DE102007045043B4

DE102007045043B4 - Dichtring

Info

Publication number: DE102007045043B4
Application number: DE102007045043.7A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Jürgen Uhrner; Herbert Gust
Original assignee: Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: US8398088B2; GB2452843A; US20100201077A1; DE102007045043A1; US8181971B2; GB2452843B; GB0816655D0; IT1394243B1; ITTO20080670A1; FR2921143A1; DE102009009002A1; FR2921143B1; US20090072489A1

Abstract

Dichtring mit einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Dichtelement, das wenigstens ein Befestigungsteil und wenigstens einen Dichtteil aufweist, der mit einer Dichtkante versehen ist, die zumindest über einen Teil ihres Umfanges, in der Projektion auf eine Axialebene des Dichtringes gesehen, unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Dichtachse liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (10) durch die Stirnseite des Dichtteiles (9) gebildet ist und ein wellenförmiges Profil hat, und dass wenigstens ein Wellenberg des Profils zur Bildung einer axial vorstehenden Zunge (11) verlängert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtring nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Dichtringe liegen mit der Dichtkante ihres Dichtteiles auf der abzudichtenden Welle auf. Im Einsatz gelangt das abzudichtende Medium unter den Dichtteil. Um es wieder zurückzufördern, ist es bekannt, an der Innenseite des Dichtteiles Rückfördereinrichtungen vorzusehen, beispielsweise in Form von Rückfördergewinden. Ihre Herstellung ist allerdings aufwändig und kostspielig.
Ein bekannter Dichtring dieser Art ( US 4 739 998 A ) weist eine gerade verlaufende Dichtkante auf, die unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Dichtringachse liegt, aber im Übrigen gerade verläuft, somit in einer Ebene liegt.
Es ist auch ein Dichtring bekannt ( US 4 427 205 A ) dessen Stirnseite wellenförmig profiliert ist. Mit diesem Bereich liegt der Dichtring aber nicht an der Welle an. Vielmehr weist der Dichtring in dem Bereich, mit dem er an der Welle abdichtet, kein wellenförmiges Profil auf.
Bei einem anderen bekannten Dichtring ( US 2 264 413 A ) ist das Dichtteil ein Ring mit einer Dichtkante, die in einer zur Achse des Dichtringes senkrechten Ebene liegt. Die Dichtkante ist gerade ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Dichtring so auszubilden, dass die Rückförderung des unter den Dichtteil gelangenden abzudichtenden Mediums in einfacher Weise in beiden Drehrichtungen des abzudichtenden Maschinenteils gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Dichtring erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Dichtring hat die durch die Stirnseite des Dichtteiles gebildete Dichtkante ein wellenförmiges Profil, wobei wenigstens ein Wellenberg des Profils die axial vorstehende Zunge aufweist. Die wellenförmige Dichtkante stellt sicher, dass eine Pumpwirkung auf das abzudichtende Medium erzeugt wird. Dadurch wird erreicht, dass unter der Dichtkante hindurchtretendes Medium zurück in den Mediumraum gefördert wird. Die Zunge ist bei der Pumpwirkung besonders wirksam. Durch eine entsprechende Formgestaltung der Zunge kann die Größe der Pumpwirkung des Dichtringes an die Einbauverhältnisse und/oder an das abzudichtende Medium angepasst werden. Die Dichtkante liegt zumindest über einen Teil ihres Umfanges, in der Projektion auf eine Axialebene des Dichtringes gesehen, unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Dichtungsachse. Aufgrund dieser Schräglage der Dichtkante wird in einfacher Weise eine Rückförderwirkung auf das unter den Dichtteil gelangende abzudichtende Medium ausgeübt. Dadurch sind aufwändig herzustellende Rückfördereinrichtungen nicht mehr erforderlich. Da das Dichtelement darüber hinaus im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, lässt sich der erfindungsgemäße Dichtring kostengünstig und einfach fertigen. Die Schräglage der Dichtkante führt dazu, dass im Einsatz des Dichtringes eine Rückförderwirkung auf das abzudichtende Medium in beiden Drehrichtungen des abzudichtenden Maschinenteiles auftritt.
Bei einer einfachen Ausführungsform wird das Dichtelement unmittelbar im Einbauraum an der dafür vorgesehenen Stelle eingebaut.
Bei einer anderen Ausgestaltung wird das Dichtelement in einem Gehäuse befestigt, das in den Einbauraum eingesetzt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
1 bis 7 jeweils im Axialschnitt verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Dichtringen.
Der Dichtring gemäß 1 hat ein Gehäuse 1, das aus metallischem Werkstoff oder aus hartem Kunststoff besteht. Das Gehäuse 1 hat einen Zylindermantel 2, der in einen radial verlaufenden ebenen Boden 3 übergeht. Der Zylindermantel 2 und der Boden 3 haben vorteilhaft gleiche Dicke. Der Boden 3 ist zentrisch mit einer Durchtrittsöffnung 4 für eine (nicht dargestellte) abzudichtende Welle versehen. Das freie Ende 5 des Zylindermantels 2 kann schräg nach innen abgewinkelt sein.
Auf der Innenseite 6 des Bodens 3 ist ein Dichtelement 7 befestigt, das aus jedem geeigneten Material, wie Gummi oder beispielsweise Polytetrafluorethylen, bestehen kann. Das Dichtelement 7 hat einen ringförmigen Befestigungsteil 8, der auf der Innenseite 6 des Gehäusebodens 3 befestigt ist. Der Befestigungsteil 8 geht in einen Dichtteil 9 über, der auf einem sich in Richtung auf sein freies Ende verjüngenden Kegelmantel liegt und der mit einer Dichtkante 10 dichtend an der Welle anliegt. Die Dichtkante 10 verläuft über den Umfang des Dichtteiles 9 wellenförmig. An wenigstens einer Stelle des Umfanges ist die Dichtkante 10 so gestaltet, dass eine vorstehende Zunge 11 gebildet wird. Der die Zunge 11 begrenzende Abschnitt der Dichtkante 10 hat kleineren Krümmungsradius als die die restlichen Wellen der Dichtkante 10 bildenden Abschnitte.
Mit dem Gehäuse 1 wird der Dichtring in eine Einbauöffnung eines Aggregates eingebaut. Mit dem Zylindermantel 2 sitzt das Gehäuse mit Presssitz in dieser Einbauöffnung. Das Dichtelement 7 liegt mit der wellenförmig gestalteten Dichtkante 10 dichtend an der Welle an. Im Einsatz dreht die Welle relativ zum Dichtelement 7. Die wellenförmige Dichtkante 10 stellt hierbei sicher, dass eine Pumpwirkung auf das abzudichtende Medium erzeugt wird, die dafür sorgt, dass unter der Dichtkante 10 hindurchtretendes Medium zurück in den Mediumsraum gefördert wird. Die Zunge 11 ist bei der Pumpwirkung besonders wirksam.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Dichtkante 10 im Bereich außerhalb der Zunge 11 so gestaltet ist, dass sie in einer Radialebene des Dichtringes liegt. Dann wird die auf das abzudichtende Medium wirkende Pumpwirkung allein durch die Zunge 11 erzeugt. Durch entsprechende Formgestaltung der Zunge 11 kann die Größe der Pumpwirkung an die Einbauverhältnisse und/oder an das abzudichtende Medium angepasst werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Dichtkante 10 symmetrisch in Bezug auf die Dichtungsachse 12 ausgebildet ist. Dann tritt die Pumpwirkung in beiden möglichen Drehrichtungen der Welle in gleichem Maße auf.
Der Dichtring gemäß 2 hat das Gehäuse 1, das gleich ausgebildet ist wie bei der vorigen Ausführungsform. Das Dichtelement 7a hat den ringscheibenförmigen Befestigungsteil 8a, der in den Dichtteil 9a übergeht. Die Dichtkante 10a, die entsprechend der vorigen Ausführungsform durch die Stirnseite des Dichtteiles 9a gebildet wird, liegt abweichend von 90° zur Dichtungsachse 12, in der Projektion auf eine Axialebene des Dichtringes gesehen. Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser Neigungswinkel α etwa 80°. Um diesen Neigungswinkel einfach einstellen zu können, ist der Befestigungsteil 8a über einen Teil seines Umfanges mit einem verdickten Bereich 13 versehen, dessen Dicke auf den Neigungswinkel α abgestimmt ist. Der verdickte Bereich 13 geht in beiden Umfangsrichtungen stetig in den diametral gegenüberliegenden dünnen Abschnitt des Befestigungsteiles 8a über.
Da die Dichtkante 10a in einer Ebene liegt, die den Winkel α zur Dichtungsachse 12 einschließt, tritt die Pumpwirkung im Einsatz des Dichtringes in beiden Drehrichtungen der abzudichtenden Welle auf.
Der Dichtring gemäß 3 hat das Gehäuse 1b mit dem zylindrischen Mantel 2b. Er geht wie bei den vorigen Ausführungsformen stetig gekrümmt in den ringscheibenförmigen Boden 3b über. Im Unterschied zu den beiden vorigen Ausführungsformen liegt der Boden 3b nicht über seinen Umfang in einer Radialebene des Dichtringes. Vielmehr ist der Boden 3b über einen Teil seines Umfanges nach innen abgewinkelt. Dieser abgewinkelte Bodenbereich schließt mit dem Zylindermantel 2b einen spitzen Winkel β ein, der im Ausführungsbeispiel etwa 80° beträgt. Aufgrund dieses nach innen gerichteten Bodenteiles hat der Befestigungsteil 8b des Dichtelementes 7b keinen verdickten Bereich wie der Dichtring gemäß 2. Der Befestigungsteil 7b und der Dichtteil 9b haben gleiche Dicke. Die Dichtkante 10b liegt wiederum in einer Ebene, die einen spitzen Winkel α mit der Dichtungsachse 12 einschließt. Wie bei der Ausführungsform nach 2 beträgt dieser Winkel α beispielhaft etwa 80°.
4 zeigt einen Dichtring, dessen Dichtelement 7c wiederum rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Es hat den Dichtteil 9c, der bogenförmig in den ringscheibenförmigen Befestigungsteil 8c übergeht. Mit ihm ist das Dichtelement 7c auf dem Boden 3c des Gehäuses 1c befestigt. Die Dichtkante 10c des Dichtelementes 7c ist eben und liegt in einer Ebene, die mit der Dichtungsachse 12 den spitzen Winkel α einschließt, der wiederum beispielhaft etwa 80° betragen kann. Um diesen Neigungswinkel der Dichtkante 10c zu erreichen, ist der Boden 3c bezüglich der Dichtungsachse 12 schräg gestellt. Der Gehäuseboden 3c schließt den gleichen spitzen Winkel α zur Dichtungsachse 12 ein wie die Dichtkante 10c. Um diese Schrägstellung des Bodens 3c zu erreichen, ist der Übergang vom Zylindermantel 2c in den Boden 3c über einen Teil des Umfanges durch eine 180°-Bördelung 14 gebildet, bei der der radial innen liegende Bördelungsabschnitt 15 an der Innenseite des Zylindermantels 2 anliegt. Die axiale Breite des Bördelungsabschnittes 15 nimmt entsprechend dem Neigungswinkel α über den Umfang des Gehäusebodens 3c stetig ab, bis schließlich der Boden 3c nur noch bogenförmig gekrümmt in den Zylindermantel 2c übergeht. Dieser bogenförmige Übergang, der in 4 in der oberen Hälfte dargestellt ist, ist in dem Bereich des Dichtringes vorgesehen, in dem die Dichtkante 10c den größten Abstand von der die Stirnseite 16 des Zylindermantels 2c enthaltenden Radialebene 17 hat. Dementsprechend hat der Bördelungsabschnitt 15 in dem Bereich seine größte axiale Länge (untere Hälfte in 4), in der die Dichtkante 10c den kleinsten Abstand von der Radialebene 17 hat. Bei dieser Ausführungsform ist das Dichtelement 7c ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet, so dass eine einfache Herstellung des Dichtelementes gewährleistet ist. Insbesondere ist kein Schrägabstechen des Dichtelementes 7c erforderlich, um die schräg gestellte Dichtkante 10c zu erreichen. Die Schrägstellung der Dichtkante 10c wird nur durch die Verformung des Gehäusebodens 3c bewirkt, die in einfacher Weise vorgenommen werden kann.
Auch beim Ausführungsbeispiel nach 5 liegt die Dichtkante 10d des Dichtelementes 7d in einer Ebene, die den spitzen Winkel α in Bezug auf die Dichtungsachse 12 einschließt. Das Dichtelement 7d ist rotationssymmetrisch ausgebildet und wird in die in 5 dargestellte Lage bei der Befestigung am Boden 3d des Gehäuses 1d gebracht. Der Boden 3d weist wiederum die Bördelung 14d auf, deren radial innen liegender Bördelungsabschnitt 15d im Unterschied zum vorigen Ausführungsbeispiel unter einem spitzen Winkel zur Innenseite des Zylindermantels 2d des Gehäuses 1d liegt. Die axiale Länge des Bördelungsabschnittes 15d nimmt über den Umfang des ringscheibenförmigen Bodens 3d von einer maximalen Länge aus stetig ab, bis der Zylindermantel 2d stetig gekrümmt in den radialen Abschnitt des Bodens 3d (obere Hälfte in 5) übergeht. Der Bördelungsabschnitt 15d hat seine größte axiale Länge, im Querschnitt gesehen, in dem Bereich, in dem die Dichtkante 10d den geringsten Abstand von der Radialebene 17 des Gehäuses 1d hat. In dem Bereich, in dem die Dichtkante 10d den größten Abstand von der Radialebene 17 aufweist, ist kein Bördelungsabschnitt mehr vorhanden, so dass der Teil des Bodens 3d in diesem Bereich radial verläuft und stetig gekrümmt in den Zylindermantel 2d übergeht. Der gesamte Boden 3d ist so verformt, dass die Bodenabschnitte über den Umfang jeweils parallel zueinander liegen. Beim vorigen Ausführungsbeispiel ist der gesamte Boden 3c hingegen unter dem Winkel α geneigt zur Dichtungsachse 12 angeordnet.
Der Dichtring gemäß 6 hat das rotationssymmetrisch ausgebildete Dichtelement 7e mit dem Dichtteil 9e und dem ebenen, ringscheibenförmigen Befestigungsteil 8e. Die Schräglage der Dichtkante 10e wird dadurch erreicht, dass der Boden 3e des Gehäuses 1e entsprechend schräg zur Dichtungsachse 12 verläuft. Dies hat zur Folge, dass der Zylindermantel 2e über seinen Umfang nicht konstante Höhe hat. In dem Bereich, in dem die Dichtkante 10e den geringsten Abstand von der Radialebene 17 hat, hat die Zylinderwand 2e die geringste Höhe (untere Hälfte in 6). In dem Bereich, in dem die Dichtkante 10e den größten axialen Abstand von der Radialebene 17 aufweist, hat die Zylinderwand 2e dementsprechend ihre größte Höhe (obere Hälfte in 6). Der Boden 3e des Gehäuses 1e ist eben ausgebildet und liegt unter dem Neigungswinkel α zur Dichtungsachse 12, der gleich groß ist wie der Neigungswinkel α, unter dem die Dichtkante 10e zur Dichtungsachse 12 angeordnet ist. Das Gehäuse 1e mit dem schräg liegenden ebenen Boden 3e lässt sich einfach fertigen. Für die Schrägstellung der Dichtkante 10e muss das Dichtelement 7e nicht schräg abgestochen werden, sondern es wird lediglich mit seinem Befestigungsteil Be auf der Innenseite 6 des Bodens 3e in geeigneter Weise befestigt.
Das Ausführungsbeispiel nach 7 ist ähnlich ausgebildet wie die Ausführungsform gemäß 2. Die Schrägstellung des Dichtelementes 7f wird dadurch erreicht, dass es mittels eines Unterlegringes 18 auf der Innenseite 6 des ebenen Bodens 3f des Gehäuses 1f befestigt wird. Der ringscheibenförmige Boden 3f verläuft senkrecht zur Dichtungsachse 12 und geht stetig gekrümmt in den Zylindermantel 2f über. Der Unterlegring 18 ist über seinen Umfang unterschiedlich dick, wobei die Dickenveränderung über den Umfang stetig erfolgt. In dem Bereich, in dem die Dichtkante 10f des Dichtelementes 7f den geringsten Abstand von der Radialebene 17 hat, weist der Unterlegring 18 seine größte Dicke auf. Sie nimmt in Richtung auf den diametral gegenüberliegenden Bereich des Unterlegringes 18 ab, der seine geringste Dicke dort hat, in dem die Dichtkante 10f den größten Abstand von der Radialebene 17 aufweist. Der Unterlegring 18 ist über seinen Umfang so gestaltet, dass die Dichtkante 10f den gewünschten Neigungswinkel α in Bezug auf die Dichtungsachse 12 hat. Der Unterlegring 18 hat gleichen Innendurchmesser wie der Boden 3f des Gehäuses 1f. Der Unterlegring 18 ist in geeigneter Weise auf der Innenseite 6 des Gehäusebodens 3f befestigt, beispielsweise aufgeklebt. Das Dichtelement 7f seinerseits ist mit dem ringscheibenförmigen Befestigungsteil 8f auf dem Unterlegring 18 in geeigneter Weise befestigt. Der Unterlegring 18 kann aus jedem geeigneten Material, beispielsweise aus metallischem Werkstoff, aber auch aus Kunststoff bestehen. Das Dichtelement 7f ist wiederum vorteilhaft rotationssymmetrisch ausgebildet. Um die Schräglage der Dichtkante 10f zu erreichen, ist ein Schrägabstechen des Dichtelementes nicht erforderlich, so dass der Dichtring einfach hergestellt werden kann.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird durch die Schräglage der Dichtkante 10f in Bezug auf die Dichtungsachse 12 jeweils erreicht, dass unter der Dichtkante hervorgetretenes abzudichtendes Medium beim Drehen der abzudichtenden Welle zuverlassig zurückgefördert wird, unabhängig von der Drehrichtung der Welle. Die Schräglage bzw. der Neigungswinkel α können in Abhängigkeit von der Gestaltung des Einbauraumes, des abzudichtenden Mediums, in Abhängigkeit von der Ge-staltung des Gehäuses und dergleichen eingestellt werden. Der jeweilige Dichtring wird mit dem Gehäuse in den Einbauraum eingepresst. Hierbei kann auf dem Zylindermantel des Gehäuses eine statische Dichtung vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines elastomeren Überzuges.
Die Dichtringe können auch so gestaltet sein, dass sie kein Gehäuse aufweisen. In diesem Falle werden die Dichtelemente ohne Gehäuse direkt im Einbauraum befestigt, wobei die Schräglage der Dichtkante durch eine entsprechende Gestaltung des Einbauraumes und/oder des Dichtelementes erreicht werden kann.

Claims

Dichtring mit einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Dichtelement, das wenigstens ein Befestigungsteil und wenigstens einen Dichtteil aufweist, der mit einer Dichtkante versehen ist, die zumindest über einen Teil ihres Umfanges, in der Projektion auf eine Axialebene des Dichtringes gesehen, unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Dichtachse liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (10) durch die Stirnseite des Dichtteiles (9) gebildet ist und ein wellenförmiges Profil hat, und dass wenigstens ein Wellenberg des Profils zur Bildung einer axial vorstehenden Zunge (11) verlängert ist.
Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtteil (9, 9a bis 9c, 9e) auf einem Kegelmantel liegt.
Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtteil (9, 9a, 9c, 9e) über seinen Umfang gleiche axiale Länge hat.
Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtteil (9b) über seinen Umfang unterschiedliche axiale Länge hat.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsteil (8, 8a bis 8c, 8e, 8f) stetig gekrümmt in den Dichtteil (9, 9a bis 9c, 9e) übergeht.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsteil (8, 8a bis 8c, 8e, 8f) ringscheibenförmig ausgebildet ist.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsteil (8a) über seinen Umfang unterschiedlich dick ist.
Dichtring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenänderung des Befestigungsteiles (8a) über den Umfang kontinuierlich erfolgt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsteil (8f) auf einem Unterlegring (18) befestigbar ist, der über seinen Umfang unterschiedlich dick ist.
Dichtring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenänderung des Unterlegringes (18) über den Umfang kontinuierlich erfolgt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schräglage der Dichtkante (10b bis 10e) durch eine entsprechende Formgestaltung eines Bodens (3b bis 3e) eines das Dichtelement (7b bis 7e) aufnehmenden Gehäuses (1b bis 1f) eingestellt wird.
Dichtring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3b bis 3d) des Gehäuses (1b bis 1d) über wenigstens einen Teil seines Umfanges, in der Projektion auf eine Axialebene des Dichtringes gesehen, unter einem von 90° abweichenden Winkel (α) zur Dichtungsachse (12) verläuft.
Dichtring nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3b) des Gehäuses (1b) über einen Teil seines Umfanges unter einem spitzen Winkel (β) zu einem Mantel (2b) des Gehäuses (1b) liegt.
Dichtring nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3c, 3d) über einen Teil seines Umfanges über eine Bördelung (14, 14d) in den Mantel (2c, 2d) des Gehäuses (1c, 1d) übergeht.
Dichtring nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (3e) des Gehäuses (18) eben ist.
Dichtring nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterlegring (18) auf dem Boden (3f) des Gehäuses (1f) befestigt ist.