Polytetrafluorethylen oder einem verwandten Polymer bestehenden Dichtteil, der mit dem Gehäusering gegebenenfalls über eine elastomere Zwischenschicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtteil aus einem Zylinder (9, 16, 21) besteht, welcher zwei Schüsse (8, 10, 17, 18,22,25) unterschiedlicher Durchmesser besitzt, von denen einer den dynamischen Dichtlippenteil (10, 18, 22) bildet und mit einer Mantelfläche auf dem abzudichtenden Maschinenteil (2, 12,23) liegt, während der zweite Schuß (8, 17, 25) den Haftteil bildet und mit einem axialen Schenkel (6, 14, 26) des Gehäuseringes (3, 13, 20) verbunden ist.
2. 2. Lippendichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schuß (8, 17, 25) mit dem größeren Durchmesser den Haftteil bildet und mit einem axialen Schenkel (6, 14, 26) des Gehäuseringes (3, 13,20) verbunden ist, und daß der zylindrische Schuß (10, 18, 22) mit dem kleineren Durchmesser den Dichtlippenteil bildet und auf einer Welle (2, 12,23) oder Stange abdichtend aufliegt.
3. 3. Lippendichtungsring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Wandstärke des Zylinders (9, 16, 21) zwischen 0,5 und 2 mm liegt.
4. 4. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite des zylindrischen Schusses (10, 18, 22) mit dem kleineren Durchmesser zwischen 1,5 und 3 mm liegt.
5. 5. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte axiale Breite des Zylinders (9, 16, 21) zwischen 5 und 10 mm liegt.
6. 6. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesserunterschied zwischen den beiden zylindrischen Schüssen (wo, 18, 22 und 8, 17, 25) zwischen dem einfachen und zehnfachen Wert der radialen Wandstärke des Zylinders (9, 16,21) liegt.
7. 7. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (9, 16) aus einem gegebenenfalls mit mineralischen, pulverigen bis feinfaserigen Stoffen gefüllten PTFE-Material oder einem artverwandten Polymer besteht.
8. 8. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Dichtfläche des Zylinders (9, 16, 21) mit Rückförderungselementen und/oder Kraftentlastungsnuten in der Form von Stegen und Rippen versehen ist.
9. 9. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der äußeren Mantelfläche des den Dichtlippenteil bildenden zylindrischen Schusses (22) ein radial wirkender Spannring (24) oder Federring aufliegt, der die Dichtlippe (22) auf die Dichtfläche (23) in radialer Richtung preßt.
10. 10. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der äußeren Mantelfläche des den Haftteil bildenden zylindrischen Schusses (25) ein radial wir- kender Spannring (27) oder Federring aufliegt und den Haftteil an den Axialschenkel (26) des Gehäuseringes (20) kraftschlüssig anpreßt.

    Die Erfindung betrifft einen Lippendichtungsring zur Abdichtung rotierender Wellen oder zur Abdichtung auf- und abgehender Stangen mit einem Gehäusering aus bevorzugt Metall und einem aus Polytetrafluorethylen oder einem verwandten Polymer bestehenden Dichtlippenteil, der mit dem Gehäusering gegebenenfalls über elastomere Zwischenschichten verbunden ist.

    Mach beispielsweise der US-PS 38 57 156 oder der DE-OS 33 09 538 ist es bekannt, vor allem wegen des geringen Reibungskoeffizienten und der guten Beständigkeit gegenüber erhöhten Temperaturen und den Abdichtmedien in Lippendichtungsringen, den dynamisch beanspruchten Lippenteil aus gegebenenfalls mit beispielsweise Glimmerpulver oder Glaspulver gefülltem Polytetrafluorethylen oder einem verwandten Polymer zu gestalten. Der PTFE-Teil besteht dabei aus einer etwa im stumpfen Winkel axial gebogenen Scheibe, dessen Schenkel im Bereich des Außenumfanges in einer radialen Ebene mit dem meist metallischen Gehäusering über gegebenenfalls elastomere Zwischenschichten verbunden ist. Der Innenumfang der PTFE-Scheibe ist kleiner als der Außenumfang der abzudichtenden Welle, so daß nach der Montage der abgebogene Schenkel am Innenumfang der Scheibe die Dichtlippe bildet und in einem relativ schmalen Bereich auf der abzudichtenden Welle aufliegt. Im Dichtlippenbereich können gegebenenfalls Rückförderungselemente in der Form von Drallnuten und/oder Drallrippen angeordnet sein. Nach der US-PS 38 57 156 ist die PTFE-Scheibe am radialen Schenkel des Gehäuseringes mit einem zusätzlichen Klemmring verklemmt und nach der DE-OS 33 09 538 ist die PTFE-Scheibe unter Verwendung von elastomeren Zwischenschichten am radialen Schenkel des Gehäuseringes anvulkanisiert.

    Derartige verklemmte Lippendichtungsringe sind aber sowohl in bezug auf ihre Herstellung als auch in bezug auf ihr Funktionsverhalten nicht ganz unproblematisch.

    Die verwendeten PTFE-Scheiben können in einer Form separat gesintert werden, sie werden aus PTFE-Plattenmaterial ausgestanzt oder sie werden von relativ dickwandigen PTFE-Rohren abgestochen. Ein separates Sintern der Scheiben in einer Form ist relativ aufwendig, beim Ausstanzen der Scheiben aus Plattenmaterial geht relativ viel teures PTFE-Material verloren und zum Abstechen der Scheiben von einem PTFE-Rohr muß ein dickwandiges Rohr eingesetzt werden, das aufgrund seiner komplizierten Herstellung vergleichsweise teuer ist.