DE1425492C - Dichtungsanordnung mit einem Trägerring - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung zylindrischer Teile gegeneinander mit einem Tragerring, an dem über einen dünnen Hals abbiegbar ein verdickter, im wesentlichen kegeliger Dichtungskragen angeordnet ist, der an seinem Ende eine Dichtungsschneide trägt, die bei axialer Verschiebung des Trägerrings unter Anlage des Kragens gegen ein Widerlager auf die abzudichtende Fläche gedruckt wird, wobei im Trägerring axial einstellbar ein Sperring angeordnet ist, dessen axiales, auf den Kragen gerichtetes Ende als zweites Widerlager zum Festlegen des Kragens dient.

Dichtungsanordnungen dieser Art sind bekannt und weisen eine Dichtung mittels eines in eine Dichtungskante auslaufenden Kragens auf, dessen verdickter Teil axial an einem Grat eines Zwischenringes anliegt. Diese Anlage dient ausschließlich dem Einwärtsbiegen des Kragens, während eine Abdichtung an dieser Stelle durch eine Linienberührung zwischen Dichtungskragen und Zwischenring nicht vorgesehen war. Eine Flüssigkeitsdichtung konnte auch an dieser Stelle nur durch einen Zufall entstehen, weil die Teile gar nicht fein bearbeitet waren.

Außerdem wurde bei der bekannten Ausführung der Druck außen um die Zwischenringe oder durch die Grundfläche zwischen dem Grat und dem Kragen geleitet, so daß der Flüssigkeitsdruck auf die gesamte konvexe Fläche des Kragens wirkte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus der deutschen Patentschrift I 195 108 bekannte Dichtung so weitcrzuentwickeln, daß bei wachsendem Flüssigkeitsdruck auf die Dichtung der Anpreßdruck und damit der Durchschlagdruck verringert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht dadurch, daß bei einer Dichtungsanordnung der angesprochenen Art der Dichtungskragen außer der auf die abzudichtende Fläche fassenden Dichtungskante eine weitere Dichtungskunte zur Verhinderung einer Druckbeaufschlugung auf die gesamte konvexe Fläche des Kragens und an seinem Oberteil eine zur Achse der Dichtung schräggestellte Fläche hat, die den Flüssigkeitsdruck aufnimmt.

Diese neue Wirkung ist in bestimmten Fällen, beispielsweise für die hydraulischen Anlagen von Flugzeugen, von größter Tragweite. Wenn ein Flugzeug auf der Rollbahn steht und der hydraulische Druck auf die Verstellorgane sehr gering ist, faßt die Dichtung sehr fest auf die zu dichtende Fläche, um ein ίο Lecken zu verhindern. Ist das Flugzeug in der Luft und der Druck der Anlage auf seinen normalen Wert gestiegen (etwa 200 bis 400 at), verringert sich der Dichtungsdruck, so daß nur eine geringe Kraft benötigt wird, um die abzudichtende Fläche (Welle od. dgl.) zu drehen oder hin- und herzubewegen.

Die Zeichnung gibt Ausfülirungsbeispiele der Erfindung wieder, und zwar ist

F i g. I ein Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführung, die besonders für hin- und hergehende Teile geeignet ist und einen Durchschlagdruck erzeugt, der umgekehrt proportional dem Flüssigkeitsdruck auf die Dichtung ist,

Fig. 2 ein vergrößerter Teil der Dichtung nach F i g. 1 mit der Ansicht der Dichtungskante des Kra- »5 gens im Eingriff mit einer hin- und hergehenden Stange und des sie umgebenden Gehäuses,

F i g. 3 eine noch weitere Vergrößerung desselben Teils der F i g. I mit einem Kraftdiagramm, das erläutert, warum bei dieser Dichtung das umgekehrte Verhältnis zwischen Durchschlagdruck und Flüssigkeitsdruck vorhanden ist,

F i g. 4 ein Teil-Längsschnitt durch eine abgeänderte Dichtung mit abweichender Form der zweiten oder statischen Dichtungskante, die auf den Kragen wirkt,

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, jedoch mit der Abbildung einer Vorrichtung zum Geringhalten der Ansammlung von Fremdkörpern oder Staub an der dynamischen Dichtungskante der Dichtung und

Fig. 6 eine Kurve, die das.Verhältnis des Durchschlagdrucks zum Flüssigkeitsdruck für eine Dichtung gemäß F i g. I bis 3 zeigt.

In Fig. 1 ist eine Dichtung 10 in dichtendem Eingriff mit einer Stange 11 längs deren zylindrischer Fläche 12, wobei die Stange durch das offene Ende eines Gehäuses 13 ragt. Ein Flüssigkeitsdruck innerhalb des Gehäuses 13 wirkt auf die Dichtung 10, durch die ein Lecken zwischerf der Stange Il und dem offenen Ende des Gehäuses verhindert wird.

Die hauptsächlichen Teile der Dichtung 10 sind

ein runder Trägerring 15 aus Metall, ein Sperring 17 und eine Anzichmutter 18. Alle diese Teile sind rund und koaxial ineinandergeschachtelt und konzentrisch zur Stange 11.

Der Tragerring 15 hat einen starren, runden Körper 19 mit einem Dichtungskragen 20 an seinem einen Ende, der nach innen auf die Stange Il zu gebogen ist. Der Innendurchmesser des Ringkörpers 19 ist erheblich größer als die Stange 11 und bei 19« mit Innengewinde für eine Verschraubung mit dem Sperring 17 versehen.

Der Kragen 20 läuft in eine schmale, am Umfang durchgehende Dichtungskante 21 aus (F i g. 2 und 3), die vorzugsweise die Form eines Zylinders von Bruchteilen von Millimeter Stärke, beispielsweise 0,125 mm, in axialer Richtung hat. Die Dichtungskante 21 kann aber abgerundet oder auch ganz spitz sein; alle diese

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Formen werden unter der allgemeinen Bezeichnung der Stange 11, und der Ring ist in axialer Richtung

»Schneide« zusammengefaßt, die in der Beschrei- langer als der Körper 19, so daß der Sperring durch

bung unter Bezug auf die Dichtungskante 21 manch- die Anziehmutter 18 hindurch für eine Neueinstellung

mal gebraucht wird, da sie eine im wesentlichen ragt, wie nachstehend erläutert wird, während die

lineare Berührung mit der Stange 11 herstellen kön- 5 Dichtung in Betrieb steht.

nen, wenn die Dichtung vollständig ist. Die Anziehmutter 18 hat Innengewinde 33 zum

Der Kragen 20 hat im allgemeinen eine schwach Eingriff mit einem entsprechenden Außengewinde

konische Form in dem Sinne, daß seine Dichtungs- 33 a am äußeren Ende des Gehäuses 13 und ebenso

kante 21 sowohl radial als auch axial gegen die Ring- einen offenen, zentrierten Kopf 34, der radial den

zone 23 abgesetzt ist, an der er mit dem Körper 19 io Körper 19 überlappen und auf diesen Körper der

des Trägerrings verbunden ist. Der Kragen ist Dichtungskante wirken kann. Wenn die Mutter 18

»flach« in dem Sinne, daß in seinem freien, un- auf ihr Gewinde 33 geschraubt wird, zwängt ihr Kopf

gebogenen Zustand die radiale Ausdehnung des 34 den Körper 19 des Dichtungsrings schrittweise

Kragens von der Verbindungsstelle an der Zone 23 tiefer in die Ansenkung 27, um die statische Dich-

zur Dichtungskante 21 (relativ zur Dichtungsachse) 15 tungskante 26 gegen die Grundfläche 29 der Ansen-

merklich die Entfernung übersteigt, um welche die kung zu drücken.

Kante 21 und die Zone 23 axial voneinander getrennt Die runde Dichtungskante 21 kann so gestaltet sind. Anschließend an die Dichtungskante 21 hat der werden, daß der Kreisdurchmesser der Kante, wenn Kragen 20 seine größte Stärke und wird in Richtung der Kragen 20 in seinem freien, unverbogenen Zuauf die Zone 23 an ihrer Verbindungsstelle mit dem 20 stand ist, etwas größer als der Durchmesser der Ober-Ringkörper zunehmend dünner. Der dicke, ring- fläche 12 der Stange 11 ist. In diesem Fall wird die förmige Randteil 25 neben der Kante 21 bewirkt vor- Dichtung zweckmäßig so zusammengesetzt, daß der teilhafterweise eine Reifenstabilität zur Verstärkung Dichtungsring um die Stange 11 in die Ansenkung 27 der Kante 21, wenn der Kragen axial umgebogen eingesetzt und der Kragen 20 axial an den Körper 19 wird. Ebenso dient der dicke, ringförmige Rand 25 25 gebogen wird, indem die Überwurfmutter 18 anals »Wärmeschlucker«, indem er dazu dient, Wärme gezogen wird, bis ein besonderer Durchschlagdruck von der dünnerr Kante 21 schnell abzuführen, die zwischen der Stange 11 und der Dichtungskante 21 beim Hin- und Herbewegen der Stange 11 durch die erreicht ist. Infolge der Abbiegung des Kragens wird Dichtung erzeugt wird. Der Kragen 20 neigt dazu, die Dichtungskante 21 an ihrem Umfang einsich längs seiner dünnen Zone 23 umzubiegen, wenn 30 geschnürt, bis sie fest dichtend an der Stange 11 aner beim Zusammensetzen axial zum Ringkörper 19 liegt. Danach wird der Sperring 17 gegen den Rand bewegt wird. 25 des Kragens 20 angezogen, um ihn fest an der

Die ringförmige Dichtungskante 21 des Kragens 20 Fläche 29 zu halten und an einem Klappern zu ver-

ist die Haupt- oder dynamische Dichtungskante des hindern, wenn die Stange U hin- und herbewegt

Dichtungsrings 15. Außerdem hat der Kragen 20 eine 35 wird.

weitere, messerförmige Dichtungskante 26 an dem Die Dichtungskante 21 kann aber auch so herdicken Randteil 25 (Fig. 1 bis 3). Bei der Dichtung gestellt werden, daß ihr Kreisdurchmesser etwas kleinach Fig. 1 paßt der Körper 19 des Trägerrings 15 ner als der Durchmesser der Stange II ist, wenn der gleitend in eine Ansenkung 27 am Mund des Ge- Kragen in seinem freien, unverbogenen Zustand ist. häuses 13 und wird in dieser Ansenkung durch die 40 In diesem Fall wird der Kragen 20 axial von dem Spannmutter 18 gehalten, die auf die rückwärtige Körper 19 weggebogen, indem der Sperring 17 gegen oder rechte Fläche des Körpers 19 wirkt. Die auf den den Kragen angezogen wird, um die runde Kante 21 Körper 19 durch die Mutter 18 beim Anziehen aus- längs des Umfangs auf einen solchen Durchmesser geübte Kraft drückt die zweite, ringförmige Dich- zu strecken, daß sie über die Stange 11 geschoben tungskante 26 dicht in Anlage mit einer gewöhnlichen 45 werden kann. Nach diesem Aufsetzen wird der Sperr-Dichtfläche 29 einer ringförmigen Schulter 30 des ring 17 neu eingestellt, indem er etwas von dem Kra-Gehäuses 13 am Grund der Ansenkung 27. Die An- gen fort geschraubt wird, um die Kante 21 sich elalage der Dichtungskante 26 an der Fläche 29 unter stisch zusammenziehen zu Jassen, bis sie die Stange Druck genügt, eine statische Dichtung zu bilden und 11 umgreift. Dann wird die Überwurfmutter 18 aneinen Durchtritt von Flüssigkeit aus dem Innern des 5° gezogen, um den Körper 19 und den Sperring 17 zuGehäuses 13 in die Ansenkung 27 zu verhindern, die sammen fest an den Boden der Ansenkung 27 zu den Körper 19 des Rings aufnimmt. Gleichzeitig legt pressen, bis die gewünschte Dichtkraft zwischen der sich die Hauptdichtungskante 21 dicht an die Stange Dichtungskante 26 und der Fläche 29 hergestellt ist. 11 längs einer Linie 21« in Fig. I, um ein Durch- Zum Einstellen der axialen Lage des Sperlings 17 sickern zwischen dem Körper 19 auf dem Sperring 17 55 in der Dichtung ist sein äußeres Ende vorteilhaft wie und der Stange 11 zu verhindern. Beide Kanten 21 bei 35 geschlitzt, so daß der Ring von einem und 26 bewirken im wesentlichen durch Linien- Schraubenschlüssel oder sonstigen, geeigneten Werkberührung mit den Flächen, an denen sie zur Anlage zeug erfaßt werden kann,
kommen. Es ist zu berücksichtigen, daß die Verformung,

Der Sperring 17 ist ein dünner, starrer Zylinder 6° welche die Dichtungskante 21 zwecks abdichtender

mit einem Außengewinde 31, das mit dem Gewinde Anlage an der Stange U erfährt, sehr gering ist und

19 α im Innern des Körpers 19 des Trägerrings 15 in durchaus im Elastizitätsbereich des für die Dichtung

Eingriff kommen kann. Beim endgültigen Zusammen- verwendeten Metalls liegt. So gering sie auch ist, so

bau, wie in Fig. I, wird der Sperring 17 durch den genügt die Verformung doch, um den gewünschten

Körper 19 des Trägerrings 15 geschraubt und seine 65 intensiven Dichtdruck mit bemerkenswerter Gcnauig-

stumpfe Kante 32 dicht an den Rand 25 des Kragens keit zu erzeugen. Außerdem kann die Dichtung

gegenüber der Dichtungskante 26 gedruckt. Schritt für Schritt zusammengesetzt werden, um eine

Die Bohrung des Sperrings 17 hat Gleitspicl auf Abnutzung der Dichtungskante 21 auszugleichen,

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und die Dichtung kann wiederholt zusammengesetzt Linien in Fig. 3 angedeutet ist, etwas abzubiegen

und ohne Schaden auseinandergenommen werden. suchen. Die Dichtung wird so entworfen, daß die

Das Verhältnis des Durchschlagdrucks zum resultierende Einheitslast an der Kante 21, wenn eine

Flüssigkeitsdruck der Anlage wird bei dieser Dich- Wirkung der Komponente R auftritt, immer höher

tung in erster Linie von der Größe und Lage der 5 als der Flüssigkeitsdruck des Systems bleibt.

Ringfläche 40 des Kragenrandes 25 (Fig. 3) be- An Hand der Fig. 3 ist festzustellen, daß die

stimmt. Diese Fläche 40 ist die Fläche des Kragen- Größe der Kraftkomponenten L und R von der

randcs, die dem Flüssigkeitsdruck der Anlage aus- Größe der Fläche 40 und ebenso von dem Winkel A

gesetzt ist, insbesondere die zwischen der Haupt- abhängt, unter welchem sich- die Fläche 40 dem

dichtungskante 21, die sich an die Stange 11 legt, und io Flüssigkeitsdruck bietet. Der Winkel A ist der Winkel

der zweiten Dichtungskante 26 liegende, die sich an zwischen der Fläche 40 und der Achse der Dichtung,

die Fläche 29 legt. Durch Verkleinern des Winkels A wird die Kompo-

Das Kräftediagramm der F i g. 3 veranschaulicht, nente R vergrößert, während die Komponente L verwie die Fläche 40 des Kragens auf Änderungen im kleinert wird. Daher wird durch ein Verkleinern des Druck der Anlage reagiert, um den Durchschlag- 15 Winkels A die Dichtung empfindlicher für Druckdruck zu verändern. Wenn die Dichtung auf eine der änderungen zum Ändern des Durchschlagdrucks der beschriebenen Arten zusammengesetzt wird, erzeugt Stange 11 gemacht. Durch Beobachtung dieser die anfängliche mechanische Einstellung der Mutter Grundsätze hat es ein Konstrukteur weitgehend in 18 und des Sperrings 17 bestimmende statische Be- der Hand, die besondere Charakteristik für den lasüingen der Dichtungskanten 21 und 26. Unabhän- 20 Durchschlagdruck zu bestimmen, den er für eine gegig davon, welche Art des Zusammenbaus angewandt gebene hydraulische Anlage haben will,
wird, können die anfänglichen Kantenbelastungen Eine Dichtung für eine Stange in der Ausführung sorgfältig bei diesen Dichtungen geregelt werden, und und Bemessung der Fig. 3 wurde geprüft, um die das Kriterium für diese Einstellung ist, daß die an- vorsiehenden Grundsätze zu bewerten. Fig. 6 ist ein fängliche Einhcitsbelastung dieser Kanten ständig 25 Diagramm mit den Ergebnissen, die bei den Prüfunwenigstens so hoch oder höher als der Höchstdruck gen erhalten wurden. Bei einem Flüssigkeitsdruck 0 der Flüssigkeit in der Anlage bleiben soll, der auf auf die Dichtung war ein Durchschlagdruck von etwa diese Kanten wirkt, wenn vorausgesetzt wird, daß 43 kg nötig, um eine 25 mm starke Stange gemäß genügend glatte (aber nicht hochglanzpolierte) ent- Stange 11 zu bewegen. Eine Kraft von etwa 18 kg sprechende Flächen vorhanden sind, die im Eingriff 30 war erforderlich, wenn der Druck der Anlage auf mit den Kanten 21 und 26 stehen. Solange der auf 280 at erhöht wurde.

die' Dichtung wirkende Flüssigkeitsdruck 0 oder Fig. 4 ist eine Teilansicht einer Dichtung, bei der nahezu 0 ist, übt die Flüssigkeit keine meßbare eine statische Dichtungskante 45 an einer Schulter 46 Wirkung auf die Dichtungskräl'te an den Kanten 21 des Gehäuses 47 sitzt und sich an die ebene Dich- und 26 aus. und die anfänglichen statischen Belastun- 35 tungsfläche 48 an dem dicken, kreisrunden Kragen gen sind an diesen Kanten mehr als zulänglich, um 49 des Dichtungsrings 50 legt. Der Kragenrand hat ein Durchsickern von Flüssigkeit zu verhindern. eine dynamische Dichtungskante 51, die mit der Außerdem ist aus der Abmessung der Teile ersieht- Stange 52 in Eingriff kommt. Die Dichtung hat ebenlich, daß der Durchschlagdruck bei oder nahe dem falls einen Sperring53, wie der in Fig. 1, und eine Druck 0 lediglich eine Funktion der anfänglichen 40 (nicht gezeichnete) Anziehmutter. Diese Ausführung Einhcitsbelastung ist, die von der Kante 21 radial ist etwas schwieriger als die nach F i g. 1 zu bearbeiauf die Stange 11 ausgeübt wird. ten, weil die Dichtungskante 45 im Innern des Ge-

Wird der Druck der Flüssigkeit in der Anlage ver- häuses 13 bearbeitet werden muß. Die Figur zeigt größert, so wirkt der (durch-kleine Vektoren ρ in aber, daß die statische Dichtungskante 45 unmittel-F i g. 3 veranschaulichte) Flüssigkeitsdruck auf die 45 bar an der Gehäuseschulter, wenn gewünscht, statt Fläche 40 des Kragenrandes 25 mit einer Kraft, die an dem Kragenrand des Dichtungsrings, wie in durch den Vektor/; in Fig. 3 veranschaulicht wird, Fig. 1, angebracht werden kann,
der senkrecht auf der Fläche 40 steht. Die waage- Fig. 5 zeigt eine Dichtung wie die nach Fig. 4 rechle oder axiale Komponente L dieser Kraft P wirkt mit der Abänderung, daß die Bohrung des Trägerso, daß sie den Kragen 20 gegen den Körper 19 50 rings 60 eine Anzahl kreisförmiger Nuten 62 in gedrückt, doch tritt keine wesentliche Abbiegung ein, ringem Abstand hat, die eine Reihe von Graten 63 weil der Kragen durch das dichte Anliegen des vor- bilden, die der anliegenden Zylinderfläche der Stange deren, stumpfen Endes 32 der Hülse 17 am Kragen- 53 dargeboten werden. Die Spitzen der Grate 63 rand 25 gehalten wird. Infolgedessen bleibt die an- haben ein geringes Gleitspiel mit der Stange 52, wenn fängliche mechanische Belastung zwischen der stati- 55 diese hin- und herbewegt wird, und dienen dazu, sehen Dichtungskante 26 und ihrer Fläche 29 im Staub, Schmutz, Fusseln, Fett und andere Fremdwesentlichen — unabhängig von der Druckhöhe in körper in die Nuten 62 zu »wischen«, wenn die dem Flüssigkeitssystem — unverändert, und außer- Stange in der Figur axial nach links bewegt wird, dem hat die Komponente L keine Wirkung auf den Dementsprechend verhindern die Grate 63 und die Durchschlagdruck. 60 Nuten 62 den Transport des größeren Teils solcher

Die senkrechte oder radiale Komponente R der Fremdkörper zu der dynamischen Dichtungskante 51,

Druckkraft /' beeinflußt jedoch unmittelbar den die andernfalls unter der Kante 51 abgelagert werden

•Durchschlagdruck. Die Komponente R wirkt radial und sie beschädigen könnten.

auf die Kante 21 in der Weise, daß sie die kreisrunde Merkmale der Zeichnungsbeschreibung, die nicht Kante am Umfang auszudehnen strebt und so etwas 65 ins Patentbegehren aufgenommen sind, gehören nicht von der anfänglichen mechanischen Belastung auf- zum Gegenstand der Erfindung, sondern sind ledighebt. Diese Komponente R kann sogar die dünne lieh um des besseren Verständnisses der Erfindung Zone 23 des Kragens 20, die durch die gestrichelten willen beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dichtungsanordnung zur Abdichtung zylindrischer Teile gegeneinander mit einem Trägerring, an dem über einen dünnen Hals abbiegbar ein verdickter, im wesentlichen kegeliger Dichtungskragen angeordnet ist, der an seinem Ende eine Dichtungsschneide trägt, die bei axialer Verschiebung des Trägerrings unter Anlage des Kragens gegen ein Widerlager auf die abzudichtende Fläche gedruckt wird, wobei im Trägerring axial einstellbar ein Sperring angeordnet ist, dessen axiales, auf den Kragen gerichtetes Ende als zweites Widerlager zum Festlegen des Kragens dient, nach Patent 1195 108, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskragen (20; 49) außer der auf die abzudichtende Fläche (12) fassenden Dichtungskante (21) eine weitere Dichtungskante (26) zur Verhinderung einer Druckbeaufschlagung auf die gesamte konvexe Fläche des Kragens (20; 49) und an seinem Oberteil eine zur Achse der Dichtung (10) schräggestellte Fläche (40) hat, die den Flüssigkeitsdruck aufnimmt.