DE3603210A1 - Lippendichtungsring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lippendichtungsring vor allem zur Abdichtung rotierender Wellen oder auf- und abgehender Stangen mit einer Dichtlippe aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff, wobei die Dichtlippe auf die Berührungsstelle zur Welle oder Stange unter Federkraft gepreßt wird.

Vor allem wegen ihrer hohen Medien- und Temperaturbeständigkeit und ihren guten Gleiteigenschaften wird Polytetrafluorethylen oder ein artverwandter Werkstoff in Lippendichtungsringen als Dichtlippenwerkstoff eingesetzt. Das Polytetrafluorethylen oder der artverwandte Werkstoff wird bevorzugt aus Kostengründen in der Form einer Dichtungsscheibe verwendet, dessen einer Schenkel bevorzugt am Innenumfang unter Bildung einer auf der dynamischen Dichtstelle aufliegenden Dichtlippe abgebogen ist, während der andere Schenkel unter Verwendung von gegebenenfalls elastomeren Zwischenschichten und Klemmvorrichtungen in das Gehäuse des Lippendichtungsringes statisch abdichtend eingespannt, eingeklebt und/oder einvulkanisiert ist.

Nachteilig bei Polytetrafluorethylen und artverwandten Polymeren ist ihr thermoplastisches Fließverhalten. Unter Druck- und Temperaturbelastung im Betrieb beginnt das Material zu fließen und sich bleibend zu verformen, die Radialkraft im Dichtlippenbereich läßt nach und Dimensionsänderungen der Dichtlippe durch vor allem Dichtkantenverschleiß oder Welleneinlauf werden nicht mehr ausgeglichen. Derartige Dichtungsringe werden daher schon nach relativ kurzen Laufzeiten undicht und sind Lippendichtungsringen mit elastomeren Dichtlippen in dieser Hinsicht unterlegen.

Zur Erhöhung der Dichtlippenradialkraft ist es üblich, die Dichtlippe mit einem Schraubenfederring zusätzlich an die Dichtstelle anzupressen. Bei Lippendichtungsringen mit Dichtlippen aus Polytetrafluorethylen oder artverwandten Werkstoffen bringt diese Maßnahme jedoch nur einen begrenzten Erfolg. Im durch die Schraubenfeder belasteten Dichtlippenbereich beginnt der Werkstoff unter dem erhöhten Dichtpressungsdruck verstärkt zu fließen, das fließende Dichtlippenmaterial preßt sich in die Zwischenräume der Schraubenfederwindungen und die radiale Schraubenfederkraft läßt langsam nach. Bleibende Verformungen der Dichtlippe durch Verschleiß oder Welleneinlauf werden nicht mehr ausgeglichen, und die Dichtung wird schon nach einer allenfalls wenig erhöhten Dichtzeit undicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lippendichtungsring gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruchs zu schaffen, dessen Dichtzeit wesentlich erhöht ist. Der Dichtungsring soll zugleich möglichst einfach und kostensparend herzustellen sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Lippendichtungsring gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruchs gelöst, dessen Dichtlippe durch eine aufgeschobene Zylinderdruckfeder belastet ist. Bevorzugt ist die Zylinderdruckfeder auf die Dichtlippe medienseitig unter Vorspannung auf die Dichtlippe aufgeschoben.

Die erfindungsgemäß verwendete Zylinderdruckfeder belastet die Dichtlippe nicht mehr wie ein Schraubenfederring partiell in einer relativ schmalen Zone, sondern der Federdruck verteilt sich gleichmäßig auf die gesamte von der Zylinderdruckfeder umschlossenen, relativ großen Fläche. Die Dichtlippe wird jetzt über eine große Fläche elastisch federnd auf die Dichtstelle aufgepreßt und zur Erzielung einer gleichen Dichtwirkung kann jetzt die spezifische Druckbelastung des Dichtlippenwerkstoffs herabgesetzt werden. Die örtlich hohe Druckbelastung des Dichtlippenwerkstoffs entfällt, dadurch wird die bleibende plastische Verformung des Dichtlippenwerkstoffs unter Druckeinwirkung wesentlich herabgesetzt, und die Dichtung ist auch nach längeren Laufzeiten dicht. Die auf die Dichtlippe wirkende Druckbelastung wird dabei durch die Abmessungen der Zylinderdruckfeder bestimmt, und entsprechend dem Anwendungsfall ist zur Erzielung der gewünschten Vorspannung der Innendurchmesser der Feder entsprechend kleiner als der Außendurchmesser der Dichtlippe.

Die Zylinderdruckfeder besteht bevorzugt aus einem Stahldraht mit bevorzugt rundem bis rechteckigem Querschnitt, der mit mindestens zwei Windungen zur Zylinderdruckfeder gewickelt ist. Die einzelnen Windungen sind dabei mit Abstand zueinander gewickelt, so daß im Dichtlippenwerkstoff vom Druck belastete und entlastete Zonen entstehen. Entsprechend drückt sich auf den die Welle oder Stange berührenden Dichtlippenbereich ein spiralig verlaufendes Profil durch, das als Rückförderungsdrall der Verbesserung der Dichtwirkung dient. Falls eine solche Drallwirkung der Dichtlippe nicht gewünscht ist, kann die Zylinderdruckfeder im Sinne der Erfindung auch durch mindestens zwei nebeneinanderliegende Federn mit einer oder mehreren Windungen ersetzt sein.

In Prüfstandsversuchen wurden an den erfindungsgemäß hergestellten Lippendichtungsringen eine wesentlich verbesserte Dichtzeit festgestellt, die etwa zwei- bis dreimal größer war als herkömmliche Lippendichtungsringe mit Dichtlippen aus einem Polytetrafluorethylenmaterial. Der erfindungsgemäße Lippendichtungsring ist somit herkömmlichen Lippendichtungsringen mit Polytetrafluorethylen-Dichtlippen überlegen, und er ist einfach mit etwa dem gleichen Aufwand wie herkömmliche Lippendichtungsringe herstellbar.

Da die Erfindung darüber hinaus lediglich die Anpressung der Dichtlippe auf die Welle oder Stange betrifft, kann die Erfindung gleichermaßen auf alle Lippendichtungsringe angewendet werden, deren Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen oder artverwandtem Werkstoff im Gehäuse zur statischen Abdichtung unter Verwendung von gegebenenfalls elastomeren Zwischenschichten auf irgendeine Weise verklemmt, verklebt und/oder anvulkanisiert ist.

Fig. 1 zeigt als bevorzugte Anwendung der Erfindung als Querschnittsbild einen erfindungsgemäßen Lippendichtungsring mit auf der Dichtlippe aufliegender Zylinderdruckfeder und

Fig. 2 ein Querschnittsbild eines Lippendichtungsringes mit drei auf der Dichtlippe aufliegenden Federringen.

Der Lippendichtungsring (1) besteht in Fig. 1 aus dem rechtwinklig abgewinkelten Gehäusering (2) aus Stahl, an dessen radialem Schenkel (3) eine Dichtscheibe (4) aus Polytetrafluorethylen am Außenumfang mit einem Klemmring (5) statisch abdichtend befestigt ist. Die Dichtscheibe (4) aus Polytetrafluorethylen ist am Innenumfang etwa mittig rechtwinklig unter Bildung einer Dichtlippe (6) abgebogen, die über ihre gesamte Länge großflächig an der Welle (7) anliegt. Die über die Dichtlippe (6) medienseitig geschobene Zylinderdruckfeder (8) ist mit kleinerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Dichtlippe (6) gefertigt, so daß die Dichtlippe (6) entsprechend großflächig auf der Welle (7) abdichtend aufgepreßt wird. Die Zylinderdruckfeder (8) besteht aus einem Rundstahldraht, der mit einem Abstand der einzelnen Gänge gewickelt ist, so daß durch die ungleichmäßige Belastung der Dichtlippe (6) in deren auf der Welle (7) aufliegenden Bereich ein spiralig verlaufendes Profil (9) entstanden ist, das als Rückförderungsdrall wirkt. Der Außenmantel des Gehäuseringes (3) ist mit einer Elastomerschicht (10) versehen, die im Axialschenkel (11) die statische Abdichtung bewirkt und am Radialschenkel (3) eine der Dichtlippe (6) vorgeschaltete Schutzlippe (12) bildet.

In Fig. 2 besteht der Lippendichtungsring (13), wie in Fig. 1, aus dem Gehäusering (14) und dem Klemmring (15), zwischen deren radiale Schenkel die Dichtscheibe (16) aus Polytetra­ fluorethylen eingeklemmt ist. Die Dichtlippe (17) ist in diesem Fall von drei nebeneinanderliegenden Federringen (18, 19, 20) belastet, so daß im aufliegenden Bereich der Dichtlippe (17) auf der Welle (21) ein Profil (22) mit drei ringförmigen eingeprägten Wellenbergen entstanden ist. In diesem Fall besitzt das Profil (22) keine Wirkung als Rückförderungsdrall.

Claims (4)

1. Lippendichtungsring vor allem zur Abdichtung rotierender Wellen und auf- und abgehender Stangen mit einer Dichtlippe aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff, wobei die Dichtlippe auf die Berührungsstelle mit der Welle oder Stange durch Federkraft angepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (6) durch eine aufgeschobene Zylinderdruckfeder (8) mit mindestens zwei nebeneinanderliegenden Gängen auf die Welle (7) oder Stange pressend belastet ist.

2. Lippendichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Zylinderdruckfeder (8) kleiner als der Außendurchmesser der Dichtlippe (6) ist.

3. Lippendichtungsring nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gänge der Zylinderdruckfeder (8) mit Abstand zueinander gewickelt sind.

4. Lippendichtungsring gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dichtlippe (17) belastende Feder aus mindestens zwei mit Abstand zueinander auf die Dichtlippe (6) geschobenen separaten Federringen (18, 19, 20) mit einer oder mehreren Windungen besteht.