DE1036592B - Wellendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung od. dgl., bei der eine Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen bewirkt wird, wobei es sich z. B. um die Abdichtung zwischen einer Welle und einer Wand handelt, durch die hindurch sich die Welle erstreckt.

Es sind Dichtungen dieser Art bekannt, bei denen ein Dichtungsring mit einer senkrecht zur Drehachse liegenden Fläche mit einer entsprechenden Fläche im Eingriff steht, die an einem der beiden Bauteile vorgesehen ist. Dabei wird der Dichtungsring von dem anderen der beiden Bauteile aus mittels einer Traghülse gehalten, auf der er zwischen flansohartigen Teilen, und zwar mindestens auf der einen Seite unter Zwischenschaltung eines Teiles aus nachgiebigem Material, eingespannt ist. An Hülsen, z. B. durch Umbördeln der Enden, angebrachte Flansche sind niemals vollständig parallel und auch bei Benutzung dieser Flansche zum axialen Einspannen etwas federnd nachgebend. Die Folge davon ist, daß leicht auf den aus sprödem Material, z. B. Kohle oder Graphit, bestehenden Dichtungsring nicht nur eine axiale Druckkraft, sondern zusätzlich auch eine an den inneren Kanten des Dichtungsringes angreifende, schräg nach außen wirkende Kraft ausgeübt wird, die eine radiale Komponente hat, die den Ring auf Zug beansprucht. Zugkräfte können von dem spröden Material aber nicht aufgenommen werden. Hieraus erklärt sich die häufig auftretende Zerstörung des Dichtungsringes bei den bekannten Wellendichtungen.

Von den bekannten Dichtungen der oben beschriebenen Art unterscheidet sidh der Erfindungsgegenstand dadurch, daß der flanschartige Teil, der den aus nachgiebigem Material bestehenden Teil an den Dichtungsring andrückt, mit seiner äußeren ringförmigen Kante nach Art einer Schneide in das nachgiebige Material eingreift, und zwar an einer Stelle, die radial außerhalb der Innenfläche des Dichtungsringes liegt.

Durch eine solche Ausbildung wird erreicht, daß der im allgemeinen aus einem spröden Material bestehende Dichtungsring nur allein durch Druckkräfte beansprucht wird, die er aufnehmen kann, ohne einer Bruchgefahr ausgesetzt zu sein, und diese Druckkräfte verhältnismäßig gleichmäßig verteilt aufgebracht werden.

Das Eingreifen der ringförmigen Kante in das nachgiebige Material kann dadurch ermöglicht werden, daß der entsprechende flanschartige Teil tellerförmig ausgebildet wird.

Zweckmäßig ist es, das den tellerförmigen Flansch tragende Ende der Traghülse aufzuweiten, um diesen fest an den aus nachgiebigem Material bestehenden Teil anzudrücken.

Wellendichtung

Anmelder:

Gits Bros. MFG. Co.,
Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff und Dipl.-Ing. G. Puls, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 1. November 1955

Remi J. Gits, Hinsdale, 111. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Wellendichtung;

Fig. 2 und 3 sind Schnitte entlang den Linien II-II bzw. HI-III in Fig. 1;

Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wellendichtung;

Fig. 5 ist eine in kleinerem Maßstabe gezeichnete Ansicht, die einem Teil von Fig. 4 entspricht, wobei die einzelnen Bauteile jedoch in einer anderen gegenseitigen Lage wiedergegeben sind, um die Biegewirkung der Membran erkennen zu lassen.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 allgemein ein erfindungsgemäßes Wellendichtungsaggregat. Dieses Aggregat umfaßt ein zylindrisches Gehäuse bzw. einen tragenden Mantel 11, der in einer öffnung einer Wand 12 befestigt sein kann, durch welche sich eine Welle 13 erstreckt; die Aufgabe des Dichtungsaggregats 10 besteht darin, eine Abdichtung zwischen der Welle 13 und der Wand 12 zu bewirken.

LTm die angestrebte Wirkung zu erzielen, ist innerhalb des Gehäuses bzw. Mantels 11 ein scheibenförmiges Bauteil 14 angeordnet, das an der Welle 13 befestigt ist, und zwar vorzugsweise mit Hilfe eines Dichtungsringes 15. An einer Dichtungsfläche 16 der .Scheibe 14 greift eine Dichtungsfläche 17 eines Dichtungsringes 18 an, de· ron dem Mantel 11 aus durch

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ein Membranglied 19 unterstützt wird, wobei eine gewickelte Druckfeder 20 vorgesehen ist, um die Dichtungsfläche 17 gegen die Fläche 16 zu drücken.

Die Membran 19 umfaßt einen ersten Hülsenabschnitt 21, der zwischen einem starren Band oder Ring 22 und der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses 11 festgehalten wird, sowie einen zweiten Hülsenabschnitt 23, der dem Dichtungsring 18 zugeordnet ist. Das Membranglied 19 umfaßt ferner einen die Hülsenabschnitte 21 und 23 verbindenden Mem- ίο branabschnitt 24. Dieser Membranabschnitt 24 kann teilweise gefaltet ausgebildet sein (Fig. I)₇ um eine maximale Axialbewegung des Dichtungsringes 18 gegenüber dem Gehäuse 11 zuzulassen.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Wandstärke des Hülsenabschnitts 21 erheblich größer ist als diejenige des Membranabschnitts 24, wodurch das Einbauen des Hülsenabschnitts 21 erleichtert wird, wobei gleichzeitig ein Membranabschnitt von optimaler Biegsamkeit zur Verfügung steht. Gemäß Fig. 1 beträgt die Dicke der Wand des Hülsenabschnitts 21 annähernd das Doppelte der Wandstärke des Membranabschnitts 24.

Ein weiteres besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß an dem starren Ring 22 ein ringförmiger Flansch 25 vorgesehen ist, der sich radial nach außen auf die zylindrische Innenfläche des Gehäuses 11 zu erstreckt, und zwar an der Verbindungsstelle zwischen dem Hülsenabschnitt 21 und dem Membranabschnitt 24 des Membrangliedes 19. Bei dieser Anordnung ist die Membran somit über den Flansch 25 hinweg gespannt, um eine maximale Bewegung des Dichtungsringes 18 in axialer Richtung gegenüber dem ganzen Aggregat zuzulassen.

Man erkennt, daß die Verwendung des Flansches 25 besondere Vorteile bietet, wenn man dieses Merkmal mit dem Merkmal kombiniert, gemäß welchem der Hülsenabschnitt 21 eine größere Wandstärke aufweist als der Membranabschnitt 24, denn in diesem Falle braucht der Flansch 25 nicht in das Material einzuschneiden, um die Verbindungsstelle zwischen dem Hülsenabschnitt 21 und dem Membranabschnitt 24 gegen Bewegungen zu sichern.

Der Hülsenabschnitt 23 des Membrangliedes 19 liegt zwischen einer radial nach innen weisenden zylindrischen Fläche 26 des Dichtungsringes 18 und der Außenfläche eines zylindrischen Hülsenteils 27. Man könnte den Hülsenabschnitt 23 des Membrangliedes in einem solchen Ausmaß zusammendrücken, daß der Ring 18 auf der Hülse oder Muffe 27 sicher festgehalten wird. Hierbei wäre jedoch der Ring 18 Zugspannungen ausgesetzt, die leicht zum Platzen des Ringes führen könnten, denn der Ring 18 besteht aus einem spröden schmierenden Material, z.B. aus Kohle, und diese Materialien halten nur geringe Scher- und Zugkräfte aus. Andererseits besitzen derartige Materialien jedoch eine verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit, und gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung wird daher ein Teil des Dichtungsringes 18 zwischen einem ringförmigen Flansch 28 der Muffe 27 und einer Scheibe 29 festgehalten, wobei ein sich radial erstreckender Abschnitt des Membrangliedes 19 zwischen der Scheibe 29 und dem Dichtungsring 18 liegt.

Es ist wichtig, daß die Scheibe 29 in geringem Ausmaß tellerförmig eingedrückt ist, so daß ihr äußerer Kantenabsahnitt 30 nach Art einer Schneide in das Membranglied 19 eingreift, und zwar an einer Stelle, die in einem erheblichen Abstand von der Innenfläche 26 des Dichtungsringes 18 liegt. Bei dieser Anordnung wird der auf den Ring 18 ausgeübte Druck gleichmäßiger verteilt, so daß der zwischen dem Flansch 28 und der Scheibe 29 liegende Teil des Ringes 18 gleichmäßigeren Druckkräften ausgesetzt ist. Es sei bemerkt, daß man die Scheibe 29 und den Ring 22 vorzugsweise aus einem einzigen Materialstück ausschneiden bzw. ausstanzen kann, denn der Außendurchmesser der Scheibe 29 ist gleich dem Innendurchmesser des Flansches 31 des Ringteils 22, an dem die Feder 20 angreift. Bei dem Stanz- bzw. Preßvorgang nimmt die Scheibe 29 die in Fig. 1 erkennbare Tellerform an. Es wurde anfangs angenommen, man müsse die Scheibe 29 richten, doch zeigte es sich später, daß dieses Richten nicht erforderlich war, daß man vielmehr erheblich bessere Ergebnisse erzielte, wenn die Scheibe in ihrer tellerförmig eingedrückten Form belassen wurde.

Beim Zusammenbau schiebt man die Scheibe 29 auf die Muffe oder Hülse 27 auf und drückt sie gegen das Membranglied 19. Dann führt man ein konisches Werkzeug in das Ende der Muffe 27 ein, um sie an einem Ende aufzuweiten und die Scheibe 29 fest gegen das Membranglied 19 zu drücken und sie in dieser Lage zu sichern.

Um Drehbewegungen des Dichtungsringes 18 gegenüber der Muffe 27 zu verhindern, besitzt der Ring 18 an einander diametral gegenüberliegenden Punkten Aussparungen zur Aufnahme von Vorsprüngen 32 und 33, die durch Eindrücken des Flansches 28 hergestellt sind. Zusätzlich weist die Innenfläche 26 des Dichtungsringes 18 Aussparungen 34 und 35 auf (Fig. 3), die Vorsprünge des Hülsenabschnitts 23 des Membrangliedes 19 aufnehmen, und diese Aussparungen und Vorsprünge liegen vorzugsweise einander diametral gegenüber auf einer Linie, die zu der durch die Vorsprünge 32 und 33 des Flansches 28 gehenden Linie senkrecht steht.

Es sei bemerkt, daß der Durchmesser des Hülsenabsohnitts 21 des Membrangliedes 19 erheblich größer ist als derjenige des Hülsenabschnitts 23 und daß die Wickelfeder 20 eine allgemein konische Umrißform besitzt, so daß sie sich von einer dem Hülsenabschnitt 23 benachbarten Wandung kleinen Durchmessers aus spiralförmig nach außen zu einer Windung großen Durchmessers erstreckt, die sich aus dem dem Hülsenabschnitt 21 benachbarten Flansch 31 abstützt. Bei dieser Anordnung sind die Bauteile ineinandergeschachtelt, und der Dichtungsring 18 hat in Richtung der Achse des Aggregats eine maximale Bewegungsmöglichkeit. Da die einander benachbarten Windungen der Feder 20 jeweils unterschiedliche Durchmesser aufweisen, können sich diese Windungen nicht gegenseitig stören und die genannte Axialbewegung begrenzen. Ferner bietet diese Anordnung insofern einen fertigungstechnischen bzw. wirtschaftlichen Vorteil, da man sowohl den Ring 22 als auch die Scheibe 29 aus einem einzigen Materialstück herstellen kann.

Ein Merkmal des Dichtungsaggregats 10 besteht darin, daß der Dichtungsring 18 im Verhältnis zu den übrigen Bauteilen so gestaltet ist, daß ein Druckausgleich erzielt wird. Ein unter Druck stehendes Strömungsmittel, das sich in dem Raum auf der einen Seite des Dichtungsringes befindet, wirkt auf die eine Fläche 36 des Membranabschnittes 24 und ruft eine Kraft hervor, durch, die der Dichtungsring 18 von dem mit ilhm zusammenarbeitenden scheibenförmigen Bauteil bzw. Ring 14 weggedrückt wird. Dieses unter Druck stehende Strömungsmittel wirkt jedoch auch auf ein Oberflächenstück 37 des Dichtungsringes 18,

so daß eine Ausgleichskraft entsteht, die bestrebt ist, den Dichtungsring gegen den Ring 14 zu drücken.

Ein unter Druck stehendes Strömungsmittel in dem Raum auf der anderen Seite des Dichtungsringes wirkt auf die Fläche 38 des Membranabschnitts 24 und auf die Fläche der Scheibe 29, wodurch der Dichtungsring 18 gegen den mit ihm zusammenarbeitenden Ring 14 gedruckt wird, und dieser Strömungsmitteldruck wirkt ferner auf das Oberflächenstück 39 des Dichtungsringes 18 sowie auf die Oberfläche des Flansches 28, so daß eine Ausgleichskraft aufgebracht wird, die bestrebt ist, den Dichtungsring 18 von dem Ring 14 wegzubewegen. Es stellt sich somit eine Ausgleichswirkung ein, und die einzige Begrenzung, die hinsichtlich des Drucks, dem gegenüber eine Abdichtung bewirkt werden kann, ist durch die Festigkeit der Membran gegeben.

Der Mantel bzw. das Gehäuse 11 trägt an seinen Enden nach innen ragende Flansche 40 bzw. 41, durch die sämtliche Elemente des Aggregats innerhalb des Gehäuses festgehalten werden, so daß die Teile ein vollständiges Dichtungsaggregat bilden. In manchen Anwendungsfällen ist es nicht erforderlich oder nicht erwünscht, ein solches vollständiges Aggregat zu schaffen, und in diesem Falle kann man das Gehäuse 11 fortlassen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist; hierbei kann der Hülsenabschnitt 21 des Membrangliedes 19 unmittelbar an der Innenfläche einer öffnung in einer Wand 42 angreifen.

Fig. 4 zeigt ferner einen Dichtungsring 43 mit einer Dichtungsfläche 44, die ander ihr zugewandten Fläche eines auf der Welle 46 sitzenden Ringteils 45 angreift. Der Dichtungsring 43 hat einen erheblich kleineren Außendurchmesser als der Dichtungsring 18, und er besitzt keine mit den Oberflächenstücken 37 und 39 des Dichtungsringes 18 vergleichbaren Flächen größeren Inhalts, so daß kein Druckausgleich erzielt wird. Jedoch läßt sich der Dichtungsring 43 mit Vorteil in Anwendungsfällen benutzen, bei denen ein unter hohem Druck stehendes Strömungsmittel auf die Innenflädhe 38 des Membranabschnitts 24 wirkt, so daß sich der Andruck zwischen den Dichtungsflächen bei steigendem Strömungsmitteldruck steigert, so daß es keine Schwierigkeiten macht, zu verhindern, daß sich die Diohtuiigsflächen voneinander abheben.

Fig. 5 zeigt, auf welche Weise der Membranabschnitt 24 gestreckt werden kann und eine wie große axiale Bewegung des Dichtungsringes bei der erfindungsgemäßen Konstruktion möglich ist.

Man erkennt, daß zwischen dem Ring 22 und der Muffe 27 durch die Feder 20 ein Drehmoment übertragen wird und daß die Enden der Feder 20 derart umgebogen sind, daß sie sich in nicht dargestellte öffnungen in dem Flansch 31 und der Scheibe 29 erstrecken. Die Scheibe 29 besitzt ferner öffnungen zur Aufnahme von Fortsätzen des Membrangliedes 19, wodurch das Membranglied 19 und der Dichtungsring mit stärkerer Wirkung festgehalten werden, so daß sich die zuletzt genannten Teile gegenüber der Scheibe nicht drehen können.

Es liegt auf der Hand, daß an den beschriebenen Ausführungsbeispielen zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wellendichtung od. dgl. zum Herstellen einer Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Bauteilen, bei der ein Dichtungsring aus sprödem, eine Schmierwirkung hervorrufendem Material mit einer senkrecht zur Drehachse liegenden Fläche mit einer entsprechenden Fläche an einem Bauteil im Eingriff steht und bei der zum Tragen des Dichtungsringes von dem anderen der beiden Bauteile aus eine Traghülse dient, auf der der Dichtungsring zwischen flanschartigen Teilen, und zwar mindestens auf der einen Seite unter Zwischenschaltung eines Teils aus nachgiebigem Material, eingespannt ist, dadurch ge-^ kennzeichnet, daß die den membranartigen Teil (19) aus nachgiebigem Material an den Dichtungsring (18) andrückende flanschartige Scheibe (29) mit ihrer äußeren ringförmigen Kante (30) nach Art einer Schneide in das nachgiebige Material eingreift, und zwar an einer Stelle, die radial außerhalb der Innenfläche (26) des Dichtungsringes (18) liegt.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Art einer Schneide in das nachgiebige Material eingreifende Kante (30) durch tellerförmige Gestaltung der Scheibe (29) gebildet ist.

3. Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die tellerförmige Scheibe (29) tragende Traghülse (27) an ihrem Ende derart aufgeweitet ist, daß die Scheibe (29) an den membranartigen Teil (19) aus nachgiebigem Material angedrückt wird.

4. Wellendichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (18) auch in radialer Richtung von einem hülsenförmigen Teil (23) des Membrangliedes (19) geführt ist, der aber praktisch keine radiale Kraft auf den Dichtungsring ausübt.

5. Wellendichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (18) und der feste Flansch (28) der Hülse (27) und/oder der hülsenförmige Teil (23) des Membrangliedes (19) mit Mitteln (32 bis 35) versehen sind, welche eine Drehung des Dichtungsringes gegenüber den anderen Teilen verhindern.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 645 507.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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