DE3740422C2

DE3740422C2 -

Info

Publication number: DE3740422C2
Application number: DE3740422A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl.-Ing. Stichert (Fh), 7404 Ofterdingen, De
Original assignee: ALTEK GESELLSCHAFT fur ALLGEMEINE LANDTECHNIK MBH 7407 ROTTENBURG-HAILFINGEN DE
Current assignee: ALTEK GESELLSCHAFT fur ALLGEMEINE LANDTECHNIK MBH 7407 ROTTENBURG-HAILFINGEN DE
Priority date: 1987-11-28
Filing date: 1987-11-28
Publication date: 1990-04-12
Also published as: DK663288D0; IT8822708A0; DK663288A; DE3740422A1; IT1227486B; FR2623871A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung nach dem Ober begriff des Patentanspruches 1.

Dichtungsanordnungen mit einem Federelement sind bekannt. Die Wirkungsweise dieser bekannten Dachmanschettenpackungen, die anstelle anderer bekannten Stopfbuchspackungen einsetzbar sind, beruht darauf, daß durch die axiale Vorspannung, die auch durch einen elasti schen Ring zwischen dem Stützring und dem Dachmanschettensatz aufgebracht werden kann, die einzelnen Dachmanschetten form schlüssig ineinander gekeilt werden und sich so nach außen aufspreizen. Wenngleich dadurch eine relativ gute Dichtwirkung erzielbar ist, besteht jedoch der Nachteil, daß beim Verschleiß nur einer der Dachmanschetten aus der ganzen Packung auch die Vorspannung des gesamten Paketes nachläßt, so daß die Dicht wirkung verloren geht.

Aus der DE-PS 29 49 723 bzw. der korrespondierenden US-PS 43 00 776 ist es weiterhin bekannt, Federelemente zwischen benachbar ten Dachmanschetten anzubringen. Diese liegen jedoch mit den Außen- und Innenseiten ihrer Schenkel jeweils ganzflächig an den Federelementen an, so daß für die einzelnen Dachmanschetten keine Möglichkeit besteht, individuell dichtend zu wirken. Der von einem Federring eingebrachte Druck pflanzt sich im ganzen Dichtungspaket fort. Eine Erhöhung der Dichtkraft wird deshalb nur bedingt und in Abhängigkeit von der Shore-Härte an den Lippen der ersten Dachmanschette erzielt.

Auch hat sich der dort wie auch in der DE-OS 28 51 833 be schriebene Einsatz von Dichtringen aus Elastomeren in der Praxis insbesondere für die Abdichtung aggressiver Medien als nicht ausreichend sicher erwiesen. Elastomere neigen nämlich zum Aufquellen und unterliegen daher einem relativ frühen Verschleiß. Dichtringe aus anderen, gegen aggressive Medien beständigen Werkstoffen, wie beispielsweise PTFE sind weit gehend unelastisch und weisen den Nachteil auf, daß sie bei einer Verformung im Rahmen eines Dachmanschettensatzes o. dgl. zum Fließen neigen. Die dadurch auftretende bleibende Verfor mung verhindert die an sich gewünschte elastische Abdichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Dich tungsanordnung der eingangs genannten Art unter Beibehaltung der an sich vorteilhaften Ausbildung einer Dachmanschette eine Ausgestaltung zu schaffen, bei der jede einzelne Dachmanschette elastisch dichtend wirkt, so daß der Verschleiß einer Dachman schette der ganzen Packung nicht zum Verlust der Dichtwirkung der Dachmanschettenpackung führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung wirkt jede einzelne Dachmanschette in der Packung als eine individu elle Abdichtung. Jede Dachmanschette ist nämlich ausschließlich in ihrer Mitte verspannt, hat mit ihren Schenkeln aber die Mög lichkeit zu einem elastischen Ausweichen, unabhängig von der benachbarten Dachmanschette. Die Dichtwirkung der neuen Dich tungsanordnung beruht daher nicht, wie bei bekannten Dachman schettenpackungen auf dem Verkeileffekt aller Dachmanschetten ineinander, sondern darauf, daß sich jede einzelne Dachman schette mit ihren Schenkeln radial aufspreizt und so indivi duell und unabhängig von den anderen Dachmanschetten für eine Abdichtung sorgt. Die neue Dichtungsanordnung kann daher, auch wenn eine oder ein Teil der Dichtmanschetten verschlissen sein sollte, trotzdem noch eine ausreichende Dichtwirkung ausüben.

Die erforderliche axiale und radiale Beweglichkeit der Schenkel jeder Dichtmanschette wird in einfacher Weise dadurch gewähr leistet, daß der Dachwinkel jeder Dachmanschette auf der Außen seite und an der Innenseite unterschiedlich ist, und zwar so, daß der kleinere Winkel von den Außenflächen, der größere da gegen von den Innenflächen eingeschlossen wird. Dadurch ergibt sich beim axialen Aneinanderliegen von zwei benachbarten Dach manschetten ein vom Scheitel der Dachmanschette aus sich radial nach außen erweiternder Spalt, der die freie Beweglichkeit der Dichtschenkel jeder einzelnen Dachmanschette gewährleistet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen gekennzeichnet. Nach den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 kann in besonders einfacher Weise ein an sich bekannter mäanderförmig ausgebildeter Federring verwendet werden, der sich zum Einbau leicht in eine Montageausnehmung der Dachman schette einsetzen läßt, ehe diese mit anderen Dachmanschetten zur Packung zusammengesetzt werden. Die Merkmale des Anspruches 4 bringen den Vorteil mit sich, daß sich auch Druckring und Stützring in gleicher Weise an die Dachmanschetten anlegen, wie dies die Dachmanschetten untereinander tun. Die Beweglichkeit der Dichtschenkel der an Druck- und Stützring angrenzenden Dachmanschette bleibt daher ebenfalls aufrechterhalten. Um die Federwirkung der Dichtschenkel der Dachmanschette zu verbes sern, ist es auch möglich, für eine Querschnittsschwächung in der Form einer innen umlaufenden Ringnut im Scheitelbereich jeder Dachmanschette zu sorgen. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich durch die Merkmale der weiteren Unteransprüche 7 bis 10.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die vergrößerte Teilschnittdarstellung durch den Ab dichtbereich eines Plungers einer Spritzmittelpumpe, die mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ausgestattet ist,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des Querschnittes einer der Dachmanschetten der Dichtungsanordnung der Fig. 1,

Fig. 3 die vergrößerte Darstellung des Querschnittes des innerhalb der Dachmanschette der Fig. 2 anzuordnenden Federringes,

Fig. 4 die schematische Darstellung der Einbauverhältnisse einer erfindungsgemäßen Dachmanschettenpackung zwischen Druck- und Stützring und

Fig. 5 die Draufsicht auf den im Querschnitt in der Fig. 3 dargestellten Federring.

In der Fig. 1 ist der Plunger (1) einer Pumpe zur Hälfte im Schnitt dargestellt, der fest mit dem unteren Ende einer Kol benstange (15) verbunden ist. Der Plunger (1) bewegt sich im Sinne der Pfeile (19) innerhalb eines Gehäuses (16), das nur zum Teil dargestellt, weil an sich bekannter Bauart, ist.

An dem dem Plunger (1) zugewandten Rand des Gehäuses (16) ist eine Dichtungsanordnung (2) vorgesehen, die den Umfang des Plungers (1) gegenüber dem Gehäuse (16) abdichten soll. Diese Dichtungsanordnung wird durch einen Befestigungsring (17) am Gehäuse (16) gehalten, der beispielsweise durch Schrauben am Gehäuse (16) angebracht sein kann.

Der Ring (17) ist mit einem nach innen ragenden Rand (20) ver sehen, der an einem Stützring (3) anliegt, welcher axial auf die Dachmanschettenpackung (2) drückt und diese gegen einen Druckring (4) preßt. Die Dachmanschettenpackung (2) besteht beim Ausführungsbeispiel aus drei axial übereinander angeord neten ringförmigen Dachmanschetten (5), die jeweils in beson derer Weise ausgebildet und aufgebaut sind, was im folgenden anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert werden wird.

Wie die Fig. 2 und 4 zeigen, besteht jede Dachmanschette (5) aus einem Kunststoffmaterial, das relativ steif und wider standsfähig ist, aber gewisse elastische Eigenschaften auf weist, die dazu führen, daß die beiden Schenkel (5 a und 5 b) der im Querschnitt dachartig und winkelförmig aufgebauten Dach manschette (5) sich jeweils nach außen so aufspreizen lassen, daß sich die Außenkanten (21) vom Scheitelpunkt (11) der Dach manschette (5) aus gesehen nach außen bewegen lassen, wenn in dem offenen Ringraum (5 c) eine entsprechende Federkraft wirkt. Die Ausgestaltung ist dabei so getroffen, wie insbesondere aus Fig. 4 erkennbar ist, daß die Außenfläche (21) sich in der Aus gangsstellung schon etwas schräg zu der Innenwand (22) des Be festigungsringes (17) bzw. zu der parallel dazu verlaufenden Wand des Plungers (1) angeordnet sind. Nach dem Einsetzen stehen daher die Dichtmanschetten von Haus aus schon unter einer gewissen Vorspannung. Die Außenwand (21) wird nämlich beim Einsetzen zwischen Befestigungsring (17) und Plunger (1) nach innen gedrückt, so daß der unterste Teil (18) der Dicht manschette (5) aus der Lage (18′) in seine Einbaulage (18) bewegt wird.

Um diese seitliche Bewegbarkeit der Schenkel (5 a und 5 b) der Dichtmanschette (5) zu fördern, ist vom Hohlraum (5 c) her eine zu einer Zylinderfläche, die durch den Scheitel (11) verläuft, symmetrische Nut (10) umlaufend in der Dachmanschette (5) an geordnet, die für eine Querschnittsschwächung im Bereich des Scheitels (11) sorgt. Die weitere Ausgestaltung der Dachman schette (5) ist so getroffen, daß die beiden dachartig sich zum Scheitel (11) hin erstreckenden Außenflächen (9) einen Winkel (α) von 90° einschließen. Die Dachmanschette (5) ist dabei nicht bis zum Scheitel (11) am Schnittpunkt der beiden Flächen (9) geführt, sondern mit einem Radius (23) abgerundet. Die Innenflächen (8) der Dachmanschette (5) sind unter einem größe ren Winkel, nämlich unter dem Winkel (β ) von 100° zueinander geneigt. Jede Dachmanschette weist außerdem einen Montagerand (7) für den Federring (6) auf, der in den Hohlraum (5 c) vor der Montage der Dachmanschette eingesetzt wird. Der mäanderförmig ausgebildete Federring (6), der im einzelnen in der Fig. 5 und im Schnitt nach III-III in der Fig. 3 vergrößert gezeigt ist, ist dabei in seinen Abmessungen so gewählt, daß er sich unter leichtem Druck in den unteren Teil des Hohlraumes (5 c) zwischen die Montageränder (7) eindrücken läßt, wenn die Dachmanschette (5) noch nicht montiert ist. Fig. 3 zeigt, daß auch der Feder ring (6) eine dachartige Aufwölbung seiner mäanderförmig sich aneinanderreihenden Stege aufweist. Die Dachneigung des Feder ringes sieht dabei einen Winkel (γ) von 150° beim Ausführungs beispiel vor.

Wie aus der Fig. 4, in der eine Packung aus zwei Dachmanschet ten gezeigt ist, erkennbar wird, kommen die Federringe (6, 6 a) nach dem Einbau der ihnen jeweils zugeordneten Dachmanschette (5, 5 a) unter Vorspannung dadurch, daß sie aus ihrer ursprüng lichen Lage im Hohlraum der Dachmanschetten (5, 5 a), die in Fig. 4 mit (6′) angedeutet ist, in ihre Endstellung (6, 6 a) gebogen werden, in der ihr Scheitel etwa im Scheitel der darunterliegenden Dachmanschette (6) bzw. des darunterliegenden Stützringes (3) liegt, dessen Außenflächen (24) den Winkel (α) zwischen sich einschließen, der dem Winkel (α) zwischen den Flächen (9) der Dachmanschetten (5) entspricht. Die Schenkel der Federringe (6, 6 a) drücken sich durch deren Verformung und durch die Vorspannung gegen die Schenkel (5 a und 5 b) der Dach manschetten (5, 5 a) und sorgen dafür, daß diese Schenkel (5 a und 5 b) in dem vorher erwähnten Sinn nach außen und gegen die Flächen (22 bzw. 25) (Fig. 1) des Befestigungsringes (17) und des Plungers (1) gedrückt werden. Dabei bleibt, da der Winkel (β) zwischen den Innenflächen (8) jeder Dachmanschette (5) größer ist, als der Winkel zwischen den Außenflächen (9) bzw. zwischen den Flächen (24) des Stützringes (3), auch zwischen dem Federring (6) und den Flächen (24) des Stützringes (3) - analog natürlich jeweils zwischen Außen- und Innenflächen benachbarter Dachmanschetten - ein Keilspalt (26) frei, der nach außen zu den zylindrischen Flächen (22 bzw. 25) hin stetig größer wird. Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, ist die Abstimmung des Radius (23) am Scheitelpunkt der Dachmanschette (5), der auch am Stützring (3) vorliegt, mit den Dachflächen (9 bzw. 24) und den gegenüberliegenden Innenflächen (8) der benachbarten Dachmanschetten (5) so vorgenommen, daß jeweils im Abstand zu der durch den Scheitelpunkt (11) gehenden Zylinderebene Anlage flächen (13) entstehen, an denen eine durchgehende Anlage zwischen Stützring (3) , Federring (6) und Dachmanschette (5) - zum benachbarten Federring (6 a) und der anschließenden Dach manschette (5 a) - und dann zum Druckring (4) an der Anlage fläche (14) besteht. Es entsteht dadurch die dichte und form schlüssige Packung der Dachmanschettenanordnung, die im Betrieb ein axiales Hin- und Herrutschen der Dichtungsanordnung ver hindert. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung bleibt aber trotzdem für die einzelnen Schenkel (5 a, 5 b) jeder Dachman schette (5) die Möglichkeit, sich um das Maß der keilförmigen Spalte (26) unterhalb des jeweiligen Federringes bzw. oberhalb der letzten Dachmanschette angrenzend zum Druckring (4) zu bewegen. Die Bewegbarkeit der Schenkel jeder Dachmanschette wird durch die Federkraft der Federringe (6, 6 a) bewirkt, gleichgültig ob eine von mehreren Dachmanschetten an der Innen seite verschlissen ist oder nicht und daher möglicherweise für sich keine gute Dichtwirkung mehr ausübt. Die übrigen Dachman schetten wirken vollkommen individuell, obwohl sie, wie vorher ausgeführt, im Packungsverband mit den übrigen Membranen stehen. Die neue Dichtungsanordnung ist daher wirksamer, als bekannte Anordnungen.

Als Werkstoff für die Dachmanschetten (5) können alle Werk stoffe verwendet werden, deren Fließgrenze durch die Verformung im Rahmen der Spalte (26) nicht erreicht ist und die mindestens im Umfang dieser Bewegung sich wieder elastisch zurückstellen. Eigentliche Elastizität muß dem Material nicht innewohnen, weil die elastische Anpreßkraft durch die Federwirkung des Feder ringes (6) auf die Schenkel bewirkt wird. Daher können Kunst stoffe mit sehr guten Notlaufeigenschaften, die für Gleitlager bestimmt sind, wegen ihrer hohen Abriebfestigkeit mit Erfolg verwendet werden, wohingegen mit herkömmlichen geometrischen Anordnungen nicht der gewünschte Dichteffekt erzielt wird. Die neuen Dachmanschetten bilden, auch bedingt durch die umlaufende Nut (10) im Scheitelbereich Dichtkörper, die jeweils in ihrer Querschnittsmitte - im Bereich der durch den Scheitel (11) gehenden Zylinderfläche - eine Art Scharnier für die beiden flügelartig auseinanderspreizbaren Schenkel (5 a und 5 b) bilden. Die elastische Wirkung der Dachmanschette wird dabei durch den eingelegten Federkörper bewirkt, der nicht unbedingt als ein mäanderförmig ausgebildeter Federring (6) aufgebaut zu sein braucht. Entscheidend ist, daß dieser Federkörper an den Flächen (13) sowohl von den äußeren Druckkörpern, wie Stützring (3) und Druckring (4), als auch an jeder dazwischen geschal teten Dachmanschette (5) anliegt, trotzdem aber aufgrund seiner Vorspannung ein Auseinanderspreizen der Schenkel (5 a und 5 b) der Dachmanschetten bewirkt. Dadurch entsteht die individuelle Dichtwirkung jeder einzelnen Dachmanschette, die entscheidend für den Erfolg der Erfindung ist.

Die Erfindung ist im Ausführungsbeispiel anhand einer in einem Gehäuse befestigten Dichtungsanordnung dargestellt. Es ist natürlich auch möglich, die neue Dichtungsausführung als Kol bendichtung zu verwenden. In diesem Fall würden die äußeren Dichtkanten als Laufflächen dienen.

Claims

1. Dichtungsanordnung für axial gegeneinander bewegte Teile, insbesondere für den Plunger einer zum Austragen flüssi ger Spritzmittel dienenden Spritzmittelpumpe, mit einer ring förmigen Dachmanschettenpackung (2), die mit Federelementen zwischen benachbarten Dachmanschetten ausgestattet ist und axial zwischen einem Druckring (4) und einem Stützring (3) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dachmanschette (5) aus einem relativ steifen und widerstandsfähigen Kunst stoffmaterial mit einer im Rahmen der in der Packung vor kommenden Bewegungen elastischen Verformbarkeit besteht, daß die nach außen weisenden Dachflächen (9) jeder Dachmanschette (5) einen kleineren Winkel (α) miteinander einschließen, als die inneren Flächen (8), und daß die Federelemente (6) in dem offenen Ringraum (5 c) jeder Dachmanschette angeordnet sind, mit ihren Außenflächen an den Innenflächen (8) der Schenkel (5 a, 5 b) anliegen und sich unter Vorspannung an diesen abstützen und in der Dachmitte in radialer Richtung formschlüssig an der Außenfläche (9) der benachbarten Dachmanschette (5) angedrückt sind.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Federelement ein Federring (6) vorgesehen ist, der mäanderförmig ausgebildet ist.

3. Dichtungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dachmanschette (5) mit einem innen um laufenden Montagerand (7) für den Federring (6) versehen ist.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Druckring (4) auf seiner der benachbarten Dachmanschette (5) zugewandeten Seite die Kontur der Innen flächen (8) der Dachmanschette (5) besitzt und daß der Stütz ring (3) auf seiner der benachbarten Dachmanschette (5) zuge wandten Seite die Kontur der Außenfläche (9) der Dachmanschette (5) aufweist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachmanschette (5) mit einer Querschnittsschwächung (10) im Bereich ihres Scheitels (11) versehen ist.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Querschnittsschwächung als eine auf der Seite der Innenflächen (8) umlaufende Ringnut (10) ausgebildet ist, die in der durch den Scheitel (11) gehenden Zylinderfläche liegt.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Winkel (α), den die äußeren Dachflächen (9) jeder Dachmanschette (5) einschließen 90° und der Winkel (β), den die inneren Flächen (8) der Dachmanschette (5) ein schließen, 100° beträgt.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2 und einem der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (6) dachartig profiliert ist und im ungespannten Zustand einen Winkel (γ) von etwa 150° zwischen seinen Dachflächen aufweist.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Scheitel (12) des Federringes an die Kontur der Innenflächen (8) der Dachmanschette (5) angepaßt ist.

10. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (3) und der Druckring (4) an seitlich neben dem Scheitel (11) liegenden Anlageflächen (13 und 14) jeder Dachmanschette (5) angedrückt sind.