DE4039666A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Dichtungsanordnung dieser Art (US-A 34 43 814) ist innerhalb eines metallenen Käfigs an einer auf der Seite höheren Drucks gelegenen Wand der Fuß einer Man­ schette befestigt, die sich rohrförmig parallel zu der Ober­ fläche einer die Gegendichtfläche bildenden Welle erstreckt. Das freie, zur Niederdruckseite hin weisende Ende der Man­ schette endet kurz vor einer auf der Seite niedrigeren Drucks gelegenen Wand des Käfigs und bildet die an der Gegendichtflä­ che anliegende Dichtkante. Ein O-Ring liegt außerhalb der Manschette sowohl an dem Kopfteil als auch an der Wand des Käfigs an und stellt unter der Wirkung des Differenzdrucks eine Dichtung zwischen dem Kopfteil der Manschette und dieser Wand her. Eine Wurmfeder, die sich an einer dritten innerhalb des Käfigs vorgesehenen Wand abstützt, sorgt dafür, daß sich der O-Ring stets in dichtungsbereiter Anlage an dem Kopfteil der Manschette und der Käfigwand befindet. Das Innere des Käfigs wird von dem abzudichtenden Druck beaufschlagt. Da dieser aber auch radial innerhalb der Manschette bis hin zur Dichtkante wirkt, ist der größte Teil der Manschette druckent­ lastet. Lediglich auf die Differenzstrecke zwischen der Dichtkante und der druckzugewandten Fläche der niederdrucksei­ tigen Käfigwand wirkt die abzudichtende Druckdifferenz. Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die Dicht­ pressung etwa proportional der abzudichtenden Druckdifferenz ist und - entsprechend der axialen Distanz zwischen der Dichtkante und der von der niederdruckseitigen Käfigwand gebildeten Stützfläche - verhältnismäßig klein bemessen werden kann. Da aber die Dichtpressung von dieser Distanz abhängt, ist es erforderlich, diese Distanz genau zu bemessen, wenn die Dichtung auch für verhältnismäßig hohe Drücke einsetzbar sein soll. Da diese Distanz sich bei der bekannten Dichtung als Differenz der Manschettenlänge und der Käfigabmessungen ergibt, bedürfen diese Teile genauer Fertigung. Dies und der komplizierte Aufbau der bekannten Dichtung macht sie sehr aufwendig und anfällig.

Bei einer anderen bekannten Dichtungsanordnung mit druckentla­ steter Manschette (WO 87/06 991) stützt sich der frei bewegli­ che, formstabile Fußteil der Manschette über einen die Man­ schette von außen radial belastenden Elastomerring an der druckzugewandten Stützfläche des Wandbauteils ab, was zu einer wesentlich abweichenden Funktionscharakteristik führt, weil der Elastomerring mit zunehmendem Druck axial stärker zusam­ mengepreßt wird, wodurch die axiale Distanz zwischen der Dichtkantenebene und der Stützfläche druckabhängig wird, was im Extremfall dazu führt, daß die Dichtpressung unabhängig von der abzudichtenden Druckdifferenz ist. Hingegen wünscht die Erfindung eine der abzudichtenden Druckdifferenz proportionale Dichtpressung.

Die Erfindung erreicht einfache Bauweise und näherungsweise Proportionalität zwischen der Dichtpressung und der abzudich­ tenden Druckdifferenz durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Dadurch, daß der die Dichtkante bildende Kopfteil der Manschette sich unmittelbar an der Stützfläche abstützt, ist auch bei großen Herstellungs- und Montagetoleranzen die Distanz zwischen der Dichtkante und der Stützfläche, gemessen parallel zur Gegendichtfläche, stets mit hoher Genauigkeit gewährleistet. Der Aufbau der Dichtungsanordnung ist außeror­ dentlich einfach, weil zum einen an den druckentlasteten Dichtungsringen selbst keine besonderen Festigkeitsanforderun­ gen gestellt werden und zum anderen die Verbindung zwischen dem Halteteil des Dichtrings und dem Wandteil keinerlei gesteigerten Anforderungen zu genügen braucht. Weder ist Dichtigkeit erforderlich, denn der Raum zwischen dem Dichtring und der Stützfläche ist ohnehin druckbeaufschlagt, noch sind hohe Kräfte zu übertragen, denn diese treten ausschließlich im Bereich des Kopfteils des Dichtrings auf, noch kommt es auf Genauigkeit an, denn der Übergangsteil ist beweglich und die Lage des Kopfteils wird ausschließlich durch die Lage der Gegendichtfläche und der Stützfläche bestimmt.

Es ist ein Wellendichtring bekannt (DE-A 37 39 513), der eine in einem Käfig gehaltene Dichtlippe umfaßt, die mit einer ersten, radial wirkenden Dichtkante an der Umfangsfläche und mit einer zweiten, axial wirkenden Dichtkante an einer Radial­ fläche einer Laufbuchse anliegt, die einerseits auf der Welle sitzt und mit dieser umläuft und andererseits von dem Käfig umfaßt wird und daher gegenüber diesem Spiel aufweisen muß. Diese Dichtung ist nicht für die Abdichtung gegenüber Druck­ differenzen geeignet. Denn erstens ist die Dichtlippe nicht druckentlastet. Und zweitens können der Käfig und die Lauf­ buchse wegen ihrer Unlösbarkeit voneinander praktisch nicht beide im Preßsitz in das Gehäuse bzw. auf die Welle gesetzt werden, was für eine Abdichtung gegen Druckdifferenz erforder­ lich wäre. Als Anwendungsgebiet wird die Abdichtung von Wälzlagern genannt, deren Anforderungen sich darauf beschrän­ ken, den Zutritt von Staub zum Lager und den Austritt von Schmierstoff nach außen zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung wird vorzugsweise als Wellendichtring, also zur Abdichtung gegenüber einer zylindri­ schen Gegendichtfläche, eingesetzt, wobei die Stützfläche radial und eben verläuft. Jedoch ist auch die Anwendung gegenüber einer radialen, umlaufenden Gegendichtfläche nicht ausgeschlossen; die Stützfläche ist dann zylindrisch ausge­ führt. In jedem Falle ist die Stützfläche stationär.

Das Merkmal, daß der Übergangsteil auch parallel zur Dichtflä­ che verformbar ist, soll sicherstellen, daß der Kopfteil hinreichende Bewegungsfreiheit hat, um auch bei Maßtoleranzen am Dichtring und an den übrigen Bauteilen die ihm zugedachte Stellung, in der er sich an der Stützfläche 12 abstützt, erreichen zu können.

Für die Herstellung des Dichtungsrings eignen sich alle hinreichend nachgiebigen Werkstoffe einschließlich verhältnis­ mäßig wenig elastischer Werkstoffe einschließlich metallischer Werkstoffe, da die Funktionsstellung des Kopfteils genau festliegt und eine Nachgiebigkeit daher nur innerhalb der Herstellungstoleranzen der Stützfläche bzw. der Bewegungstole­ ranzen der Gegendichtfläche erforderlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel schematisch in einem Längsschnitt veranschaulicht.

Der Bauteil 1, der den Bereich höheren Drucks 2 von dem Bereich niedrigeren Drucks 3 trennt und deshalb - ohne Rück­ sicht auf sonstige Funktionen und seinen Aufbau - als Wandteil bezeichnet wird, wird von einer Welle 4 durchdrungen, deren Umfangsfläche 5 die Gegendichtfläche für einen Dichtring 6 bildet, dessen Halteteil 7 in beliebiger Weise so an den Wandteil 1 angeschlossen ist, daß der Dichtring in der ihm zugedachten Lage gehalten wird. An den Halteteil 7 schließt sich ein Übergangsteil 8 an, der an seinem Ende den Kopfteil 9 trägt. Der Übergangsteil ist balgartig gekrümmt, wie es die Zeichnung zeigt, damit der Kopfteil 9 radial und axial nach­ giebig gehalten werden kann. Der Kopfteil bildet eine mit der Gegendichtfläche 5 zusammenwirkende Dichtkante 10 sowie eine rechtwinklig dazu angeordnete Dichtkante 11, die sich an einer ebenen und rechtwinklig zur Gegendichtfläche 5 verlaufenden Stützfläche 12 abstützt, die vorzugsweise von dem Wandteil 1 gebildet wird oder mit dieser fest verbunden ist und der Druckseite 2 zugewandt ist. Der Übergangsteil 8 des Dichtrings 6 enthält mindestens einen Durchlaß 13, durch den der zwischen dem Dichtring und der Stützfläche 12 eingeschlossene Raum 14 an den Raum höheren Drucks 2 angeschlossen ist.

Da in den Räumen 2 und 14 gleicher Druck herrscht, ist der Dichtring in seinem größten Teil druckentlastet. Dies ermög­ licht es, den Übergangsteil 8 leicht verformbar zu gestalten, so daß der Kopfteil 9 etwaigen Relativbewegungen der Gegen­ dichtfläche 5 leicht folgen kann und sich auch in axialer Richtung so einstellen kann, wie es die jeweilige Lage der Stützfläche 12 verlangt. Der Kopfteil 9 ist zweckmäßigerweise in radialer und axialer Richtung so vorgespannt, daß seine Dichtkanten 10, 11 an der Gegendichtfläche 5 bzw. an der Stützfläche 12 mit hinreichender Anfangsdichtwirkung anliegen. Um diese Vorspannung zu erreichen, kann eine Wurmfeder 15 vorgesehen sein. Bei erhöhter Druckdifferenz wird die Dicht­ pressung an beiden Dichtkanten durch den Differenzdruck bewirkt, der einerseits auf die Umfangsfläche des Kopfteils 9 zwischen der zur Dichtkante 10 gehörigen Radialebene und der Stützfläche 12 und andererseits durch die Stirnringfläche zwischen der zu der Dichtkante 11 gehörigen Zylinderfläche und der Gegendichtfläche 5 bestimmt wird. Die dadurch festgelegten Abmessungen sind unabhängig von den sonstigen Abmessungen und etwaigen Lageänderungen der übrigen Teile des Dichtrings und des Wandteils 1, so daß ein gewünschtes, vorbestimmtes Ver­ hältnis zwischen der abzudichten Druckdifferenz und der an den Kanten 10, 11 auftretenden Dichtpressung leicht mit hoher Genauigkeit aber geringem Fertigungsaufwand eingestellt werden kann.

Mit sehr geringem Aufwand wird eine bei beträchtlichen Druck­ differenzen einsetzbare Dichtung geschaffen, deren Betriebs­ verhalten sehr verläßlich ist, weil es genau vorhersehbar ist und nur von wenigen Einflußgrößen abhängt.

Claims (2)

1. Dichtungsanordnung mit einem einen Raum (2) höheren Drucks von einem Raum (3) niedrigeren Drucks trennenden Wandbau­ teil (1) und einem von dem Wandbauteil gehaltenen, an einer bewegten Gegendichtfläche (5) anliegenden Dichtring (6) aus nachgiebigem Werkstoff, wobei der Dichtring einen mit dem Wandteil (1) fest verbundenen Halteteil (7), einen quer zur Gegendichtfläche (5) verformbaren Übergangsteil (8) und einen Kopfteil (9) umfaßt, welcher eine an der Gegendichtfläche (5) anliegende Dichtkante (10) bildet und wobei der druckentlastete Dichtring sich an einer der Druckseite (2) zugewandten, quer zu Gegendichtfläche (5) verlaufenden Stützfläche (12) abstützt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Übergangsteil (8) auch parallel zur Dichtfläche (5) verformbar ist und der Kopfteil (9) sich unmittelbar an der Stützfläche (12) abstützt, wobei ein Druckdurchlaß (13) zwischen dem Raum (2) höheren Drucks und dem zwischen dem Übergangsteil (8) und der Stützfläche (12) eingeschlossenen Raum (14) vorgesehen ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kopfteil des Dichtungsrings zu der Gegen­ dichtfläche und der Stützfläche hin vorgespannt ist.