DE2545917A1

DE2545917A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE2545917A1
Application number: DE19752545917
Authority: DE
Inventors: William Kerr
Original assignee: JH Fenner and Co Ltd
Current assignee: JH Fenner and Co Ltd
Priority date: 1974-10-17
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1976-04-29
Also published as: SE419790B; FR2288258A1; FR2288258B1; SE7511633L; IN155519B; US4063741A

Description

ϊ>·-,γ· ι-Vs JVa 13. Oktober 1975

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J.H. Fenner & Co. Limited Hull, North Humberside, England

" Wellendichtung "

Die Erfindung betrifft Wellendichtungen, und insbesondere sogenannte Stirnflächendichtungen oder Gleitringdichtungen, die verwendet werden, um benachbarte, Medien enthaltende Kammern an der Stelle gegeneinander zu isolieren, an der sich eine umlaufende Welle durch eine gemeinsame Wand beider Kammern hindurcherstreckt. Die wesentlichen Bestandteile einer solchen Wellendichtung sind eine Ringdichtung, die an einem stationären

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Teil, wie einem Pumpen- oder ähnlichen Gehäuse anliegt, und Stirnflächendichtung selbst, die ein Verschlußglied bildet, das nachgiebig gegen einen Ringflansch, eine*Nabe oder ein ähnliches Element an einer Welle gedrückt wird, die abzudichten ist. Gewöhnlich wird die nachgiebige Dichtungskraft durch eine Feder ausgeübt, die auf die Stirnflächendichtung einwirkt, um diese in engen Reibkontakt mit einer zugehörigen Gegenfläche zu drücken.

Eine typische Ausbildung einer solchen Wellendichtung ist in der GB-PS 1 206 393 beschrieben. Bei dieser bekannten Wellendichtung ist das Verschlußglied mit einem Rand versehen, der sich axial in die Bohrung der Ringdichtung hineinerstreckt, wo dieser mittels axial gerichteter Nuten, die mit Vorsprüngen in der Bohrung der Ringdichtung zusammenwirken gegen eine Drehbewegung gesichert ist. Eine solche Ringdichtung umfaßt eine steife ringförmig gestaltete Verstärkung.

Um einer solchen Wellendichtung eine genügende Lebensdauer zu geben, ist es wichtig, daß die Reiboberfläche der Dichtung aus einem harten reibfesten Werkstoff gebildet ist, der in der Lage ist, eine gleichförmige Oberfläche zu bilden. Derartige Werkstoffe sind Stahl, Kohlenstoff und Keramik. Solche Werkstoffe sind in vielen Konstruktionen von Stirnflächendichtungen verwendet worden. Jedoch weichere und leichter verformbare Werk-

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stoffe, wie Phenolharze, stellen ein nützliches und wirtschaftliches Mittel zum Erreichen der komplizierten Gestalten, wie sie bei Stirnflächendichtungen der vorbeschriebenen Art erforderlich sind und wurden daher häufig anstelle der schwieriger zu gestaltenden Stähle, Kohlenstoffe und Keramik verwendet.

Der Nachteil vieler bekannter Wellendichtungseinheiten besteht darin, daß es ihre Gestaltung erforderlich macht, daß die Stirnflächendichtung und die Ringdichtung durch Verkleben miteinander verbunden wird. Der bei geklebten Konstruktionen anfallende Ausschuß kann sehr hoch sein und geklebte Verbindungen können sich während einer längeren Benutzungsperiode verschlechtern und Anlaß zu Ausfällen geben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Wellendichtungen bzw. Stirnflächendichtungseinheiten der vorbeschriebenen Art dahingehend zu verbessern, daß die Ringdichtung und das Stirnflächendichtungsglied miteinander verbunden sind, ohne daß diese miteinander verklebt sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Stirnflächendichtungseinheit, die eine in eine Aussparung eines stationären Gehäuses oder eines ähnlichen Bauteiles eingreifende elastomere Ringdichtung umfaßt, die radial innen und außen liegende, axialJgerichtete Schenkel aufweist, die an einem Ende durch eine radial verlaufende Stirn-

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wand miteinander verbunden sind und die mit der Stirnwand zusammenwirken, um eine Ringaussparung in der Ringdichtung zu bilden, in die ein steifer, ringartig gestalteter Verstärkungseinsatz eingefügt ist, der radial und axial gerichtete Bereiche umfaßt, die an entsprechenden Bereichen der Ringdichtung anliegen und diese verstärken, wobei die Ringdichtung eine axial gerichtete Verlängerung an ihrem radial innenliegenden Schenkel aufweist, erfindungsgemäß gelöst, durch eine an dem dem radial innenliegenden Schenkel abgewandten Ende der Verlängerung ausgebildetenund ein Tragelement bildende! Stufe, die ein Verstärktes freies Ende aufweist, wobei das Stirnflächendichtungsglied an dem Tragelement anliegt und durch das verstärkte Ende sowie eine zwischen der Stufe und der übrigen Verlängerung ausgebildete*Schulter zurückgehalten ist, und durch eine Aufnahmehülse, die zumindest die Stufe und den sich an diese anschließenden Bereich der Verlängerung trägt und das verstärkte Ende zwischen sich und einem radial benachbarten Bereich des Stirnflächendichtungsglieöes einpreßt und damit dieses mechanisch an dem Tragelement festlegt.

Die Tatsache, daß das verstärkte Ende der Verlängerung der elastomeren Ringdichtung zwischen das Stirnflächendichtungsglied und die Aufnahmehülse eingeklemmt ist, verhindert die Möglichkeit des Ausfalls der Verbindung zwischen der elastomeren Verlängerung und des Stirnflächendichtungsgliedes, der eintreten

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könnte, wenn die Aufnahmehülse nicht vorgesehen wäre und das Festlegen würde nur durch die elastomeren Eigenschaften des verstärkten Endes der Verlängerung bewirkt werden. Die Aufnahmehülse gestaltet die Verbindung zwischen dem Stirnflächendichtungsglied und der elastomeren Verlängerung daher unabhängig von einem solchen Kpmpressionssitz und von der Tatsache, daß durch die Verwendung eines elastomeren Werkstoffes eine Spannungsminderung eintreten kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Wellendichtung dargestellt. In dieser Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Wellendichtung;

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch eine weitere Ausführungsform und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform.

Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Stirnflächendichtungseinheit umfaßt eine Ringdichtung, die als Ganzes mit 10 bezeichnet ist. Diese umfaßt einen radial inneren Schenkel 12 und einen radial äußeren Schenkel 14, die zwischen sich eine

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Ringnut 16 bilden. Die radialen Schenkel 12 und 14 sind durch eine Stirnwand 18 miteinander verbunden. Die Ringdichtung 10 ist vorgesehen, in eine entsprechend gestaltete und bemessene Ausnehmung in einem Gehäuse oder einem ähnlichen Bauteil einzugreifen. Um die Ringdichtung zu stabilisieren und zu diesem Zweck zu verstärken, ist in die Ringnut 16 ein Verstärkungseinsatz 20 eingefügt, der vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist und der axial im Abstand voneinander liegende sich radial erstreckende Flansche 22 und 24 aufweist, die durch einen Verbindungszylinder 26 miteinander verbunden sind.

Der radial innere Schenkel 12 der Ringdichtung 10 ist einstückig mit einer axial gerichteten Verlängerung 28 versehen, die in einer im Durchmesser verringerten Stufe endet, die ein Tr agelement 30 bildet, das mit einem auswärts divergierenden, kegelstumpfartig konischen oder in anderer Weise verstärktem freien Ende 32 versehen ist. An einem zwischen den Enden liegenden Punkt der Verlängerung 28 ist diese mit einer Falte oder einer Biegung 34 versehen.

Das Tragelement 30 dient zur Aufnahme eines Stirnflächendichtungsgliedes 36 zwischen dem und dem Flansch 24 des Verstärkungseinsatzes eine Druckfeder 38 angeordnet ist, die dazu dient, das Stirnflächendichtungsglied 36 von der Ringdichtung

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10 wegzudrücken. Das Stirnflächendichtungsglied 36 ist jedoch durch das verstärkte Ende des Tragelementes 30 gegen eine Schulter 29 gehalten, die zwischen dem Tragelement 30 und der verbleibenden Verlängerung ausgebildet ist.

Innerhalb der Ringdichtung 10 und ihrer Verlängerung 28 ist eine im wesentlichen zylindrische steife Aufnahmehülse 40 vorgesehen, die dazu dient, die Verlängerung 28 und das Tragelement 30 zu unterstützen. Diese Hülse weist ferner einen ringförmig gestalteten Bereich 39 auf, der auf das verstärkte Ende 32 des Tragelementes einwirkt und dieses zwischen der Hülse und dem Stirnflächendichtungsglied 36 einpreßt, wodurch ein mechanisches Festlegen des SCirnflächendichtungsgliedes auf dem Tragelement 30 bewirkt wird. Wie der Zeichnung entnommen werden kann, ist das Stirnflächendichtungsglied 36 mit einem Falz 37 versehen, der zur Aufnahme des verstärkten Endes 32 des Tragelementes dient.

Da das verstärkte Ende 32 des Tragelementes 30 mit der Aufnahmehülse 40 zusammenwirkt, um das Stirnflächendichtungsglied 36 auf dem Tragelement zu halten und da die Feder 38 zwischen dem Stirnflächendichtungsglied 36 und der Ringdichtung 10 wirkt, werden alle die Einzelteile einschließlich des thermoplastischen Verstärkungseinsatzes 20 als eine einzige Einheit zusammengehalten, die in einfachster Weise zum Transport und zum nachfolgenden Einbau gehandhabt werden kann.

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An den vorderen ringförmigen Bereich 39 anschließend, weist die Aufnahmehülse 40 einen Mittelbereich 41 vergrößerten Durchmessers auf, der eine Anschlagschulter bildet, gegen die sich die Schulter 29 zwischen dem Tragelement 30 und der übrigen Verlängerung 28 zu legen vermag, um die Aufnahmehülse in einer Richtung in der Verlängerung 28 festzulegen und das Tragelement 30 zu tragen. Einander zugeordnete Rippen und Nuten 44 und 42 sind in der Aufnahmehülse 40 und dem axial inneren Schenkel 12 der Ringdichtung 10 ausgebildet und dienen dazu, eine Relativdrehung zwischen der Aufnahmehülse und den übrigen Teilen der Einheit zu verhindern und axiale Bewegungen des Stirnflächendichtungsgliedes 36 zu stabilisieren.

Die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellte Wellendichtungseinheit umfaßt eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Ringdichtung, die einen radial inneren Schenkel 52 und einen radial äußeren Schenkel 54 umfaßt, die zwischen sich eine Ringnut 56 bilden. Beide Schenkel sind durch eine Stirnwand 58 miteinander verbunden. Die Ringdichtung 50 ist so ausgebildet, daß sie in eine entsprechend bemessene Aussparung in einem Gehäuse oder einem ähnlichen Bauteil eingesetzt werden kann. Um die Ringdichtung zu diesem Zweck zu stabilisieren und zu verstärken, ist in der Ringnut 56 ein Verstärkungseinsatz 60 angeordnet, der vorzugsweise aus einem thermoplastischen Werkstoff hergestellt ist und axial im Abstand voneinander liegende radial gerichtete

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Flansche 62 und 64 umfaßt, die durch einen axial liegenden Verbindungszylinder 66 miteinander verbunden sind. Der Verstärkungseinsatz 60 kann auch beispielsweise aus Metall hergestellt und gegebenenfalls mit der Ringdichtung 50 verbunden oder in diese eingeformt sein.

Mit dem radial inneren Schenkel 52 der Ringdichtung 50 ist eine sich axial erstreckende Verlängerung 68 einstückig ausgebildet, die in einer einen größeren Durchmesser aufweisenden Stufe endet, die ein Tragelement 70 bildet, das mit einem divergierenden verstärkten freien Ende 72 versehen ist. An einem Punkt der Länge der Verlängerung 68 ist eine Falte oder eine Biegung 74 ausgebildet.

Das Tragelement 70 dient zur Aufnahme eines STirnflächendichtungsgliedes 76, das an einer Schulter 69 zwischen dem Tragelement 70 und der übrigen Verlängerung ausgebildet ist. Eine Aufnahmehülse in Form eines mit einem Flansch versehenen Ringes 78 liegt an der anderen Seite der Schulter 69 an und erstreckt sich über das Tragelement, um das verstärkte freie Ende 72 einwärts gegen das Stirnflächendichtungsglied 76 zu verschieben und dieses dadurch an die Schulter 69 anzulegen. Eine Druckfeder 80 ist zwischen der Aufnahmehülse 78 und dem Verstärkungseinsatz 60 angeordnet und dient dazu, das Stirnf1ächendichtungs-; glied von der Ringdichtung wegzudrücken.

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Das Stirnflächendichtungsglied 76 umfaßt einen axialen Bereich 82, der mit dem inneren Schenkel 52 der Ringdichtung 50 über Rippen und Nuten 84 und 86 zusammenwirkt, um eine Relativdrehung zwischen dem Stirnflächendichtungsglied 76 und der Ringdichtung 50 zu verhindern.

In Fig. 3 der Zeichnung ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Ringdichtung als Ganzes mit 90 bezeichnet ist. Diese umfaßt einen radial inneren Schenkel 92 und einen radial äußeren Schenkel 94, die zwischen sich eine Ringnut 96 bilden. Beide Schenkel sind durch eine Stirnwand 98 miteinander verbunden. Diese Ringdichtung 90 kann in eine entsprechend bemessene Aussparung in einem Gehäuse oder einem ähnlichen Bauteil eingefügt werden und um die Ringdichtung zu diesem Zweck zu stabilisieren und zu verstärken, ist in die Ringnut 90 ein Verstärkungseinsatz 100 eingefügt, der vorzugsweise aus thermoplastischem Werkstoff hergestellt ist und axial im Abstand voneinander liegende sich radial erstreckende Flansche 102 und 104 umfaßt, die durch einen axial gerichteten Zylinder 106 miteinander verbunden sind. Der Verstarkungseinsatz 100 kann auch aus Metall hergestellt und gegebenenfalls mit der Ringdichtung 90 verbunden oder in diese eingeformt sein.

An den radial inneren Schenkel 92 der Ringdichtung 90 ist ein axial gerichteter Vorsprung 108 einstückig angeformt, der in

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einer einen größeren Durchmesser aufweisenden Stufe endet, die ein Tragelement 110 "bildet, das ein divergierendes verstärktes freies Ende 112 umfaßt. Zwischen diesem und dem inneren Schenkel weist die Verlängerung eine Falte 114 auf.

Das Tragelement 110 dient zur Aufnahme eines Stirnflächen-

anliegt, dichtungsgliedes 116, das an einer Schulter 109Vaie zwischen dem Tragelement 110 und der übrigen Verlängerung 108 ausgebildet ist. Eine Aufnahmehülse in Form eines mit einem Flansch versehenen Ringes 118 liegt an der anderen Seite der Schulter 109 an und erstreckt sich über das Tragelement 110, um das verstärkte freie Ende 112 einwärts gegen das Stirnflächendichtungsglied 116 zu drücken und dieses dadurch an der Schulter 109 zu halten. Eine Druckfeder 120 ist zwischen der Aufnahmehülse 118 und dem Verstärkungseinsatz 100 angeordnet und drückt das Stirnflächendichtungsglied von der Ringdichtung 90 weg.

Die Aufnahmehülse 118 weist einen sich axial erstreckenden Bereich 122 auf, der mit dem Verstärkungseinsatz über Rippen und Nuten 124 und 126 zusammenwirkt, um eine Relativdrehung zwischen der Aufnahmehülse 118 und dem Verstärkungseinsatz zu verhindern.

Aus den bei der Erläuterung der Fig. 1 erwähnten Gründen sind auch die in Fig. 2 und 3 dargestellten,aus thermoplastischem

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Kunststoff gefertigte Verstärkungseinsätze umfassenden Ausführung sbeispiele zu einer einzigen Einheit zusammengefügt, die in einfachster Weise sowohl zum Transport als auch zum nachfolgenden Zusammenbau gehandhabt werden kann.

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Claims

- 13 Patentansprüche

Wellendichtung mit einer in eine Aussparung eines stationären Gehäuses oder eines ähnlichen Bauteiles einsetzbaren, elastomer en Ringdichtung, die radial innere und radial äußere, sich axial erstreckende Schenkel umfaßt, die an einem Ende durch eine radial gerichtete Stirnwand miteinander verbunden sind und die zwischen sich und der Stirnwand eine Ringnut bilden, mit einem in der Ringnut angeordneten Verstärkungseinsatz, der radial und axial gerichtete Bereiche aufweist, die an entsprechenden Bereichen der Ringdichtung anliegen und diese verstärken, mit einer axial gerichteten Verlängerung an dem radial inneren Schenkel der Ringdichtung, mit einem Stirnflächendichtungsglied, das von der Verlängerung des radial inneren Schenkel getragen ist, mit Einrichtungen zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen dem Stirnflächendichtungsglied und der Ringdichtung und mit Federmitteln, die zwischen dem Stirnflächendichtungsglied und der Ringdichtung zur Aufrechterhaltung eines nachgiebigen Verhältnisses zwischen diesen wirken, gekennzeichnet durch eine an dem dem radial innenliegenden Schenkel (12, 52, 92) abgewandten Ende der Verlängerung (28, 68, 108) ausgebildeten und ein Tragelement (30, 70, 110) bildenden Stufe, die ein verstärktes freies Ende (32, 72, 112) aufweist, wobei das Stirnflächen-

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dichtungsglied (36, 76, 116) an dem Tragelement anliegt und mittels des verstärkten Endes sowie eine zwischen der Stufe und der übrigen Verlängerung ausgebildeten Schulter (29, 69, 109) zurückgehalten ist, und durch eine Aufnahmehülse (40, 82, 116), die zumindest die Stufe und den sich an diese anschließenden Bereich der Verlängerung trägt und das verstärkte Ende zwischen sich und einem radial benachbarten Bereich des Stirnflächendichtungsgliedes (36, 76, 116) einpreßt und damit dieses mechanisch an dem Tragelement festlegt.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (30) eine im Durchmesser verringerte Stufe bildet und das Stirnflächendichtungsglied (36) auf der Stufe angeordnet ist.
3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (70, 110) eine Stufe vergrößerten Durchmessers bildet und das Stirnflächendichtungsglied (76, 116) umgreift.
4. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (30, 70, 110) zum freien Ende hin verstärkt ist (bei 32, 72, 112).

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5. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse durch einen ringförmigen Teil (39, 78, 118) gebildet ist, der konzentrisch zu und radial neben einem Zusammenwirkbereich des Stirnflächendichtungsgliedes (36, 76,116) liegt und mindestens einen axial gerichteten Teil des Tragelementes (30, 70, 110) zusammendrückt und zwischen dem Ringteil und dem Stirnflächendichtungsglied festlegt.
6. Wellendichtung nach Anspruch 3 und 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Ringteil (78, 118) einen einwärts gerichteten Flansch umfaßt, der an der auswärts gerichteten Schulter (69, 109) des Tragelementes anliegt.
7. Wellendichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ringteil (39) sich mit einer axialen Hülsenverlängerung in die Bohrung der Ringdichtung (12) hineinerstreckt und daß die Hülsenverlängerung und die Ringdichtung Rippen und Nuten (42, 44) umfassen, die zum Stabilisieren der Axialbewegung des Stirnflächengliedes (36) und zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen den Einzelteilen der Wellendichtung zusammenwirken.

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8. Wellendichtung nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß das Stirnflächendichtungsglied (76) einen sich axial zur inneren Schulter (52) der Ringdichtung (90) hin erstreckenden HUlsenbereich (82) umfaßt und daß dieser Bereich und die innere Schulter zusammenwirkende Rippen und Nuten (84, 86) umfaßt, die zur Stabilisierung der Axialbewegung des Stirnflächendichtungsgliedes und zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen diesem und der Ringdichtung dienen.

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