DE10032721A1 - sealing system - Google Patents

Abstract

Sealing system for thermal engines or processing machines comprises a closed slip ring (15), a sealing ring (5) provided with an open gap (12), and a device (6) pressing the sealing ring with its surface (10) against the surface (14) of the slip ring. The slip ring is pressed with its slip surface (4) against the contact surface (3) of the body (2) to be sealed. The slip ring is guided along a vertical axis (1) passing through the center of gravity of the slip surface into a recess (18) in a fixed housing (13). The radial wall thickness of the sealing ring is not dependent on the outer diameter of the slip ring and is guided in the housing coaxially to the slip ring. The device presses the sealing ring against the slip ring with a constant or adjustable force independent of the gas pressure. Preferred Features: The slip ring has a surface which matches the contour of the contact surface of the body to be sealed. The contact surface is flat, spherical, or cylindrical.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem, das einen mit Gas ge­ füllten Raum, wobei der Gasdruck in diesem Raum pulsierend (d. h. schwellend oder schwankend) oder konstant sein kann, gegen einen sich bewegenden oder ruhenden Körper, der mit einem Teil seiner Um­ fangs- oder Oberfläche diesen Gasraum umgibt, abdichtet und alle nachstehend aufgeführten konstruktiven Nachteile der schon bestehen­ den Dichtungssysteme vermeidet.The invention relates to a sealing system, the one with gas ge filled space, with the gas pressure pulsating in that space (i.e. swelling or fluctuating) or constant against one moving or resting body, with part of its order catches or surface surrounds this gas space, seals and all The design disadvantages listed below already exist avoiding the sealing systems.

Der Einsatz dieses Dichtungssystems kann in Wärmekraftmaschinen (Kolbenmotoren, Turbinen) und Arbeitsmaschinen (Verdichter), bei de­ nen ein mit Gas gefüllter Raum nach obengenannten Kriterien abge­ dichtet werden soll, erfolgen.This sealing system can be used in heat engines (Piston engines, turbines) and working machines (compressors), de  a gas-filled room according to the above criteria to be sealed.

Dichtungssysteme für obengenannte Einsatzzwecke sind beispielsweise bei Schiebersteuerungen für Verbrennungsmotoren bekannt und in den Druckschriften DE 37 20 082 A1 (Krüger), DE 37 20 084 A1 (Krüger), EP 0 624 718 A1 (Coates), FR-A-2 429 323 (Honda), NSU-Dichtung, Au­ tomobiltechnische Zeitung, Nr. 6, 1954, Seite 146, Bild 7c, sowie DVL-WVW-Drehschiebersteuerung, Motortechnische Zeitschrift, Nr. 9, 1960, Seite 363, beschrieben.Sealing systems for the above-mentioned purposes are known, for example, in slide control systems for internal combustion engines and in the publications DE 37 20 082 A1 (Krüger), DE 37 20 084 A1 (Krüger), EP 0 624 718 A1 (Coates), FR-A-2 429 323 ( Honda), NSU-Dichtung, Automobiletechnische Zeitung, No. 6, 1954, page 146, Figure 7c, and DVL-WVW rotary valve control, Motortechnische Zeitschrift, No. 9, 1960, page 363.

Diese bekannten Dichtungssysteme lassen sich durch folgende Merkmale beschreiben:These known sealing systems can be characterized by the following features describe:

Geometrische EigenschaftenGeometric properties

• - Rotationssymmetrische oder spiegelsymmetrische Gleitdichtsyste­ me mit stirnseitiger Gleitfläche (eben, kugelförmig oder zylin­ drisch konkav).- Rotationally symmetrical or mirror-symmetrical sliding seal systems me with frontal sliding surface (flat, spherical or cylindrical drisch concave).
• - Der Gleitfläche gegenüberliegende, vom Verbrennungsdruck beauf­ schlagte stirnseitige Fläche, deren Größe betragsmäßig gleich oder kleiner der Gleitfläche ist. Abhängig vom Größenverhältnis der Gleitfläche zur Druckstirnfläche, reduziert sich die Flä­ chenpressung an der Gleitfläche, jedoch ist diese immer propor­ tional zum Gasdruck.- Opposed to the sliding surface by the combustion pressure struck frontal surface, the size of the same amount or less than the sliding surface. Depending on the size ratio the sliding surface to the pressure face, the area is reduced pressure on the sliding surface, but this is always proportions tional to gas pressure.

Funktionelle EigenschaftenFunctional properties

• - Die Anpreßkraft der Dichtung an den Schieber wird einerseits durch den Druck im Brennraum, der auf die der Gleitfläche ge­ genüberliegende Stirnfläche wirkt, bewirkt, andererseits durch eventuell vorhandene Federn, die das Dichtungssystem mit einer kontanten Kraft an den Schieber pressen. Beide Kräfte addieren sich und führen abhängig vom Gasdruck zu Schwankungen der An­ preßkraft der Dichtung gegen den Schieber.- The contact pressure of the seal on the slide is on the one hand by the pressure in the combustion chamber, which ge on the sliding surface opposite end face acts, causes, on the other hand through possibly existing springs, which the sealing system with a press constant force on the slide. Add both forces themselves and lead to fluctuations of the type depending on the gas pressure pressing force of the seal against the slide.
• - Eine Ausnahme bildet das Dichtungssystem Krüger (DE 37 20 082 A1), bei dem die Anpressung der Gleitfläche an den Schieber nur durch Federkräfte hervorgerufen wird und somit eine vom Gas­ druck unabhängige, aber konstante Anpressung erzielt wird.- The Krüger sealing system is an exception (DE 37 20 082 A1), where the pressure of the sliding surface on the slide only  is caused by spring forces and thus one of the gas pressure independent but constant pressure is achieved.

Nachfolgende Tabelle legt dar, welche funktionellen Nachteile sich für jedes der obengenannten Dichtungssysteme ergeben.
The following table shows the functional disadvantages for each of the sealing systems mentioned above.

Diese hier aufgeführten Nachteile von Dichtungssystemem zeigen fol­ gende Auswirkungen im motorischen Betrieb:
These disadvantages of sealing systems listed here have the following effects in motor operation:

• - Die große Bauhöhe des Dichtungssystems hat große wärmeaufneh­ mende Oberflächen und Zerklüftung des Brennraums (Quencheffek­ te) zur Folge.- The large height of the sealing system has great heat absorption surfaces and fissures of the combustion chamber (quench effect te) result.
• - Die geringe axiale Elastizität des Dichtungssystems verhindert ein Anpassen der Gleitdichtfläche an mechanische oder thermi­ sche Deformierungen der Schieberlauffläche während des Be­ triebs.- The low axial elasticity of the sealing system prevents an adaptation of the sliding sealing surface to mechanical or thermal cal deformations of the slide tread during loading drive.
• - Betragsmäßig gleich große Gleitfläche und Druckstirnfläche er­ geben sehr hohe Flächenpressungen an der Gleitfläche mit der Folge hoher Reibung und Verschleiß.- In terms of amount, it has the same sliding surface and pressure face give very high surface pressures on the sliding surface with the As a result of high friction and wear.
• - Das proportionale Anwachsen der gasdruckerzeugten Flächenpres­ sung am Gleitdichtring durch zunehmenden Gasdruck bewirkt uner­ wünscht hohe Gleitringpressungen am Schieber mit der Folge ho­ her Reibung und Verschleiß.- The proportional increase in the gas pressure generated area press solution on the mechanical seal caused by increasing gas pressure does not wishes high slide ring pressures on the slide with the consequence ho forth friction and wear.

Demgegenüber und insbesondere in Abgrenzung zur NSU-Dichtung schlägt die Erfindung ein Dichtungssystem vor, bestehend aus einem geschlos­ senen Gleitring, einem mit offenem Stoß versehenen Dichtring und ei­ ner Vorrichtung, die den Dichtring mit seiner Fläche gegen die Flä­ che des Gleitringes drückt, wodurch der Gleitring mit seiner Gleit­ fläche gegen die Lauffläche des abzudichtenden Körpers gedrückt wird, wobei der Gleitring entlang einer senkrecht durch den Flächen­ schwerpunkt der Gleitfläche gehenden Achse in einer Aussparung im feststehenden Gehäuse geführt wird, der Dichtring in seiner radialen Wandstärke unabhängig vom Außendurchmesser des Gleitrings gestaltet ist und im Gehäuse koaxial zum Gleitring geführt wird, sowie die Vorrichtung den Dichtring mit einer in ihrem Betrag konstanten oder beliebig einstellbaren, vom Gasdruck unabhängigen Kraft gegen den Gleitring drückt.In contrast, and especially in contrast to the NSU seal strikes the invention before a sealing system consisting of a closed  its sliding ring, an open-ended sealing ring and egg ner device that the sealing ring with its surface against the Flä che of the slide ring, causing the slide ring with its slide surface pressed against the tread of the body to be sealed is, the slide ring along a perpendicular through the surfaces center of gravity of the sliding surface in a recess in the fixed housing is guided, the sealing ring in its radial Wall thickness designed regardless of the outer diameter of the slide ring is and is guided coaxially to the slide ring in the housing, as well as the Device the sealing ring with a constant or in its amount freely adjustable force against the gas pressure Slide ring presses.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen und der Figurenbeschreibung beschrieben und näher erläu­ tert. In den Figuren ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs­ beispiele dargestellt, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:Advantageous further developments of the invention are in the Unteran Sayings and the description of the figures described and explained in more detail tert. In the figures, the invention is based on several embodiments examples are shown without being limited to this. It shows:

Fig. 1A einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtungssystems, bei dem die Lauffläche des abzudichtenden Körpers ku­ gelförmig oder zylindrisch ist, Fig. 1A is a section through a first embodiment of the sealing system according to the invention, in which the running surface of the sealed body ku gel-like or cylindrical,

Fig. 1B eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1A mit A gezeigten Bereiches, Fig. 1B is an enlarged view of the area shown in FIG. 1A with A,

Fig. 1C eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1B mit B gekennzeichneten Bereiches,Of the area marked in Fig. 1B with B Fig. 1C is an enlarged representation,

Fig. 2A einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtungssystems, bei dem die Lauffläche des abzudichtenden Körpers eben ist, Fig. 2A shows a section through a second embodiment of the sealing system according to the invention, in which the running surface of the sealed body is flat,

Fig. 2B eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 2A mit C gekennzeichneten Bereiches, FIG. 2B an enlarged view of area marked in FIG. 2A with C,

Fig. 2C eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 2A mit D gekennzeichneten Bereiches und Fig. 2C is an enlarged view of the area marked D in Fig. 2A and

Fig. 3, 4 und 5 Gleitringe, die rotationssymmetrisch, elliptisch bzw. punktsymmetrisch ausgebildet sind. Fig. 3, 4 and 5 sliding rings, which are rotationally symmetrical, elliptical or point-symmetrically.

Das in den Fig. 1A bis 1C gezeigte Dichtungssystem besteht aus einem Gleitring 15, einem Dichtring 5 und einer Vorrichtung 6, die den Dichtring 5 mit einer konstanten oder beliebig einstellbaren, vom Gasdruck unabhängigen Kraft gegen den Gleitring 15 drückt. Diese Vorrichtung 6 wird hier beispielhaft durch eine Feder dargestellt.The sealing system shown in FIGS. 1A to 1C consists of a sliding ring 15 , a sealing ring 5 and a device 6 which presses the sealing ring 5 against the sliding ring 15 with a constant or arbitrarily adjustable force which is independent of the gas pressure. This device 6 is shown here by way of example by a spring.

Der Gleitring 15 ist ein geschlossener Ring, der bezüglich der Achse 1, die senkrecht durch den Flächenschwerpunkt der Gleitfläche 4 führt, rotationssymmetrisch, elliptisch oder beliebig punktsymme­ trisch sein kann, wie es in den Fig. 3 bis 5 veranschaulicht ist. Die Kontur der Stirnfläche 4 ist der Lauffläche 3 des abzudichtenden Körpers 2 angepaßt.The slide ring 15 is a closed ring, which can be rotationally symmetrical, elliptical or arbitrarily point-symmetrical with respect to the axis 1 , which leads perpendicularly through the center of gravity of the sliding surface 4 , as illustrated in FIGS . 3 to 5. The contour of the end face 4 is adapted to the running surface 3 of the body 2 to be sealed.

Der Dichtring 5 besitzt einen radialen Stoß 12 und ist somit ein of­ fener Ring. Der Dichtring 5 liegt mit seiner Stirnfläche 10 an der Stirnfläche 14 des Gleitringes an und seine Innenfläche 9 fluchtet mit der Innenfläche 11 des Gleitringes 15.The sealing ring 5 has a radial joint 12 and is thus an open ring. The sealing ring 5 bears with its end face 10 against the end face 14 of the slide ring and its inner surface 9 is flush with the inner surface 11 of the slide ring 15 .

Das insoweit beschriebene Dichtungssystem funktioniert wie folgt:
Der Gasdruck wirkt auf die Stirnfläche 8 und die Innenfläche 9 des Dichtringes 5, wodurch diese axial mit seiner Stirnfläche 10 gegen die Stirnfläche 14 des Gleitringes 15 drückt und dieser mit seiner Stirnfläche 4 gegen die Lauffläche 3 des abzudichtenden Körpers 2 gedrückt wird. Während einer eventuellen Bewegung des Körpers 2 ver­ schiebt sich dessen Lauffläche 3 ausschließlich tangential zur Gleitfläche 4 des Gleitringes 15. Der auf die Fläche 9 wirkende Druck spreizt den Dichtring 5 radial auf, so daß seine Außenumfangs­ fläche 7 am Gehäuse 13 gasdicht anliegt und die axiale Beweglichkeit des Dichtringes 5 behindert wird. Hierdurch wird die Weiterleitung der auf die Stirnfläche 8 des Dichtringes 5 ausgeübten Gaskraft auf den Gleitring 15 reduziert.The sealing system described so far works as follows:
The gas pressure acts on the end face 8 and the inner surface 9 of the sealing ring 5 , as a result of which it presses axially with its end face 10 against the end face 14 of the slide ring 15 and this is pressed with its end face 4 against the running surface 3 of the body 2 to be sealed. During a possible movement of the body 2 ver its tread 3 pushes only tangentially to the sliding surface 4 of the sliding ring 15th The pressure acting on the surface 9 spreads the sealing ring 5 radially, so that its outer circumferential surface 7 rests gas-tight on the housing 13 and the axial mobility of the sealing ring 5 is hindered. As a result, the transmission of the gas force exerted on the end face 8 of the sealing ring 5 to the slide ring 15 is reduced.

Der Kraft, die sich aus dem auf die Stirnfläche 8 wirkenden Gasdruck ergibt, wird die ebenfalls auf den Dichtring 5 angreifende Kraft der Vorrichtung 6 überlagert. The force that results from the gas pressure acting on the end face 8 is superimposed on the force of the device 6 that also acts on the sealing ring 5 .

Die axiale Verschiebbarkeit des Dichtringes 5 und des Gleitringes 12 in der Aussparung 18 des Gehäuses 13 gewährleistet kontinuierlichen Kontakt zur Fläche 3 des abzudichtenden Körpers 2 und kompensiert thermische Dehnung und Verschleiß an den Laufflächen 3 und 4.The axial displaceability of the sealing ring 5 and the sliding ring 12 in the recess 18 of the housing 13 ensures continuous contact with the surface 3 of the body 2 to be sealed and compensates for thermal expansion and wear on the running surfaces 3 and 4 .

Die Ausführungsform nach den Fig. 2A, 2B und 2C orientiert sich an der Ausführungsform nach den Fig. 1A, 1B und 2B, mit dem Un­ terschied, daß statt der kugelförmigen oder zylindrischen Lauffläche 3 des abzudichtenden Körpers 2 eine ebene Lauffläche 3 vorgesehen ist. In ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise in diesen Figuren übereinstimmende Teile sind der Einfachheit halber mit denselben Be­ zugsziffern bezeichnet.The embodiment of FIGS. 2A, 2B and 2C is based on the embodiment of FIGS . 1A, 1B and 2B, with the difference that instead of the spherical or cylindrical tread 3 of the body 2 to be sealed, a flat tread 3 is provided. In their structure and operation in these figures, matching parts are designated for the sake of simplicity with the same reference numerals.

In den Fig. 1A bis 1C und 2A bis 2C ist ein Kragen 19 am Gehäuse 13 veranschaulicht, der die axiale Verschiebbarkeit des Dichtrings 5 in der vom abzudichtenden Körper 2 wegweisenden Richtung begrenzt. Der Drehpunkt des Körpers 2 ist mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet.In Figs. 1A to 1C and 2A to 2C, a collar 19 is illustrated on the housing 13, which limits the axial displaceability of the sealing ring 5 in the direction away from the sealed body 2 direction. The fulcrum of the body 2 is designated by the reference number 20 .

Claims (10)

1. Dichtungssystem, bestehend aus einem geschlossenen Gleitring (15), einem mit offenem Stoß (12) versehenem Dichtring (5) und einer Vorrichtung (6), die den Dichtring (5) mit seiner Fläche (10) gegen die Fläche (14) des Gleitringes (15) drückt, wodurch der Gleitring (15) mit seiner Gleitfläche (4) gegen die Lauf­ fläche (3) des abzudichtenden Körpers (2) gedrückt wird, wobei der Gleitring (15) entlang einer senkrecht durch den Flächen­ schwerpunkt der Gleitfläche (4) gehenden Achse (1) in einer Aussparung (18) im feststehenden Gehäuse (13) geführt wird, der Dichtring (5) in seiner radialen Wandstärke unabhängig vom Au­ ßendurchmesser des Gleitringes (15) gestaltet ist, und im Ge­ häuse (13) koaxial zum Gleitring (15) geführt wird, sowie die Vorrichtung (6) den Dichtring (5), mit einer in ihrem Betrag konstanten oder beliebig einstellbaren, vom Gasdruck unabhängi­ gen Kraft gegen den Gleitring (15) drückt.1. Sealing system, consisting of a closed sliding ring ( 15 ), a sealing ring ( 5 ) provided with an open joint ( 12 ) and a device ( 6 ) which seals the sealing ring ( 5 ) with its surface ( 10 ) against the surface ( 14 ) of the sliding ring ( 15 ) presses, whereby the sliding ring ( 15 ) with its sliding surface ( 4 ) against the running surface ( 3 ) of the body to be sealed ( 2 ) is pressed, the sliding ring ( 15 ) along a perpendicular through the surfaces center of gravity of the sliding surface ( 4 ) outgoing axis ( 1 ) is guided in a recess ( 18 ) in the fixed housing ( 13 ), the sealing ring ( 5 ) is designed in its radial wall thickness regardless of the outer diameter of the slide ring ( 15 ), and in the Ge housing ( 13th ) is guided coaxially to the slide ring ( 15 ), and the device ( 6 ) presses the sealing ring ( 5 ) with a force that is constant or freely adjustable, independent of the gas pressure, against the slide ring ( 15 ). 2. Dichtungssystem nach Anspruch 1, wobei der Gleitring (15) eine Stirnfläche (4) besitzt, die der Kontur der Lauffläche (3) des abzudichtenden Körpers (2) angepaßt ist, wobei die Lauffläche (3) des abzudichtenden Körpers (2) eben, kugelförmig oder zy­ lindrisch ist (Fig. 1A, Fig. 2A).2. Sealing system according to claim 1, wherein the sliding ring ( 15 ) has an end face ( 4 ) which is adapted to the contour of the tread ( 3 ) of the body to be sealed ( 2 ), the tread ( 3 ) of the body to be sealed ( 2 ) even , spherical or cylindrical ( Fig. 1A, Fig. 2A). 3. Dichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gleitring (15) bezüglich der Achse (1) rotationssymmetrisch (Fig. 3), elliptisch (Fig. 4) oder beliebig punktsymmetrisch (Fig. 5) ist.3. Sealing system according to claim 1 or 2, wherein the sliding ring ( 15 ) with respect to the axis ( 1 ) is rotationally symmetrical ( Fig. 3), elliptical ( Fig. 4) or arbitrarily point symmetrical ( Fig. 5). 4. Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gleitring (15) im Gehäuse (13) axial beweglich geführt ist.4. Sealing system according to one of claims 1 to 3, wherein the sliding ring ( 15 ) in the housing ( 13 ) is guided axially movable. 5. Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stirnfläche (4) des Gleitringes (15) eine Materialbeschichtung oder eine Materialeinlage mit guten Gleiteigenschaften aufweist oder der Gleitring (15) vollständig aus einem Material mit gu­ ten Gleiteigenschaften besteht. 5. Sealing system according to one of claims 1 to 4, wherein the end face ( 4 ) of the sliding ring ( 15 ) has a material coating or a material insert with good sliding properties or the sliding ring ( 15 ) consists entirely of a material with good sliding properties. 6. Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Dichtring (5) im Gehäuse (13) axial beweglich geführt ist.6. Sealing system according to one of claims 1 to 5, wherein the sealing ring ( 5 ) in the housing ( 13 ) is axially movable. 7. Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stirnfläche (8) des Dichtringes (5) kleiner als dessen Umfangs­ dichtfläche (7) bemessen ist.7. Sealing system according to one of claims 1 to 6, wherein the end face ( 8 ) of the sealing ring ( 5 ) is dimensioned smaller than the circumferential sealing surface ( 7 ). 8. Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Dichtring (5) und/oder das Gehäuse (13) eine Formgebung (z. B. einen Kragen (19)) besitzt, der die axiale Verschiebbarkeit des Dichtringes (5) in eine vom abzudichtenden Körper (2) sich ent­ fernende Richtung begrenzt.8. Sealing system according to one of claims 1 to 7, wherein the sealing ring ( 5 ) and / or the housing ( 13 ) has a shape (z. B. a collar ( 19 )) that the axial displacement of the sealing ring ( 5 ) in a direction from the body to be sealed ( 2 ) is limited. 9. Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die durch die Vorrichtung (6) auf den Dichtring (5) ausgeübte Kraft konstant, als auch, entsprechend dem im abzudichtenden Gasraum vorhandenen wechselnden Druck, zyklisch schwankend ist.9. Sealing system according to one of claims 1 to 8, wherein the force exerted by the device ( 6 ) on the sealing ring ( 5 ) constant, and also, in accordance with the changing pressure in the gas space to be sealed, fluctuates cyclically. 10. Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die durch die Vorrichtung (6) auf den Dichtring (5) ausgeübte Kraft mechanisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder elektromagnetisch durch entsprechenden Aufbau der Vorrichtung (6) erzeugt wird.10. Sealing system according to one of claims 1 to 9, wherein the force exerted by the device ( 6 ) on the sealing ring ( 5 ) is generated mechanically and / or pneumatically and / or hydraulically and / or electromagnetically by a corresponding design of the device ( 6 ) ,