DE2360069A1

DE2360069A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE2360069A1
Application number: DE2360069A
Authority: DE
Inventors: Edwin Joseph Eckert
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1974-06-06
Also published as: JPS5716265B2; CA985714A; IT997650B; US3826506A; BR7309144D0; JPS4982849A; GB1447894A; FR2208494A5

Description

Hamburg, den 27· November 1973 148273 ο 1072

Priorität: 29. November 1972, U₀S.A₀, Pat.Arm.Nr. 310 245

Anmelder:

Caterpillar Tractor Co₀
Peoria, 111.;, U,ScA₀

Dichtungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stirnflächen-Dichtung für relativ drehbare Teile„

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Stirnflächen-Dichtung mit einem Dichtungsring aus Metall, einem Halteteil und einem zusammendrückbaren ringförmigen Teil, welcher zwischen geneigten Flächen des Dichtungsringes und des Haltegliedes sitzt, um den Dichtungsring zu halten und die Stirn-

α -; 409823/0392

flächenbelastung bzw. den Stirnflächen druck am Dichtungsring zu erzeugen»

Elastisch gehaltene Stirndichtungen sind schon längere Zeit bekannte Eine der ersten bekannten Anordnungen dieser Art ist in der US-Patentschrift 1 862 887 (Durdin) vom Ί4-_ο Juni 1952 beschriebene

Die Verwendung eines zusammendrückbaren Ringgliedes zwischen geneigten Flächen einer Ringdichtung und eines Haltegliedes ist ebenfalls bereits verhältnismäßig lange bekannte Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der US-Patentschrift Nr₀ 2 710 206 (Huber) vom 7„ Juni 1955 beschrieben,,

Die Belastung oder der Druck an der Dichtfläche des Dichtungsringes ist durch das Maß der Zusammendrückung des elastisch nachgiebigen, ringförmigen Zwischengliedes gegeben» Die Dichtung ist besonders wirkungsvoll, wenn eine verhältnismäßig konstante Flächenbelastung aufrechterhalten wird» Dies trifft insbesondere für verhältnismäßig dünnwandige Metall-Dichtungsringe zu, welche eine gewisse Elastizität aufweisen«

Beim normalen Arbeitseinsatz solcher Stirnflächen-Dichtungen, beispielsweise beim Einbau in eine Spurketten-V.alzenanordnung, ist notwendig eine gewisse Bewegung des Haltegliedes bezüglich des Dichtungsringes vorgesehen. Bei einem in den meisten

409823/0392

236006S

Fällen üblicherweise/als Zwischenglied verwendeten Ring mit Kreisquerschnitt führt diese Bewegung zu einer Veränderung der Zusammenpressung des Ringes, wenn der Ring entlang den abgeschrägten Teilen in verschiedene Stellungen gewälzt wird_o Diese Unterschiede bei der Zusammenpressung des Ringes führt zu einer Veränderung des Stirnflächen-Druckes der Dichtung_o

Die Erfindung bezweckt daher hauptsächlich, für eine Stirnflächen-Dichtung eine Konstruktion mit einem zwischen schrägen Fläehen zusammengepreßten Ring zu schaffen,·bei welcher über den Bereich der während des normalen Betriebes auftretenden Bewegung des Haltegliedes bezüglich der Dichtung eine im wesentliche gleichförraige/Selastung erzeugt werden soll_o

Ein elastischer Zwischenring hat nach der Erfindung einen Querschnitt', welcher zu einer vertikalen und einer horizontalen Achse des wulstförmigen Querschnittprofils symmetrisch ist» Jedes Viertel des Querschnittes des Ringes hat erfindungsgemäß eine gekrümmte Außenfläche, und der Krümmungsmittelpunkt jeder·gekrümraten Außenfläche liegt in dem jeweils diagonal gegenüberliegenden Viertel des Ring-Querschnittes» Die Krümmung der Außenflächen ist derart, daß während der axialen Bewegung des Haltegliedes bezüglich des Dichtungsringes im Arbeitszustand der Dichtung en verhältnismäßig konstanter Durchmesser des Ringes erhalten bleibt« Die Neigungswinkel der Schrägflächen des Haltegliedes und des

409823/0392

236006S

Dichtungsringes sind erfindungsgemäß gleiche Der verhältnismäßig konstante Durchmesser des Ringes erzeugt eine verhältnismäßig konstante Stirnflächenbelastung während sämtlicher Betriebszustände der Stirnflächendichtung.

Der ^xting ist erfindungsgemäß außerdem mit Anflächungen ausgebildet, die beim Einbau des Ringes mit entsprechenden Anflächungen des Haltegliedes und des Dichtungsringes in Eingriff kommen«. Die Anflächungen sind gegenüber den ochräglächen versetzt und sorgen in Verbindung mit der Krümmung des ringförmigen Wulstes für einen sofortigen Anstieg der Gtirnflächenbelastung, sobald der eingebaute Ring von den Anflächungen weggewälzt wird_o

Die Anflächungen am Halteglied und am Dichtungsring sxnd bezüglich der Schrägflächen versetzt, und der Ring besitzt radial vorstehende Lippen, welche als Halteorgane wirken, um den Ring für die Dauer der ursprünglichen Anordnung in Stellung zu halten»

erfindungsgemäße Konstruktion aus Halteglied, elastischem Zwischenring und Dichtungsring mit den vorstehend beschriebenen besonderen Merkmalen ist einfach und betriebssicher und die beschriebene angestrebte Wirkung, einer im wesentlichen gleichförmigen Belastung wir8 ohne zusätzliche Maßnahmen im wesentlichen dadurch erreicht, daß der verwendete Zwischen-

409323/0392

236006S

ring ein nicht kreisförmiges Querschnittsprofil aufweist»

Durch das erfindungsgemäß ausgebildete, nicht kreisförmige Querschnittsprofil wird mit der anfänglichen, beim Zusammenbau der Anordnung auftretenden nach innen gerichteten Axialbewegung des Haltegliedes bezüglich des Dichtungsringes ein schneller Anstieg der Stirnflächenbelastung erreichte Danach ergibt sich über einen ausgedehnten Bereich einer während des Betriebes einer Stirnflächendichtung auftretenden axialen Einwärtsbewegung des Haltegliedes bezüglich des Dichtungsringes eine im wesentlichen konstante Stirnflächen-Belastung«

weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, deren grundsätziehe Wirkungsweise und die .besten Betriebsarten für deren Anwendung beispielsweise erläutert und dargestellt sind_o
Dabei zeigen :

Figo 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Spurwalzenanordnung mit einer bekannten aus Halteglied, Zwischenring.und Dichtungsring zusammengesetzten Kombination zur Veranschaulichung eines möglichen Einsatzgebietes für die Erfindung,

409823/0392 _r

Figo 2 ' eine erfindungsgemäß aufgebaute Kombination

aus Halteglied, Zwischenring und Dichtungsring in ihrer anfänglichen Kinbaustellung,

Figo 5 die Kombination nach Figo 2 in einer Stellung,

in der die Haltegliij der in eine mittlere Betriebsstellung bewegt worden sind,

Figo 4 die gleiche Kombination in einer Stellung, die

erreicht wird, wenn die Halteglieder während des Betriebe» so weit wie möglich axial zueinander bewegt wurden,

Figo 5 eine vergrößerte Ansicht des Querschnittprofils

des in Fig. 2 bis 4 dargestellten Torus, und

Fig_o 6 eine graphische Darstellung der Stirnflächenbelastung über der Verschiebung des ^alteglMes bezüglich des Dichtungsringes_o

In Figo 1 ist eine Anordnung einer Spurketten-Walze allgemein mit 11 bezeichnet« Die Spurwalzen-Anordnung enthält eine nach dem Stand der Technik aufgebaute Kombination aus Halteglied, Zwischenring und Dichtungsring, wie sie z.Zt. im großen Umfang benutzt wird_o Die gezeigte Spurwalzen-Anordnung 11 ist durch die US-Patentschrift 3 180 648 (Kupfert et al) bekannt»

An jedem -tvnde der Spurwalze stehen zwei Dichtungsringe 20 und 22 mit ihren Stirnflächen in abdichtender Berührung» --iingteile 28 sind zwischen schrägen Flächen an den Dichtungsringen

409823/0392 - 7 ~

236Q06S

und schrägen Flächen an Halteteilen 18 und 19 zusammengedrückt O

Die einander berührenden Dichtungsringe 20 und 22 halten ein Schmiermittel im Inneren der Spurwalzen-Anordnung 11 und verhindern das Eindringen von Fremdstoffen„

Die einander berührenden Dichtungsringe 20 und 22 sind einer relativen Drehbewegung unterworfen, weil die Spurwalze 10 auf dez* Spurkette umläuft und sich bezüglich der am Fahrzeugrahmen befestigten Welle 16 drehte

Die Welle 16 und ein zugeordneter Halteteil 18 sind während des normalen Betriebes in einem gewissen Umfang bezüglich der Spurwalze 1^U und den zugehörigen Halteteilen 19 axial verschiebbare Diese axiale Verschiebung bewirkt, daß sich die Zwischenringe 28 auf den schrägen Flächen 24 und 26 der Halteteile und der Dichtungsringe abwälzen oder abrollen und damit in verschiedene Stellungen gelangen, was wiederum zu einer Veränderung der Stirnflächenbelastung oder des Stirnflächendruckes führt, mit welchem die Dichtungsringe 20 und 22 in Berührungseingriff sind«,

Diese Axialbewegung .muß ausgeglichen werden, jedoch muß die btirnflächenbelastung an den Dichtungsringen innerhalb bestimmter Kleinst- und Größt-Werte aufrechterhalten werden»

A09823/0392 _₈

236006S

Übermäßige Stirnflächenbelastungen können dazu führen, daß die Dichtungsringe durch Reibung aneinander scheuern und abgenutzt werden» Bei zu geringen Stirnftächenbelastungen besteht die Gefahr, dais Fremdstoffe zwischen die Dichtungsringe eindringen können,.

Die bekannten Dichtungsringe 28 nach Fig. 1 haben einen Kreis-Querschnitt, und die Schrägflächen 24 der Halteglieder 18 und iy sind bezüglich der Schrägflächen 26 der Dichtungsringe 20 und 22 geringfügig abgewinkelt, um eine gewisse Konvergenz zu erzeugen,, Mit einem Zwischenring mit kreisförmigen Querschnitt nach Figo 1 ist diese Konvergenz notwendig, um das erforderliche Mindestmaß der Stirnflächenbelastung aufzubringen, wenn die Halteglieder 18 bei der Montage der in Figo 1 dargestellten opurwalzenanordnung axial nach innen bewegt werden. Da die Schrägflächen aufeinander zu laufen und der Zwischenring einen Kreisquerschnitt hat, ändert sich die ,i-fcij^nflächenbelastung im wesentlichen linear mit der axialen Bewegung der ,'/eile 16 und der zugehörigen Halteglieder 18 bezüglich der opurwalze 1¹^ mit den zugehörigen Haltegliedern 19o Dies ist in Fig„ 2 durch die mit "Stand der Technik" bezeichnete Kurve veranschaulicht«

Erfindjjngsgemäß ist ein elastisch nachgiebiger Ringkörper 17A mit einer verbesserten äußeren Umfangsfläche ausgebildet, wie

409823/0392 -9-

236006S

am deutlichsten in Pig. 5 ge'zeigt ist, versehen, um während der Axialbewegung das Haltegliedes bezüglich des Dichtungsringes eine im wesentlichen gleichförmige Stirnflächenbelastung der i)ichtunp;snnge zu erzeugen. Der Ringkörper ist Haltegliedern 19A una 21A und Dichrungsringen 1JA und 15A zugeordnet, wie in Ji¹Ig₀ 2 bis 4- dargestellt isto Der Neigungswinkel der Schrägflächen 31 der Halteglieder ist jeweils gleich den Neigungswinkeln der Schrägflächen 33 der Dichtungsringe _o Die Neigung beträgt im jeden Fall vorzugsweise etwa 10 gegen die Horizontale«,

Jedes rtalfceglied hat" eine Anflächung 35 > welche gegenüber der Schrägfläche 31 abgesetzt ist_o

Jeder Dichtungsring hat ebenfalls eine gegenüber der Schrägfläche 33 abgesetzte Anflächung 37< >

Der Ringkörper 17A hat, wie am deutlichsten aus Figo 5 zu ersehen istj, an der Oberseite und an der Unterseite seines Querschnittspro'fils Anflächungen 4-1, welche während der Montage der Anordnung bei der Herstellung in die Anflächungen 35 und 37 eingepaßt werden.

Der Ringkörper 17Ay6esitzt außerdem Anflächungen 4-5? welche gegen die Anflächungen 4-1 abgesetzt und mit diesen über eine gekrümmte Schulter 4-5 verbunden sind» Die Schultern 4-5 kommen

409823/0392

236006S

mit konkav gekrümmten Verbindungsflächen zwischen den Anflächungen 35 und den Schrägflächen 31 der Kalte^lieder und zwischen den Anl'lächungen 37 und den üchrägflächen 33 der Dichtungsringe in Eingriffe

Die hier beschriebene vorteilhafte Ausgestaltung des Ring— körpers 17A dient als Haltelippe, um den Ringkörper und die Dichtungsringe während des Zusammenbaus in ihrer Stellung zu halten, sie iig„ 2₀ ■

Fig» 5 zeigt ferner, daß der Hinrkörper 1?A zu einer horizontalen Achse HA unä einer vertikalen Achse VA symmetrisch ist» Der Querschnitt aieser bevorzugten Ausgestaltung des erf in— dungsgeraäßen rtingkörpers 17A- weist somit vier identische Viertel auf_o

Jedes Viertel des Querschnittes des Ringkörpers 17A hat eine gekrümmte Außenfläche 47, deren Krümmungsmittelpunkt jeweils in dem diagonal gegenüberliegenden Querschnittsvietel liegt· Der Krümmungsmittelpunkt ist mit geringem Abstand von der horizontalen Achse und einem etwas größeren Abstand von der vertikalen Achse angeordnete

Die so definierten Viertel sind beginnend mit dem oberen linken Viertel des Querschnittes im Uhrzeigersinn mit ^1 ois ^ bezeichnet. Die Kurvenfläche M-? des Querschnitt-Viertels ^1

40982 3/03 92 -11-

«AD ORfGiNAL

hat dann einen Krummungsmittelpunkt CC1 im Querschnittsviertel Qo eicο

Die Wirkungsweise der beschriebenen Konstruktion ist in Fig. veranschaulichte

Wie Fi;?:. 6 zeigt, steigt die Stirnflächenbelastung schnell an, wenn der Ringkörper 17 beim Zusammenbau der Anordnung aus der Anflächung des Haltegliedes und des Dichtungsringes ausgewalzt und gestreckt wirdc

Die fcitirnfläcnenbelastung bleibt dann für einen vern ältnismäüig lanzen Bewegungszeitraum während einer Verschiebung· von etwa 0,20'' bis etwa 0,4-5'' (1 ' ' = 25,4-0 mm) im wesentlichen konstant, wenn das Halteglied 19A bezüglich des zugeordneten Dichtungsringes 13A axial nach innen bewegt wird_o

Dabei tritt ein Hysterese-Effekt zwischen der Bewegung bei Belastung und der Bewegung bei Entlastung auf, wie Fig_o 6 ebenfalls zeigte Der erfindungsgemäße Ringkörper 1?A hält jedoch einen ausreichend hohen Stirnflächendruck auch während der i-.ntlastungs-Bewegung aufrecht, um eine Trennung der Dichtungsringe und damit das Eintreten von Fremdstoffen zwischen die Dichtungsringe zu verhindern«,

- AN ;i'Rt^s0HE ~ '409823/0392 W ORIGINAL

Claims

236006S

ANSPRUCHE

1-0 Dichtungsanordnung mit einem zwischen Schrägflächen eines Halteteiles und eines Dichtungsringes zusammengepreßten elastisch nachgiebigen Ringkörpers zur Halterung des Dichtungsringes und zur Erzeugung des Dichtungsdruckes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungsring (13A, 15^A) mit einem radial vorstehenden Flansch und einem Dichtungsbereich an der vorderen Stirnfläche des Flansches vorgesehen ist, dais der Dichtungsring einen axial .sich erstrekkenden Körper mit einer an dessen Außenseite vorgesehenen schräg geneigten Fläche (33) aufweist, daß ein Halteglied (19A, 21A) mit einer dem Dichtungsring zugekehrten schrägen Fläche (31) vorgesehen ist, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der schrägen Fläche des Dichtungsringes, dali ein elastisch nachgiebiger Ringkörper (17A) zwischen den beiden οehragflachen zusammengepreßt ist, daß das Halteglied bezüglich des Dichtungsringes axial bewegbar und über dessen Schrägfläche verschiebbar ist, und daii der Ringkörper (17A) mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist, welcher den Schrägflächen des Haltegliedes und des Dichtungsringes derart zugeordnet ist, dais bei der axialen Bewegung des Haltegliedes in Richtung auf den Dichtungsring beim Zusammenbau der Anordnung zuerst ein schneller Anstieg des Stirnflächen-Druckes auftritt, und daß dann während des Betriebes über einen breiten Bereich der axialen Bewerung des Halte^liedes zu üem Dichtungsring der Stirnflächen-Druck im wesentlichen konstant ist„ A09823/U3 9 2

2_C' Dichtungsanordnung nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kingkörper (17A) bezüglich einer vertikalen und einer horizontalen Achse seines Querschnittes symmetrisch ausgebildet ist und daii «jedes Viertel (Q1 bis Q4) des Querschnittes eine gekrümmte Außenfläche (4-7) mit einem Krümmungsmittelpunkt (GC 1 bis CC4-) in dem diagonal gegenüberliegenden· Viertel des Querschnittes aufweist«,

3ο Dichtungsanordnung nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schrägfläche (31, 33) am Anfang der Abschrägung eine Anflächung (35» 37) aufweist, und daß der Ringkörper (17A) flache Oberflächenbereiche (4-1) aufweist, welche beim Zusammenbau der Anordnungen mit den Anflächungen der Schrägflächen in Eingriff kommen, und daß der Ringkörper gekrümmte Außenflächen hat, welche die Anflächungen (4-1) verbinden, so daß ein plötzlicher Anstieg des Querschnitt-Durchmessers auftritt, sobald der Ringkörper von den Anflächungen abgewälzt oder abgerollt ist ο

4_e Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied (19A, 21A) und der Körper des Dichtungsringes (13A, 15A) jeweils Anflächungen aufweisen, welche bezüglich der Schrägflächen abgesetzt sindj, und daß der Ringkörper (17A) ebene Oberflächen (4-1) aufifeisty welche mit den abgesetzten Anflächungen des Haltegliedes

409823/0392

14 ~

236006S

und des Dichtungsringes in Berührung stehen, und daß der Ringkörper· ferner" radial vorstehende Lippen aufweist, welche als Halteorgane wirken, um den Kingkörper und den Dichtungsring beim Zusammenbau der Dichtungsanordnung in ihrer Stellung zu halten,,

Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Schrägfläche (31) des Haltegliedes gleich dem Neigungswinkel der Schrägfläche (33) des Dichtungsringes ist, so daii keine Konvergenz zwischen diesen ochrägflachen auftritt, und daß die Schrägflächen des Haltegliedes und des -Dichtungsringes jeweils eine AnfMchung (351 37) aufweisen, welche beim Zusammenbau mit jeweils einer Anflächung (41) des ^ingkörpers zusammengepaßt sind, und'daß der Ringkörper gekrümmte Außenfläche (47) aufweist, welche die Anflächungen verbinden und einen plötzlichen Anstieg des Querschnitt-Durchmessers zur Steigerung der Stirnflächenbelastung erzeugen, sobald das Halteglied axial in Richtung auf den üichtungsrxng bewegt wird, um den Ringkörper von der Anflächung ab und auf die Schrägfläche des Halteglie— des und des Dichtungsringes zu walzen, und dais die Krümmungen der gekrümmten Oberflächen derart sind, dais während der beim Betrieb fortgesetzten Bewegung des Haltegliedes in Richtung auf den Dichtungsring der durchmesser des Ringkörpers verhältnismäßig konstant ist_o

409823/0392

Leerse ite