DE2344290A1 - Dichtung zum einbau zwischen ein festes und ein drehbares bauteil - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. VAN DER WERTH DR FRANZ LEDERER

2i HAMBURG 9O 8 MÜNCHEN 8O

WILSTORFER STR. 33 - TEL. (0411) 77 08 61 LOCItE-CRAHN-STR. 32 - TEL. (OS 11» 47 29

31.8.1973

Anmelder: Societe Internationale de Mecanique Industrielle S.A., 37 Rue Notre-Dame, Luxemburg/Luxemburg

Dichtung zum Einbau zwischen ein festes und ein drehbares Bauteil

Gegenstand des Hauptpatents ..... (der zugehörigen Hauptanmeldung P 22 16 909.1-12) ist eine Dichtung zum Einbau zwischen ein festes und ein drehbares Bauteil mit einer elastischen und isolierenden Membran, die mit einem ihrer Enden mit einem der Bauteile verbindbar ist, während ihr anderes Ende einen durch eine elastische Kraft beanspruchbaren Dichtring trägt, wobei diese Kraft eine abdichtende Reibungsberührung mit einer ebenen Fläche des anderen Bauteils bewirkt; dabei ist diese Dichtung dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Beanspruchung nicht durch eine Feder, sondern durch die elastische Kraft der Membran selbst bewirkt ist, die in Hinblick auf eine Arbeit bei Schubbeanspruchung angeordnet und bestimmt ist.

Zur Erreichung dieses Ergebnisses kann vorgesehen sein, daß die Membran mit ihrem rückwärtigen Teil und ihrem vorderen Teil nach der Montage einerseits mit dem festen Bauteil oder dem drehbaren Bauteil und andererseits mit dem Dichtring, der sich am drehbaren Bauteil oder am festen Bauteil abstützt," in verschiedenen Abständen von der Drehachse des drehbaren Bauteils in Berührung bringbar ist

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und zwischen ihrem rückwärtigen Teil und ihrem vorderen Teil einen verhältnismäßig dünnen zentralen Teil aufweist, der unter dem Einfluß eines aus den auf das rückwärtige Teil und das vordere Teil ausgeübten Drücken resultierenden Moments elastisch verbiegbar ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die in den Figuren 9 vmd 10 des Hauptpatents dargestellte Ausführungsform einer solchen Dichtung, deren ringförmige Membran einen U-förmigen Querschnitt besitzt, dessen äußerer und zur Anordnung an den festen Bauteil bestimmter Arm mittels eines Rings verstärkt ist.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß das freie Ende dieses Rings in vorteilhafter Weise verlängert und nach innen gezogen sein sollte, um einen Anschlag für den zentralen Teil der Membran zu bilden.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt; im einzelnen zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform, wobei der untere Teil im freien Zustand, d.h. vor der Montage, und der obere Teil in betriebsbereiter Stellung dargestellt sind,

Fig. 2 eine Vorderansicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform,

Fig. 4 eine Vorderansicht dieser Ausführungsform,

Fig. 5 Schnitte durch weitere Ausführungsformen und bis 7

Fig. 8 eine Vorderansicht der letzten Ausführungsform.

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In jeder dieser Figuren ist ein festes Bauteil 1 und ein drehbares Bauteil 2 erkennbar, wobei letzteres mit einer drehbaren Welle 3 fest verbunden ist. Zwischen das feste Bauteil und das drehbare Bauteil sind Dichtungen verschiedener Arten eingesetzt, die je eine Membran besitzen, die durch einen Ring 5 verstärkt ist und deren rückwärtiger Teil 6 sich am festen Bauteil 1 abstützt, während ihr vorderer Teil 7 einen Dichtring 8 trägt. Zwischen dem vorderen und dem rückwärtigen Teil besitzt die elastische Membran 4 einen zentralen Teil 9, der in betriebsbereitem Zustand einem Moment ausgesetzt ist. Infolge seiner Elastizität ist dieser Teil bestrebt, den Dichtring 8 mit der Reibungsfläche 10 des drehbaren Organs 2 in Berührung zu halten.

Das freie Ende des Metallrings 5 ist nach innen gezogen, um einen Anschlag für den zentralen Teil 9 der Membran 4 zu bilden.

"Der Vorteil dieser Ausbildung besteht in der Schaffung einer axialen Selbstpressung, die vom Druck des abzudichtenden Mediums hervorgerufen wird, das sich sehr häufig bei A befindet. Diese Selbstpressung ■wirkt wie eine progressive Kraft in Abhängigkeit des Drucks des abzudichtenden Mediums, der sich zu der von der Membran stammenden Axiallast zugesellt.

Die Verlängerung 10 des Reibrings 8 besitzt eine Länge, die ausreicht, den gesamten schlauchförmigen Teil der Membran während ihrer radialen Verbiegung unter der Einwirkung des Drucks des Mediums abzustützen. Wenn der Druck p, des Mediums im Bereich A und ein äußerer Druck p_ bei B herrscht, übt der Druck ρ seinen Einfluß auf die gesamte auf der Seite A gelegene Verbindungsfläche aus. Die sich aus diesem Einfluß ergebenden Reaktionen übertragen sich mittels ausschließlich axialer Kräfte, die als Funktion theoretischer und praktischer Kenntnisse berechnet werden können, die man über die Arbeits-

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weise der Dichtung besitzt. Des weiteren sind die axialen Reaktionen des Drucks, der auf den oberhalb des Durchmessers E gelegenen Teil 9 der Dichtung einwirkt, vollständig von der festen Scheibe des Metallrings 5 absorbiert.

In umgekehrter Richtung ruft der Druck ρ eine axiale Schubbewegung entsprechend der zwischen den Durchmessern C und E gelegenen Fläche hervor, und diese Schubbewegung bewirkt eine Abstützung des Reibrings 8 am Sitz des drehbaren Bauteils 2.

Zwischen den miteinander in Berührung stehenden Reibflächen des Rings 8 und des drehbaren Teils 2 bildet sich ein in den Unebenheiten gelegener Mediumfilm aus, dessen Druck praktisch im Bereich zwischen dem Durchmesser C, wo er gleich dem Druck ρ ist, und dem Durchmesser D, wo er gleich dem Druck p» ist, linear abnimmt. Diese sich aus dem Film ergebende Reaktion steht im Widerstand zu der Kraft, die der Mediumdruck auf die zwischen den Durchmessern C.»und E gelegene Fläche ausübt. . ·

Schließlich stellt sich folgende Gleichgewichtsbeziehung ein: (unter Vernachlässigung der Einwirkungen des Drucks auf die Kautschukmembran, da diese Einwirkungen zwar im Sinne einer Selbstpressung vorhanden, jedoch im Verhältnis vernachlässigbar sind)

Ft = Fm + k (p - ρ ) .

Hierbei ist:

Ft die Gesamtkraft zwischen den Reibungsflächen bei dem Druck ρ , Fm die von der Membran stammende Axialkraft,

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Der Koeffizient k soll zur Erreichung der Wirkung der angestrebten Selbstpressung positiv sein. Der Wert von k kann auf einen Optimalwert (beispielsweise 10 N/bar) durch entsprechende Anpassung der Durchmesser C, D und E eingestellt werden. Bekanntermaßen steht der größte Teil von Kühlkreisläufen von Automobilmotoren unter Druck, und ist die Eigenschaft der Selbstpressung für die Erreichung einer absolut dichten Wasserpumpenverbindung bzw. Abdichtung in Abhängigkeit vom Druck des Mediums bzw. der Flüssigkeit, die zurückzuhalten sind, äußerst interessant.

Die Hinzufügung der Anwendung einer zusätzlichen Kraft ist außerdem besonders wirksam, wenn die Dichtung keine Metallfeder besitzt und beim Vorhandensein eines unter Druck stehenden Mediums, das abzudichten ist, bzw. einer entsprechenden Flüssigkeit wirkungsvoll arbeiten soll.

Ein weiterer durch die vorliegende Erfindung erreichter Vorteil besteht

» in der drehfesten Haltung des Reibrings 8 mittels an der Membran 4

vorgesehener Mitnehmer 13,

Diese merkliche Festhaltung wird aufgrund des möglicherweise verhältnismäßig beträchtlichen Axialabstands zwischen dem als Stütze für das als festes Bauteil 1 anzusprechende Gehäuse dienenden rückwärtigen Teil 6 und Aussparungen 14 im Reibring 8 bei praktisch senkrechter Anordnung der Reibflächen des Rings 8 und des als Gegenring zu verstehenden drehbaren Bauteils 2 bewirkt. Des weiteren kann sich keine Störkraft zur gegenseitigen Trennung der Reibflächen ausbilden, die aus einem Moment resultiert, das seinen Ursprung darin findet, daß ein Mitnehmer 13 geringfügig in Winkelrichtung zu den anderen infolge einer unvermeidlichen Herstellungsungenauigkeit versetzt ist. Die Größe dieses schädlichen Moments ist proportional dem Axialabstand zwischen den Mitnehmern und der von den Reibungsflächen gebildeten-

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Ebene. Es ist also von größter Wichtigkeit, diesen Abstand auf ein Minimum zu reduzieren, was im Rahmen der Erfindung geschehen ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 wird die Mitnahme des Reibrings 8 in Drehrichtung mittels der Membran 4 durch gegebenenfalls zylindrische Köpfe 15 erreicht, die von der Membran 4 ausgehend in entsprechenden Löchern des Rings 8 aufgenommen sind. Die vorgesehene Mitnahme bietet des weiteren eine interessante elastische Fortschrittlichkeit, indem, sie die Ausschaltung von Vibrationen infolge der Reibung ermöglicht. Die genannten Köpfe sind Bestandteil der elastischen Masse der Membran und gleichzeitig mit dieser hergestellt. Sie lassen sich in entsprechender und zweckmäßiger Weise für die Erzielung einer mehr oder weniger starken Mitnahme dimensionieren.

Fig. 8 zeigt ferner eine besondere Art der Verankerung des Endes 7 "der Membran 4 am Reibring 8. Sie besteht aus zwei Ringnuten im Ring 8, in denen das U-förmige Ende 7 der Membran 4 unter Druck eingeschoben ist.

Des weiteren ist es gemäß Darstellung in Fig. 5 interessant, derartige elastische Köpfe 15 zur Verstärkung der Wirkung des elastischen Axialschubs der Membran zu verwenden. In diesem Fall sind die Löcher 16 des Reibrings 8 als Blindlöcher ausgeführt, und ist die Basis der Mitnehmerköpfe an ihrem außerhalb der Löcher gelegenen Bereich konisch gestaltet.

Fig. 6 zeigt eine andere Art der Verankerung des Teils 7 der Membran in dem Reibring 8 durch Einfügung bzw. Einpassung. Aufgrund der Vorsehung eines Verstärkungsrings 16 kann die Dichtung ohne übermäßige Deformation der Membran arbeiten, wenn der Druck bei B größer als der Druck bei A ist.

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Bei der Dichtung der Fig. 7 ist die Art der Anordnung des Teils 7 der Membran 4 am Ring 8 geringfügig anders, und zwar dadurch, daß ein gegossener Ansatz in eine Nut im Ring 8 eingreift. Diese Anordnung erlaubt eine sehr wirkungsvolle axiale Verbindung zwischen dem Reibungsring und dem übrigen Teil der Dichtung.

Eine besonders interessante Variante der vorliegenden Erfindung betrifft das aus den Figuren 7 und 8 ersichtliche System zur rotationsfesten Lagerung des Rings 8. Die elastischen Mitnehmer 13 der Membran erstrecken sich in Radialrichtung viel weiter als in den Figuren 1, 2 in Richtung auf den Reibring 8, um eine gewisse Elastizität bei einer Rotationsbeanspruchung des Rings 8 unter Einwirkung von Reibungskräften zu besitzen. Es besteht also der bereits oben in Zusammenhang mit Fig. 3 erläuterte Vorteil der progressiven winkligen Festhaltung.

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Claims (7)

1. 31-8.1973

   Patentansprüche

   l/ Dichtung nach Anspruch 2 des Hauptpatents (P 22 16 909.1-12),

   deren ringförmige Membran einen U-förmigen Querschnitt besitzt, dessen äußerer und zur Festlegung an dem festen Bauteil bestimmter Arm durch einen Ring verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring (5) an seinem freien Ende verlängert und nach innen eingezogen ist, um einen Anschlag für den zentralen Teil (9) der Membran (4) zu bilden.
2. 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibring (8) eine Verlängerung (10) seines Teils mit einem geringeren Durchmesser besitzt, deren Länge ausreicht, den gesamten inneren Arm des U-förmigen Querschnitts der ringförmigen Membran (4) abzustützen.
3. 3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (7) des inneren Arms der Membran (4) mit einer Ringzone des Rings (8) in Berührung steht, deren äußerer Durchmesser (C) und deren innerer Durchmesser (D) größer bzw. kleiner als der Maximaldurchmesser (E) der Außenfläche des inneren Arms des U-förmigen Querschnitts der Membran (4) sind.
4. 4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) über Köpfe (15) verfügt, die in zu diesem Zweck in dem Ring (8) vorgesehenen Löchern (16) eingreifen.

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5. 5. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese
   Löcher (l6) Blindlöcher sind und die Basis der Köpfe (15) an dem außerhalb der Löcher (16) befindlichen Bereich konisch gestaltet sind. ,
6. 6. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (7) des inneren Arms der Membran (4) in dem Ring (8) eingekapselt ist.
7. 7. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkungsring (17), der die Außenfläche des inneren Arms des U-förmigen Querschnitts der Membran (4) umgibt, die Möglichkeiten der Deformation nach außen beschränkt.

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   AO

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