WO1994002761A1

WO1994002761A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: WO1994002761A1
Application number: PCT/DE1993/000625
Authority: WO
Inventors: Roy Edlund; Holger Jordan
Original assignee: Busak + Luyken Gmbh & Co.
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1993-07-13
Publication date: 1994-02-03
Also published as: DE4393371D2; AU4416493A; DE4223671A1

Abstract

Eine Dichtungsanordnung (10) weist zwischen zwei Maschinenteilen (12, 13) eine Dichtring (19) auf, der einen Spalt (11) zwischen den Maschinenteilen (12, 13) abdichtet. Am Dichtring (19) ist ein Steg (22) zur Hochdruckseite H hin ausgebildet, der vom unter Druck stehenden Medium umströmt ist. Die Stirnfläche des Steges (22) ist von der ersten Flanke (16) beabstandet. Der Dichtring (19) ist aus einem gummielastischen Werkstoff gefertigt und auch bei hohen Drücken eines Mediums auf der Hochdruckseite H stabilisiert. Der Dichtring (19) ist auf der Niederdruckseite N Kreisförmig ausgebildet. Die dynamische Dichtkante (21) ist unabhängig von einem auf den Dichtring (19) wirkenden Fluiddruck an die Anlagefläche (14) anpressbar.

Description

Dichtunαsansordnunα

Die Erfindung geht aus von einer Dichtungsanordnung zum Ab¬ dichten eines Spalts zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinander beweglichen Maschinenteilen, von denen das erste Maschinenteil eine glatte Anlagenfläche und das zweite Maschinenteil einen zur Anlagenfläche gerichteten und geöff¬ neten profilierten Abschnitt mit einer ersten Flanke, einer zweiten Flanke und einem die Flanken verbindenden Nutgrund aufweist, wobei im profilierten Abschnitt axial fixiert ein an der Anlagefläche dichtend anliegender gummielastischer Dichtring vorgesehen ist, der eine Hochdruckseite H von einer Niederdruckseite N trennt und eine statische und eine dynami¬ sche Dichtkante aufweist.

Eine derartige Dichtungsanordnung ist durch die WO 91/13276 bekanntgeworden. Bei der bekannten Dichtungsanordnung wird ein Spalt zwischen zwei zueinander beweglichen Maschinenteilen über einen halb¬ kreisförmigen Dichtring abgedichtet, dessen Dichtkante aus der Schnittlinie einer Kegelfläche und einer gekrümmten Umfangsflache gebildet ist. Dabei kann sowohl die gekrümmte Fläche des Dichtringes zur Hochdruckseite H hin gewandt sein wie auch eine radial gerichtete Fläche des Dichtrings, die sich im wesentlichen von der abzudichtenden Fläche bis zum Nutgrund hin erstreckt. Der bekannte gummielastische Dicht- ring kann weiterhin mit einem Stützring versehen sein.

Weiterhin ist aus der US-Patentschrift 3,608,913 eine Dich¬ tungsanordnung bekannt, die aus einem zähelastischen Dicht- ring und einem gummielastischen Dichtring besteht. Der zäh¬ elastische Dichtring weist zur Hochdruckseite hin und weist sowohl im statisch abzudichtenden Bereich wie auch im dyna¬ misch abzudichtenden Bereich Dichtlippen auf, die derart schräggestellt sind, daß sie unter Fluiddruckbelastung ver¬ stärkt an die angrenzenden Flächen von Maschinenbauteilen gepresst werden. Das heißt, mit steigendem Fluiddruck wird die dynamische Dichtkante immer stärker auf die abzudichtende Fläche gepresst.

Schließlich ist aus der DE-PS 884 260 ein Dichtungselement mit Stützkörper und elastischen Dichtlippen bekannt, die zur Hochdruckseite hin schräggestellt sind. Die dynamisch dich¬ tende Dichtlippe wird mit zunehmendem Fluiddruck verstärkt an die Außenumfangsfläche einer Welle gepresst. Bei diesem Dichtungselement wird nur die dynamische Dichtlippe druckbe¬ aufschlagt, weil ein zwischen den Dichtlippen ausgebildeter Steg immer an der hochdruckseitigen Nutflanke anliegt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Dichtring dahingehend zu verbessern, daß bei großer Dichtheit weitgehend unabhängig vom Druck des am Dichtring anliegenden Mediums längere Standzeiten erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dichtring einen zur Hochdruckseite H weisenden ringförmigen Steg aufweist, der beidseits einer ersten und einer zweiten Stegfläche druckbeaufschlagbar ist, derart, daß die dynami¬ sche Dichtkante mit einem Anpreßdruck unabhängig vom auf den Dichtring wirkenden Fluiddruck auf der Anlagefläche anliegt und daß sich der Dichtring von den Dichtkanten ausgehend zur Niederdruckseite Ν verjüngt, indem die der zweiten Flanke zugewandte Fläche des Dichtrings, die durch die Dichtkanten begrenzt ist, konvex gekrümmt ist, oder daß die Kontur der Fläche zwischen den Dichtkanten kreisförmig von unstetig aneinandergrenzenden Flächenabschnitten gebildet ist.

Der erfindungsgemäße Dichtring hat damit den Vorteil, daß er über den zur Hochdruckseite H hin weisenden Steg stabilisier¬ bar ist. Er weist nahezu druckunabhängig konstante Reibungs- werte auf und der Dichtring wird innerhalb des profilierten Abschnitts immer ausgerichtet, weil er beidseits des Stegs druckbeaufschlagbar ist und einstückig gefertigt ist.

Je nach dem wie der Steg ausgebildet ist, weist der Dichtring einen erhöhten Formwiderstand auf. Der Steg wirkt als Ver¬ steifungsrippe, der gesamte Dichtring ist in einem hohen Maße torsionssteif. Über die Länge und die radiale Breite des Stegs läßt sich nicht nur das Widerstandsmoment des Dichtrings beeinflussen, sondern über die axiale Länge des Stegs läßt sich der Dicht- ring an unterschiedlich lange (in Achsrichtung gesehen) Nuten anpassen. Über die Ausbildung des Stegs ist ein hundertpro¬ zentiger hydraulischer Druckausgleich in radialer Richtung möglich. Bei axialer Druckbelastung des Dichtrings kann das deformierte Material des Dichtringes in Freiräume auf der Niederdruckseite N des profilierten Abschnitts ausweichen. Durch diese konstruktive Maßnahme wird den ansonsten hohen Reibkräften bei bewegten Maschinenteilen entgegengewirkt. Dadurch lassen sich grundsätzlich Reibkräfte verringern.

Die spezielle Geometrie des erfindungsgemäßen Dichtrings an der niederdruckseitigen Axialflanke hat den Vorteil, daß bei hin- und herbewegten Maschinenteilen das Rückförderverhalten des unter Druck stehenden Mediums von der Niederdruckseite N zur Hochdruckseite H hin je nach Öffnungswinkel des Dicht- ringes zur Niederdruckseite N hin einstellbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Steg im Quer¬ schnitt rechteckförmig ausgebildet und verjüngt sich oder weitet sich insbesondere zur Hochdruckseite H hin.

Über die Wahl und Größe des Stegs läßt sich der Torsions- widerstand des neuen Profils einstellen.

Weist der Steg keine Radialbohrung auf, so muß unter druck¬ belastetem Zustand des Dichtrings die Stirnseite des Stegs von der ersten Nutflanke beabstandet sein, damit der Steg von beiden Seiten in axialer Richtung gesehen druckbeaufschlagbar ist. Weist der Steg Radialbohrungen auf oder eine Nut bzw. Nuten in der Stirnfläche des Steges, so kann durch diese Durchgänge ein unter Druck stehendes Medium beidseits des Steges wirken.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung grenzt an den Steg ein Stützring materialschlüssig, der eine zur Anlageflä¬ che geöffnete Nut oder eine radialgerichtete Bohrung oder Nut und eine Nut aufweist. Über diese konstruktive Ausgestaltung ist es möglich, daß neben dem Steg noch ein Stützring am Dichtring selbst ausgestaltet ist, der sowohl an die Anlage¬ fläche wie auch an den Nutgrund grenzt. Über die am Steg ausgebildeten Durchgänge kann das unter Druck stehende Medium den Steg vollkommen umströmen und der erfindungsgemäße Dicht- ring wird ausgerichtet und stabilisiert.

Sind in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die ersten und zweiten Stegflächen unterschiedlich lang, so läßt sich der erfindungsgemäße Dichtring auch hydraulisch in einem großen Umfang be- bzw. entlasten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Dichtring und dem profilierten Abschnitt ein weiteres gummi- elastisches Element vorgesehen.

Ist der Dichtring aus einem Kunststoff, beispielsweise Poly¬ urethan der Härte Shore A größer 90 gefertigt, und ist das weitere gummielastische Element aus einem weicheren gummiela¬ stischen Material in der zur zweiten Nutflanke hin weisenden Fläche des Dichtringes integriert, so stellt sich der erfin¬ dungsgemäße Dichtring automatisch nach, wenn die Dichtkante abgenützt ist bzw. sich eine Alterung des Dichtringwerkstof- fes einstellt. Die radiale Verpressung des Dichtrings kann über das gummielastische Element gesteuert werden.

Es versteht sich, daß die Dichtkante sowohl zur Hochdruck¬ seite H wie zur Niederdruckseite N hin mit verschiedenen Öffnungswinkeln an der von dieser ausgehenden Kegelfläche ausgebildet sein kann. Weiterhin sei noch erwähnt, daß beim erfindungsgemäßen Dichtring die Dichtheit durch eine stati¬ sche Vorspannung und eine dem Druck über einen weiten Bereich proportionale Querkontraktion erreicht wird. Die statische Dichtkante kann selbstverständlich auch flächenhaft ausgebil¬ det sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Dichtring ist es möglich, die dyna¬ mische Dichtkante unabhängig vom anstehenden Fluiddruck zu belasten, d. h. , die dynamische Dichtkante liegt immer druck¬ neutral auf der Anlagefläche. Wird an der dynamischen Dicht- kante noch ein sich zur Hochdruckseite H hin öffnender Keil- spalt vorgesehen, so ist die dynamische Dichtkante auch noch druckentlastbar. Die dynamische Dichtkante grenzt bei einer derartigen Ausgestaltung des Dichtrings unter einem Winkel von größer 90° an die innere, der Anlagefläche zugewandten, Stegfläche.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung mit einem im Querschnitt pilzförmigen Dichtring, der von der Nutflanke der Hochdruckseite H beabstandet ist;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung mit einem Dichtring, der zur Hochdruckseite H hin als Stütz- ring ausgebildet ist und eine Radialbohrung bzw. Durchgangsnuten oder Bohrungen am Stützring auf¬ weist;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung mit einem weiteren gummielastischen Element auf der Nieder¬ druckseite N, das das elastische Verhalten des Dichtrings erhöht.

Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen den erfindungsge¬ mäßen Gegenstand teilweise stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Die Gegenstände der einzelnen Figuren sind so dargestellt, daß ihr Aufbau bestmöglich gezeigt werden kann.

Figur 1 zeigt mit 10 eine Dichtungsanordnung, die zur Abdich¬ tung eines Spalts 11 vorgesehen ist. Ein erstes Maschinenteil 12 ist von einem zweiten Maschinenteil 13 beabstandet. Das erste Maschinenteil 12 weist eine Anlagefläche 14 auf, die einem profilierten Abschnitt 15 des zweiten Maschinenteils 13 gegenüber liegt. Der profilierte Abschnitt 15 ist von einer ersten Flanke 16 und einer zweiten Flanke 17 begrenzt. Die Flanken 16 und 17 sind über einen Nutgrund 18 miteinander verbunden. Der profilierte Abschnitt 15 ist zur Anlagefläche 14 hin geöffnet. Im profilierten Abschnitt 15 ist ein Dicht- ring 19 axial fixiert gehalten, indem er an der niederdruck- seitigen zweiten Flanke 17 zumindest teilweise anliegt. Der Dichtring 19 weist eine statische Dichtkante 20 auf, die zum Nutgrund 18 hin gerichtet ist und an diesem dichtend anliegt. Der Dichtring 19 ist weiterhin mit einer dynamischen Dicht- kante 21 versehen, die dichtend auf der Anlagefläche 14 des bewegbaren Maschinenteils 12 aufliegt. Das erste Maschinen¬ teil 12 führt bevorzugt eine Hin- und Herbewegung durch.

Zur Hochdruckseite H hin weist der Dichtring 19 einen Steg 22 auf, der sowohl vom Nutgrund 18 wie auch von der Anlagefläche 14 beabstandet ist. Der Steg 22 ist ebenfalls von der ersten Flanke 16 beabstandet. Das auf der Hochdruckseite H anste¬ hende Medium kann den Steg 22 über Stegflächen 23, 24 voll¬ kommen umströmen. Die Stegflächen 23, 24 grenzen absatzartig im Winkel von 90° an die statischen und dynamischen Dichtkan¬ ten 20, 21. Der Winkel zur dynamischen Dichtkante 21 kann auch größer als 90° sein und der Winkel zur statischen Dicht- kante 20 kann auch kleiner als 90° sein. Auf der Niederdruck¬ seite N ist die Kontur einer Fläche 25 des Dichtrings 19 konvex ausgebildet.

Figur 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Dichtungsanord¬ nung 30 zum Abdichten eines Spalts 31. Ein erstes Maschinen¬ teil 32 grenzt an ein zweites Maschinenteil 33. Eine Anlage¬ fläche 34 des ersten Maschinenteils 32 liegt einem profilier¬ ten Abschnitt 35 des zweiten Maschinenteils 33 gegenüber. Der profilierte Abschnitt 35 ist aus einer ersten Flanke 36, einer zweiten Flanke 37 und einem Nutgrund 38 gebildet. In dem profilierten Abschnitt 35 ist ein gummielastischer Dicht- ring 39 axial fixiert gehalten, indem er sowohl an der ersten Flanke 36 wie auch an der zweiten Flanke 37 anliegt. Über eine statische Dichtkante 40 liegt der Dichtring 39 am Nut- grund 38 an und über eine dynamische Dichtkante 41 wird eine dichtende Anlage des Dichtrings 39 an der Anlagefläche 34 gewährleistet. Der Dichtring 39 weist zur Hochdruckseite H hin einen Steg 42 auf, der von einer ersten Stegfläche 43 und einer zweiten Stegfläche 44, begrenzt ist. Zur Niederdruck¬ seite N hin ist der Dichtring 39 von einer konvex gebildeten Fläche 45 begrenzt.

Am Steg 42 ist eine Radialbohrung 46 vorgesehen, durch die das unter Druck stehende Medium strömen kann. Das freie Ende des Stegs 42, zur Hochdruckseite hin, ist als Stützring 47 ausgebildet, der sowohl an der Anlagefläche 34 wie auch am Nutgrund 38 zur Anlage kommt. Am Stützring 47 ist mindestens eine zur Anlagefläche 34 hin offene Nut 47' vorgesehen, durch die das unter Druck stehende Medium von der Hochdruckseite H zur Radialbohrung 46 strömen kann. Weiterhin können am Stütz- ring 47 eine Bohrung 48 und eine Nut 49 vorgesehen sein, durch die das unter Druck stehende Medium strömen kann. Ist ein hydraulischer Durchgang des Druckmediums am Stützring 47 so vorgesehen, daß das unter Druck stehende Medium auf beide Seiten des Steges 42 strömen kann, so muß die Radialbohrung 46 nicht vorgesehen werden.

Figur 3 zeigt eine weitere Dichtungsanordnung 70 zum Abdich¬ ten eines Spalts 71 zwischen einem ersten Maschinenteil 72 und einem zweiten Maschinenteil 73. Eine Anlagefläche 74 des ersten Maschinenteils 72 grenzt beabstandet an einen profi- lierten Abschnitt 75 des zweiten Maschinenteils 73. Der profilierte Abschnitt 75 ist aus einer ersten Flanke 76, einer zweiten Flanke 77 und einem Nutgrund 78 gebildet. Im profilierten Abschnitt 75 ist ein Dichtring 79 fixiert, der eine statische und eine dynamische Dichtkante 80, 81 auf¬ weist. Ein Steg 82 des Dichtrings 79 ist von der ersten Flanke 76 beabstandet. Der Steg 82 ist von einer ersten Stegfläche 83 und einer zweiten Stegfläche 84 begrenzt. Die Stegfläche 83 ist axial gesehen kürzer als die Stegfläche 84. Über unterschiedlich lang ausgebildete Stegflächen 83, 84 läßt sich der erfindungsgemäße Dichtring 79 mehr oder weniger stark hydraulisch entlasten bzw. belasten.

Eine Fläche 85 des Dichtrings 79, die zur Niederdruckseite N hinweist, ist mit einem weiteren gummielastischen Element 86 versehen, das in den Dichtring 79 formschlüssig integriert ist. Dabei kann das gummielastische Element 86 aus einem wei¬ cheren gummielastischen Werkstoff gefertigt sein als der Dichtring 79. Über die Wahl des Elements 86 (Werkstoff, Lage, Maß, Profil) lassen sich axialgerichtete Kräfte, resultierend aus dem unter Druck stehenden Medium, in für die Dichtpres¬ sung des Dichtrings 79 notwendige radial gerichtete Kräfte transformieren.

Eine Dichtungsanordnung 10 weist zwischen zwei Maschinentei¬ len 12, 13 einen Dichtring 19 auf, der einen Spalt 11 zwi¬ schen den Maschinenteilen 12, 13 abdichtet. Am Dichtring 19 ist ein Steg 22 zur Hochdruckseite H hin ausgebildet, der vom unter Druck stehenden Medium umströmt ist. Die Stirnfläche des Steges 22 ist von der ersten Flanke 16 beabstandet. Der Dichtring 19 ist aus einem gummielastischen Werkstoff gefer¬ tigt und auch bei hohen Drücken eines Mediums auf der Hoch- druckseite H stabilisiert. Der Dichtring 19 ist auf der Niederdruckseite N kreisförmig ausgebildet. Die dynamische Dichtkante 21 ist unabhängig von einem auf den Dichtring 19 wirkenden Fluiddruck an die Anlagefläche 14 anpressbar.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Dichtungsanordnung zum Abdichten eines Spalts (11; 31; 71) zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinan¬ der beweglichen Maschinenteilen (12, 13; 32, 33; 72, 73) von denen das erste Maschinenteil (12; 32; 72) eine glatte Anlagefläche (14; 34; ) und das zweite Maschi¬ nenteil (13; 33; 73) einen zur Anlagefläche (14; 34; 74) gerichteten und geöffneten profilierten Abschnitt (15; 35; 75) mit einer ersten Flanke (16; 36; 76) , einer zweiten Flanke (17; 37; 77) und einem die Flanken (16, 17; 36, 37; 76, 77) verbindenden Nutgrund (18; 38; 78) aufweist, wobei im profilierten Abschnitt (15; 35; 75) axial fixiert ein an der Anlagefläche (14;^' 34; 74) dich¬ tend anliegender gummielastischer Dichtring (19; 39; 79) vorgesehen ist, der eine Hochdruckseite H von einer Niederdruckseite N trennt und eine statische und eine dynamische Dichtkante (20, 21; 40, 41; 80, 81) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (19; 39; 59; 79) einen zur Hochdruckseite H weisenden ringförmigen Steg (22; 42; 82) aufweist, der beidseits einer ersten und einer zweiten Stegfläche (23, 24; 43, 44; 83, 84) druckbeaufschlagbar ist, derart, daß die dynamische Dichtkante (21; 41; 81) mit einem Anpreßdruck unabhängig vom auf den Dichtring (19; 39; 79) wirkenden Fluiddruck auf der Anlagefläche (14; 34; 74) anliegt und daß sich der Dichtring (19; 39; 79) zur Niederdruckseite N hin, von den Dichtkanten (20, 21; 40, 41; 80, 81) ausgehend, verjüngt, indem die der zweiten Flanke (17; 37; 77) zuge¬ wandte Fläche (25; 45) des Dichtrings (19; 39) konvex ge¬ krümmt ist, oder daß die Kontur der Fläche (85) zwischen den Dichtkanten (80, 81) kreisförmig von unstetig anei- unstetig aneinander grenzenden Flächenabschnitten gebil det ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Steg (22; 42; 82) im Querschnitt rechteck- förmig ausgebildet ist und sich insbesondere zur Hoch¬ druckseite H hin verjüngt oder weitet.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß im Steg (42) mindestens eine Radialboh¬ rung (46) vorgesehen ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche l bis 3, da¬ durch gekennzeichnet, daß an den Steg (42) ein Stützring (47) angrenzt, der eine zur Anlagefläche (34) geöffnete

Nut (47') oder die Nut (47') und eine radial gerichtete Bohrung oder Nut (48) und eine Nut (49) aufweist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Steg¬ fläche (23, 24; 43, 44; 83, 84), axial gesehen, unter¬ schiedlich lang sind.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da¬ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Dichtring (79) und dem profilierten Abschnitt (75) ein weiteres gummielas¬ tisches Element (86) vorgesehen ist.