DE4220765C2 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Abdichten ei­ nes Spaltes zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegen­ einander beweglichen Maschinenteilen, von denen das erste Maschinenteil eine Nut aufweist, die eine schräg zur Achse des zweiten Maschinenteils verlaufende Dichtungsebene defi­ niert, und wobei am zweiten Maschinenteil eine der Nut ge­ genüberliegende, glatte Anlagefläche vorgesehen ist, mit ei­ nem in die Nut eingelegten zähelastischen Dichtring, der im Querschnitt einen zur Anlagefläche hinweisenden, bogenförmi­ gen Abschnitt aufweist, wobei der Dichtring durch Anlage an den Nutflanken der Nut gehalten und über ein gummielasti­ sches Vorspannelement in der Nut verpreßbar ist.

Derartige Dichtungsanordnungen sind bekannt, um gezielte Querkraftkompensationen zu erreichen. Schwierigkeiten erge­ ben sich bei der Herstellung derartiger Dichtungsanordnungen jedoch dadurch, weil die Berührungslinie, auf der die Dicht­ kante des Dichtringes am abzudichtenden Maschinenteil an­ liegt, nicht kreisförmig, sondern ellipsenähnlich ist. Diese Dichtringe bzw. Dichtungsanordnungen sind deshalb nur unter hohem Kostenaufwand zu fertigen, und auch deren Einbau ist schwierig, weil ständig auf die richtige Einbaulage des Dichtringes bzw. der Anordnung zu achten ist.

Um eine hohe Dichtigkeit zwischen den abzudichtenden Teilen und eine verbesserte Standzeit zu gewährleisten, können aus­ schließlich gummielastische Dichtelemente nicht mehr einge­ setzt werden, so daß aufwendige Dichtungsanordnungen diese ersetzen.

Durch die DE-AS 29 15 728 ist eine Dichtungsanordnung be­ kanntgeworden, die zur Achse eines Kolbens eine versetzte Nut aufweist. Die für die Lösung des Problems benötigte Querschnittsform des zähelastischen Dichtringes, über den Umfang des Kolbens gesehen, ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen. Wird nach der Lehre der bekannten Druckschrift der Dichtring in einer elliptischen Form gefertigt, so muß das Profil des Dichtringes in Abhängigkeit vom Kolbenumfang ständig angepaßt werden. Derartige Dichtringe sind nur äußerst kostenintensiv herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die bekannte Dich­ tungsanordnung derart weiterzubilden, daß sie einfach herzu­ stellen und erleichtert in die vorgesehene Nut ohne defi­ nierte Lage zur Nut einzubauen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dichtring kreisförmig gefertigt ist, und daß die Nut schräg zur Achse des zweiten Maschinenteils ausgerichtet ist.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung hat damit den we­ sentlichen Vorteil, daß einfache Querschnittsformen eines Dichtringes verwendet werden können. Der im Querschnitt zur Anlagefläche hinweisende, bogenförmige Abschnitt des Dicht­ ringes liegt über dem ganzen Umfang der Anlagefläche am zweiten Maschinenteil dichtend an. Die einfache Querschnitts­ form des Dichtringes macht es möglich, daß der Dichtring bevorzugt als Kreisring gefertigt wird und in der Einbaulage einen elliptischen Ring bildet. Beim Einbau in das erste Maschinenteil wird der zähelastische kreisringförmige Dicht­ ring unter Druck derart verformt, daß er in der Nut beidseitig an den Nutflanken zur Anlage kommt. Über die Nutflanken wird der ursprünglich kreisringförmige Dichtring in einer ellip­ tischen Kurvenform gehalten. Der im Querschnitt zur Anlage­ fläche hinweisende, bogenförmige Abschnitt des Dichtringes gewährleistet, daß an jeder Stelle über den gesamten Umfang des zweiten Maschinenteiles gesehen reproduzierbare und gleiche Abdichtverhältnisse geschaffen werden.

Liegt ein kreisringförmig gefertigter Dichtring in einer el­ liptischen Zwangslage, so ist es vorteilhaft, über den Um­ fang des Dichtringes verteilt Durchgangsnuten am Dichtring und/oder am Vorspannelement vorzusehen, damit das unter ei­ nem hydraulischen Druck stehende Medium auf der Hochdruck­ seite auch ganz flächig an der Stirnseite der Dichtungsanord­ nung angreifen kann.

Je nachdem, unter welchem Winkel die Nut im ersten Maschi­ nenteil zur Achse eines zweiten Maschinenteils angeordnet ist, muß der Durchmesser b des kreisförmigen Dichtringes größer sein als der Durchmesser a des beispielsweise als Stange oder Welle ausgebildeten zweiten Maschinenteils.

Die Vorspannkräfte lassen sich besonders vorteilhaft über im Querschnitt rechteckförmige bzw. quadratische Spannringe übertragen, die als gummielastische Elemente eine Neben­ dichtfunktion übernehmen.

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung ist selbstjustie­ rend, das heißt, die zur Abdichtung eines Spaltes notwendige Einbaulage des Dichtringes stellt sich beim Einbau von selbst ein. Wird ein quadratisches bzw. rechteckförmiges Vorspannelement verwendet, das weitgehend der axialen Länge einer im Querschnitt rechteckförmigen Nut entspricht, so wird der Dichtring längs des Umfanges zusätzlich stabili­ siert.

Die Nutflanken der die Dichtungsanordnung aufnehmenden Nut sind schräg zur Anlagefläche ausgerichtet. Über den im Querschnitt zur Anlagefläche hinweisenden bogenförmigen Abschnitt ist es möglich, daß die Dichtfläche zur Anlagefläche hin an jeder Stelle des Umfangslinienabschnitts gleichartig wirkt. Insbesondere ist es auch möglich, ein halbkreisförmiges Vorspannelement aus gummielastischem Werkstoff einzusetzen, das beispielsweise auch mit einem halbkreisförmigen zähelastischen Dichtring zusammenwirkt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genann­ ten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsge­ mäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen mitein­ ander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an­ hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung in einer zu einer Achse eines zweiten Maschinenteils schräg verlaufenden Nut in einem ersten Maschinenteil;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung im Querschnitt, wie sie in eine schräg verlaufende Nut einzubauen ist, mit einem im Querschnitt halbkreisförmigen Dichtring und einem Vierlippen-Dichtring als Vorspannelement;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Dichtungsanordnung mit einem kreisförmigen, zähelastischen Dichtring und einem Vierlippen- Dichtring als Vorspannelement;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Dichtungsanordnung mit einem im Querschnitt linsenförmigen zähelastischen Dichtring und einem gummielastischen Vierlippen-Dichtring als Vorspann­ element;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung mit einem halbkreisförmigen zäh­ elastischen Dichtring und einem im Querschnitt quadratischen Vorspannelement;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung mit einem als Kreissegment aus­ gebildeten Dichtring und einem Vierlippen-Dichtring als Vorspannelement.

Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen teilweise stark schematisiert den erfindungsgemäßen Gegenstand und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Die Gegenstände der einzel­ nen Figuren sind teilweise stark vergrößert dargestellt, da­ mit ihr Aufbau besser gezeigt werden kann.

Fig. 1 zeigt mit 10 eine Dichtungsanordnung, wie sie in ei­ nem ersten Maschinenteil 11 vorgesehen ist. Das erste Ma­ schinenteil 11 ist zu einem zweiten Maschinenteil 12 konzen­ trisch. Je nach Verwendung ist das erste Maschinenteil 11 ortsfest, und das zweite Maschinenteil 12 führt eine Hin- und Herbewegung bzw. eine Rotationsbewegung aus. Denkbar ist jedoch auch, daß sich das erste Maschinenteil 11 gegenüber dem zweiten Maschinenteil 12 bewegt bzw. zu diesem eine Re­ lativbewegung ausführt.

Im ersten Maschinenteil 11 ist eine Nut 13 ausgebildet, die als rechteckförmige Nut geeignet ist, einen Dichtring 14 und ein Vorspannelement 14′ aufzunehmen. Der Dichtring 14 weist einen im Querschnitt zur Anlagefläche hinweisenden bogenför­ migen Abschnitt 15 auf, der in der Einbaulage des Dichtrin­ ges 14 zu einer Anlagefläche 16 hinweist und auf dieser dichtend anliegt. Mit dem Dichtring 14 und dem Vorspannele­ ment 14′ wird ein Spalt 17 zwischen dem ersten Maschinenteil 11 und dem zweiten Maschinenteil 12 abgedichtet. Die Dich­ tungsanordnung 10 grenzt ein unter einem erhöhten Druck ste­ hendes Medium (Hochdruckseite) von einem Gebiet ab, das ei­ nen dazu geringeren Druck aufweist (Niederdruckseite) . In der Fig. 1 ist die Hochdruckseite mit H und die Niederdruck­ seite mit N gekennzeichnet.

Das zweite Maschinenteil 12 weist eine Achse 18 auf, zu der die Nut 13 und der Dichtring 14 mit dem Vorspannelement 14′ schräg gestellt ist. Damit wirken auf die Dichtungsanordnung 10 über den Umfang gesehen unterschiedliche hydraulische Kräfte, die in bekannter Weise zur Querkraftkompensation ei­ nes Gesamtsystems genutzt werden.

Der Dichtring 14, der aus einem zähelastischen Material ge­ fertigt ist, wird in der Nut 13 in seiner Einbaustellung zwangsweise gehalten, indem er an einer Nutflanke 19 und an einer Nutflanke 20 der Nut 13 fest anliegt. Über das gummi­ elastische Vorspannelement 14′, in der Figur ein rechteck­ förmiger Spannring, ist der Dichtring 14 vorgespannt.

Mit gestrichelten Linien ist zur Hochdruckseite H hinweisend am Dichtring 14 wie auch am Vorspannelement 14′ eine Durch­ gangsnut 21, 22 vorgesehen. Die Durchgangsnuten 21, 22 ge­ währleisten, daß der hydraulische Druck von der Hochdruck­ seite H wirkend ganzflächig auf die Stirnseite des Dichtrin­ ges 14 bzw. des Vorspannelements 14′ einwirken kann. Der hy­ draulische Druck des am Dichtring 14 anstehenden Mediums entlastet auch teilweise die Dichtungsanordnung 10, indem er auf Teilabschnitte des Umfangslinienabschnittes 15 wirkt.

Das Vorspannelement 14′ stützt sich in der Fig. 1 am Nut­ grund 23 ab und liegt mit der dazu diametralen Fläche auf dem Dichtring 14 auf.

Ist der Dichtring 14 als kreisringförmiger Körper gefertigt, so ist sein Durchmesser b größer als der Durchmesser a des zweiten Maschinenteils 12. Beim Einbau in die zur Achse 18 schräg gestellte Nut 13 wird der kreisringförmige Dichtring 14 in eine elliptische Kurvenform verformt, derart, daß er dichtend über eine nahezu elliptische Berührungslinie auf der Anlagefläche 16 des zweiten Maschinenteils 12 aufliegt. In der Figur ist das Maß b gestrichelt eingezeichnet. Der in der Nut 13 eingelegte Dichtring 14 weist unverformt den Durchmesser b auf.

Fig. 2 zeigt eine Dichtungsanordnung 30 mit einem kreisring­ förmigen Dichtring 31 aus zähelastischem Material und einem halbkreisförmigen Querschnitt. Ein Vorspannelement 32 ist als gummielastischer Vierlippen-Dichtring ausgebildet. Der im Querschnitt halbkreisförmige Dichtring 31 kann kostengün­ stig und sehr einfach gefertigt werden. Über den im Quer­ schnitt zur Anlagefläche hinweisenden, bogenförmigen Ab­ schnitt des Dichtringes 31 liegt der Dichtring 31 auf der Umfangsfläche des abzudichtenden Maschinenteils auf, und die ebene Fläche des Dichtringes 31 bildet ein gutes Auflager für das Vorspannelement 32. Die Dichtungsanordnung 30 kann in eine zu einer Achse eines zweiten Maschinenteils schräg gestellte Nut in ein erstes Maschinenteil besonders einfach eingebaut werden, weil sich der Dichtring auf der abzudich­ tenden Oberfläche selbst ausrichtet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Dichtungsanordnung 40 mit einem kreisringförmigen zähelastischen Dichtring 41, der auch im Querschnitt eine Kreisform aufweist und einen gummielastischen Vierlippen- Dichtring 42.

Fig. 4 zeigt eine Dichtungsanordnung 50, wie sie in eine be­ vorzugt im Querschnitt rechteckförmige Nut eines Maschinen­ teils einzubauen ist. Die Dichtungsanordnung 50 setzt sich aus einem Dichtring 51 und einem Vierlippen-Dichtring 52 zu­ sammen. Der Dichtring 51 ist aus einem zähelastischen und der Vierlippen-Dichtring 52 aus einem gummielastischen Mate­ rial gefertigt. Im Querschnitt ist der Dichtring 51 linsen­ förmig ausgebildet, wobei an einem im Querschnitt zur Anla­ gefläche hinweisenden, bogenförmigen Abschnitt des Dichtrin­ ges 51 die Anlagefläche eines abzudichtenden Maschinenteils und an dem anderen im Querschnitt bogenförmigen Abschnitt das gummielastische Vorspannelement dichtend anliegt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Dichtungsan­ ordnung 60 mit einem im Querschnitt halbkreisförmigen Dicht­ ring 61 und einem quadratischen gummielastischen Vorspann­ element 62. Die in der Fig. 5 gezeigte Dichtungsanordnung ist in der Fig. 1 in der Nut angeordnet, wobei die einzelnen Elemente der Dichtungsanordnung zusätzlich noch mit Durch­ gangsnuten versehen sind, die sowohl auf einer Stirnseite bzw. auch auf der anderen Stirnseite der Dichtungsanordnung vorgesehen sein können.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 70 mit einem im Querschnitt weitgehend als Kreissegment ausgebildeten Dichtring 71 und einem gummi­ elastischen Vierlippen-Dichtring 72, der in einer Nut den Dichtring 71 vorspannt. Die der Dichtfläche gegenüberliegen­ de Fläche des Dichtringes 71 ist an die Oberflächenform des Vierlippen-Dichtringes 72 angepaßt.

Sofern notwendig, können die Dichtringe nicht nur in einer Kreisform gefertigt werden, sondern auch in einer ellipti­ schen Form. Weiterhin sind, sofern notwendig, an den in den Figuren gezeigten Dichtungsanordnungen auch Durchgangsnuten vorzusehen, damit das unter Druck stehende Medium auch wirk­ sam an der Dichtungsanordnung angreifen kann.

Die Anordnung zum Abdichten eines Spaltes 17 weist eine Dichtungsanordnung aus einem zähelastischen Dichtring 14 und einem gummielastischen Vorspannelement 14′ auf. Die Dich­ tungsanordnung ist in eine Nut 13 eines ersten Maschinen­ teils 11 eingelegt. Das erste Maschinenteil 11 ist koaxial zu einem zweiten Maschinenteil 12 angeordnet, wobei die Ma­ schinenteile 11, 12 durch den Spalt 17 voneinander beabstan­ det sind. Das zweite Maschinenteil 12 weist eine Achse 18 auf, zu der die Nut 13 schräg verläuft. Der Dichtring 14 weist einen im Querschnitt zur Anlagefläche hinweisenden, bo­ genförmigen Abschnitt 15 auf, der zur Anlagefläche 16 des zweiten Maschinenteils 12 hin ausgerichtet ist.

Claims (6)

1. Anordnung zum Abdichten eines Spaltes (17) zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinander beweglichen Ma­ schinenteilen (11, 12), von denen das erste Maschinen­ teil (11) eine Nut (13) aufweist, die eine schräg zur Achse (18) des zweiten Maschinenteils (12) verlaufende Dichtungsebene definiert, und wobei am zweiten Maschi­ nenteil (12) eine der Nut (13) gegenüberliegende, glatte Anlagefläche (16) vorgesehen ist, mit einem in die Nut (13) eingelegten zähelastischen Dichtring (14), der im Querschnitt einen zur Anlagefläche (16) hinweisenden, bo­ genförmigen Abschnitt (15) aufweist, wobei der Dichtring durch Anlage an den Nutflanken (19, 20) der Nut (13) ge­ halten und über ein gummielastisches Vorspannelement (14′) in der Nut (13) verpreßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14) kreisförmig gefertigt ist, und daß die Nut (13) schräg zur Achse (18) des zweiten Ma­ schinenteils (12) ausgerichtet ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtring (14; 31; 41; 51; 61; 71) mit ei­ nem Durchmesser b gefertigt ist, der größer als der Durchmesser a des zweiten Maschinenteils (12) ist.

3. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14) und/oder das Vorspannelement (14′) Durchgangsnuten (21, 22) auf­ weisen, die an die Nutflanken (19, 20) angrenzen.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Dichtring (14; 31; 41; 51; 61; 71) im Querschnitt kreis-, halbkreis-, linsen­ förmig oder als Kreissegment ausgebildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement (14′) im Querschnitt rechteckförmig oder als Vierlippen-Dichtring ausgebildet ist.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vorspannelement im Quer­ schnitt halbkreisförmig ausgebildet ist.