DE4220765A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Abdichten eines Spaltes zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinander beweglichen Maschinenteilen, von denen das erste Maschinenteil eine sich schräg zur Achse des zweiten Maschinenteils hin öff­ nende Nut aufweist und wobei am zweiten Maschinenteil eine der Nut gegegenüberliegende, glatte Anlagefläche vorgesehen ist, mit einem in die Nut eingelegten zähelastischen Dichtring, der über ein gummielastisches Vorspannelement in der Nut verpreßbar ist.

Derartige Dichtungsanordnungen sind bekannt, um gezielte Quer­ kraftkompensationen zu erreichen. Schwierigkeiten ergeben sich bei der Herstellung derartiger Dichtungsanordnungen jedoch dadurch, weil die Berührungslinie, auf der die Dichtkante des Dichtringes am abzudichtenden Maschinenteil anliegt, nicht kreisförmig, sondern ellipsenähnlich ist. Diese Dichtringe bzw. Dichtungsanordnungen sind deshalb nur unter hohem Kosten­ aufwand zu fertigen, und auch deren Einbau ist schwierig, weil ständig auf die richtige Einbaulage des Dichtringes bzw. der Anordnung zu achten ist.

Um eine hohe Dichtigkeit zwischen den abzudichtenden Teilen und eine verbesserte Standzeit zu gewährleisten, können aus­ schließlich gummielastische Dichtelemente nicht mehr eingesetzt werden, so daß aufwendige Dichtungsanordnungen diese ersetzen.

Durch die DE-AS 29 15 728 ist eine Dichtungsanordnung bekannt­ geworden, die zur Achse eines Kolbens eine versetzte Nut auf­ weist. Die für die Lösung des Problems benötigte Querschnittsform des zähelastischen Dichtrings, über den Umfang des Kolbens gesehen, ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen. Wird nach der Lehre der bekannten Druckschrift der Dichtring in einer elliptischen Form gefertigt, so muß das Profil des Dichtrings in Abhängigkeit vom Kolbenumfang ständig angepaßt werden. Derartige Dichtringe sind nur äußerst kostenintensiv herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die bekannte Dichtungs­ anordnung derart weiterzubilden, daß sie einfach herzustellen und erleichtert in die vorgesehene Nut ohne definierte Lage zur Nut einzubauen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dichtring einen im Querschnitt stetig gekrümmten Umfangslinien­ abschnitt zur Anlagefläche hin aufweist.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung hat damit den wesent­ lichen Vorteil, daß einfache Querschnittsformen eines Dicht­ ringes verwendet werden können. Die zur Anlagefläche weisende stetig gekrümmte Umfangsfläche des Dichtringes liegt über dem ganzen Umfang der Anlagefläche am zweiten Maschinenteil dichtend an. Die einfache Querschnittsform des Dichtringes macht es möglich, daß der Dichtring bevorzugt als Kreisring gefertigt wird und in der Einbaulage einen elliptischen Ring bildet. Beim Einbau in das erste Maschinenteil wird der zähelastische kreisringförmige Dichtring unter Druck derart verformt, daß er in der Nut beidseitig an den Nutflanken zur Anlage kommt. Über die Nutflanken wird der ursprünglich kreisringförmige Dichtring in einer elliptischen Kurvenform gehalten. Die stetig gekrümmte zur Anlagefläche weisende Umfangsfläche des Dichtringes gewähr­ leistet, daß an jeder Stelle über den gesamten Umfang des zwei­ ten Maschinenteiles gesehen reproduzierbare und gleiche Abdicht­ verhältnisse geschaffen werden.

Liegt ein kreisringförmig gefertigter Dichtring in einer ellip­ tischen Zwangslage, so ist es vorteilhaft, über den Umfang des Dichtringes verteilt Durchgangsnuten am Dichtring und/oder am Vorspannelement vorzusehen, damit das unter einem hydraulischen Druck stehende Medium auf der Hochdruckseite auch ganzflächig an der Stirnseite der Dichtungsanordnung angreifen kann.

Je nachdem, unter welchem Winkel die Nut im ersten Maschinenteil zur Achse eines zweiten Maschinenteils angeordnet ist, muß der Durchmesser b des kreisförmigen Dichtringes größer sein als der Durchmesser a des beispielsweise als Stange oder Welle ausgebildeten zweiten Maschinenteils.

Die Vorspannkräfte lassen sich besonders vorteilhaft über im Querschnitt rechteckförmige bzw. quadratische Spannringe über­ tragen, die als gummielastische Elemente eine Nebendichtfunktion übernehmen.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist selbstjustierend, das heißt, die zur Abdichtung eines Spaltes notwendige Einbau­ lage des Dichtringes stellt sich beim Einbau von selbst ein. Wird ein quadratisches bzw. rechteckförmiges Vorspannelement verwendet, das weitgehend der axialen Länge einer im Querschnitt rechteckförmigen Nut entspricht, so wird der Dichtring längs des Umfanges zusätzlich stabilisiert.

Die Nutflanken der die Dichtungsanordnung aufnehmenden Nut können senkrecht oder schräg zur Anlagefläche ausgerichtet sein. Über den stetig gekrümmten Umfangslinienabschnitt ist es möglich, daß die Dichtfläche zur Anlagefläche hin an jeder Stelle des Umfangslinienabschnitts gleichartig wirkt. Insbesondere ist es auch möglich ein halbkreisförmiges Vorspannelement aus gummielastischem Werkstoff einzusetzen, das beispielsweise auch mit einem halbkreisförmigen zähelastischen Dichtring zusammenwirkt.

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 erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben viel­ mehr beispielhaften Charakter.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung in einer zu einer Achse eines zweiten Maschinenteiles schräg verlaufenden Nut in einem ersten Maschinenteil;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dich­ tungsanordnung im Querschnitt, wie sie in eine schräg verlaufende Nut einzubauen ist, mit einem im Quer­ schnitt halbkreisförmigen Dichtring und einem Vier­ lippen-Dichtring als Vorspannelement;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Dichtungsanordnung mit einem kreisförmigen, zähelastischen Dichtring und einem Vierlippen-Dicht­ ring als Vorspannelement;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Dichtungsanordnung mit einem im Querschnitt linsenförmigen zähelastischen Dichtring und einem gummielastischen Vierlippen-Dichtring als Vorspann­ element;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dich­ tungsanordnung mit einem halbkreisförmigen zähelasti­ schen Dichtring und einem im Querschnitt quadratischen Vorspannelement;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dich­ tungsanordnung mit einem als Kreissegment ausgebil­ deten Dichtring und einem Vierlippen-Dichtring als Vorspannelement.

Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen teilweise stark sche­ matisiert den erfindungsgemäßen Gegenstand und sind nicht maß­ stäblich zu verstehen. Die Gegenstände der einzelnen Figuren sind teilweise stark vergrößert dargestellt, damit ihr Aufbau besser gezeigt werden kann.

Fig. 1 zeigt mit 10 eine Dichtungsanordnung, wie sie in einem ersten Maschinenteil 11 vorgesehen ist. Das erste Maschinenteil 11 ist zu einem zweiten Maschinenteil 12 konzentrisch. Je nach Verwendung ist das erste Maschinenteil 11 ortsfest, und das zweite Maschinenteil 12 führt eine Hin- und Herbewegung bzw. eine Rotationsbewegung aus. Denkbar ist jedoch auch, daß sich das erste Maschinenteil 11 gegenüber dem zweiten Maschinenteil 12 bewegt bzw. zu diesem eine Relativbewegung ausführt.

Im ersten Maschinenteil 11 ist eine Nut 13 ausgebildet, die als rechteckförmige Nut geeignet ist, einen Dichtring 14 und ein Vorspannelement 14′ aufzunehmen. Der Dichtring 14 weist einen stetig gekrümmten Umfangslinienabschnitt 15 auf, der in der Einbaulage des Dichtringes 14 zu einer Anlagefläche 16 hinweist und auf dieser dichtend anliegt. Mit dem Dichtring 14 und dem Vorspannelement 14′ wird ein Spalt 17 zwischen dem ersten Maschinenteil 11 und dem zweiten Maschinenteil 12 abge­ dichtet. Die Dichtungsanordnung 10 grenzt ein unter einem er­ höhten Druck stehendes Medium (Hochdruckseite) von einem Gebiet ab, das einen dazu geringeren Druck aufweist (Niederdruckseite). In der Fig. 1 ist die Hochdruckseite mit H und die Niederdruck­ seite mit N gekennzeichnet.

Das zweite Maschinenteil 12 weist eine Achse 18 auf, zu der die Nut 13 und der Dichtring 14 mit dem Vorspannelement 14′ schräg gestellt ist. Damit wirken auf die Dichtungsanordnung 10 über den Umfang gesehen unterschiedliche hydraulische Kräfte, die in bekannter Weise zur Querkraftkompensation eines Gesamt­ systems genutzt werden.

Der Dichtring 14, der aus einem zähelastischen Material gefer­ tigt ist, wird in der Nut 13 in seiner Einbaustellung zwangs­ weise gehalten, indem er an einer Nutflanke 19 und an einer Nutflanke 20 der Nut 13 fest anliegt. Über das gummielastische Vorspannelement 14′, in der Figur ein rechteckförmiger Spannring, ist der Dichtring 14 vorgespannt.

Mit gestrichelten Linien ist zur Hochdruckseite H hinweisend am Dichtring 14 wie auch am Vorspannelement 14′ eine Durchgangs­ nut 21, 22 vorgesehen. Die Durchgangsnuten 21, 22 gewährleisten, daß der hydraulische Druck von der Hochdruckseite H wirkend ganzflächig auf die Stirnseite des Dichtringes 14 bzw. des Vorspannelementes 14′ einwirken kann. Der hydraulische Druck des am Dichtring 14 anstehenden Mediums entlastet auch teilweise die Dichtungsanordnung 10, indem er auf Teilabschnitte des Umfangslinienabschnittes 15 wirkt.

Das Vorspannelement 14′ stützt sich in der Fig. 1 am Nutgrund 23 ab und liegt mit der dazu diametralen Fläche auf dem Dicht­ ring 14 auf.

Ist der Dichtring 14 als kreisringförmiger Körper gefertigt, so ist sein Durchmesser b größer als der Durchmesser a des zweiten Maschinenteils 12. Beim Einbau in die zur Achse 18 schräg gestellte Nut 13 wird der kreisringförmige Dichtring 14 in eine elliptische Kurvenform verformt, derart, daß er dichtend über eine nahezu elliptische Berührungslinie auf der Anlage­ fläche 16 des zweiten Maschinenteils 12 aufliegt. In der Figur ist das Maß b gestrichelt eingezeichnet. Der in der Nut 13 eingelegte Dichtring 14 weist unverformt den Durchmesser b auf.

Fig. 2 zeigt eine Dichtungsanordnung 30 mit einem kreisringför­ migen Dichtring 31 aus zähelastischem Material und einem halb­ kreisringförmigen Querschnitt. Ein Vorspannelement 32 ist als gummielastischer Vierlippen-Dichtring ausgebildet. Der im Quer­ schnitt halbkreisförmige Dichtring 31 kann kostengünstig und sehr einfach gefertigt werden. Über die stetig gekrümmte Um­ fangsfläche des Dichtringes 31 liegt der Dichtring 31 auf der Umfangsfläche des abzudichtenden Maschinenteils auf, und die ebene Fläche des Dichtringes 31 bildet ein gutes Auflager für das Vorspannelement 32. Die Dichtungsanordnung 30 kann in eine zu einer Achse eines zweiten Maschinenteiles schräg gestellte Nut in ein erstes Maschinenteil besonders einfach eingebaut werden, weil sich der Dichtring auf der abzudichtenden Ober­ fläche selbst ausrichtet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Dichtungsanordnung 40 mit einem kreisringförmigen zäh­ elastischen Dichtring 41, der auch im Querschnitt eine Kreisform aufweist und einen gummielastischen Vierlippen-Dichtring 42.

Fig. 4 zeigt eine Dichtungsanordnung 50, wie sie in eine bevor­ zugt im Querschnitt rechteckförmige Nut eines Maschinenteils einzubauen ist. Die Dichtungsanordnung 50 setzt sich aus einem Dichtring 51 und einem Vierlippen-Dichtring 52 zusammen. Der Dichtring 51 ist aus einem zähelastischen und der Vierlippen-Dicht­ ring 52 aus einem gummielastischen Material gefertigt. Im Querschnitt ist der Dichtring 51 linsenförmig ausgebildet, wobei an einer stetig gekrümmten Umfangslinie des Dichtringes 51 die Anlagefläche eines abzudichtenden Maschinenteils und an der anderen stetig gekrümmten Umfangslinie das gummielastische Vorspannelement dichtend anliegt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Dichtungsanord­ nung 60 mit einem im Querschnitt halbkreisförmigen Dichtring 61 und einem quadratischen gummielastischen Vorspannelement 62. Die in der Fig. 5 gezeichnete Dichtungsanordnung ist in der Fig. 1 in der Nut angeordnet, wobei die einzelnen Elemente der Dichtungsanordnung zusätzlich noch mit Durchgangsnuten versehen sind, die sowohl auf einer Stirnseite bzw. auch auf der anderen Stirnseite der Dichtungsanordnung vorgesehen sein kön­ nen.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dich­ tungsanordnung 70 mit einem im Querschnitt weitgehend als Kreis­ segment ausgebildeten Dichtring 71 und einem gummielastischen Vierlippen-Dichtring 72, der in einer Nut den Dichtring 71 vorspannt. Die der Dichtfläche gegenüberliegenden Fläche des Dichtringes 71 ist an die Oberflächenform des Vierlippen-Dicht­ ringes 72 angepaßt.

Sofern notwendig können die Dichtringe nicht nur in einer Kreis­ form gefertigt werden, sondern auch in einer elliptischen Form. Weiterhin sind, sofern notwendig, an den in den Figur gezeigten Dichtungsanordnungen auch Durchgangsnuten vorzusehen, damit das unter Druck stehende Medium auch wirksam an der Dichtungs­ anordnung angreifen kann.

Die Anordnung zum Abdichten eines Spalts 17 weist eine Dich­ tungsanordnung aus einem zähelastischen Dichtring 14 und einem gummielastischen Vorspannelement 14′ auf. Die Dichtungsanordnung ist in eine Nut 13 eines ersten Maschinenteils 11 eingelegt. Das erste Maschinenteil 11 ist koaxial zu einem zweiten Maschi­ nenteil 12 angeordnet, wobei die Maschinenteile 11, 12 durch den Spalt 17 voneinander beabstandet sind. Das zweite Maschi­ nenteil 12 weist eine Achse 18 auf, zu der die Nut 13 schräg verläuft. Der Dichtring 14 weist ein im Querschnitt stetig gekrümmten Umfangslinienabschnitt 15 auf, der zur Anlagefläche 16 des zweiten Maschinenteils 12 hin ausgerichtet ist.

Claims (6)

1. Anordnung zum Abdichten eines Spaltes (17) zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinander beweglichen Ma­ schinenteilen (11, 12) von denen das erste Maschinenteil (11) eine sich schräg zur Achse (18) des zweiten Maschinen­ teils (12) hin öffnende Nut (13) aufweist, und wobei am zweiten Maschinenteil (12) eine der Nut (13) gegenüber­ liegende, glatte Anlagefläche (16) vorgesehen ist, mit einem in die Nut (13) eingelegten zähelastischen Dichtring (14) der über ein gummielastisches Vorspannelement (14′) in der Nut (13) verpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14) einen im Querschnitt stetig gekrümmten Umfangslinienabschnitt (15) zur Anlagefläche (16) hin aufweist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14; 31; 41; 51; 61; 71) als kreisför­ miger Ring mit einem Durchmesser b gefertigt ist, der größer als der Durchmesser a des zweiten Maschinenteils (12) ist, und daß der Dichtring (14) durch die Anlage an Nutflanken (19, 20) der Nut (13) in der gewünschten Einbau­ lage gehalten ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14) und/oder das Vorspannelement (14′) Durchgangsnuten (21, 22) aufweisen, die an die Nutflanken (19, 20) angrenzen.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14; 31; 41; 51; 61; 71) im Querschnitt kreis-, halbkreis-, linsenförmig oder als Kreissegment ausgebildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement (14′) im Querschnitt rechteckförmig oder als Vierlippen-Dichtring ausgebildet ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist.