DE9213374U1 - Sealing ring - Google Patents
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Description
DichtringSealing ring
Die Erfindung betrifft einen Dichtring zum radialen Abdichten zwischen einer zylindrischen inneren Fläche, beispielsweise einer Welle, und einer diese koaxial umgebenden, hohlzylindrischen äußeren Fläche, beispielsweise einer Gehäusefläche. Der Dichtring umfaßt einen Haltering aus formbeständigem Werkstoff, insbesondere Metall, der mit einer der beiden Flächen als Trägerfläche über einen Preßsitz verbindbar ist. Er umfaßt ferner einen mit dem Haltering verbundenen Teil, der eine mit der anderen Fläche als Gegendichtfläche zusammenwirkende Dichtlippe bildet und deshalb hier in seiner Gesamtheit als Lippenteil bezeichnet wird. Er besteht aus zähelastischem Werkstoff, insbesondere Polytetrafluorethylen in reiner oder modifizierter Form oder einem Polyfluorkohlenstoff.The invention relates to a sealing ring for radial sealing between a cylindrical inner surface, for example a shaft, and a hollow cylindrical outer surface coaxially surrounding it, for example a housing surface. The sealing ring comprises a retaining ring made of dimensionally stable material, in particular metal, which can be connected to one of the two surfaces as a support surface via a press fit. It also comprises a part connected to the retaining ring, which forms a sealing lip that interacts with the other surface as a counter-sealing surface and is therefore referred to here in its entirety as the lip part. It consists of a tough elastic material, in particular polytetrafluoroethylene in pure or modified form or a polyfluorocarbon.
Wellendichtringe mit einem Halteteil aus Metall sind bekannt (DE-C 34 31 990, DE-A 35 45 683, DE-A 35 06 925, DE-C 27 43 501). Sie dienen der Befestigung des Dichtrings durch Preßsitz in einer Gehäusebohrung, wobei es keiner weiteren Befestigungsmittel bedarf. Den Lippenteil des Dichtrings halten sieShaft seals with a metal retaining part are known (DE-C 34 31 990, DE-A 35 45 683, DE-A 35 06 925, DE-C 27 43 501). They are used to attach the sealing ring by means of a press fit in a housing bore, whereby no further fastening means are required. They hold the lip part of the sealing ring
DRESDNER BANKAG HAMBURG 04 030 45}8*Oo"{BLZ330*800*00}· " POSTGIRO HAMBURG 1476 07-200 (BLZ 200 10020) DRESDNER BANKAG HAMBURG 04 030 45}8*Oo"{BLZ330*800*00}· " POSTGIROL HAMBURG 1476 07-200 (BLZ 200 10020)
durch Klemmung zwischen zwei gesonderten, einen Käfig bildenden Ringteilen oder durch Vulkanisation vermittelst eines Zwischenteils oder durch Einklemmung eines Vorsprungs des Lippenteils in einer Nut des Halteteils. Sie haben den Nachteil, daß sie zum einen keine vollkommene Abdichtung gegenüber der Gehäusebohrung bewirken können, insbesondere bei mangelnder Bearbeitungsqualität der Bohrung, und daß sie zum anderen mit dem abzudichtenden Medium in Kontakt kommen, was gerade bei Verwendung von Polyfluorkohlenstoffen für den Lippenteil von Nachteil ist, weil dieses Material vornehmlich gegen chemisch aggressive Medien eingesetzt wird. Bei Verwendung gummielastischer Werkstoffe für den Lippenteil lassen sich diese Nachteile dadurch vermeiden, daß der metallische Haltering von dem gumraielastischen Material zumindest auf der Mediumsseite ummantelt ist. Dadurch wird der Haltering nicht nur vor dem Medium geschützt, sondern auch auf seiner Außenseite von einer gummielastischen Schicht abgedeckt, die den Kontakt zur Gehäusebohrung übernimmt, dort für gute Dichtung sorgt und aufgrund ihrer Elastizität große Toleranzen aufzunehmen vermag. Dies Prinzip läßt sich bei Polyfluorkohlenstoffen, insbesondere Polytetrafluorethylen, nicht anwenden, weil dies unter der Spannung, die den Reib- und Dichtkontakt mit der Gehäusebohrung aufrechterhält, einem kalten Fluß unterliegt, der mit der Zeit diese Kraft und damit auch die Dicht- und Haltewirkung zum Erliegen bringt. Deshalb hat man bei Verwendung von Fluorkohlenstoffen für den Lippenteil auf die oben beschriebenen Metallkäfige zurückgegriffen. Diese sind jedoch aufwendig in der Herstellung und zwingen wegen der hohen Kosten der für ihre Herstellung benötigten Werkzeuge zu einer Beschränkung der verfügbaren Dichtringmaße auf eine beschränkte Anzahl von Normmaßen.by clamping between two separate ring parts forming a cage or by vulcanization by means of an intermediate part or by clamping a projection of the lip part in a groove of the holding part. They have the disadvantage that, on the one hand, they cannot achieve a complete seal against the housing bore, especially if the machining quality of the bore is poor, and, on the other hand, that they come into contact with the medium to be sealed, which is a disadvantage when polyfluorocarbons are used for the lip part, because this material is primarily used against chemically aggressive media. When using rubber-elastic materials for the lip part, these disadvantages can be avoided by coating the metal retaining ring with the rubber-elastic material at least on the medium side. This not only protects the retaining ring from the medium, but also covers its outside with a rubber-elastic layer that makes contact with the housing bore, ensures good sealing there and, due to its elasticity, can accommodate large tolerances. This principle cannot be applied to polyfluorocarbons, especially polytetrafluoroethylene, because the tension that maintains the frictional and sealing contact with the housing bore is subject to a cold flow that over time causes this force and thus the sealing and holding effect to cease. For this reason, when using fluorocarbons for the lip part, the metal cages described above have been used. However, these are complex to manufacture and, due to the high cost of the tools required for their manufacture, the available sealing ring dimensions are limited to a limited number of standard dimensions.
Mitunter kann man sich dadurch helfen, daß ein Polytetrafluorethylen-Dichtungsring im Gehäuse gekammert (axial eingespannt) angeordnet wird. Wegen des damit verbundenen, größeren technischen Aufwands zielt die Erfindung jedoch auf denjenigenSometimes it can be helped by arranging a polytetrafluoroethylene sealing ring in the housing in a chamber (axially clamped). However, due to the greater technical effort involved, the invention is aimed at the
Anwendungsfall, wo eine Gehäusebohrung lediglich nach innen durch einen Bund begrenzt, nach außen aber offen ist.Application where a housing bore is only limited on the inside by a collar, but is open on the outside.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist. Die erfindungsgemaße Lösung liegt in den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie vorzugsweise auch in den Merkmalen der Unteransprüche.The invention is based on the object of creating a sealing ring of the type mentioned at the beginning which does not have these disadvantages. The solution according to the invention lies in the features of claim 1 and preferably also in the features of the subclaims.
Da die Erfindung einen Haltering verwendet, der beispielsweise als Metallring unmittelbar mit der Trägerfläche im Preßsitz zusammenzuwirken vermag, kann der Dichtring eingesetzt werden wie die bewährten Dichtringe mit Metallkäfig. Die Anordnung des an dem Lippenteil vorgesehenen Mantelteils zwischen einem ringförmig vorspringenden Kragen des Halteteils einerseits und der Trägerfläche bewirkt aber zum einen eine Abschirmung des Halteteils von dem abzudichtenden Medium und andererseits auch eine Abdichtung gegenüber der Trägerfläche. Dabei kann der Haltering wegen seiner einfachen Form mit geringen Kosten auch individuell hergestellt werden, so daß hohe Werkzeugkosten, die ansonsten die Bechränkung auf Normmaße erzwingen, nicht anfallen.Since the invention uses a retaining ring which, for example, as a metal ring, can interact directly with the carrier surface in a press fit, the sealing ring can be used like the proven sealing rings with a metal cage. The arrangement of the jacket part provided on the lip part between a ring-shaped protruding collar of the retaining part on the one hand and the carrier surface, on the one hand, shields the retaining part from the medium to be sealed and, on the other hand, also seals it against the carrier surface. Due to its simple shape, the retaining ring can also be manufactured individually at low cost, so that high tool costs, which otherwise force the restriction to standard dimensions, are not incurred.
Die dichte Anlage des Mantelteils an der Trägerfläche geht durch kalten Fluß nicht verloren. Zwar unterliegt auch dieser Mantelteil dem kalten Fluß, und seine nach längerer Zeit sich einstellende Kontaktkraft an der Trägerfläche würde nicht ausreichen, wenn die Halterung der Dichtung alleine darauf angewiesen wäre. Da aber die Haltefunktion von dem Haltering und dessen stetiger Pressung an der Trägerfläche übernommen wird und der Haltering auch den Mantelteil des Lippenteils gleichmäßig über den Umfang festhält, so daß die darin verbleibende Restkraft überall einen gleichen Mindestwert aufweist, bleibt dessen Dichtwirkung gegenüber der Trägerfläche erhalten.The tight contact of the jacket part with the support surface is not lost due to cold flow. This jacket part is also subject to cold flow, and the contact force it creates on the support surface after a long period of time would not be sufficient if the seal was to be held in place by this alone. However, since the holding function is taken over by the retaining ring and its constant pressure on the support surface, and the retaining ring also holds the jacket part of the lip part evenly over the circumference, so that the residual force remaining in it has the same minimum value everywhere, its sealing effect on the support surface is maintained.
Da die Deformation des Kunststoffs auch bewirkt, daß dieser sich jeder Unebenheit der Trägerfläche identisch anlegt, reicht bereits die auch nach kaltem Fluß noch aufrechterhaltene, geringe innere Spannung des Materials für eine spaltfreie und dichte Anlage, solange der Mantelteil durch den Haltering an Ort und Stelle gehalten wird.Since the deformation of the plastic also means that it adjusts to any unevenness of the support surface, the low internal tension of the material, which is still maintained even after cold flow, is sufficient for a gap-free and tight connection, as long as the jacket part is held in place by the retaining ring.
Das Übermaß des Halterings einerseits und des Mantelteils andererseits werden nach bekannten Grundsätzen bzw. gemäß einfachen Versuchen so bemessen, daß der gewünschte Effekt erreicht wird. Der Ausdruck Preßsitz ist in diesem Zusammenhang nicht als Bezugnahme auf bestimmte Passungpaarungen zu verstehen, sondern soll lediglich zum Ausdruck bringen, daß die eine Fläche gegenüber der anderen ein Übermaß aufweist, das nach der Montage zu einer Pressung führt, die bei dem Haltering die erforderliche Haltekraft und bei dem Kunststoff-Mantelteil die gewünschte Dichtpressung gewährleistet.The oversize of the retaining ring on the one hand and the casing part on the other hand are measured according to known principles or simple tests so that the desired effect is achieved. The term press fit in this context is not to be understood as a reference to specific fit pairs, but is merely intended to express that one surface has an oversize compared to the other, which after assembly leads to a pressure that ensures the required holding force for the retaining ring and the desired sealing pressure for the plastic casing part.
Zweckmäßigerweise ist an dem Lippenteil eine Nut vorgesehen, die den Kragen des Halterings passend aufnimmt und die auf der der Trägerfläche zugewandten Seite von dem Mantelteil begrenzt wird. Auf der anderen Seite wird die Nut von einer Nutwand begrenzt, von deren dem Haltering zugewendeten Ende die Lippe ausgehen kann. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, die Dichtlippe innerhalb des axialen Bereichs, der von dem Haltering und dem Mantelteil eingeschlossen wird, von der dem abzudichtenden Medium abgewandten Seite zur Mediumsseite und zur Gegendichtfläche hin verlaufen zu lassen. Die Anordnung des Kragens des Halterings der Nut des Lippenteils hat auch den Vorteil, daß diese beiden Ringe, ohne fest miteinander verbunden sein zu müssen, ohne wesentliche Aufmerksamkeit als Montageeinheit behandelt werden können. Jedoch soll nicht ausgeschlossen werden, daß gewünschtenfalls die Lippe auch an dem halteringfernen Ende des Mantelteils ohne Bildung einer besonderen Nut angesetzt wird.Advantageously, a groove is provided on the lip part which fits snugly into the collar of the retaining ring and which is delimited by the casing part on the side facing the support surface. On the other side, the groove is delimited by a groove wall, from the end of which facing the retaining ring the lip can extend. This makes it possible to have the sealing lip run within the axial region enclosed by the retaining ring and the casing part , from the side facing away from the medium to be sealed to the medium side and to the counter-sealing surface. The arrangement of the collar of the retaining ring in the groove of the lip part also has the advantage that these two rings can be treated as an assembly unit without requiring any significant attention, without having to be firmly connected to one another. However, this should not exclude the possibility that, if desired, the lip can also be attached to the end of the casing part remote from the retaining ring without forming a special groove.
Wie gesagt, reicht die nach kaltem Fluß im Mantelteil verbleibende Spannung zur Aufrechterhaltung des Dichtkontakts gegenüber der Trägerfläche aus. Unterstützt werden kann dies nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch, daß der Kragen oder ein damit verbundenes Teil zusätzlich eine Federkraft auf den Mantelteil in Richtung zur Trägerfläche hin ausübt. Der Kragen kann in diesem Sinn als radial nach außen federnder Ring ausgebildet sein oder es kann eine entsprechende Ringfeder zwischen dem Kragen und dem Mantelteil angeordnet sein. Auch ein elastomerer Zwischenring kann für diese Zwecke verwendet werden. In jedem Fall wird bei der Montage durch die Kompression des Mantelteils das federnde Element gespannt und stellt dann bei fortdauerndem kalten Fluß und damit Dickenverringerung des Mantelteils langfristige Verformungsreserve zur Verfügung.As mentioned, the tension remaining in the casing part after cold flow is sufficient to maintain the sealing contact with the support surface. According to a further feature of the invention, this can be supported by the collar or a part connected to it exerting an additional spring force on the casing part in the direction of the support surface. In this sense, the collar can be designed as a ring that springs radially outwards or a corresponding ring spring can be arranged between the collar and the casing part. An elastomeric intermediate ring can also be used for this purpose. In any case, during assembly, the spring element is tensioned by the compression of the casing part and then provides long-term deformation reserves as the cold flow continues and the thickness of the casing part is reduced.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which illustrates an advantageous embodiment. It shows:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform undFig. 1 shows a first embodiment,
Fig. 2 a second embodiment and
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, jeweils in einem Meridional-Halbschnitt.Fig. 3 shows a third embodiment of the invention, each in a meridional half-section.
Im Gehäuse 1 ist in bezug auf die Achse 2 eine Aufnahmebohrung 3 vorgesehen, die zur Gehäuseinnenseite hin durch einen Bund 4 begrenzt wird und zur Gehäuseaußenseite hin offen ist. Die Bohrung 3 bildet die Trägerfläche für den Dichtring 5, dessen Lippe 6 die Abdichtung gegenüber einer Gegendichtfläche bewirkt, die von der Oberfläche 7 einer Welle gebildet ist. Sie ist zur Gegendichtflache nach innen hin geneigt, um den Austritt eines innerhalb des Gehäuses 1 befindlichen Mediums nach außen zu verhindern. Die Dichtung gemäß Fig. 1 ist für Differenzdrücke bis zu einigen bar vorgesehen.In the housing 1, a receiving bore 3 is provided in relation to the axis 2, which is limited on the inside of the housing by a collar 4 and is open on the outside of the housing. The bore 3 forms the support surface for the sealing ring 5, the lip 6 of which seals against a counter sealing surface formed by the surface 7 of a shaft. It is inclined inwards towards the counter sealing surface in order to prevent a medium located inside the housing 1 from escaping to the outside. The seal according to Fig. 1 is intended for differential pressures of up to several bar.
Der Dichtring setzt sich aus dem Haltering 8 aus Metall, insbesondere Edelstahl, und dem u.a. die Dichtlippe 6 bildenden Lippenteil 9 zusammen. Der Lippenteil enthält eine Nut, die den Kragen 10 des Halteteils aufnimmt, die außen durch den Mantelteil 11 und innen durch einen parallel zum Mantelteil verlaufenden Teil 12 begrenzt wird. Der Lippenteil besteht beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, das durch geeignete Zusatzstoffe zur Erreichung gewünschter Eigenschaften modifiziert sein kann.The sealing ring is made up of the retaining ring 8 made of metal, in particular stainless steel, and the lip part 9 which forms the sealing lip 6, among other things. The lip part contains a groove which receives the collar 10 of the retaining part, which is delimited on the outside by the casing part 11 and on the inside by a part 12 running parallel to the casing part. The lip part consists, for example, of polytetrafluoroethylene, which can be modified by suitable additives to achieve the desired properties.
Vor der Montage sind der Haltering 8 und der Lippenteil 9 lediglich lose zusammengesteckt, wobei es zweckmäßig sein kann, wenn die den Kragen 10 aufnehmende Nut eine gewisse Klemmung oder Haftung auf diesen ausübt, um die einheitliche Handhabung zu erleichtern. Erforderlich ist dies aber nicht.Before assembly, the retaining ring 8 and the lip part 9 are only loosely fitted together, whereby it may be useful if the groove receiving the collar 10 exerts a certain clamping or adhesion on it in order to facilitate uniform handling. However, this is not necessary.
Gegenüber der Bohrung 3 hat die Außenfläche 13 des Halterings 8 ein Übermaß, das nach der Montage einen Preßsitz ergibt, der die Dichtung in der Bohrung auch ohne weitere Befestigungsmittel festhält. Jedoch könnten zusätzliche Befestigungsmittel vorgesehen sein.Compared to the bore 3, the outer surface 13 of the retaining ring 8 has an oversize, which after assembly results in a press fit that holds the seal in the bore even without additional fastening means. However, additional fastening means could be provided.
Zwischen dem Haltering 8 und dem Bund 4 ist der Lippenteil örtlich festgelegt. Der Außendurchmesser seines Mantelteils (genauer gesagt: dessen radiale Dicke zwischen dem Kragen und der Bohrungsfläche 3) hat ein solches Übermaß gegenüber der Bohrungsfläche 3, daß er bei der Montage radial komprimiert wird. Auch kann dabei der Kragen 10 elastisch nach innen verformt werden. Dadurch wird eine Dichtpressung zwischen der Außenfläche des Mantels 11 und der Bohrungsfläche 3 erzeugt, die an dieser Stelle eine hinreichende Abdichtung gewährleistet. Wenn anschließend unter dieser Kraft kalter Fluß des Mantelteils 11 stattfindet, durch den dessen Wanddicke verringert wird, schwindet diese Kraft bis auf einen von der Art des Materials abhängigen Restbetrag. Gleichzeitig formt sich die Außenfläche des Mantelteils 11 innig sämtlichen Unebenheiten der Bohrungsfläche 3 an, so daß selbst die geringe RestkraftThe lip part is fixed in place between the retaining ring 8 and the collar 4. The outside diameter of its jacket part (more precisely: its radial thickness between the collar and the bore surface 3) is so large compared to the bore surface 3 that it is radially compressed during assembly. The collar 10 can also be elastically deformed inwards. This creates a sealing pressure between the outer surface of the jacket 11 and the bore surface 3, which ensures adequate sealing at this point. If cold flow of the jacket part 11 then takes place under this force, which reduces its wall thickness, this force disappears to a residual amount that depends on the type of material. At the same time, the outer surface of the jacket part 11 conforms closely to all unevenness of the bore surface 3, so that even the small residual force
dazu aureicht, die Außenfläche des Mantelteils spaltfrei an der Bohrungsfläche zu halten. Dies gelingt nur dadurch, daß der Mantelteil 11 über den gesamten Umfang gleichmäßig von dem Kragen 10 in seiner Position gehalten ist.is sufficient to hold the outer surface of the casing part on the bore surface without a gap. This is only possible because the casing part 11 is held in position evenly over the entire circumference by the collar 10.
An dem nach außen gewendeten Ende des Teils 12 des Lippenteils ist die Lippe 6 angesetzt, so daß sie sich unter elastischer Vorspannung, die in bekannter Weise auch durch zusätzliche Federmittel verstärkt sein kann, an der Gegendichtfläche anlegt.The lip 6 is attached to the outwardly facing end of the part 12 of the lip part, so that it rests against the counter sealing surface under elastic pre-tension, which can also be reinforced in a known manner by additional spring means.
Die Ausführung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 zum einen dadurch, daß der Haltering 8 im Bereich 14 nahe an die Welle herangeführt ist und dabei mit einer ausgeformten Anlagefläche für die Lippe 6 versehen ist, um diese bei höheren Drücken abzustützen. Dadurch wird der Dichtring geeignet für den Einsatz bei hohen Drücken.The design according to Fig. 2 differs from that according to Fig. 1 in that the retaining ring 8 is brought close to the shaft in the area 14 and is provided with a shaped contact surface for the lip 6 in order to support it at higher pressures. This makes the sealing ring suitable for use at high pressures.
Er unterscheidet sich ferner von der Ausführung gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Umfangsflache des Mantelteils 11 mit sägezahnförmigen Ringrippen 15 ausgerüstet ist, die das Übermaß gegenüber dem Durchmesser der Gehäusebohrung bilden. Sie geben die Möglichkeit, das Gesamtvolumen des Kragens 11 gleich dem zwischen dem Kragen 10 und der Gehäusebohrung zur Verfügung stehenden Volumen oder kleiner zu machen, wodurch die Montage vereinfacht wird.It also differs from the design according to Fig. 1 in that the peripheral surface of the casing part 11 is equipped with sawtooth-shaped annular ribs 15, which form the oversize compared to the diameter of the housing bore. They make it possible to make the total volume of the collar 11 equal to or smaller than the volume available between the collar 10 and the housing bore, which simplifies assembly.
In der Ausführung gemäß Fig. 3 ist der Dichtring zusätzlich mit einer nach außen gewendeten Staublippe 16 zum Schutz der empfindlichen PTFE-Lippe versehen. Außerdem ist der Mantelteil 11 von derjenigen Seite her, die im Einbauzustand dem Druckmedium zugewendet ist, axial ringförmig geschlitzt, so daß der außerhalb des Schlitzes liegende Teil 17 eine der Druckdifferenz entgegengerichtete Lippe bildet. Der Spalt 18 kann (muß aber nicht) bei der Montage durch radiale Pressung vollständig geschlossen werden. Nichtsdestoweniger wirkt auf ihn derIn the design according to Fig. 3, the sealing ring is additionally provided with an outward-facing dust lip 16 to protect the sensitive PTFE lip. In addition, the casing part 11 is axially slotted in a ring shape from the side that faces the pressure medium when installed, so that the part 17 lying outside the slot forms a lip facing the opposite direction to the pressure difference. The gap 18 can (but does not have to) be completely closed by radial pressing during assembly. Nevertheless, the
Mediumsdruck&Lgr; der die Lippe 17 gegen die Bohrungsoberfläche drückt und dadurch zur gehauseseitigen Abdichtung beiträgt.Medium pressure λ which presses the lip 17 against the bore surface and thereby contributes to the sealing on the housing side.
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Also Published As
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| WO1994008159A1 (en) | 1994-04-14 |
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