DE4114071C2 - Wellendichtungsring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtungsring zur Abdichtung rotierender Wellen, bestehend aus einem gegebenenfalls gefüllten Polytetrafluorethylen, mit einem Radialschenkel am Innenumfang, der zur Dichtlippe abgebogen auf der Welle aufliegt, und einem Axialschenkel am Außenumfang, der an mindestens seiner äußeren Umfangsfläche und einer Stirnfläche von einem Gehäusering umgeben ist.

Wellendichtringe der beschriebenen Art sind beispielsweise aus der DE-OS 38 21 353 bekannt. Die Wellendichtungsringe bestehen massiv aus gegebenenfalls gefüllten Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff, und sie sind aus den entsprechenden Rohlingen bevorzugt spanabhebend herausgearbeitet. Der Axialschenkel am Außenumfang besitzt einen etwa rechteckigen Querschnitt entsprechend der Form der Aufnahmenut im umgebenden Maschinengehäuse, in die er bei der Montage mit Preßsitz eingeschoben ist. Radial spannende Federringe am Innenumfang des Axialschenkels oder Elastomerringe in Nuten am Außenumfang des Axialschenkels können den Sitz und die statische Abdichtung des Wellendichtungsringes im Maschinengehäuse verbessern.

Nach beispielsweise der DE-PS 36 40 577 besteht das Polytetrafluorethylenteil eines Wellendichtungsringes aus einer relativ dünnen Scheibe, die am Innenumfang zur Dichtlippe abgebogen auf der Welle aufliegt, während die Scheibe am Außenumfang zu einem Axialschenkel unter Bildung eines Haftteiles abgebogen ist, der zur Befestigung zwischen zwei als Spannringe dienenden Gehäuseringen eingespannt ist.

Polytetrafluorethylene und artverwandte Werkstoffe besitzen eine herausragende Medien- und Temperaturbeständigkeit bei gleichzeitig geringen Reibwerten, so daß sie als Werkstoffe für Wellendichtungsringe an problematischen Dichtstellen mit aggressiven Abdichtmedien, hoher Temperaturbelastung und/oder hoher Reibbelastung bei gegebenenfalls Mangelschmierung eingesetzt werden. Polytetrafluorethylene und artverwandte Werkstoffe besitzen andererseits bekanntermaßen eine schlechte Haftung an anderen Werkstoffen und vor allem ein sehr nachteiliges plastisches Fließen unter Druck- und Temperaturbelastung. Bei den geschilderten Wellendichtungsringen wird daher vollständig auf die problematischen Klebeverbindungen verzichtet, indem die Polytetrafluorethylenringe mit ihrem Haftteil in die aufnehmende Gehäusenut direkt eingepreßt oder zwischen metallische Spannringe eingespannt werden. Bei diesen Konstruktionen ist aber das plastische Fließen des Polytetrafluorethylenmaterials besonders nachteilig. Schon beim Einspannen des Ringes in die Aufnahmenut mit Preßsitz belasteten sich die Ringe und waren praktisch von Anfang an undicht, und bei Wellendichtungsringen mit eingespanntem Haftteil entstanden Lockerungen und Leckagen unter Betriebsbedingungen.

Gegenüber dem unter Druckbelastung plastisch fließenden Polytetrafluorethylen verformen sich Elastomere, aus denen bei Wellendichtungsringen üblicherweise die Dichtlippen gebildet sind, unter Druckbelastung elastisch ohne dabei plastisch zu fließen. Die aus beispielsweise den Patentschriften FR-PS 20 51 434, DE-PS 37 34 149, GB-PS 593 009, DE-GM 69 44 082, DE-PS 8 67 336, DE-OS 38 06 928 und DE-OS 26 26 484 bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der Abdichtung des Wellendichtungsringes im Haftteil beziehen sich alle auf Wellendichtungsringe aus elastomeren Werkstoffen, die bei Verstärkung ihres Preßsitzes im Haftteil entsprechend ihrer elastischen Verformbarkeit naturgemäß auch besser abdichten. Bei Dichtlippen aus Polytetrafluorethylen führt jedoch ein verstärkter Preßsitz verstärkt zum plastischen Fließen und damit zu einem noch schnelleren Undichtwerden im Haftteil.

Nach der DE-OS 36 31 053 ist bei einem Wellendichtungsring mit eingespannter Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen der Axialschenkel des Spannringes mit einer umlaufenden Vertiefung versehen und dazu passend das axiale äußere Ende des äußeren Gehäuseringes abgebogen, so daß die dazwischen gespannte Polytetrafluorethylenscheibe in die Nut eingepreßt und dadurch besser verankert wird. Die verstärkte Druckwirkung auf das Polytetrafluorethylenmaterial führt aber auch hier zum verstärkten plastischen Fließen und zum Undichtwerden beziehungsweise zur Lockerung der eingespannten Dichtscheibe.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wellendichtungsring gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruchs zu schaffen, der bei guter statischer Abdichtung mit optimalem Sitz in die Aufnahmenut des umgebenden Maschinengehäuses mit möglichst langer Lebensdauer einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wellendichtungsring gelöst, dessen Gehäusering einen im Querschnitt rechteckigen oder U-förmigen Bereich aufweist, in den der Axialschenkel des Polytetrafluorethylenringes axial eingepreßt ist, und dessen auf dem Axialschenkel des Polytetrafluorethylenringes aufliegende in Axialrichtung verlaufende Gehäuseringschenkel durch mindestens eine umlaufende Nut auf der dem Polytetrafluorethylenring zugewandten Seite profiliert sind, wobei das Gesamtvolumen der ringförmig umlaufenden Nuten in den Gehäuseringen größer oder gleich dem Volumen des beim Einpressen des Ringes durch plastisches Fließen verdrängten Polytetrafluorethylen ist.

Die metallischen Gehäuseringe weisen bevorzugt einen rechteckigen oder U-förmigen Querschnitt auf, der so ausgebildet ist, daß der Axialschenkel des Polytetrafluorethylenringes mit Preßsitz in das Rechteck beziehungsweise in den Innenraum des U-Profiles eingeschoben werden kann. Der metallische Gehäusering deckt dann die äußere Umfangsfläche und die freie Stirnfläche sowie gegebenenfalls die innere Umfangsfläche des axialen Polytetrafluorethylenschenkels ab. Bei Verwendung von zwei oder mehreren Gehäuseringen werden diese unter Bildung einer Kammer zur Aufnahme des axialen Polytetrafluorethylenringschenkels zu einem Gehäusering ineinandergeschoben. Bevorzugt werden dabei zwei metallische Winkelringe mit einmal einem Bereich mit U-Profil und zu anderen einem Rechteckprofil verwendet, die so ineinandergeschoben werden, daß der Axialschenkel mit dem U-Profil des ersten Winkelringes an den Umfangsflächen und der freien Stirnfläche abgedeckt ist, während der rechteckig profilierte zweite Winkelring die äußere Umfangsfläche und die Dichtlippenseite des Axialschenkels abdeckt.

Durch die Erfindung ist jetzt der Axialschenkel des Polytetrafluorethylenringes in den metallischen Gehäuseringen von mindestens zwei Seiten gekammert, und das Polytetrafluorethylen ist unter Druck- und Temperaturbelastung in seinem Fließen eingeschränkt. Die Gefahr der Lockerung und des Undichtwerdens des Wellendichtungsringes im Haftteil wird so verringert. Die erfindungsgemäßen umlaufenden Nuten in den auf dem Axialschenkel aufliegenden Innenflächen der Gehäuseringe bewirken gleichzeitig den sicheren und festen Sitz des Axialschenkels im Gehäusering und verringern weiter die Gefahr von Leckagen im Haftteil. Offenbar fließt jetzt das Polytetrafluorethylen beim Einpressen in die Gehäuseringe unter dem Druck in die ringförmigen Nuten ein und füllt sie abdichtend aus. Das entstandene Profil in der Sitzfläche verhakt sich dabei in den Nuten, und das axiale Verschieben des Ringes wird unmöglich.

Zur besseren Verhakung besitzen die ringförmigen Nuten der Gehäuseringinnenflächen bevorzugt einen etwa sägezahnförmigen Querschnitt mit steilerem Anstieg zur Montageseite, und auf einer auf dem Polytetrafluorethylenring aufliegenden Gehäuseringinnenfläche sind bevorzugt bis zu drei nebeneinanderliegende ringförmige Nuten angeordnet. Das Gesamtvolumen der ringförmigen umlaufenden Nuten in den Gehäuseringen ist bevorzugt größer oder gleich dem Volumen des beim Einpressen durch plastisches Fließen verdrängten Polytetrafluorethylens. Dadurch wird der Axialschenkel des Polytetrafluorethylenringes nach dem Einpressen unter plastischem Fließen des Polytetrafluorethylens druckentlastet. Ein weiteres Fließen des Polytetrafluorethylens findet nicht mehr statt, der Ring bleibt drehfest und statisch dicht.

Da ferner die äußeren Umfangsflächen der Gehäuseringe die Sitzflächen des gesamten Wellendichtungsringes bilden, sind bevorzugt die äußeren Umfangsflächen in an und für sich bekannter Weise mit einem Dichtlack oder mit Dichtmassen beschichtet. Die metallische Gehäuseringumfangsfläche kann zur Haftgrundverbesserung vor dem Auftrag des Dichtlackes oder der Dichtmasse aufgerauht sein. Bei Verwendung von mehreren ineinandergeschobenen Winkelringen können ebenso die aufeinanderliegenden Metallflächen der Winkelringe aufgerauht und/oder mit Dichtlack oder Dichtmasse beschichtet sein.

Ferner kann vor allem bei Verwendung von U-förmig profilierten Gehäuseringen in den gebildeten Raum zusammen mit dem Axialschenkel des Polytetrafluorethylenringes ein Elastomerring eingesetzt sein. Die Stirnfläche des Axialschenkels ist dazu abgeschrägt, und in den gebildeten freien Raum ist der Elastomerring eingesetzt. Die elastische Verformung des Elastomerringes sorgt für einen verbesserten und dichteren Sitz des Axialschenkels im Gehäusering, und der gesamte Wellendichtungsring ist auch nach längerer Betriebszeit ohne Leckage einsatzfähig.

Durch die Erfindung ist somit unter Verwendung von Polytetrafluorethylen beziehungsweise einem artverwandten Werkstoff ein Wellendichtungsring geschaffen, der funktionssicher mit langer Lebensdauer bei statischer Dichtheit und verbessertem Preßsitz eingesetzt werden kann.

Durch den erfindungsgemäßen Wellendichtungsring steht somit der Fachwelt ein verbesserter Wellendichtungsring für schwierige Anwendungsfälle mit vor allem aggressiven Abdichtmedien, hohen Temperaturbelastungen und/oder hohen Reibbelastungen bei gegebenenfalls Mangelschmierung zur Verfügung.

Die Abbildungen zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Wellendichtungsringe im Querschnitt.

In Fig. 1 besteht der gesamte Wellendichtungsring (1) aus dem Polytetrafluorethylenring (2) und dem metallischen Gehäusering (3). Der Polytetrafluorethylenring (2) ist spanabhebend aus einem Rohling herausgearbeitet und besitzt am Innenumfang den zur Dichtlippe (4) abgebogenen Radialschenkel sowie am Außenumfang den als Haftteil dienenden Axialschenkel. Der Polytetrafluorethylenring (2) ist mit seinem Axialschenkel (5) in das Rechteckprofil des Gehäuseringes (3) mit Preßsitz eingeschoben. Der axiale Gehäuseringschenkel (6) besitzt an seiner Innenfläche fünf nebeneinanderliegende umlaufende Nuten (7) mit sägezahnförmigem Querschnitt, die das drehfeste und dichte Verhaken des Polytetrafluorethylenringaxialschenkels (5) im Rechteckgehäusering (3) ermöglichen.

In Fig. 2 ist der Polytetrafluorethylenring (8) mit seinem Axialschenkel (9) in die Kammer (10) des U-förmig gebogenen Gehäuseringes (11) mit Preßsitz eingeschoben. Die Sägezahnnuten (12) in den einzelnen Innenflächen der Kammer (10) sorgen für die drehfeste und abdichtende dauerhafte Befestigung des Polytetrafluorethylenringes (8) im Gehäusering (11). Die äußere Umfangsfläche (13) des Gehäuseringes (11) bildet die Sitzfläche des Wellendichtringes im Aufnahmegehäuse, sie ist aufgerauht (15) und mit einem Dichtlacküberzug (14) versehen.

Im Querschnittsbild der Fig. 3 werden zur Aufnahme des Polytetrafluorethylenringes (16) zwei unter Bildung eines Gehäuseringes ineinandergeschobene Winkelringe (17, 18) verwendet. Der Winkelring (18) besitzt ein U-förmiges Profil, in das der zweite Winkelring (17) mit seinem Axialschenkel des Rechteckprofiles eingeschoben ist. Der Axialschenkel (20) des Polytetrafluorethylenringes (16) ist in die Gehäuseringkammer (17, 18) mit Preßsitz eingepreßt, wobei zur Sicherung die axial aufliegenden Gehäuseringschenkel (17, 18) mit einem Sägezahnprofil (19) versehen sind. Die freie Stirnfläche (21) des Axialschenkels (20) ist abgeschrägt, und in den gebildeten freien Raum ist ein Elastomerring (22) eingesetzt, der bei der Montage verformt ist und aufgrund seiner elastischen Rückverformungskraft den Sitz des Axialschenkels (20) in den Gehäusering (17, 18) und dessen Abdichtung verbessert. Der axiale Gehäuseringschenkel (25) des Winkelringes (18) ist am Außenumfang mit Dichtlack (24) zum besseren Sitz beschichtet und am Innenumfang an der Metall-zu-Metall-Berührungsfläche zum Winkelring (17) aufgerauht und mit Dichtmasse (23) beschichtet.

Claims (8)

1. Wellendichtungsring zur Abdichtung rotierender Wellen, bestehend aus einem gegebenenfalls gefüllten Polytetrafluorethylen, mit einem Radialschenkel am Innenumfang, der zur Dichtlippe abgebogen auf der Welle aufliegt, und einem Axialschenkel am Außenumfang, der an mindestens seiner äußeren Umfangsfläche und einer Stirnfläche von einem metallischen Gehäusering umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusering (6, 11, 17, 18) einen im Querschnitt rechteckigen oder U-förmigen Bereich aufweist, in den der Axialschenkel (5, 9, 20) des Polytetrafluorethylenringes (2, 8, 16) axial eingepreßt ist, und daß die auf dem Axialschenkel (5, 9, 20) des Polytetrafluorethylenringes (16, 2, 8) aufliegenden in Axialrichtung verlaufenden Gehäuseringschenkel durch mindestens eine umlaufende Nut (7, 12, 19) auf der dem Polytetrafluorethylenring zugewandten Seite profiliert sind, wobei das Gesamtvolumen der ringförmig umlaufenden Nuten (7, 12, 19) in den Gehäuseringen (6,11,17,18) größer oder gleich dem Volumen des beim Einpressen des Ringes (16, 2, 8) durch plastisches Fließen verdrängten Polytetrafluorethylens ist.

2. Wellendichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusering (17, 18) aus zwei axial ineinandergeschobenen Winkelringen (17, 18) besteht, und daß der PTFE-Ring (16) somit gekammert ist.

3. Wellendichtungsring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Winkelring (17) einen rechtwinkligen Querschnitt und der andere Winkelring (18) einen Bereich mit U-förmigen Querschnitt besitzt.

4. Wellendichtungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Berührungsfläche der beiden ineinandergeschobenen Winkelringe (17, 18) aufgerauht und/oder mit Dichtmasse (23) beschichtet ist.

5. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Nuten (7, 12, 19) ein Sägezahnprofil mit zur Montageseite steilerem Anstieg aufweisen.

6. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den auf dem Axialschenkel (5, 9, 20) des Polytetrafluorethylenringes (2, 8, 16) aufliegenden Innenflächen der Gehäuseringe (6, 11, 17, 18) mindestens drei nebeneinanderliegende ringförmige Nuten (7, 12, 19) angeordnet sind.

7. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsfläche (13) des Gehäuseringes (11) mit einer Dichtlackbeschichtung (14) versehen ist.

8. Wellendichtungsring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umfangsfläche (13, 24) des äußeren Gehäuseringes (11, 17, 18) vor dem Auftrag der Dichtlackbeschichtung (14) aufgerauht (15) ist.