DE3601349A1 - Lippendichtungsring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lippendichtungsring zur Abdichtung rotierender Wellen oder auf- und abgehender Stangen, bestehend aus einem Dichtteil aus einem thermoplastischen Werkstoff, wie bevorzugt Polytetrafluorethylen oder ein artverwandter Werkstoff, und einem Gehäuse, in das das Dichtteil bevorzugt unter Verwendung eines Klemmteiles eingespannt ist.

Nach beispielsweise der US-PS 41 18 856 sind Lippendichtungsringe bekannt, deren Dichtteil aus einer Scheibe aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandtem Material besteht. Ein Teil der Scheibe bildet am Außenumfang einen radialen Schenkel, der als Haftteil der Befestigung am Gehäusering dient, während der andere Teil am Innenumfang abgebogen ist und mit seinem Ende durch Eigenspannung und gegebenenfalls mit Federkraft verstärkt, als Dichtlippe abdichtend, auf der Welle aufliegt.

Insbesondere wegen der schlechten Haftung von Polytetrafluorethylen an anderen Werkstoffen wird meistens der Haftteil des Dichtteiles im Gehäusering verklemmt, bevorzugt indem der Haftteil zwischen einem radialen Schenkel des Gehäuseringes und dem radialen Schenkel eines zusätzlichen Klemmteiles axial gespannt wird. Gegebenenfalls kann der Dichtteil zusammen mit weiteren Scheiben aus Polytetrafluorethylen oder anderen Werkstoffen im Gehäusering verklemmt sein, wobei bevorzugt jeweils ein Schenkel der zusätzlichen Scheiben am Innenumfang unter Bildung von Schutzlippen für den eigentlichen Dichtteil abgebogen ist.

Nachteilig ist das Kaltfließen des Polytetrafluorethylens oder artverwandten Materials unter Druck. Im eingespannten Haftteil des Dichtteiles führt das plastische Fließen des Polytetrafluorethylens unter Druck zum Nachlassen der Einspannkraft mit nachfolgendem Undichtwerden und Leckagen des Dichtungsringes in diesem Bereich.

Nach der US-PS 41 18 856 wird dabei das Dichtteil aus Polytetrafluorethylen im Gehäuse zusammen mit einer Scheibe aus elastomerem Material verklemmt, so daß die Elastomerscheibe die statische Abdichtung im Haftteil unterstützt. In diesem Fall müssen zur elastischen Verformung der elastomeren Schicht jedoch hohe Einspannkräfte aufgewendet werden, damit das bei den hohen Einspannkräften verstärkte Fließen des Polytetrafluorethylens durch die elastischen Rückverformungskräfte des elastomeren Materials wieder ausgeglichen werden kann. Zugleich wird das freiliegende elastomere Material durch vor allem aggressive Abdichtmedien angegriffen und zerstört, so daß letztlich die Vorteile des Polytetrafluorethylens, betreffend seine hohe Medienbeständigkeit, unwirksam werden. Bei längerem Betrieb neigen daher solche Dichtungsringe zu Leckagen.

Nach der DE-OS 33 09 538 und der DE-OS 34 02 366 wurden daher auch schon die Dichtteile aus Polytetrafluorethylen im Haftteil unter Verwendung elastomerer Zwischenschichten an die radialen Schenkel des Gehäuses geklebt und gegebenenfalls durch zusätzliche Klemmringe im Gehäuse eingespannt. Die Haftung von Polytetrafluorethylen an anderen Werkstoffen ist jedoch bekanntermaßen schlecht, und die Haftverbindung muß durch aufwendige Maßnahmen, wie vor allem ein kompliziertes Anätzen des Polytetrafluorethylens und die Verwendung teurer Klebstoffe, hergestellt werden. Durch bei dieser aufwendigen Fertigung leicht auftretende Bindungsfehler und durch Zerstörung der Klebemittelschichten oder Elastomerschichten durch aggressive Abdichtmedien kann es auch bei diesen Ringen leicht zum Undichtwerden und Unbrauchbarwerden der Ringe kommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dichtungsring gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, welcher mit möglichst einfachen Mitteln herstellbar ist und zugleich eine optimale Abdichtung im Haftteil auch nach längerer Betriebsdauer gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Lippendichtungsring gelöst, dessen Dichtteil im Haftteil aus mindestens drei Schichten besteht, deren äußere Schichten aus Dichtteilmaterial und deren innere Schichten aus elastisch verformbarem Material bestehen. Bevorzugt ist dazu die Scheibe des Dichtteiles, vom Außenumfang ausgehend, im Haftteil in radialer Richtung bis zu maximal etwa der Hälfte der radialen Scheibenwandstärke aufgeschnitten oder das Dichtteil besteht aus zwei oder mehr übereinanderliegenden Scheiben, und die innere Schicht aus elastisch verformbarem Material ist in den Spalt oder zwischen den beiden Scheiben eingesetzt. Bevorzugt ist die radiale Wandstärke der elastomeren Schicht nicht größer als etwa ein Drittel der radialen Tiefe des Spaltes, und die axiale Wandstärke ist nicht größer als die axiale Wandstärke des Dichtteiles.

Beim axialen Einspannen des Dichtteiles mit erfindungsgemäß in den Haftteil eingesetzter Schicht zwischen die radialen Schenkel des Gehäuseringes und des Klemmringes wird die Schicht schon bei kleinen Einspannkräften aufgrund ihrer geringen radialen Wandstärke elastisch stark verformt und drückt das Dichtteil elastisch federnd und abdichtend an das Gehäuse und den Klemmring. Der Lippendichtungsring ist unmittelbar nach dem Zusammenbau im Haftteil dicht. Die erforderlichen geringen Einspannkräfte belasten das Dichtteilmaterial nur wenig, und das nachteilige Fließen des Dichtteilmaterials wird auf ein Minimum beschränkt. Dieses geringe Fließen kann durch die elastischen Rückverformungskräfte der verformten Schicht ausgeglichen werden, und der gesamte Ring bleibt auch bei längerer Betriebsdauer im Haftteil dicht.

Die Schicht ist darüberhinaus durch das umgebende Dichtteilmaterial vor gegebenenfalls aggressiven Dichtmedien geschützt, vor allem seine elastische Rückverformungskraft bleibt bei längerem Betrieb erhalten, und der erfindungsgemäße Lippendichtungsring kann über lange Betriebszeiten mit allein durch das Dichtteilmaterial bestimmten Beständigkeitseigenschaften ohne Leckagen verwendet werden.

Im Sinne der Erfindung besteht die eingesetzte, elastisch verformbare Schicht bevorzugt aus einem Elastomer, sie kann jedoch im Prinzip auch aus einem elastisch verformbaren Kunststoff oder einem metallischen Schraubenfederring bestehen. Die Schicht ist bevorzugt ein Ring mit einem rechteckigen oder runden Querschnitt, im Prinzip kann aber auch der im Haftteil des Dichtteiles vorhandene radiale Spalt mit einer elastischen Masse aus bevorzugt vernetztem Silikonkautschuk zumindest teilweise ausgeschäumt sein. Zweckmäßigerweise ist die axiale Wandstärke der eingesetzten Schicht nicht größer als die axiale Wandstärke der Dichtscheibe. Während bevorzugt der erfindungsgemäß gestaltete Dichtteil in einem Gehäusering verklemmt wird, ist es auch möglich, den Dichtteil direkt im Gehäuse eines aufnehmenden Maschinenteiles zu verspannen.

Da sich die Erfindung lediglich auf die statisch abdichtende Befestigung des Dichtteiles im Haftteil bezieht, kann die Dichtlippe im Prinzip nach allen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen gestaltet sein. Die Dichtlippe kann lediglich mit ihrem Ende auf der Welle oder mit einer größeren Fläche auf der Welle aufliegen, die Dichtlippe kann in bekannter Weise Rückförderungsnuten aufweisen, sie kann durch zusätzliche Federkraft auf die Welle gepreßt werden oder der eigentlichen Dichtlippe können eine oder mehr Schutzlippen aus dem gleichen Material oder einem Elastomer vorgeschaltet sein.

Durch die Erfindung ist somit ein Lippendichtungsring geschaffen, dessen Dichtteil aus einem Thermoplast, wie bevorzugt Polytetrafluorethylen, im Haftteil auch nach längerer Betriebszeit abdichtend und ohne Leckage im Gehäuse befestigt ist. Die Beständigkeit des Lippendichtungsringes wird alleine durch die Beständigkeit des Dichtteilmaterials bestimmt, so daß der Lippendichtungsring mit der hohen Beständigkeit des Polytetrafluorethylens oder artverwandten Materials eingesetzt werden kann. Der Ring ist darüberhinaus einfach und kostensparend herstellbar.

Die Erfindung wird durch die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen Querschnittsbilder durch die erfindungsgemäßen Ringe.

In Fig. 1 ist (1) das Dichtteil aus einer Polytetrafluorethylen-Scheibe, welche zwischen die radialen Schenkel des Gehäuseringes (2) und des Klemmringes (3) eingespannt ist. Das Dichtteil (1) ist im Haftteil (4) radial auf etwa ein Viertel seiner radialen Breite aufgeschnitten, und in den Spalt (5) ist der elastomere Ring (6) eingelegt. Durch die Eigenspannung des Dichtteiles (1) ist der elastomere Ring (6) zusammengepreßt und drückt aufgrund seiner elastischen Rückverformungskraft die beiden Schenkel im Haftteil (4) abdichtend an die radialen Schenkel des Gehäuseringes (2) und des Klemmringes (3). Der elastomere Ring (6) ist vor Zerstörungen durch aggressive Abdichtmedien geschützt, so daß der Lippendichtungsring (7) auch nach längerem Betrieb im Haftteil dicht ist. Der Dichtteil (1) ist am Innenumfang unter Bildung einer die Welle (8) berührenden Dichtlippe (9) abgebogen.

In Fig. 2 besteht der Dichtteil aus zwei Scheiben (10, 11) aus Polytetrafluorethylen, die am Innenumfang zur Bildung der eigentlichen Dichtlippe (12) und der Schutzlippe (13) abgebogen sind und auf der Welle (14) aufliegen. Im Haftteil (15, 16) am Außenumfang sind die beiden Scheiben (10, 11) zwischen den radialen Schenkeln des Gehäuseringes (17) und des Klemmringes (18) eingespannt, wobei der zwischen den Scheiben (10, 11) im Haftteil (15, 16) angeordnete elastomere Ring (19) beim Einspannen verformt wird und mit seiner Rückverformungskraft die Scheiben (10, 11) im Haftteil (15, 16) abdichtend gegen die Gegenflächen (17, 18) preßt. Der elastomere Ring (19) ist vor aggressiven Dichtmedien geschützt und bleibt auch bei längerer Betriebsdauer dicht.

Im Querschnittsbild der Fig. 3 ist der Dichtteil (20) in eine Maschinenaufnahme unter Verwendung eines Klemmringes (22) eingespannt. Im Haftteil (23, 24) ist das Dichtteil (20) radial auf etwa ein Viertel seiner Länge aufgeschnitten, und der einliegende und beim Einspannen verformte elastomere Ring (25) preßt die beiden Schenkel (23, 24) des Dichtteiles (20) bleibend abdichtend radial gegen des Gehäuse (21) und den Klemmring. Am Innenumfang (26) liegt der Dichtteil (20) abdichtend auf der Welle (27) auf.

Im Querschnittsbild der Fig. 4 ist der Dichtteil (28) in eine Aussparung (29) in der Maschinenaufnahme (30) eingespannt. Der im aufgeschnittenen Dichtteil (28) angeordnete und verformte elastomere Ring (31) sorgt aufgrund seiner Rückverformungskraft für eine gute Abdichtung des Dichtteiles (28) in der Aufnahme (29), während das Dichtteil (28) am Innenumfang zur Bildung einer auf der Welle (33) aufliegenden Dichtlippe (34) abgebogen ist.

Claims (8)

1. Lippendichtungsring zur Abdichtung rotierender Wellen oder auf- und abgehender Stangen, bestehend aus einem Dichtteil aus einer oder mehreren Scheiben eines thermoplastischen Werkstoffes, wie insbesondere Polytetrafluorethylen oder ein artverwandter Werkstoff, und einem Gehäuse, in das das Dichtteil mit seinem Haftteil bevorzugt unter der Verwendung eines Klemmringes vorzugsweise axial eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftteil (4, 23, 24, 32, 15, 16) des Dichtteiles (1, 10, 11, 20, 28) aus mindestens drei Schichten besteht, deren äußere Schichten aus Dichtteilmaterial und deren innere Schichten (6, 19, 25, 31) aus elastisch verformbarem Material bestehen.

2. Lippendichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtteil (1, 20, 28) in seinem Haftteil (4, 23, 24, 32) bis zu maximal einem Drittel seiner radialen Wandstärke, vom Außenumfang ausgehend, in radialer Richtung aufgeschnitten ist, und daß die Schicht (6, 25, 31) aus elastisch verformbarem Material in den gebildeten Spalt (5) eingesetzt ist.

3. Lippendichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtteil (10, 11) aus mindestens zwei nebeneinanderliegenden Scheiben (10, 11) besteht, und daß die elastisch verformbare Schicht (14) im Haftteil (15, 16) zwischen den beiden Scheiben (10, 11) angeordnet ist.

4. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Wandstärke der Schicht (6, 19, 25, 31) aus elastisch verformbarem Material maximal gleich der axialen Wandstärke des Dichtteiles (1, 10 und 11, 20, 28) ist.

5. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Wandstärke der Schicht (6, 19, 25, 31) aus elastisch verformbarem Material maximal gleich einem Drittel der radialen Spalttiefe im Dichtteil (1, 10 und 11, 20, 28) beträgt.

6. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (6, 19, 25, 31) aus elastisch verformbarem Material aus einem Elastomer besteht.

7. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus elastisch verformbarem Material aus mindestens einem Ring (6, 19, 25, 31) besteht.

8. Lippendichtungsring nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus elastisch verformbarem Material aus einem zwischen die äußeren Schichten gespritzten und ausvulkanisierten Silikonkatuschuk besteht.