DE3716862A1 - Anordnung zur abdichtung von rotierenden wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung von ro­ tierenden Wellen, die mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenenen Merkmalen ausgestattet ist.

Bei den bekannten Anordnungen dieser Gattung (DE-OS 29 44 072) ist der zwischen dem wellenseitigen Schenkel, auch dynamische Dichtung genannt, und dem stützringseitigen Schenkel, auch statische Dichtung genannt, des U-förmigen Profils eingeklemm­ te O-Ring so dimensioniert, daß er den auch im Betriebszustand vorhandenen Ringspalt zwischen dem wellenseitigen Rand des Stützrings und dem Dichtring abschließt.

Trotz dieser Maßnahme kann es insbesondere bei hohen Drücken des abzudichtenden Mediums vorkommen, daß der genannte Spalt und anschließend daran auch der Bereich zwischen der statischen Dichtung und der anliegenden Fläche des Stützrings trotz des bündigen Anliegends der beiden Flächen von Druckmedium "hinter­ krochen" wird, so daß auf diese Weise ein Druckausgleich mit der druckabgewandten Seite und damit Leckverluste eintreten können.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Mangel mit einfachen Mitteln zu überwinden. Sie löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnah­ men.

Hierdurch wird an dem kritischen Bereich, an dem ein "Hinter­ kriechen" des Druckmediums beginnen kann, eine hydraulische Sperre geschaffen an der aufgrund der beim Zusammenspannen der drei Ringe erzielten Verformung des O-Rings eine erhöhte Flächenpressung zwischen O-Ring und Dichtring einerseits und zwischen O-Ring und Stützring anererseits erzielt wird, welche ein Eindringen von Druckmedium auch bei hohen Vordrücken ver­ hindert.

Durch entsprechendeWahl der Dicke sowie der Materialzusammen­ setzung des O-Rings hat man es auf einfache Weise in der Hand, den Anpressdruck den jeweiligen Druckverhältnissen, die in der Anlage herrschen, anzupassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß der zwischen Dichtring und Stützring eingefügte O-Ring in einer ringsumlaufenden Ausneh­ mung des Stützrings geführt ist und über diese in axialer Rich­ tung vorsteht. Hierdurch wird eine sichere Zentrierung des O-Rings gegen evtl. radiale Verschiebung während des Betriebs erreicht.

Eine weitere Ausführungsart sieht vor, zur Reibungsverminde­ rung zwischen Welle und Dichtung, die wellenseitige dynami­ sche Dichtlippe gegenüber der axialen Dichtungsbreite um ca. 10% zu verkürzen.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Stützring zu einer Kartusche und einer Baueinheit vereinigt, die in eine entspre­ chende Höhlung des Gehäuses der Antriebsanlage, dieser gegen­ über durch Ringdichtungen abgedichtet, einsetzbar und mit dem Gehäuse über Mitdrehsicherungsstifte oder dgl. bewegungsschlüs­ sig verbindbar ist.

Mit dieser baulichen Maßnahme wird die Montage der Dichtung sowie die Wartung vereinfacht, weil sie als Bausatz außerhalb des Gerätes vormontierbar ist. Die erforderliche Abdichtung ge­ genüber dem Gehäuse bereitet keine Schwierigkeiten, da die hier­ für verwendeten Ringdichtungen einfache und preiswerte Bauele­ mente darstellen.

Eine weitere Ausführungsart sieht vor, daß an der druckabge­ wandten Seite des U-förmigen Profils zur Welle hin eine schräggerichtete Anfasung an diesem vorgesehen ist und daß in dem Bereich der Anfasung des Dichtrings der Druckring mit ei­ nem ringsumlaufenden nasenartigen Vorsprung ausgestattet ist, der als Stütze für den Dichtring in diesem Bereich wirkt. Um zu verhindern, daß bei hohen Drücken und reversierenden Drehbewegungen der Dichtring über die Dichtlippe in Drehung versetzt wird, ist ferner vorgesehen, daß der Dichtring an­ schließend an sein U-förmiges Profil in radialer Richtung durch einen Ringflansch verbreitert ist, wobei der Ringflansch im Betriebszustand a) zwischen Stützring und Druckring einge­ spannt ist und b) der Ringflansch mit geringem Spiel zwischen Stützring und Druckring eingebaut ist, wobei Mitnehmerstifte eine Drehung der Dichtung verhindern, wobei die axiale Länge des Ringflansches nur einen Teil der axialen Länge des U-förmi­ gen Profils beträgt oder die axiale Länge des Ringflansches gleich ist der axialen Länge des U-förmigen Profils.

Um sicher zu vermeiden, daß schon bei der Montage, aber beson­ ders bei Druckbeaufschlagung, auf der dem Druck abgewandten Seite der Dichtung ein Druckaufbau erfolgt, ist weiter vorge­ sehen, daß in dem Ringflansch des Dichtrings und in dem Druck­ ring eine oder mehrere in axialer Richtung verlaufende Drai­ nagebohrungen angebracht sind, die in einen Drainagekanal ein­ münden und die entweder mit einer Leckkammer oder mit der At­ mosphäre in Verbindung stehen.

Die Drainagebohrung ist in Fig. 1-5 mit Nr. 17a und der Drai­ nagekanal in Fig. 2-5 mit Nr. 17 bezeichnet. Es gehört noch in den Rahmen der Erfindung, daß der Dichtring aus einem Compound-Kunststoff auf der Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polymer als Hauptfüllstoff besteht, ohne abrasive Zuschlagstoffe wie z.B. Glasfaser u.a..

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer in der Zeichnung dargestellten Drehdurchführung an einem servohydraulischen Industrieroboter, der mit einem Druck des Drucköls von ca. 200 bar arbeitet, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines Längsschnitts durch die Dreh­ durchführung

Fig. 2 2-5 im vergrößerten Maßstab die verschiedenen Varianten im Rahmen der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit 2 die Wandung des Gehäuses bezeichnet, durch das die Welle 1 hindurchtritt und an der Durchtritts­ stelle abgedichtet ist.

Bei P ist der Eintritt des Drucköls und bei L der Austritt des Lecköls angedeutet. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel ist die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung jeweils zu einer Kartusche 3 a baulich vereinigt, die im Innern der Ge­ häusewandung 2 geführt und ihr gegenüber mittels Ringdichtun­ gen 9 abgedichtet und gegen Mitdrehen mit Sicherungsstiften 12 gesichert ist.

Die wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Dichtungsan­ ordnung, von der zwei in spiegelbildlicher Ausführung zu bei­ den Seiten des Drucköleintritts dargestellt sind, sind ein Stützring 3, ein Dichtring 5, 18, ein Druckring 4, Spannschrau­ ben 11, ein O-Ring 7 und ein O-Ring 8.

Während der Stützring 3 und der Druckring 4 aus Metall bestehen, ist der Dichtring 5, 18, wie üblich, aus einem thermoplastischen Werkstoff und zwar einem Compound aus Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polymer als Hauptfüllstoff, ohne abrasive Zuschlag­ stoffe wie z.B. Glasfaser u.a., gefertigt und ist im dargestell­ ten Betriebszustand nach Fig. 1 zwischen den beiden Metallrin­ gen 3, 4 mittels der Spannschrauben 11, eingespannt oder nach Fig. 5 mit geringem Spiel eingesetzt und mittels Stiften 13, (Fig. 5) gegen Mitdrehen gesichert.

Der Dichtring ist aus einem U-förmigen Profilteil 5 und einem flanschförmigen Teil 18 zusammengesetzt, wobei der U-förmige Teil zur Druckseite hin offen ist, wodurch zwei Schenkel, die wellenseitige dynamische Dichtung 16, welche eine Dichtlippe 10 trägt, und die stützringseitige statische Dichtung 15, ge­ bildet werden. Die wellenseitige Dichtlippe ist gegenüber der axialen Dichtungslänge um ca. 10% verkürzt ausgeführt. Zwischen die beiden Schenkel ist eine O-Ring 7 eingeklemmt, der die Schenkel nach außen gegen die Welle bzw. den Stützring drückt. Zwischen der statischen Dichtung 15 und dem Stützring 3 ist ein weiterer O-Ring 8 eingeklemmt, der einerseits auf die Stirnfläche 19 der statischen Dichtung und andererseits auf den Stützring 3 einen erhöhten Druck ausübt.

Aufgrund dieses erhöhten Drucks wird der Eintritt und Durch­ tritt von Druckmittel hinter die Rückenfläche des Dichtrings und damit Leckverlust sicher vermieden. Zur sicheren Fixie­ rung und Zentrierung des O-Rings 8 ist im Bereich seiner An­ lagefläche an dem Stützring 3 dieser mit einer ringförmigen Ausnehmung 8 a versehen, deren Tiefe geringer ist, als die Dicke des O-Rings 8 im unverformten Zustand, um den genann­ ten vergrößerten Anpressdruck zu gewährleisten.

In der Detaildarstellung nach den Fig. 2-5 ist die Anordnung nach der Erfindung besonders deutlich zu erkennen, da dort die beiden O-Ringe 7, 8 sowohl für sich als auch bzgl. der Lage zueinander in vergrößertem Maßstab dargestellt sind. Dieses gilt ebenso für die Drainagebohrung 17 a, und den Drainagekanal 17.

Darüberhinaus ist diesen Figuren auch die Anordnung des Ring­ flanschs 18 zu entnehmen, und zwar

gemäß Fig. 2 die Anordnung an dem druckabgewandten Bereich des U-förmigen Teils und

gemäß Fig. 3 die Anordnung an dem druckseitigen Bereich des U-förmigen Teils und

gemäß Fig. 4 die Anordnung über die gesamte Länge des U-förmi­ gen Teils.

Weiterhin ist aus Fig. 5 die Ausführung des Ringflansches 18 mit einem Stift 13 als Mitdrehsicherung dargestellt, wenn der Ringflansch 18 mit geringem Spiel eingesetzt wird, ohne Verwen­ dung der Spannschrauben 11 gemäß Fig. 1.

Weiterhin ist besonders in den vergrößerten Fig. 2-5 deutlich der ringsumlaufende, nasenartige Vorsprung 6, welcher als Stütze für den Dichtring 5 wirkt, zu erkennen.

Auf den vergrößerten Fig. 2-5 ist ferner zu erkennen, daß die dynamische Dichtung 16 verkürzt ausgeführt ist und ca. 90% der axialen Dichtungslänge beträgt.

• Bezugszeichenliste  1 Welle
   2 Gehäuse
   3 Stützring
   3 a Kartusche
   4 Druckring mit Nase
   5 Dichtring für Druckring mit Nase
   6 Abstützung (Nase)
   7 O-Ring zur Vorspannung der dyn. Dichtlippe
   8 O-Ring zur Abdichtung der stat. Dichtfläche 19
   8 a Ausnehmung für O-Ring 8
   9 O-Ring zur statischen Abdichtung der Kartusche 3 a
  10 Dichtsitz (Lauffläche) der dyn. Dichtlippe 16 auf der Welle 1
  11 Befestigungsschraube für Druckring 4
  12 Stift als Mitdrehsicherung der Kartusche 3 a
  13 Stift als Mitdrehsicherung des Ringflansches 18
  15 Statische Dichtung
  16 Dynamische Dichtung (Dichtlippe)
  17 Drainagekanal, umlaufend
  17 a Drainagebohrung
  18 Ringflansch für Dichtring 5
  19 Druckseitige Begrenzung der stat. Dichtung 15
  P Druckleitungsanschluß
  L Leckleitungsanschluß

Claims (13)

1. Anordnung zur Abdichtung von rotierenden Wellen von mit einem flüssigen Druckmedium arbeitenden Antriebsanlagen, ins­ besondere servohydraulischen Industrierobotern, bestehend aus einem gehäusefesten Stützring, einem auf der druckabgewandten Seite des Stützrings angeordneten, mit diesem mittels Spann­ mittel verbindbaren Druckring und einem zwischen die beiden Druckringe formschlüssig einspannbaren, oder auch mit gerin­ gem Spiel eingesetzten, eine auf der abzudichtenden Welle auf­ ruhenden Dichtlippe tragenden, aus ausreichend elastischem Material bestehenden Dichtring, wobei der Dichtring im Quer­ schnitt ein U-förmiges Profil aufweist, das zur Druckseite hin offen ist, und wobei zwischen dem wellenseitigen Schenkel und dem stützringseitigen Schenkel des U-förmigen Profils ein in seinem Grund liegender, aus elastischem Material bestehender O-Ring eingefügt ist, dessen Abmessungen und Material so ge­ wählt sind, daß er die beiden Schenkel auseinanderspreizt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der druckseitigen Stirn­ fläche des stützringseitigen Schenkels des U-förmigen Profils und dem benachbarten Flächenbereich des Stützrings ein zwei­ ter O-Ring aus elastischem Material eingefügt ist, dessen Ab­ messungen und Material so gewählt sind, daß er im Betriebszu­ stand auf die Stirnfläche des stützringseitigen Schenkels sowie die benachbarte Fläche des Stützrings einen gegenüber dem An­ pressdruck der übrigen zusammenwirkenden Dichtflächen erhöhten Anpreßdruck ausübt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Dichtring und Stützring eingefügte O-Ring in einer ringsumlaufenden Ausnehmung des Stützrings geführt ist und über diese in axialer Richtung vorsteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wellenseitige Schenkel - dynamische Dichtung - ver­ kürzt ist und ca. 90% der axialen Dichtungslänge beträgt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stützring zu einer Kartusche und einer Bauein­ heit vereinigt ist, die in eine entsprechende Höhlung des Ge­ häuses der Antriebsanlage, dieser gegenüber durch Ringdich­ tungen abgedichtet, einsetzbar und mit dem Gehäuse über Mit­ drehsicherungsstifte oder dgl. bewegungsschlüssig verbindbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich­ net, daß an der druckabgewandten Seite des U-förmigen Profils zur Welle hin eine schräggerichtete Anfasung an dieses vorge­ sehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich der Anfasung des Dichtrings der Druckring mit ei­ nem ringsumlaufenden nasenartigen Vorsprung ausgestattet ist, der so gestaltet ist, daß er als Stütze für den Dichtring in diesem Bereich wirkt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtring anschließend an sein U-förmiges Profil in radialer Richtung durch einen Ringflansch verbreitert ist, wobei der Ringflasch im Betriebszustand zwischen Stützring und Druckring eingespannt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeich­ net, daß der in radialer Richtung verbreiterte Ringflansch mit geringem axialen Spiel eingesetzt wird, wobei im Ringflansch mittels Löchern und Mitnehmerstiften eine Mitdrehsicherung er­ zeugt wird.

9. Anordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Ringflansches nur einen Teil der axialen Länge des U-förmigen Profils beträgt.

10. Anordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch an dem druckseitigen oder an dem druckab­ gewandten Bereich des U-förmigen Profils anschließt.

11. Anordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Ringflansches gleich ist der axialen Länge des U-förmigen Profils.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Ringflansch des Dichtrings und in dem Druckring eine oder mehrere in axialer Richtung verlaufende Drainagebohrungen vorgesehen sind, die in einen Drainageka­ nal einmünden und entweder mit einer Leckkammer oder mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dichtring aus einem Compound-Kunststoff auf der Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polymer als Hauptfüllstoff besteht, ohne abrasive Zuschlagstoffe wie z.B. Glasfaser u.a.