DE4124221C2 - Dichtring - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Abdichten eines Spalts von einer Hochdruckseite H zu einer Niederdruckseite N zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinander beweglichen Maschinenteilen, von denen das erste Maschinenteil eine zum zweiten Maschinenteil hin offene Nut aufweist, in die ein gummielastischer einstückiger Dichtring mit rechteckförmigem Stützteil eingelegt ist, wobei der Dichtring mit einer dynamischen Dichtkante auf einer Anlagefläche des zweiten Ma­ schinenteils aufliegt und mit einer statischen Dichtkante an einer ersten Nutflanke angepreßt ist, wobei der Dichtring die Nut in einen ersten und einen zweiten Nutraum unterteilt und wobei der Dichtring über einen axial gerichteten Abschnitt am Nutgrund dichtend anliegt.

Bekannte Dichtringe der eingangs genannten Art weisen keine sichere Drehmomentenfixierung auf und können nicht an einen individuellen Anwendungsfall angepaßt werden. Weiterhin ist denkbar, daß sich der bekannte Dichtring unter Druckbelastung unvorhersehbar verformt, so daß die Vorspannkräfte bzw. Pres­ sungsverteilungen nicht eindeutig vorbestimmbar sind.

Aus der DE-U 80 07 935 ist ein Dichtring bekannt, bei dem die dynamische Dichtkante mit einem in einer Ringnut liegenden Federelement an das bewegliche Maschinenteil anpreßbar ist. Ein Versteifungsring hält den Dichtring in seiner gewünschten Lage. Diese Dichtungsanordnung ist relativ steif und kann sich nur sehr eingeschränkt an veränderte Drucksituationen und Auslen­ kungen der Welle in radialer Richtung anpassen.

Aus der DE-OS 39 20 482 ist ein in einem vormontierten Käfig angeordneter Dichtring mit beiderseits diagonal abstehenden, dynamischen Dichtlippen bekannt. Hierbei sind die beiden dyna­ mischen Dichtlippen symmetrisch ausgebildet und angeordnet und der Ring weist eine axiale und radiale Anlagefläche auf. Der zwischen den Dichtlippen geschaffene Nutraum ist weder einem Hochdruckbereich noch einem Niederdruckbereich zuordenbar. Dies bewirkt, daß die beiden dynamischen Dichtlippen nicht gleich­ mäßig beaufschlagt werden. Auch ist ein Kommunizieren der Nut­ räume unerwünscht.

Aus der US-PS 4,681,327 ist eine Dichtungsanordnung bekannt, bei der ein Stützring ein Dichtelement in Anlage mit der niederdruckseitigen Nutflanke bringt. Dabei weist das Dichtelement zwei Seitenarme auf, die bis zur jeweiligen Nutflanke reichen. Zwischen der jeweiligen Nutflanke, dem Seitenarm und dem Dichtelement bilden sich Hohlräume, die über eine Bohrung im Dichtring miteinander verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Dichtring bereitzustellen, der zum einen eine sichere Drehmomentenfixierung aufweist und es zum anderen weitgehend zuläßt, die Pressungsverteilung an der dy­ namischen und der statischen Dichtkante vorherzubestimmen.

Diese Aufgabe wird gegenüber dem StdT dadurch gelöst, daß die Nuträume hydraulisch miteinander verbunden sind, daß das Stützteil als viereckiger, im Querschnitt etwa quadratischer Ring ausgebildet ist, und daß am Ring eine Manschette angeformt ist, deren vom Ring abgewandter Rand die dynamische und die statische Dichtkante bildet.

Der erfindungsgemäße Dichtring hat den Vorteil, daß er durch die Querschnittsgröße des Rings bzw. durch die Wahl der axial und radial gerichteten Abschnitte mehr oder weniger torsions­ steif ausgeführt werden kann. Als gummielastischer Dichtring kann er mehr oder weniger stark vorgespannt werden, ohne daß er sich in der Nut verwinden würde. Über die Größe des Rings lassen sich die Dichtkantenn sowohl ohne wie auch mit hydrau­ lischem Druck unterschiedlich stark be- und entlasten. Der erfindungsgemäße Dichtring weist sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung eine Drehmomentenfixierung auf. Die statische Dichtkante wirkt dabei als Sekundärdichtung, während die dynamische Dichtkante die gegeneinander beweglichen Ma­ schinenteile abdichtet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist derart ausgestaltet, daß erfindungsgemäß der Dichtring über einen radial gerichteten Abschnitt einer Länge von r 20% der axialen Länge des Dichtrings an einer zweiten Nutflanke dichtend anliegt, und daß der axial gerichtete Abschnitt eine Länge von x 20% der axialen Länge des Dichtrings aufweist.

Dies hat den Vorteil, daß der Dichtring eine genügend große Anlagefläche zur Aufnahme der Kräfte hat.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Manschette eine oder mehrere Durchgangsbohrungen auf, die den ersten und zweiten Nutraum hydraulisch verbinden.

Dies hat den Vorteil, daß keine Verbindungskanäle in dem Ma­ schinenteil vorgesehen werden müssen, in dem die Nut ausgebildet ist. In bestehende Nuten kann der erfindungsgemäße Dichtring eingesetzt und den vorgegebenen Anforderungsbedingungen angepaßt werden. Je nach Querschnittsform des Dichtrings kann bzw. können die Durch­ gangsbohrung bzw. die Durchgangsbohrungen in der Manschette und/oder im Ring vorgesehen sein.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Dicht­ ring zähelastische Materialkomponenten auf. Es ist dabei denk­ bar, daß die Manschette aus einem anderen Material gefertigt ist als der Ring. So kann der Ring verstärkte gummielastische Eigenschaften aufweisen, während die Manschette bevorzugt zäh­ elastische Eigenschaften hat. Auch bei unterschiedlichen Mate­ rialkomponenten bilden der Ring und die Manschette eine Einheit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die dynamische Dichtkante von der Schnittlinie einer ersten und einer zweiten Kegelfläche gebildet, wobei sich die erste Kegel­ fläche zur Niederdruckseite hin und die zweite Kegelfläche zur Hochdruckseite H hinweisend unter einem spitzen Winkel α, α′ öffnet.

Dies hat den Vorteil, daß neben der Ausgestaltung des Rings auch über die Wahl der Öffnungswinkel α, α′ eine gezielte Be- und Entlastung der dynamischen, wie auch der statischen Dicht­ kante vorgegeben werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß je­ weils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnte Ausführungsform ist neben einer Vielzahl anderer Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen und schränkt den Erfindungsgedanken nicht ein.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Dichtring im Querschnitt, wie er in einer rechteckförmigen Nut angeordnet ist.

Der Dichtring ist stark schematisiert dargestellt und zeigt den erfindungsgemäßen Gegenstand nicht maßstäblich.

In der Figur ist ein Dichtring 10 gezeigt, wie er in einer Nut 11 eines ersten Maschinenteils 12 angeordnet ist. Mit dem Dicht­ ring 10 ist ein Spalt 13 zwischen dem ersten Maschinenteil 12 und einem zweiten Maschinenteil 14 abgedichtet. Der Dichtring 10 kann als innen oder außen dichtende Dichtung eingesetzt werden, so daß die Maschinenteile 12, 14 die dafür geeigneten Bauteile darstellen. Durch den Dichtring 10 ist eine Hochdruck­ seite H von einer Niederdruckseite N getrennt.

Der Dichtring 10 unterteilt die Nut 11 in einen ersten Nutraum 15 und in einen zweiten Nutraum 16. Im Querschnitt ist der Dichtring 10 aus einem viereckigen Ring 17 gebildet, an den eine Manschette 18 angeformt ist. Die Manschette 18 ist mit einer Durchgangsbohrung 19 versehen, die den ersten Nutraum 15 mit dem zweiten Nutraum 16 hydraulisch verbindet.

Am freien Rand der Manschette 18 ist eine dynamische Dichtkante 20 und eine statische Dichtkante 21 ausgebildet. Die dynamische Dichtkante 20 ist aus der Schnittlinie einer ersten Kegelfläche 22 und einer zweiten Kegelfläche 23 gebildet. Die statische Dichtkante 21 ergibt sich aus der Schnittlinie der ersten Kegel­ fläche 22 mit einer dritten Kegelfläche 24.

Die dynamische Dichtkante 20 liegt dichtend und mehr oder we­ niger stark angepreßt auf einer Anlagefläche 25 des zweiten Maschinenteils 14 und die statische Dichtkante 21 liegt dichtend an einer ersten Nutflanke 26 an.

Am viereckigen Ring 17 ist ein radial gerichteter Abschnitt 27 ausgebildet, der ganzflächig an einer zweiten Nutflanke 28 drehfest anliegt. Die Länge des radial gerichteten Abschnitts ist mindestens r 20% der axialen Länge des Dichtrings 10. Mit einem axial gerichteten Abschnitt 29 des viereckigen Rings 17 liegt der Dichtring 10 vorgespannt am Nutgrund 30 an. Der Dichtring 10 selbst ist aus einem gummielastischen Material gefertigt, dem je nach Verwendungszweck und Bedarf zähelastische Komponenten beigemischt sein können. Auch die Länge des axial gerichteten Abschnitts 29 beträgt mindestens x 20% der axialen Länge des Dichtrings 10.

Die erste Kegelfläche 22 öffnet sich zur Niederdruckseite N hin unter einem spitzen Winkel α und die zweite Kegelfläche 23 öffnet sich zur Hochdruckseite H hin unter einem spitzen Winkel α′. Die Winkel α, α′ sind mit strichpunktierten Linien in der Figur angedeutet.

In der Figur ist der Dichtring 10 über Haftreibungskräfte, die zwischen der zweiten Nutflanke 28 und dem radial gerichteten Abschnitt 27 sowie zwischen dem axial gerichteten Abschnitt 29 und dem Nutgrund 30 wirken, drehfest gehalten. Über den Ring 17 ist der Dichtring 10 sowohl axial wie auch radial vorge­ spannt. Je nach Größe und Form des viereckigen Rings 17 und der Größe der Winkel α, α′ sind die dynamische Dichtkante 20 und die statische Dichtkante 21 mehr oder weniger stark belas­ tet.

Im belasteten Zustand strömt das unter Druck stehende hydrau­ lische Medium von der Hochdruckseite H durch die Durchgangs­ bohrung 19 in den zweiten Nutraum 16, so daß das unter Druck stehende Medium sowohl an der zweiten Kegelfläche 23 wie auch an der dritten Kegelfläche 24 ansteht. Je nach Größe und Form der druckbeaufschlagten Fläche kann sowohl die dynamische Dicht­ kante 20 wie auch die statische Dichtkante 21 mehr oder weniger stark belastet, bzw. entlastet werden. In der Figur dichtet die dynamische Dichtkante 20 in radialer Richtung den Spalt 13 ab und die statische Dichtkante 21 wirkt axial dichtend.

Es versteht sich, daß die Durchgangsbohrung 19 nicht zwingend an der Manschette 18 angebracht sein muß. Es sind auch Aus­ führungsformen denkbar, bei denen die Durchgangsbohrung im ersten Maschinenteil 12 verläuft, bzw. durch den Ring 17 geführt ist.

Die Dichtkante 20 und/oder die Dichtkante 21 kann durch eine flächenhafte Auflage auf der Anlagefläche 25 bzw. auf der Nut­ flanke 26 zur Anlage kommen. Damit kann der Be- und Entlastungs­ grad des Dichtrings 10 ebenfalls beeinflußt werden.

Der Dichtring 10 zwischen zwei gegeneinander beweglichen Ma­ schinenteilen 12, 14 weist eine dynamische Dichtkante 20 und eine statische Dichtkante 21 auf. In einer Nut 11 unterteilt der Dichtring 10 die Nut 11 in einen ersten Nutraum 15 und in einen zweiten Nutraum 16. Die Nuträume 15, 16 sind hydraulisch miteinander verbunden. Der Dichtring 10 liegt mit einem radial gerichteten Abschnitt 27 und mit einem axial gerichteten Ab­ schnitt 29 über einen weiten Bereich an einer zweiten Nutflanke 28 und an dem Nutgrund 30 an. Über die Wahl der Querschnitts­ größe eines Rings 17 und der Öffnungswinkel α, α′ der ersten und zweiten Kegelfläche 22, 23 zur Anlagefläche 25 lassen sich Be- und Entlastungsfaktoren für die Pressungsverteilung der Dichtkanten 20, 21 vorbestimmen.

Claims (6)

1. Anordnung zum Abdichten eines Spaltes (13) von einer Hoch­ druckseite H zu einer Niederdruckseite N zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinander beweglichen Ma­ schinenteilen (12, 14), von denen das erste Maschinenteil (12) eine zum zweiten Maschinenteil (14) hin offene Nut (11) aufweist, in die ein gummielastischer einstückiger Dichtring (10) mit rechteckförmigem Stützteil eingelegt ist, wobei der Dichtring (10) mit einer dynamischen Dicht­ kante (20) auf einer Anlagefläche (25) des zweiten Maschinen­ teils (14) aufliegt und mit einer statischen Dichtkante (21) an eine erste Nutflanke (26) angepreßt ist, wobei der Dichtring (10) die Nut (11) in einen ersten und einen zweiten Nutraum (15, 16) unterteilt und wobei der Dichtring (10) über einen axial gerichteten Abschnitt am Nutgrund (30) dichtend anliegt, die Nuträume (15, 16) hydraulisch miteinander verbunden sind, das Stützteil als viereckiger, im Querschnitt etwa quadratischer Ring (17) ausgebildet ist und am Ring (17) eine Manschette (18) angeformt ist, deren vom Ring (17) abgewandter Rand die dynamische und die statische Dichtkante (20, 21) bildet.

2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (10) über einen radial gerichteten Abschnitt (27) einer Länge von r 20% der axialen Länge des Dichtrings (10) an einer zweiten Nutflanke (28) dichtend anliegt, und daß der axial gerichtete Abschnitt (29) eine Länge von x 20% der axialen Länge des Dichtrings (10) aufweist.

3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (18) eine oder mehrere Durchgangsboh­ rungen (19) aufweist, die den ersten und zweiten Nutraum (15, 16) hydraulisch verbinden.

4. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (10) zähelastische Mate­ rialkomponenten aufweist.

5. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dynamische Dichtkante (20) von der Schnittlinie einer ersten und einer zweiten Kegelfläche (22, 23) gebildet ist, wobei sich die erste Kegelfläche (22) zur Niederdruckseite N und die zweite Kegelfläche (23) zur Hochdruckseite H hinweisend unter einem spitzen Winkel α, α′ öffnen.

6. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Dichtkante (20) und/oder die Dicht­ kante (21) flächenhaft auf der Anlagefläche (25) bzw. auf der Nutflanke (26) zur Anlage kommen.