WO1994008159A1 - Dichtring - Google Patents

Abstract

Dichtring zum radialen Abdichten zwischen einer zylindrischen inneren Fläche (7) und einer diese koaxial umgebenden hohlzylindrischen äußeren Fläche (3), mit einem mit einer der beiden Flächen als Trägerfläche über Preßsitz verbindbaren Haltering (8) aus formbeständigen Werkstoff und mit einem mit dem Haltering (8) verbundenen, eine mit der anderen Fläche (7) als Gegendichtfläche zusammenwirkende Dichtlippe (6) bildenden, über Preßsitz an derselben Trägerfläche wie der Haltering (8) anliegenden Lippenteil (9) aus zähelastischem Werkstoff (z. B. PTFE), wobei ein an diesem vorgesehenes Mantelteil (11), um eine Abschirmung des Halteteils (8) von dem abzudichtenden Medium und gegenüber der Trägerfläche zu bewirken, zwischen einem ringförmigen vorspringenden Kragen (10) des Halterings (8) und der Trägerfläche liegt. Die Lippe (6) ist von dem dem Haltering (8) zugewendeten Ende der dem Mantelteil (11) jenseits seiner Nut gegenüberliegenden Nutwandteil (12) ausgehend in die von dem Haltering (8) wegweisende Richtung gebogen.

Description

Dichtring

Die Erfindung betrifft einen Dichtring zum radialen Abdichten zwischen einer zylindrischen inneren Fläche, beispielsweise einer Welle, und einer diese koaxial umgebenden, hohlzylindri- schen äußeren Fläche, beispielsweise einer Gehäusefläche. Der Dichtring umfaßt einen Haltering aus formbeständigem Werk¬ stoff, 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 Gegendichtflache 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.

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, DE-A 25 00 099, DE-A 20 19 585, DE-A 24 27 537, DE-U 86 22 076). Sie dienen der Befestigung des Dichtrings durch Preßsitz in einer Gehäusebohrung, wobei es keiner weiteren Befestigungsmittel bedarf. Den Lippenteil des Dichtrings halten sie durch Kle mung zwischen zwei gesonderten, einen Käfig bildenden Ringteilen oder durch Vulkanisation vermit¬ telst eines Zwischenteils oder durch Einklemmung eines Vor¬ sprungs 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 Verwen¬ dung gummielastischer Werkstoffe für den Lippenteil lassen sich diese Nachteile dadurch vermeiden, daß der metallische Haltering von dem gummielastischen Material zumindest auf der Mediumsseite ummantelt ist. Dadurch wird der Haltering nicht nur vor dem Medium geschützt, sondern auch auf seiner Außen¬ seite von einer gummielastischen Schicht abgedeckt, die den Kontakt zur Gehäusebohrung übernimmt, dort für gute Dichtung sorgt und aufgrund ihrer Elastizität große Toleranzen aufzu¬ nehmen vermag. Dies Prinzip läßt sich bei Polyfluorkohlenstof- fen, insbesondere Polytetrafluorethylen, nicht anwenden, weil dies unter der Spannung, die den Reib- und Dichtkontakt mit der Gehäusebohrung aufrechterhält, einem kalten Fluß unter¬ liegt, 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. Bei Verwendung von Kunst¬ stoff für den Haltering gilt Entsprechendes. Wenn der Halte¬ ring so hart ist, daß er hinreichende Haltekräfte entwickeln kann, dichtet er nicht gegenüber dem Gehäuse ab. Wenn er hinreichende Abdichtungsweichheit besitzt, entwickelt er nur entsprechend geringe Haltekräfte. Gegenüber den erwähnten Problemen des kalten Flusses bei PTFE-Dichtringen kann man sich mitunter dadurch helfen, daß der Dichtring im Gehäuse gekammert (axial eingespannt) ange¬ ordnet wird. Wegen des damit verbundenen, größeren technischen Aufwands zielt die Erfindung jedoch auf denjenigen Anwendungs¬ fall, wo eine Gehäusebohrung lediglich nach innen durch einen Bund begrenzt, nach außen aber offen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist. Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie vorzugsweise auch in den Merkmalen der Unteransprüche.

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 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 Werkzeugko¬ sten, die ansonsten die Beschränkung auf Normmaße erzwingen, nicht anfallen.

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 auf¬ weist, bleibt dessen Dichtwirkung gegenüber der Trägerfläche erhalten.

Da die Deformation des Kunststoffs auch bewirkt, daß dieser sich jeder Unebenheit der Trägerfläche identisch anlegt, reicht bereits die auch nach kaltem Fluß noch aufrechterhalte¬ ne, geringe innere Spannung des Materials für eine spaltfreie und dichte Anlage, solange der Mantelteil durch den Haltering an Ort und Stelle gehalten wird.

Das Übermaß des Halterings einerseits und des Mantelteils andererseits wird nach bekannten Grundsätzen bzw. gemäß einfachen Versuchen so bemessen, daß der gewünschte Effekt erreicht wird. Der Ausdruck Preßsitz ist in diesem Zusammen¬ hang nicht als Bezugnahme auf bestimmte Paεsungpaarungen 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 Kunst¬ stoff-Mantelteil die gewünschte Dichtpressung gewährleistet.

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 Halte¬ ring und dem Mantelteil eingeschlossen wird, von der dem abzudichtenden Medium abgewandten Seite zur Mediumsseite und zur Gegendichtflache 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.

Wie gesagt, reicht die nach kaltem Fluß im Mantelteil verblei¬ bende Spannung zur Aufrechterhaltung des Dichtkontakts gegen¬ über 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 Ringfe¬ der 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 Dickenver¬ ringerung des Mantelteils langfristige Verformungsreserve zur Verfügung.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, jeweils in einem Meridional-Halbschnitt.

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 Gegendichtflache 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.

Der Dichtring setzt sich aus dem Haltering 8 aus Metall, insbesondere Edelstahl, und dem u.a. die Dichtlippe 6 bilden¬ den 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 modifi¬ ziert sein kann.

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.

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 Befestigungsmit¬ tel festhält. Jedoch könnten zusätzliche Befestigungsmittel vorgesehen sein.

Zwischen dem Haltering 8 und dem Bund 4 ist der Lippenteil örtlich festgelegt. Der Außendurchmesser seines Mantelteils 11 (genauer gesagt: dessen radiale Dicke zwischen dem Kragen 10 und der Bohrungsfläche 3) hat ein solches Übermaß gegenüber der Bohrungsfläche 3, daß er bei der Montage radial kompri¬ miert 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 gewährlei¬ stet. Wenn anschließend unter dieser Kraft kalter Fluß des Mantelteils 11 stattfindet, durch den dessen Wanddicke verrin¬ gert 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 Restkraft dazu ausreicht, 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.

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 Gegendichtflache anlegt.

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.

Sie unterscheidet sich ferner von der Ausführung gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Umfangsflache des Mantelteils 11 mit sä- gezahnförmigen 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.

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 Druckme¬ dium zugewendet ist, axial ringförmig geschlitzt, so daß der außerhalb des Schlitzes liegende Teil 17 eine der Druckdiffe¬ renz entgegengerichtete Lippe bildet. Der Spalt 18 kann (muß aber nicht) bei der Montage durch radiale Pressung vollständig geschlossen werden. Nichtsdestoweniger wirkt auf ihn der Mediumsdruck, der die Lippe 17 gegen die Bohrungsoberfläche drückt und dadurch zur gehauseseitigen Abdichtung beiträgt.

Claims

Patentansprüche

Dichtring zum radialen Abdichten zwischen einer zylindri¬ schen inneren Fläche (7) und einer diese koaxial umgeben¬ den hohlzylindrischen, äußeren Fläche (3), der einen Haltering (8) aus formbeständigem Werkstoff wie Metall, der mit einer der beiden Flächen als Trägerfläche über einen Preßsitz verbindbar ist, und einen Lippenteil (9) aus zähelastischem Werkstoff wie Polytetrafluorethylen umfaßt, der mit dem Haltering (8) verbunden ist und eine mit der anderen Fläche (7) als Gegendichtflache zusammen¬ wirkende Dichtlippe (6) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Haltering (8) ein sich im wesentlichen axial erstreckender, gegenüber der den Preßsitz bildenden Fläche (13) des Halterings (8) radial zurückspringender Kragen (10) vorgesehen ist und der Lippenteil (9) einen passend am Kragen (10) anliegenden und für einen Preßsitz an der Trägerfläche bemessenen Mantelteil (11) aufweist.

Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelteil (11) eine den Kragen (10) des Halterings (8) passend aufnehmende Nut in dem Lippenteil begrenzt.

Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (6) von dem dem Haltering (8) zugewendeten Ende der dem Mantelteil (11) jenseits der Nut gegenüber¬ liegenden Nutwandteil (12) ausgehend in die von dem Haltering (8) weg weisende Richtung gebogen ist.

Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (10) radial federnd ausge¬ bildet ist. 5. Dichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kragen (10) und dem Mantelteil (11) ein radial federnd wirkender Teil einge¬ schaltet ist.