DE69914392T2

DE69914392T2 - Drehende Kassettendichtung mit Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE69914392T2
Application number: DE69914392T
Authority: DE
Inventors: Peter J. Santa Ana Balsells; John Orange Schroeder
Original assignee: Bal Seal Engineering LLC
Current assignee: Bal Seal Engineering LLC
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: US6050572A; JP4873767B2; EP0942209A2; US6161838A; EP0942209B1; EP0942209A3; DE69914392D1; JPH11315933A; US6264205B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Kassetten-Rotations-Wellendichtungen, die in ein Gehäuse gedrückt werden, und eine Dichtung um einen Schaft herum bei relativ niedrigen Drücken unter unterschiedlichen Fluidumgebungen bereitstellen. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine Kassettendichtung, bei der ein separater Metall-Haltering verwendet wird, welcher eine axiale und radiale Spannung in einem Kunststoff-Dichtungsring bereitstellt.
Kassetten-Rotations-Wellendichtungen werden seit vielen Jahren in einer Vielzahl von Anwendungen zum Abdichten von unterschiedlichen Arten von Fluiden und Gasen verwendet. Für diese Dichtungen wurden generell unterschiedliche, in Metall eingebettete Elastomere verwendet. Typische verwendete Materialien beinhalten unterschiedliche Kunststoffmaterialien und Fluorpolymere, z. B. Polytetrafluorethylen, PTFE, da diese eine relativ geringe Reibung zeigen, chemisch träge sind und unterschiedlichen Temperaturen standhalten können, wodurch sie unter Bedingungen ohne Schmierung verwendet werden können.
Bei solchen bekannten Kassettendichtungen wird das Elastomer in einem gebundenen Verhältnis mit einem kreisförmigen Metallring, oft von U-förmiger Form, verwendet. Der Metallabschnitt der Dichtung wird in ein Gehäuse gedrückt, während die elastomerische Dichtung um den Schaft herum anliegt.
Wie oben erwähnt, wird bei Verwendung von Kunststoffen, wie Fluorpolymeren, der Kunststoff mit dem Metallring verbunden und die gesamte Anordnung wird in das Gehäuse gedrückt, wobei ein Maß an Interferenz zwischen dem Außendurchmesser der Dichtung und dem Gehäuse verbleibt, um zu ermöglichen, dass die Dichtungsanordnung in dem Gehäuse gehalten wird und gleichzeitig eine statische Dichtung an dem Gehäuse bereitgestellt wird. Eine dynamische Abdichtung zwischen der Dichtung und dem Schaft wird durch elastomerischen Kontakt mit diesem bereitgestellt.
Oft besteht bei diesen Dichtungen das Problem, dass die Verbindung zwischen dem Kunststoff und dem Metall ungeeignet ist, wodurch die Dichtung versagen kann, wenn sie einem wärmechemischem Angriff und erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Kassetten-Rotations-Wellendichtung mit einem separaten Kunststoffring und einem Halter, die einzigartig miteinander verriegelt sind, um eine Restkraft dazwischen bereitzustellen, um die Komponenten innerhalb spezifischer Temperaturparameter zusammenzuhalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Kassetten-Rotations-Wellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet generell einen kalt fließflähigen Kunststoffring mit einem Körper zum dichtenden Eingriff mit einer Gehäusebohrung und einer Lippe zum dichtenden Eingriff mit einem Schaft, der sich in der Gehäusebohrung dreht. Wichtig dabei ist, was in folgenden genauer erklärt wird, dass das verwendbare Kunststoffmaterial kalt fließfähig sein muss, wie z. B. Polytetrafluorethylen, PTFE. Zusammensetzungen von PTFE, und UHMW (ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen). Die Verwendung dieser Materialien ermöglicht, dass entsprechendes kalt fließfähiges Kunststoffmaterial die radiale und axiale Stabilität des Kunststoffrings zwischen dem Gehäuse und dem Schaft beibehält.
Ein trennbarer Metallhalter bietet eine Einrichtung zum Fixieren des Kunststoffrings in der Gehäusebohrung und um den Schaft herum. Dieser trennbare Metallhalter beinhaltet eine umlaufende Fläche mit einem hinteren Abschnitt mit einem Durchmesser, der geeignet ist zur Presspassung in die Gehäusebohrung und einem vorderen Abschnitt mit geringerem Durchmesser, der in einem Ring endet.
Eine Innennut ist in dem Kunststoffringkörper für einen Eingriff mit dem Metallring vorgesehen, damit der Kunststoffring und Metallring durch Eigenspannung sowohl in axialer als auch radialer Richtung in dem Kunststoffringkörper miteinander einrasten. Diese Eigenspannung wird durch spezifische Nut- und Ringabmessungen und Form erzeugt und beibehalten. Wie im folgenden detaillierter erklärt wird, haben z. B. Kunststoffringe gemäß der vorliegenden Erfindung einen relativ dicken hinteren Abschnitt, wodurch eine Eigenspannung darin beibehalten werden kann. Diese Spannung ist ausreichend, um eine Kopplung zwischen dem Kunststoffring und dem Metallring beizubehalten. Wenn ein Kunststoffring mit einem relativ dünnen hinteren Abschnitt verwendet wird, wird eine radiale Spannung in diesem durch die spezifische Konfiguration des Metallrings beibehalten.
Insbesondere hat die Innennut des Kunststoffrings einen Durchmesser, der größer ist als der Ring und der vordere Abschnitt des Metall-Halters neben dem Ring hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als ein kontaktierter Innendurchmesser des Kunststoffringkörpers neben der Innennut, um die radiale Spannung in dem Kunststoffringkörper beizubehalten.
Weiterhin mag eine Breite der Nut größer sein als eine Breite des Metallrings, jedoch kleiner als eine erforderliche Breite, um überschüssiges Kunststoffmaterial aufzunehmen, das durch die radiale Spannung aufgrund des Kaltflusses in die Nuteinrichtung gedrückt wird, wodurch die axiale Spannung in dem Kunststoffring beibehalten wird.
Zusätzliche Merkmale mögen eine Kopfeinrichtung, die an einem Ende zur Lippeneinrichtung angeordnet ist, zum Eingriff mit dem Schaft beinhalten und eine zweite Nut mag neben der Lippeneinrichtung vorgesehen sein, in welcher eine Feder angeordnet sein mag, um die Lippeneinrichtung gegen den Schaft vorzuspannen. Außerdem mag der Metallhalter einen sich radial nach innen erstreckenden Absatz beinhalten, um ein Trennen des Metallrings von der Gehäusebohrung zusammen mit dem Kunststoffring zu vereinfachen.
Außerdem mag der Kunststoffring flache Abschnitte an seiner Außenfläche oder Umfang beinhalten, um die Drehbewegung des Kunststoffrings in dem Gehäuse einzuschränken, wenn der Schaft sich dreht.
Insbesondere mag die Innennut generell rechteckig sein, wobei eine rechteckige oder schwalbenschwanzförmige Seitenwand einem Ring auf der Rückseite zugewandt ist, um einen „Kaltfluß" von Kunststoffmaterial in diesen zu ermöglichen.
Außerdem mag bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der vordere Abschnitt des Metallhalters einen dünnen Querschnitt beinhalten, um eine radiale Kraft auf die Kunststoffring-Körpereinrichtung bereitzustellen, um darin eine radiale Spannung zu bewirken. Bei dieser Ausführungsform hat der Kunststoffring einen relativ dünnen Körperabschnitt.
Insbesondere bei dieser zuletzt genannten Ausführungsform mag der vordere Abschnitt des Metallhalters Längsnuten auf seiner Innenfläche aufweisen, um die radiale Spannung in dem Kunststoffringkörper zu verstärken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind besser verständlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Kassetten-Rotations-Wellendichtung zeigt, die zwischen einem Gehäuse und einem Schaft angeordnet ist, wobei die Dichtung generell einen Kunststoffring mit einem trennbaren Metallhalter beinhaltet, um den Kunststoffring in dem Gehäuse und um den Schaft herum zu befestigen;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der Ausführungsform von 1, die den Eingriff zwischen dem Metallhalter und dem Kunststoffring in größerem Detail zeigt;
3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher eine Feder in einer Position zum Vorspannen einer Lippe des Kunststoffrings gegen einen Schaft angeordnet ist und ein Metallhalter einen Absatz beinhaltet, um die Trennung des Metallhalters von der Gehäusebohrung zu vereinfachen;
4 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich zu der von 1, wobei der Kunststoffring jedoch eine Lippe mit einem vergrößerten Kopfabschnitt aufweist;
5 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher der Kunststoffring einen dünnen vorderen Abschnitt beinhaltet, und eine radiale Spannung durch einen verlängerten oder Auslegerabschnitt des Metallrings bereitgestellt wird, was im folgenden detaillierter beschrieben wird;
6 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 von 5, die eine Nut und eine schwalbenschwanzförmige Anordnung zeigt, um den Kaltfluss des Kunststoffmaterials zu vereinfachen;
7 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Anwendung von radialer Spannung in dem Kunststoffring zeigt;
8 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Ringabschnitt in dem Metallhalter mit generell pfeilförmigem Querschnitt zeigt;
9 eine Ansicht entlang der Linie 9-9 von 7, die Längsschlitze in dem Metallhalter zeigt;
10 eine Ansicht entlang der Linie 10-10 von 8, die flache Abschnitte an einem vorderen Abschnitt des Kunststoffrings zeigt, um eine Rotation desselben in dem Gehäuse zu verhindern;
11 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Verwendung einer Feder zeigt, die in dem Kunststoffring zum Vorspannen der Lippe und Lagern an dem Metallhalter angeordnet ist; und
12 eine weitere Darstellung der Ausführungsform von 11, die zeigt, wie diese zwischen dem Gehäuse und dem Schaft in umgekehrter Richtung angeordnet werden kann.
Detaillierte Beschreibung
In Bezug nun auf 1 ist eine Kassetten-Rotations-Wellendichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche generell einen kalt fließfähigen Kunststoffring 12 mit einem Körper 14, welcher eine Einrichtung zum dichtenden Eingriff mit einer in dem Gehäuse 18 gebildeten Gehäusebohrung bereitstellt und eine Lippe 20, die eine Einrichtung zum dichtenden Eingriff mit einem Schaft 26 bietet, beinhaltet. In 1 ist die Lippe 20 mit gestrichelten Linien 20A in einer Position gezeigt, bevor die Dichtung 10 zwischen das Gehäuse 18 und den Schaft 26 eingeführt wird und die gestrichelte Linie 20b stellt einen effektiven Dichtungsbereich für die Lippe 20 dar.
Bedeutenderweise verwendet die vorliegende Erfindung ein kalt fließbares Kunststoffmaterial, wie PTFE, PTFE-Zusammensetzungen mit unterschiedlichen Füllmaterialien oder UHMW, um das Fließen des Materials zu ermöglichen, wenn es erfindungsgemäß richtig gespannt ist. Tatsächlich hält die Eigenspannung den Kunststoffring in engem Kontakt mit einem trennbaren Metallhalter 30 so, dass Eigenspannung erzeugt wird, um die Komponenten innerhalb spezifischer Temperaturparameter zusammenzuhalten.
Es findet keine permanente Bindung zwischen dem Kunststoffring 12 und dem Metallhalter 30 statt, wobei der letztere eine Einrichtung zum Halten des Kunststoffrings in der Gehäusebohrung 16 und um den Schaft 26 herum bereitstellt. Wie gezeigt ist, beinhaltet der trennbare Metallhalter 30 eine Drehoberfläche 34 mit einem hinteren Abschnitt 36 mit einem Durchmesser, der geeignet ist für Presspassung in die Gehäusebohrung 16 und einem vorderen Abschnitt 38 mit einem kleineren Durchmesser, welcher in einem Ring 40 endet.
Eine Innennut 44 in dem Kunststoffringkörper 14 hat einen Radius r₁, der größer ist als ein Radius r₂, wodurch sich ein Zwischenraum c₁ ergibt, was deutlicher in 2 gezeigt ist. Ein solcher Zwischenraum vereinfacht den Einbau des Metallteils in die Kunststoffnut. Der vordere Abschnitt 38 des Metallrings neben dem Ring 40 hat einen Außenradius, der kleiner ist als ein kontaktierter Innenradius des Kunststoffringkörpers 14, angedeutet mit Interferenz I₁, um die radiale Spannung in dem Kunststoffringkörper 14 beizubehalten.
Außerdem ist eine Breite der Nut 44 größer als eine Breite des Rings, wie angedeutet durch Zwischenraum c₂. Ein solcher Zwischenraum erleichtert den Zusammenbau der zwei Teile. Jedoch beim Einführen der Dichtung 10 zwischen das Gehäuse 18 und die Dichtung O. D. 12, wird ein Kaltfluss des PTFE in die Nut 44 und um den Ring 40 herum bewirkt, was eine axiale Spannung in dem Kunststoffring 12 erzeugt. Diese Verformungskraft kann radial, axial oder mit einer Kombination von radialen und axialen Kräften ausgeübt werden mit dem Zweck, eine Verriegelungswirkung zwischen dem Kunststoffring 12 und dem Metallhalter 30 bereitzustellen.
In Abhängigkeit der Wanddicke des Kunststoffrings 12 mag eine zusätzliche radiale Spannung durch den Metallhalter 30 bereitgestellt werden, um eine zusätzliche axiale federähnliche Kraft bereitzustellen, um den engen Kontakt zwischen dem Kunststoffring 12 und dem Gehäuse 18 zu vergrößern und zu verlängern. Wie im folgenden detaillierter in Bezug auf andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, bieten Dichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abdichtung über einen größeren Temperaturbereich. Der Metallhalter 30 mag so ausgebildet sein, dass er die Flexibilität erhöht und die Spannungskraft mit steigender Temperatur und abnehmender Anlagespannung des PTFE steigert. Auf diese Weise behält eine Federkraft, die von dem Metallhalter 30 bereitgestellt wird, eine verbesserte Dichtungsfähigkeit der Kassettendichtung 10 bei, während der Kontakt zwischen dem Dichtungsaußendurchmesser und dem Gehäuse 18 beibehalten wird.
Die Nut 44 in dem Kunststoffringkörper 14 und der Ring 40-Abschnitt des Metallhalters 30 sind als Kassetten-Rotations-Wellendichtung 10 durch Drücken des Metallhalters 30 in den Kunststoffring 12 zusammengebaut, welcher den Kunststoffring 12 radial expandiert und bewirkt, dass der Kunststoffring 12 „einschnappt", was eine diametrale Interferenz zwischen dem Innendurchmesser des Kunststoffrings 12 und dem Außendurchmesser des Metallhalters 30 in einem Bereich A erzeugt, so dass eine kreisförmige Eigenspannung verbleibt.
In diesem Fall bezieht sich „Einschnappen" auf die radiale und/oder axiale Expansion des Kunststoffs, wodurch der Kunststoff in seine normale Position zurückkehren kann, jedoch eine radiale oder axiale Eigenspannung um die expandierten Oberflächen herum erzeugt.
Beim Zusammenbau des Kunststoffrings 12 und Metallhalters 30 in der Gehäusebohrung 16 und über dem Schaft 26 wird eine diametrale kraft, wie oben erwähnt, auf den Kunststoffring 12 ausgeübt. Interferenz zwischen dem Außendurchmesser des Kunststoffrings 12 und der Gehäusebohrung 16 erzeugt eine radiale Spannung auf den Kunststoffring 12, um einen engen Kontakt zwischen dem Außendurchmesser eines Bereichs A des Metallhalters 30 und des Kunststoffrings 12 beizubehalten.
Insofern diese Interferenz zu der Spannung hinzukommt, die zwischen den zwei Oberflächen beibehalten wird, werden der Metallhalter 30 und Kunststoffring 12 sowohl in axialer als auch radialer Richtung verriegelt. Überschüssiger Kunststoff fließt um den Außenradius r₃ der Kunststoffdichtung, wodurch eine Interferenz mit dem Gehäuse entsteht, angedeutet bei B in 2. Außerdem bewirkt dieser Kaltfluss, ermöglicht durch Verwendung von PTFE, ein Füllen des Zwischenraums c₂ und des Spalts zwischen dem Ring 40 und der Nut 44, um eine axiale Spannung und formschlüssiges Einklinken oder Verriegeln des Metallhalters 30 und Kunststoffrings 12 bereitzustellen. Natürlich muss diesbezüglich ein geeignetes federartiges Material für den Metallhalter 30 verwendet werden, wie z. B. vorzugsweise Edelstahl.
Es sollte beachtet werden, dass der Kunststoffring 12 und der Metallhalter 30 an Ort und Stelle entweder durch eine axiale Verriegelungswirkung, eine radiale Verriegelungswirkung oder eine Kombination von beiden verriegelt werden kann. D.h. es mag einen axialen Zwischenraum beim Zusammenbau ergeben, welcher durch den Kaltfluss des Materials gefüllt werden mag oder nicht, wie bei c₂, 2 oder einen radialen Zwischenraum beim Zusammenbau wie bei c₁ und ein solcher Zwischenraum mag nach dem Kaltfließen des Materials verbleiben oder auch nicht. In jedem Fall gibt es eine Art von induzierter Eigenspannung, entweder axial, radial oder eine axiale und radiale Kombination.
Insbesondere und nur beispielhaft mag der Kunststoff PTFE Ring einen Außenradius von zwischen ca. 19000 mm und ca. 19126 mm haben, wobei ein Gehäuse einen Radius von zwischen ca. 19,063 mm und ca. 19,037 mm hat, wodurch eine radiale Interferenz von zwischen ca. 0,089 mm–0,0035'' bis ca. 0,063 mm–0,0024'' verbleibt.
Die Kunststoffringnut mag einen Radius r₁ von zwischen ca. 17,907 mm und ca. 17,882 mm haben, mit einem Metallring-Nutdurchmesser r₂ von zwischen ca. 17,832 mm und ca. 17,356 mm mit einem radialen Zwischenraum von zwischen ca. 0,000 mm und ca. 0,051 mm.
Der Kunststoffring-Nutradius r₅ mag einen Radius von zwischen ca. 17,526 mm und ca. 17,500 mm haben mit einem Metallringradius r₄ von zwischen ca. 17,597 mm und ca. 17,551 mm mit einer radialen Interferenz von zwischen ca. 0,092 mm bis ca. 0,025 mm.
Außerdem mag der Unterschied zwischen der Nut 44-Breite und der Ring 40-Breite einen Zwischenraum c₂ von zwischen ca. 0,000 mm und ca. 0,051 mm bereitstellen.
Diese Konfiguration ermöglicht ein Abdichten zwischen dem Gehäuse 18 und dem Schaft 26 bei Temperaturen von zwischen ca. –20°C und ca. 100°C bei Drehgeschwindigkeiten des Schafts von bis zu 5000 U/min, wenn PTFE Zusammensetzungen verwendet werden, die z. B. 20% Kohlenstoff, 5% Graphit, 78% PTFE enthalten.
Eine weitere Ausführungsform 60 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt, in welcher der Kunststoffring 62 eine zweite Nut 64 neben einer Lippe 6 beinhaltet, vorgesehen zur Aufnahme einer Feder 68 zum Vorspannen der Lippe 66 gegen den Schaft 26.
Außerdem ist ein Metallhalter 70 vorgesehen, welcher eine ähnliche Konstruktion hat wie der Halter 30, jedoch einen sich nach innen erstreckenden Absatz 72 hat, welcher eine Einrichtung bereitstellt zum Vereinfachen des Trennens des Kunststoffhalters 70 von der Gehäusebohrung 16 zusammen mit dem Kunststoffring 62.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform 78 der vorliegenden Erfindung, in welcher gemeinsame Bezugszeichen sich auf identische oder im wesentlichen dieselben Elemente von 1 beziehen. Bei dieser Ausführungsform 78 beinhaltet ein Kunststoffring 80 einen Lippenabschnitt 82 mit einem Kopf 84, welcher eine Einrichtung zum Kontaktieren des Schafts 26 über einen größeren Bereich hinweg bereitstellt.
In Bezug nun auf 5 beinhaltet eine weitere Ausführung 90 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kunststoffring 92 und einen Metallhalter 94. In diesem Fall hat der Kunststoffring 92 eine relativ dünne Wanddicke t₁ und dementsprechend findet kein radiales Einschnappen aufgrund der Flexibilität des Kunststoffrings 92 an diesem Punkt statt. Ein Einschnappen findet jedoch axial wie oben beschrieben gemäß den Ausführungsformen von 1–4 statt.
Bei der Ausführungsform 90 der Kassetten-Rotations-Wellendichtung von 5 expandiert der Innendurchmesser des Kunststoffrings 92 radial während des Zusammenbaus, wodurch der Metallhalter 94 teilweise in die Kunststoffringnut 96 eintreten kann. Eine ausreichende axiale Kraft wird ausgeübt, welche eine axiale Verformung des Kunststoffrings 92 an der Nut 96 bewirkt, die eine axiale Einrastwirkung durch Komprimieren und Verformen des Kunststoffrings 92 axial um den Nut 96-Bereich herum erzeugt.
Die axiale Verformung des Kunststoffrings 92 bewirkt eine Eigenspannung, welche axialen sowie auch radialen Kontakt mit der Nut 96 beibehält, um den Kunststoffring 92 in dem Metallhalter 94 zu verriegeln. Diese Konfiguration erhöht die Zuverlässigkeit und Fähigkeit der Dichtung bei höheren Temperaturen durch die kombinierten axialen und radialen Eigenspannungen, die in dem Kunststoffring 92 verbleiben.
Der Nutring 100 an dem Metallhalter 94 mag schwalbenschwanzförmig sein, wie in 6 gezeigt, oder quadratisch. Ein schwalbenschwanzförmige Form vereinfacht den Zusammenbau des Metallrings 94 in den Kunststoffring 92. Außerdem ermöglicht die Schwalbenschwanzform 102 sowie eine entsprechende Schwalbenschwanzform 104 in dem Kunststoffring 92, dass eine größere Menge an Kaltfluss des PTFE-Materials des Rings 92 in den Bereich dazwischen fließt. Dies verbessert die Verriegelung des Kunststoffrings 92 mit dem Metallhalter 94.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform 110 einer Kassetten-Rotations-Wellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen ähnlichen Aufbau hat wie die oben in Verbindung mit 1 beschriebene Dichtung 10.
Ein Kunststoffring 112 ist vorgesehen sowie ein Metallhalter 114. In diesem Fall jedoch ist ein Metallhalter 114 dünnwandig. Der Metallhalter 114 beinhaltet einen langen vorderen Auslegerabschnitt 120, welcher seine radiale Ablenkung vergrößert, was durch die gestrichelte Linie 122 in 7 angedeutet ist. Diese zusätzliche Federablenkung erhöht die radiale Belastung an dem Körperabschnitt 122 des Kunststoffrings 112, was eine zusätzliche Kraft zusätzlich zur Eigenspannung bereitstellt, die bereits existiert, so dass die Dichtungsanordnung 110 bei höheren Temperaturen verwendet werden kann.
Die kreisförmige Ablenkung des Metallhalters 114 reicht aus, um den engen Kontakt zwischen dem Außendurchmesser des Kunststoffrings 112 und dem Metallhalter 114 beizubehalten. Es sollte klar sein, dass die Eigenspannung, die radial und axial während des Zusammenbaus entsteht, mit zunehmender Temperatur abnimmt. Dementsprechend nimmt diese zusätzliche radiale Federkraft, die durch den dünnen Auslegerabschnitt 122 erzeugt wird, einen solchen Verlust an Eigenspannung bei erhöhten Temperaturen auf und ermöglicht, dass die Dichtungsanordnung aufgrund einer solchen zusätzlichen radialen Ablenkung bei höheren Temperaturen betrieben werden kann.
Die Dichtungsanordnung 110 wird in ein Gehäuse 126 gedrückt und darin durch die Interferenz, die zwischen dem Metallring-Außendurchmesser und dem Gehäuse 126 stattfindet, gehalten.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform 130 einer Kassetten-Rotations-Wellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Kunststoffring 132 und einem Metallhalter 134 zum Einführen in ein Gehäuse 136. Ein dünner Auslegerabschnitt 140 des Metallhalters 132 hat einen pfeilförmigen Kopf 142, welcher in engen Kontakt mit einer entsprechend geformten Nut 144 gezwungen wird, um eine axiale Verriegelung zwischen dem Kunststoffring 132 und dem Metallhalter 134 zu erzeugen. Der Pfeilkopf 142 mag ein schwalbenschwanzförmiges Design haben, wie in 6 gezeigt, um die Verriegelungswirkung zu verbessern. Eine radiale Interferenz wird bereitgestellt zwischen dem Dichtungs-Außendurchmesser und dem Gehäuse 136, um die Dichtungswirkung zu verbessern.
Die Flexibilität des Auslegerabschnitts 120 des Metallhalters 114, gezeigt in 7, mag verbessert werden durch Bereitstellen von Längsschlitzen 150, gezeigt in 9. Die Schlitze 150 steigern die Auslenkung und somit die Flexibilität des Metallhalters 114, um größere Temperaturbereiche zu bedienen, was erwünscht sein mag.
Wie weiterhin in 10 gezeigt ist, mag der Kunststoffring 132 eine Mehrzahl von Flachstellen 154 an einem Umfang 156 beinhalten, um eine Rotation des Kunststoffrings 132 während des Betriebs zu verhindern. Wie oben erwähnt ist, erlauben die Kaltfließeigenschaften des PTFE-Materials, die in dem Ring 132 ausgenutzt werden, dass das Material in die Flachstellen fließt, wodurch Rotation des Kunststoffs 132 verhindert wird.
Eine weitere Ausführungsform 160 der vorliegenden Erfindung ist in 11 und 12 gezeigt. Der Aufbau der Kassetten-Rotations-Wellendichtung 160 ermöglicht, dass die Kassettendichtung 160 zwischen ein Gehäuse 162 und einen Schaft 164 in entgegengesetzten Richtungen, die in 11 und 12 entsprechend gezeigt sind, eingeführt und verwendet werden kann. Ein Metallhalter 166 ist ähnlich zu dem oben in Verbindung mit dem Halter 30 von 1 beschriebenen Halter, und der Kunststoffring 170 mit einer Lippe 172 ist vom Aufbau und der Funktion her ähnlich zu dem Kunststoffring 62 und Lippe 66, wie in Verbindung mit 3 beschrieben ist. In diesem Fall ist ein Kunststoffring 170 U-förmig und eine Feder 180 ist darin zwischen einer Lippe 172 und dem Metallhalter 166 angeordnet, wobei die Feder 180 in der Position angeordnet ist, in welcher sie an einem vorderen Abschnitt 182 des Metallhalters anliegt. Diese Konfiguration liefert eine erhöhte Dichtungsfähigkeit.
Es sollte beachtet werden, dass die Dichtungslippenkonstruktionen von 1 und 4 anstelle der Konstruktionen von 11 und 12 verwendet werden können.
Es sollte beachtet werden, dass die oben erörterten Kassetten-Rotations-Wellendichtungen 10, 60, 78, 90, 110, 130 und 160 eine Anordnung bereitstellen, die Eigenspannungen erzeugt, um einen engen Kontakt zwischen den Kunststoffringen und Metallhaltern in bestimmten Temperaturbereichen z. B. zwischen ca. –20° und ca. 100°C beizubehalten. Ein enger Kontakt zwischen den Dichtungsflächen kompensiert Variationen, die bei dem PTFE-Material während des Gebrauchs auftreten mögen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Speziell beschriebene Abmessungen und Konfigurationen in Bezug auf oben erörterte Zwischenräume steuern den Kaltfluss des PTFE-Materials und begrenzen dessen Schrumpfen, während die Eigenspannung beibehalten wird, um einen engen Kontakt zwischen den Kunststoffringen und entsprechenden Metallhaltern beizubehalten.
Obwohl oben eine spezifische Ausführungsform einer Kassetten-Rotations-Wellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, um die Art und Weise zu zeigen, in welcher die Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann, sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Dementsprechend sollten jegliche und alle Modifikationen, Variationen oder entsprechende Anordnungen, die sich dem Fachmann ergeben, als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, betrachtet werden.

Claims

Kassetten-Rotations-Wellendichtung, die aufweist: einen kalt fließfähigen Kunststoffring mit einer Körpereinrichtung zum dichtenden Eingriff mit einer Gehäusebohrung und einer Lippeneinrichtung zum dichtenden Eingriff mit einem Schaft, der sich in der Gehäusebohrung dreht; eine trennbare Metall-Halteeinrichtung zum Fixieren des Kunststoffrings in der Gehäusebohrung und um den Schaft herum, wobei die trennbare Metall-Halteeinrichtung eine umlaufende Fläche hat, mit einem hinteren Abschnitt mit einem Radius, der geeignet ist zur Presspassung in die Gehäusebohrung, und einem vorderen Abschnitt mit einem kleineren Radius, der in einem Ring endet; und Mittel, die eine Innennut in der Körpereinrichtung definieren, um darin mit dem Ring in Eingriff zu kommen, damit der Kunststoffring und die Metall-Halteeinrichtung durch Eigenspannung sowohl in axialer als auch radialer Richtung innerhalb des Kunststoffrings aufgrund der Größe und Form der Nut und des Rings miteinander einrasten.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei die Innennut einen Radius hat, der größer ist als der Ring, und der vordere Abschnitt des Metallhalters, der an den Ring angrenzt, einen Außenradius hat, der kleiner ist als ein kontaktierter Innenradius der Kunststoffring-Körpereinrichtung, der an die Innennut angrenzt, um die radiale Spannung in dem Kunststoffringkörper beizubehalten.
Dichtung nach Anspruch 2, wobei eine Breite der Nuteinrichtung größer ist als eine Breite des Rings, jedoch kleiner ist als eine Breite, die erforderlich ist, um das übermäßige Kunststoffmaterial aufzunehmen, das durch die radiale Spannung aufgrund des kalten Fließens in die Nuteinrichtung gezwungen wird, wodurch die axiale Spannung in dem Kunststoffring beibehalten wird.
Dichtung nach Anspruch 3, wobei die Lippeneinrichtung eine Kopfeinrichtung beinhaltet, die an einem Ende der Lippeneinrichtung angeordnet ist und in den Schaft eingreift.
Dichtung nach Anspruch 4, wobei der Kunststoffring weiterhin aufweist: eine Einrichtung zum Definieren einer zweiten Nut, die an die Lippeneinrichtung angrenzt, sowie eine in der zweiten Nut angeordnete Federeinrichtung zum Vorspannen der Lippeneinrichtung gegen den Schaft.
Dichtung nach Anspruch 5, wobei die Metallringeinrichtung eine sich radial nach innen erstreckende Absatzeinrichtung aufweist zum Vereinfachen der Trennung der Metall-Halteeinrichtung von der Gehäusebohrung.
Dichtung nach Anspruch 6, wobei der Kunststoffring Mittel aufweist, die Flachstellen an einer äußeren Oberfläche des Kunststoffrings definieren, um eine Drehbewegung des Kunststoffrings einzuschränken.
Kassetten-Rotations-Wellendichtung, die aufweist: einen kalt fließfäh igen Kunststoffring mit einer Körpereinrichtung zum dichtenden Eingriff mit einer Gehäusebohrung, und einer Lippeneinrichtung zum dichtenden Eingriff mit einem Schaft, der sich in der Gehäusebohrung dreht; eine trennbare Metall-Halteeinrichtung zum Fixieren des Kunststoffrings in der Gehäusebohrung und um den Schaft herum, wobei die trennbare Metall-Halteeinrichtung eine umlaufende Fläche hat, mit einem hinteren Abschnitt mit einem Durchmesser, der geeignet ist zur Presspassung in die Gehäusebohrung, und einem vorderen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser, der in einem Ring endet; und Mittel, die eine Innennut in der Körpereinrichtung definieren, um darin mit dem Ring in Eingriff zu kommen, damit der Kunststoffring und die Metall-Halteeinrichtung durch Eigenspannung in einer axialen Richtung innerhalb des Kunststoffrings aufgrund der Größe und Form der Nut und des Rings miteinander einrasten.
Dichtung nach Anspruch 8, wobei die Innennut einen Durchmesser hat, der größer ist als der Ring, und wobei eine Breite der Nuteinrichtung kleiner ist als eine Breite des Rings, um axiale Spannung in dem Kunststoffkörper beizubehalten.
Dichtung nach Anspruch 9, wobei die Innennut generell rechteckig ist mit einer schwalbenschwanzförmigen Seitenwand, die einer hinteren Seite des Rings zugewandt ist.
Dichtung nach Anspruch 9, wobei der vordere Abschnitt der Metall-Halteeinrichtung Mittel beinhaltet, die einen dünnen Querschnitt in dem vorderen Abschnitt definieren, zum Bereitstellen einer radialen Kraft auf die Kunststoffring-Körpereinrichtung, um darin eine radiale Spannung zu erzeugen.
Dichtung nach Anspruch 11, wobei der vordere Abschnitt der Metall-Halteeinrichtung Mittel beinhaltet, die Längsnuten an einer ihrer Innenseiten definieren, um eine erhöhte radiale Spannung in der Kunststoffring-Körpereinrichtung bereitzustellen.
Dichtung nach Anspruch 12, wobei der Kunststoffring Mittel beinhaltet, die Flachstellen an einer seiner äußeren Oberflächen definieren, um eine Drehbewegung des Kunststoffrings einzuschränken.
Dichtung nach Anspruch 11, wobei der Kunststoffring U-förmig ist und weiterhin eine Federeinrichtung vorgesehen ist, die zwischen der Lippeneinrichtung und der Körpereinrichtung angeordnet ist, um die Lippeneinrichtung gegen den Schaft vorzuspannen, wobei die Federeinrichtung in einer Position angeordnet ist, in welcher sie sich gegen den vorderen Abschnitt der Metall-Haltereinrichtung stützt.
Dichtung nach Anspruch 1, wobei der Kunststoffring U-förmig ist und weiterhin eine Federeinrichtung vorgesehen ist, die zwischen der Lippeneinrichtung und der Körpereinrichtung angeordnet ist, um die Lippeneinrichtung gegen den Schaft vorzuspannen, wobei die Federeinrichtung in einer Position angeordnet ist, in welcher sie sich gegen den vorderen Abschnitt der Metall-Haltereinrichtung stützt.