DE2225776A1

DE2225776A1 - Dichtring fuer mechanische dichtungen

Info

Publication number: DE2225776A1
Application number: DE2225776A
Authority: DE
Inventors: Eugene Novosad
Original assignee: Crane Packing Co
Current assignee: Crane Packing Co
Priority date: 1971-07-06
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2141149A5; SE388021B; IT958087B; US3782735A; DE2225776C3; DE2225776B2; GB1373145A; JPS536773Y2; JPS4816273U

Description

Crane Packing Company, Morton Grove, 111., USA

Dichtring fur mechanische Dichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsanordnung für mechanische Qleitdichtungen und insbesondere auf
mechanische Dichtungen sowie auf darin verwendete Dicht· rinpe.

Mechanische Dichtungen werden zur Verhinderung des
Leckens von Flüssigkeit entlang der Welle einer Pumpe
oder dgl, an der Stelle, an welcher sich die Welle zur

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Außenwand eines 'Pumpengehäuses hin erstreckt, verwendet. Bei derartigen Dichtungen werden als laufende Dichtungsflächen ein Paar von miteinander in Berührung stehenden Ringen verwendet, von denen einer gegen die Welle und der andere gegen das Gehäuse abgedichtet ist. Um eine längere Lebensdauer zu erzielen, sollten die Dichtungsringe aus verschiedenem Material bestehen und so gewählt werden, daß sich das Material mit der abzudichtenden Flüssigkeit verträgt. BeL bestimmten Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, sollte einer der Dichtungsringe aus Kohlenstoff und der andere aus einem harten, starren Material, beispielsweise Keramik, bestehen. Leider sind Keramikviaren spröde und können nur einer sehr begrenzten Zugspannung widerstehen. ^T-Iird bei einer VJässerpumpe für das Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eine mechanische Dichtung verwendet, so unterliegt diese großen Temperaturschwankungen, die im allgemeinen als Temperaturschock bezeichnet werden. Solch ein Schock bewirkt, daß sich das spröde Keramikmaterial ungleichmäßig ausdehnt, wodurch ungleichmäßige Zugspannungen entstehen, welche bewirken, daß das Material bricht und die Dichtung nicht mehr arbeitet.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe das Material eines Dichtungsringes einem Temperaturschock widerstehen kann, ohne daß die Wirksamkeit der Dichtung beeinträchtigt wird, von der der Dichtring einen Teil darstellt,

Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Dichtring aus Keramikmaterial zu schaffen, dessen Außenfläche

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von elrem endlosen Band aus wärineleitfähigem Material umgeben ist. Dabei wird das Band gegen die Außenfläche des Dichtringes gedrückt oder auf diese aufgeschrumpft und vielst zur Überleitung von V/arme von demselben an die umgebende Atmosphäre eine sich nach außen erstreckende Rippe auf«

jüine weitere Aufgabe der Erfindung bestellt auch darin, daß ein Dich tr in«: aus hartem, sprödem Material geschaffen wird, dessen Festigkeit durch die Verwendung eines gegen ti ic Außenfläche des Dingos gedrückten Metallbandes .wesentlich erhöht wird, wobei das Band so geformt "'.st, uf-.:> es seine kreisförmige Form beibehält, so daß der Dichtring leicht in dieses eingesetzt werden kann, während das Band ,jedoch so verformt werden kann, daß es sich über· den Dichtring hinaus ausdehnen und auf diesen eine Druckkraft ausüben kann.

VJeiterliin liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, ein ondloses Band für einen Dichtring aus sprödem Material zu schaffen, wobei das Band als Schutz für dieses Material gegen ungleichmäßige Ausdehnung aufgrund eines Temperaturschocks dient. Dabei ist das Band konisch geformt und weist an seijiem größeren Querschnitt einen nach außen gebotenen Bereich auf, welcher in einem Flansch endet, während an kleineren Querschnitt des Bandes für den von diesem umgebenen Dichtring eine Passung mit Übermaß vorgesehen ist. Am großen Querschnitt ist jedoch zwischen dein Band und. dem Dichtring ein Schiebesitz vorgesehen, wobei das Band außerdem so starr ist, daß es bei Handhabur;·- seine runde Form behält, so daß der Dichtring .

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leicht in den Metallring eingesetzt und zu dessen engerem Ende hin geschoben werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Dichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen Dichtring aus leicht brechendem Material mit einer Außenfläche und einer radial angeordneten Dichtfläche, sowie durch eine auf die Außenfläche wirkende einstückige Einrichtung zum Anordnen des Dichtringes unter radialem Druck an einem Ende und zum Übertragen von Wärme vom Dichtring auf die umgebende Atmosphäre am anderen Ende.

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden aus der im folgenden gegebenen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Viertelschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer mechanischen Dichtung mit einem erfindungsgemaßen Dichtring und einem Band;

Fig. 2 eine stark vergrößerte Schnittansicht durch den in Fig. 1 dargestellten Dichtring und das Band vor Anordnung auf einer Welle, wobei der Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 4 verläuft;

Fig. 5 einen der in Fig. 2 gezeigten Schnittansicht ähnlichen Schnitt durch das Band vor dessen Anordnung auf einem Dichtring, und

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Fig. 4 eine Stirnansicht des Dichtringes und des Bandes aus Fig. 1, entlang der Schnittlinie 4-4 aus Fig. 1.

Bei dem zur näheren Erläuterung der Erfindung gewählten Ausführungsbeispiel ist der Dichtring ein endloser Ring 10 mit radial rechteckigem Querschnitt, welcher eine flache und glatte, radial angeordnete Dichtfläche aufweist, gegen welche eine ähnlich flache und glatte, radial angeordnete Dichtfläche 12 eines Dichtringes 13 anliegt, welcher in eine gepreßte Aufnahmehülse 14 axial-, jedoch nicht drehbeweglich angeordnet ist, wobei die Aufnahmehülse in eine Bohrung 15 eines Gehäuses 16 einer Pumpe oder dgl. eingepreßt ist. Gegen den Dichtring 13 einerseits und gegen die Aufnahmehülse 14 andererseits, drückt eine Feder l8 ein biegsames und federndes Manschettenteil 17, wodurch zwischen dem Dichtring und-der Aufnahmehülse eine Flüssigkeitsdichtung bewirkt wird. Die Aufnahmehülse wird ihrerseits gegen das Gehäuse 16 durch die vorgenannte Schrumpfsitzpassung abgedichtet.

Der Dichtring 10 ist bezüglich der Welle 19 der Pumpe durch einen biegsamen und federnden Ring 20, der mit einem Flansch versehen ist, abgedichtet. Der Ring 20 ist zwischen dem Ring 10 und der Welle 19 mit einer Festsitz- oder Schrumpfs!tzpassung angeordnet. Der Flansch 21 auf dem Ring 20 dichtet den Dichtring 10 bezüglich der Nabe eines Pumpenrades 22 ab, wobei beim Einbau des Ringes 20 auf der Welle 19 ein anfänglich axialer Druck darauf ausgeübt wird, während durch die Feder 18 auf dun Ring 10 durch den Dichtring Ij5 und das > ManschettenteLl 17 ein fortlaufender axialer Druck ausgeübt wird.

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Es wird angenommen, daß die vom Pumpenrad 22 geförderte Flüssigkeit beispielsweise Wasser ist, und daß außerdem dieses Wasser zur Kühlung einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug verwendet wird. Somit kann das Wasser plötzlichen Temperaturänderungen unterworfen sein, z.B. beim Warmlaufen nach einem Start bei kühlem Wetter, wodurch andererseits die Dichtung mit dem Dichtring 10 einem Temperaturschock unterworfen wird. Um eine lange Lebensdauer der Dichtung zu erzielen, sollte der Dichtring 10, wie sich zeigte, aus einem harten Keramikmaterial hergestellt werden, jedoch ist solch ein Material nicht dazu geeignet, raschen Temperaturänderungen ohne Brüche zu widerstehen, und ohne sich unter den darauf einwirkenden Zentrifugalkräften aufgrund der Drehbewegung der Welle 10 aufzulösen, wobei die Drehung eine Umlaufgeschwindigkeit von 3.000 UpM oder mehr erreichen kann.

Ein Mittel, das zur Vermeidung von Brüchen und Zusammenfallen des Keramikdichtringes vorgeschlagen wird, besteht darin, einen Hochleistungs-Metallring auf die Außenfläche des Ringes aufzuschrumpfen. Dies erfordert äußerst genaue Dimensionierung des Innendurchmessers des Ringes und des Außendurchmessers des Keramikringes, was in jedem der beiden Fälle sehr kostspielig ist, wie auch das Erwärmen und Aufschrumpfen nach Bildung des Ringes. Zum Schütze einer Kohlenstoffdichtung gegen Bruch und Zusammenfallen wird auch vorgeschlagen, ein gestanztes, zylinderförmiges Band auf die Außenfläche des Kohlenstoffdichtringes zu pressen, jedoch war auch hier das Problem die genaue Dimensioniorung des Baridos und des Dichtringes; außerdem Lcat zusätzlich das Prob-

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lern auf, die Kreisform des Bandes vor dem Aufpressen auf den Dichtring aufrechtzuerhalten.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Metallband 2J zum Schutz des keramischen Dichtringes 10 verwendet, jedoch ist dieses Band so geformt, daß Fehler bei dem zuvor gestanzten Band und bei dem starren, bearbeiteten Ring vermieden werden. In Fig. 3 ist das Band vor dem Einbau über den Keramikring 10 alleine dargestellt. Das Band ist ein Metallstanzstück, welches so gewählt ist, daß sein Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem des Ringes 10 ist. Das Band wird konisch so geformt, daß es am Ende 24 mit Festsitz angebracht ist, und daß es am anderen Ende 25, welches beim Zusammenbau des Bandes mit dem Dichtring das Anfangsende ist, um ca. 0,0254 mm überdimensioniert ist. Das Anfangsende 25 ist außerdem so nach außen erweitert, daß ein kurzer, radial angeordneter Flansch 26 und ein■Verbindungsbereich 27 gebildet werden. ■ '

Der Flansch 26 dient dazu, dem Band 23 Festigkeit zu geben, so daß es beim Zusammenbau mit dem keramischen Dichtring 10 seine runde Form behält, was bei herkömmlichen Bändern dieser Art eine gewisse Schwierigkeit mit sich brachte. Der Bereich 27 vereinfacht das Zentrieren beim Einführen des Dichtringes 10 in das Band 20, Da der Flansch 26 in radialer Richtung steif ist, widersteht er einer Ausdehnung, weshalb der Spielraum von mindestens 0,0254 mm zwischen dem Band und dem Dichtring an diesem Ende ein Ausweiten dieses Endes überflüssig macht. Die konische Form stellt sicher, daß

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ein ausreichender Abschnitt des Bandes über dem Dichtring aufgeweitet werden muß, um damit den erforderlichen radial nach innen wirkenden Druck zu schaffen, der notwendig ist, um ein Zerspringen und Zusammenfallen des keramischen Dichtringes 10 aufgrund von Temperaturänderungen zu widerstehen, wobei keine engen Toleranzen erforderlich sind. Außerdem stellt der Flansch 26 eine Einrichtung zum Ergreifen des Bandes 27) dar, während es über den Dichtring 10 gestreift wird, und trägt weiterhin dazu bei, die Wärme vom Dichtring 10 in die durch die Pumpe geförderte Flüssigkeit abzuleiten, die bei einer Brennkraftmaschine fortlaufend durch ein Gebläse und den Kühler gekühlt wird.

Wird das Band 23 auf einem Dichtring 10 in der in Fig. dargestellten Art und Weise angeordnet, wird der Dichtring 10 über den elastischen Ring 20 gestreift, worauf die gesamte Anordnung vom rechten Ende (vgl. Fig. l) vor dem Pumpenrad 27 auf die Welle 19 gepreßt wird. Im Ring 20 kann eine Innenrippe 29 ausgebildet sein, wodurch unangemessen enge Toleranzen zwischen dem Keramikring 10, dem Ring 20 und der Welle 19 nicht mehr erforderlich sind.

Auch wenn die Erfindung mit Bezug auf einen keramischen Dichtring und einem Metallband (Invar-Typ), welches um" den Ring gelegt ist, beschrieben wurde, so ist sie doch allgemein für jedes leicht brechende Material anzuwenden, wobei das Material für das Band so gewählt wird, daß es einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher so nah wie möglich an den des Ringmaterials herankommt.

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Ist nun das Band über dem Keramikring angeordnet, so wird ein Pestsitz geschaffen, welcher bewirkt, daß der keramisch^ Dichtring 10 sich in einem Druckzustand befindet. Wird' die Temperatur des Dichtringes verändert, dehnt sich der Dichtring aus, wenn die Temperatur ansteigt, jedoch zieht er sich bei abnehmender Temperatur zusammen. Ein rascher Temperaturwechsel stellt einen Temperaturschock dar, welcher bei keramischen Materialien normalerweise zu einem Bruch des Materials führen würde. Die Verwendung des Bandes um den Dichtring 10, um somit den Dichtring unter einem konstanten Druck zu halten, erhöht die Widerstandsfähigkeit des Dichtringes gegenüber TemperaturSchocks, so daß keine Bruchbildung auftritt.

Ist der Ring 10 ein Dichtring, Wie bei dem im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel, so wird die Fläche 11 sehr flach und glatt gearbeitet, während jedoch die gegenüberliegende Fläche 20 nicht fein bearbeitet werden muß. Bei einer hier beschriebenen Anwendung der Dichtung sollte die linke Kante des Bandes 23 (vgl. Fig. 2) so dicht wie möglich an die Fläche 11 herangebracht werden, da dies der Teil des Ringes 10 ist, welcher wegen der Reibung mit der Fläche des Ringes 13 und der durchgepumpten Flüssigkeit am stärksten Temperaturänderungen ausgesetzt ist.

Auch wenn die Erfindung bei einem Anwendungsbeispiel beschrieben wurde, bei welchem Dichtringe mit kreisförmigem Querschnitt verwendet werden, so liegt es auf

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der Hand, daß sie auch mit gleicher Wirksamkeit auf Dichtringe mit mehreckigem Querschnitt, beispielsweise sechs- oder achteckigem Querschnitt usw., angewendet werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1. Dichtungsanordnung für mechanische Gleitdichtungen, gekennzeichnet durch einen Dichtring aus leicht brechendem Material mit einer Außenfläche und einer radial angeordneten Dichtfläche, sowie durch eine auf die Außenfläche -wirkende einstückige Einrichtung zum Anordnen des Dichtringes unter radialem Druck an einem Ende und zum Übertragen von Wärme, vom Dichtring auf die umgebende Atmosphäre am anderen Ende.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Anordnung ein endloses Metallband umfaßt, dessen Innendurchmesser vor dem Einbau auf einem Abschnitt seiner axialen Länge kleiner ist als der entsprechende Außendurchmesser des Dichtringes, während der restliche Abschnitt seiner axialen Länge im zusammengebauten Zustand einen Innendurchmesser aufweist, welcher größer ist als der entsprechende Außendurchmesser des Dichtringes.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Dichtringes zylinderförinig ist, während die Innenfläche der einstückigen Einrichtung vor dem Zusammenbau konisch verläuft, wobei der kleinste Durchmesser der konischen Innenfläche kleiner ist als der Durchmesser der Außenfläche dos Dichtringes, und der größte Durchmesser der konischen Innenfläche größer ist als der Durchmesser der Außenfläche des Dichtringes.

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4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch eine sich vom größten Durchmesser der konischen Innenfläche der einstückigen Einrichtung nach außen erstreckende Rippe zum Übertragen von Wärme vom Dichtring auf die umgebende Atmosphäre.

5· Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Einrichtung ein Metallstanzstück und eine Rippe auf demselben zum Übertragen von Wärme vom Dichtring aufweist, wobei die Rippe mit dem Dichtring durch einen Bereich verbunden ist, welcher den Dichtring in das Stanzstück führt.

6. Dichtungsanordnung nach Ansprüche 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Einrichtung im wesentlichen denselben Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Dichtring.

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