DE4430181A1 - Wellenabdichtung für Armaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenabdichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

An derartige Wellenabdichtungen werden aufgrund des gestiegenen Sicherheitsbewußtseins sowie bestehender gesetzlicher Regelungen sehr hohe Anforderungen gestellt. Die strengen Auflagen der technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft, auch als TA-Luft bekannt, erfordern sehr aufwendige konstruktive Maßnahmen, um die Dichtheit einer Armatur zu gewährleisten. So ist aus dem DE-GM 92 13 296 eine Abdichtung bekannt, bei der mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Dichtungsringen diesen Anforderungen zu entsprechen versucht wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Dichtungselement zu entwickeln, welches bei einfachem Aufbau und vielseitiger Verwendung eine hohe Dichtwirkung erzielt. Die Lösung dieses Problems erfolgt gemäß den Merkmalen im Anspruch 1. Das hier beschriebene, im Querschnitt L-förmige Dichtungselement ist in der Lage, durch eine Anlage der Stirnseite des zylindrischen Abschnitts an einer entsprechenden Gegenfläche des Gehäuses eine Pressung in axialer Richtung zu erhalten und damit eine zuverlässige Dichtwirkung an der Welle zu bewirken. Bei größeren Toleranzen wird gewährleistet, daß in jedem Fall und auch unter Berücksichtigung der innerhalb des Gehäuses vorherrschenden Druckverhältnisse eine Anpressung des zylindrischen Abschnitts des Dichtungselementes an der entsprechenden Gegenfläche des Gehäuses erfolgt.

Eine Steigerung der Dichtwirkung ist durch die Ausgestaltung des Anspruches 2 möglich. Infolge der spitzwinkligen Ausbildung der Stirnseite des zylindrischen Abschnitts, wird dessen Ende verstärkt gegen die abzudichtende Welle gepreßt. Sollte das Anwendung findende Dichtungsmaterial zum Fließen neigen, so gewährleistet diese Stirnseitengestaltung einen eventuellen Materialfluß in den abzudichtenden Spalt zwischen Welle und Gehäuse. Diese gewöhnlich als nachteilig angesehbare Werkstoffeigenschaft dient so einer Steigerung der Abdichtwirkung. Somit erfolgt in diesem Bereich eine permanente dichte Anpressung des stirnseitigen Bereichs des zylindrischen Abschnitts an die Welle. In Verbindung mit der Anlage eines radial vorstehenden Bundes des im Querschnitt L-förmigen Dichtungselementes zwischen dem Wellenbund und dem Gehäuse kann eine hervorragende Dichtwirkung und gleichzeitig eine sichere Lagerfunktion der Welle erreicht werden.

Aus der DE-AS 12 36 289 ist zwar eine im Querschnitt L-förmige Lagerbuchse bekannt, die kann jedoch nur Lagerkräfte aufnehmen. Die eigentliche Abdichtwirkung wird mit einer zusätzlichen speziellen Dichtungspatrone erzielt.

Entsprechend dem angestrebten Verwendungszweck oder vorgesehenen Einsatzgebiet der Armatur sowie der zugehörigen Wellenabdichtung kann nach den Merkmalen des Anspruches 3 ein weiteres, gleich aufgebautes, im Querschnitt L-förmiges Dichtungselement an anderer Stelle der abzudichtenden Welle Anwendung finden. Vorzugsweise würde dieses dann von der Gehäuseaußenseite her montierbar sein und mit Hilfe eines Elementes anpreßbar sein. Ein zwischen den beiden Dichtungselementen verbleibender, die Welle umgebender Gehäuseabschnitt übernimmt zusätzliche Lagerungs- und Führungsfunktionen für die Welle. Gleichzeitig kann auch vom Element eine zusätzliche Lagerungs- und Führungsfunktion für die Welle übernommen werden. Somit wird durch Minimierung einer Wellenauslenkung die Abdichtwirkung der Dichtungselemente optimiert.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zur Steigerung der Dichtwirkung das zweite Dichtungselement auch innerhalb des gegen das Gehäuse verspannbaren Elementes angeordnet sein. Die Dichtungselemente sind somit gegeneinander oder hintereinander montierbar, je nachdem, welche Anordnung für die jeweilige Konfiguration von Gehäuse und darin angeordneter Welle die vorteilhafte Lösung darstellt.

Eine weitere Steigerung der Abdichtwirkung ist durch ein drittes, im Querschnitt L-förmiges Dichtungselement zu erreichen. Dieses liegt dann mit seiner stirnseitigen Bundfläche an der stirnseitigen Bundfläche des zweiten Dichtungselementes an. Dadurch ergeben sich im Bereich der Stirnseiten der zylindrischen Abschnitte der Dichtungselemente mindestens drei an die abzudichtende Welle anpreßbare Dichtungszonen. Dadurch sind Heliumleckraten in der Größenordnung von 10^-6 bis 10^-7 sicher erreichbar und über einen langen Betriebszeitraum gewährbar.

Es ist auch ohne weiteres möglich, bei Verwendung eines zweiten und dritten Dichtungselementes, die rückseitig mit ihren stirnseitigen Bundflächen aneinanderliegen, diese als ein einteiliges Dichtungselement auszubilden. Dies kann durch einfaches Zusammenkleben, vulkanisieren oder ähnlichem geschehen. Genausogut ist es auch möglich, ein derartiges Dichtelement gleich einteilig durch Spritztechnik herzustellen, in dieser Form Anwendung finden zu lassen oder durch mittiges Auftrennen in zwei im Querschnitt L-förmige Dichtungselemente aufzuteilen. In seiner Form würde ein derartiges Dichtungselement einem rohrförmigen Gegenstand entsprechen, dessen Stirnseiten spitzwinklig zur Welle hin geneigt ausgebildet sind und in dessen mittleren Bereich ein radial vorstehender Bund angebracht ist.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, am zweiten und/oder dritten Dichtungselement im Bereich zwischen dem radialen Bund und der äußeren axialen Fläche des zylinderischen Abschnitts einen anpreßbaren Dichtungsring anzuordnen. Dies kann beispielsweise ein O-Ring oder ähnlicher Dichtungsring sein, welcher z. B. von einem von außen anzubringenden Element dichtend gegen den Bund das Dichtungselement anpreßbar ist. Dieser Dichtungsring kann damit wie ein Energiespeicher wirken, der bei nachgebender Eigenspannung des Dichtungselementes, beispielsweise durch Kaltfluß oder ähnlichem, die Anpreßwirkung des Dichtungselementes an die Welle und gegenüber dem Gehäuse aufrecht erhält. Selbstverständlich sind auch beiderseits des Bundes je ein Dichtungsring anbringbar.

Zum Schutz des Dichtungsringes kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein Abdeckelement zwischen Dichtungsring und Element oder Gehäuse vorgesehen werden. Damit wird während der Montage der Dichtungsring vor Beschädigungen durch eine Relativbewegung des Elementes und dem stillstehendem Dichtungsring geschützt.

Als Werkstoffe können für das Dichtungselement die gegen chemische Medien beständigen bekannten Materialien Anwendung finden, z. B. wie PTFE und ähnliche thermoplastische Werkstoffe.

Für diejenigen Anwendungsfälle, bei denen die Wellenabdichtung einem Vakuum innerhalb der Armatur ausgesetzt ist, kann durch außerhalb des Gehäuses angeordnete, an sich bekannte Federelemente die Welle mit ihrem Bund dichtend gegen das erste Dichtungselement gepreßt werden. Diese Maßnahme ist eine übliche Vorsichtsmaßnahme bei derartigen Anwendungsfällen. Damit wird gewährleistet, daß die Welle immer an das erste Dichtungselement angepreßt wird, um somit Leckagen bzw. das Eindringen von Außenluft zu verhindern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1-6 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

In der Fig. 1 ist eine Wellenabdichtung gezeigt, die in einem hier zweiteilig ausgebildeten Armaturengehäuse 1, 2 eingebaut ist. Das Armaturengehäuse 1 enthält ein Absperrorgan 3 und nimmt in einer Gehäuseöffnung 4 eine Welle 5 auf. Die Welle 5 verfügt über einen Bund 6, der größer als der Durchmesser der Welle 5 ist. Damit soll bei einem Störfall verhindert werden, daß die Welle infolge eines unzulässig hohen Innendruckes aus dem Armaturengehäuse gewissermaßen herausgeschossen wird. Der Bund 6 wird infolge des Innendruckes, der üblicherweise über dem äußeren Atmosphärendruck liegt, immer nach außen gedrückt. Wo diese Bedingung nicht ständig gewährleistet ist, bewirken äußere Federelemente 7, die sich zwecks leichterer Betätigung der Welle 5 auf einem Lagerelement 8 abstützen, daß der Bund 6 nach außen gezogen wird. Dabei wird er gegen ein im Querschnitt L-förmiges Dichtungselement 9 gepreßt. Dieses verfügt über einen zylindrischen Abschnitt 10 mit einer hier spitzwinklig ausgebildeten Stirnseite 11, die an einer entsprechend gestalteten Gegenfläche des Gehäuse 1 anliegt. Ein vom zylindrischen Abschnitt 10 radial abstehender Bund 12 liegt in einer entsprechenden Gehäuseausnehmung 13 und wird vom Bund 6 dichtend angepreßt. Die Toleranzen der hier zusammenwirkenden Teile bzw. Gehäuseabschnitte sind so gewählt, daß immer eine dichtende Anpreßung der Stirnseite 11 des zylindrischen Abschnittes 10 gewährleistet ist. Die Funktion des Dichtungselementes ist damit immer gewährleistet und zusätzlich nimmt es Lagerkräfte in axialer und radialer Richtung auf.

Die Fig. 2 unterscheidet sich von der Fig. 1 durch Einbau eines zweiten, im Querschnitt L-förmigen Dichtungselementes 14, welches mit dem ersten Dichtungselement 9 vom Aufbau her identisch ist. Die Anordnung der hier Verwendung findenden Dichtungselemente 9, 14 wurde so gewählt, daß die Stirnseiten 11, 15 der zylindrischen Abschnitte 10, 16 zueinander weisen. Die Anpressung des zweiten Dichtelementes erfolgt hier durch ein Element 17, welches in das Gehäuseteil 1 einschraubbar ist. Ein Anschlagring 18, der gleichzeitig auch Halterung bzw. Befestigungsbasis für einen nicht dargestellten motorischen Stellantrieb sein kann, erlaubt eine definierte Anpressung des zweiten Dichtelementes 14.

Die Lösung nach Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 nur durch die andere Einbaurichtung des zweiten Dichtungselementes 14. Die Stirnseite 15 des zylindrischen Teiles 16 findet hier ihr Widerlager in dem Element 17, das gleichzeitig eine Bundfläche 19 des Dichtungselementes 14 dichtend gegen das Gehäuse 1 preßt. Ein Gehäuseabschnitt 20 zwischen den beiden Dichtungselementen 9, 14 dient zur Führung der Welle 5.

Der Aufbau der Dichtung von Fig. 4 entspricht im Grundprinzip einer Kombination die Dichtungen nach Fig. 2 und 3. Ein drittes Dichtungselement 21 wird mit seinem Bund 22 an den Bund 19 des zweiten Dichtungselementes 14 von dem Element 17 dichtend angepreßt. Mit seinem zylindrischen Teil 23 und dessen Stirnseite 24 liegt es dichtend innerhalb des Elementes 17 an. Gleichzeitig wird das zweite Dichtungselement 14 mit seiner Stirnseite 15 dichtend gegen die entsprechende Gegenfläche im Gehäuse 1 gepreßt.

Fig. 5 entspricht im Aufbau dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3. Um bei ungünstigen Betriebszuständen, wie z. B. bei Wechselbelastungen eine sehr langfristige Anpreßwirkung auf das zweite Dichtungselement 14 auszuüben, ist im Winkel zwischen dem Bund 19 und dem zylindrischen Abschnitt 16 ein elastischer Dichtungsring 25 angeordnet. Dieser kann durch ein Abdeckelement 26 vor Beschädigungen durch Relativbewegungen des hier einschraubbaren Elementes 17 geschützt werden. Wird dagegen das Element 17 nach Art einer Stopfbuchsbrille angepreßt, dann kann, je nach den Einsatzbedingungen, auf das Abdeckelement 26 auch verzichtet werden.

Und die Fig. 6 entspricht weitgehend dem Aufbau nach Fig. 5, mit dem Unterschied, daß das zweite und dritte Dichtungselement hier als ein einteiliges Dichtungselement 27 ausgebildet sind. Die einteilige Ausführung kann hierbei eine Montageerleichterung darstellen. Von seiner Abdichtwirkung entspricht es dem des Ausführungsbeispiels von Fig. 4. Zusätzlich findet hier der eine anpressende Wirkung ausübende Dichtungsring 25 mit dem Abdeckelement 26 Verwendung.

Claims (10)

1. Wellenabdichtung für Armaturen, wobei eine Welle in einer Bohrung eines Armaturengehäuse dichtend gelagert ist, die Welle mit einem innerhalb des Gehäuses befindlichen, im Durchmesser größeren Wellenbund versehen ist, das Gehäuse eine an die Bohrung angrenzende Ausnehmung für den Wellenbund aufweist, wobei zwischen Wellenbund und Stirnfläche der Ausnehmung ein Dichtungselement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (9) im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist, wobei ein radial abstehender Bund (12) zwischen Wellenbund (6) und Ausnehmung als Dichtungs- und Lagerelement angeordnet ist, und ein damit verbundener zylindrischer Abschnitt (10) mit seiner Stirnseite dichtend am Gehäuse (1) anliegt.

2. Wellenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (11) des zylindrischen Abschnitts (10) spitzwinklig gegenüber der Wellenachse geneigt verläuft und an einer entsprechenden Gegenfläche des Gehäuses (1) anliegt.

3. Wellenabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, im Querschnitt L-förmiges Dichtungselement (14) von der Außenseite her in eine Ausnehmung (16) des Gehäuses (1) eingesetzt ist, daß zwischen den beiden Dichtungselementen (9, 14) ein die Welle (5) umgebender Gehäuseabschnitt (20) verbleibt und daß ein äußeres Element (17) das zweite Dichtungselement (14) dichtend anpreßt.

4. Wellenabdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, im Querschnitt L-förmiges Dichtungselement (14) in eine entsprechende Ausnehmung eines äußeren Elementes (17) eingesetzt ist, wobei zwischen den beiden Dichtungselementen (9, 14) ein die Welle (5) umgebender Gehäuseabschnitt (20) verbleibt und daß das äußere Element (17) das zweite Dichtungselement (14) dichtend anpreßt.

5. Wellenabdichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes, im Querschnitt L-förmiges Dichtungselement (21) mit seinem Bund (22) am Bund (19) des zweiten Dichtungselementes (14) anliegt.

6. Wellenabdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und dritte Dichtungselement als ein einteiliges Dichtungselement (27) ausgebildet sind.

7. Wellenabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten und/oder dritten Dichtungselement (14, 21) im Bereich zwischen dem radialen Bund (19, 22) und der äußeren axialen Fläche des zylinderischen Abschnitts (16) mindestens ein anpreßbarer Dichtungsring (25) angeordnet ist.

8. Wellenabdichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gehäuse (1) oder Element (17) und Dichtungsring (25) ein Abdeckelement (26) angeordnet ist.

9. Wellenabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (9, 14, 21, 27) aus einem thermoplastischen Werkstoff besteht.

10. Wellenabdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein außerhalb des Gehäuses (1) angeordnetes, auf die Welle (5) einwirkendes Federelement (7) den Wellenbund (6) dichtend gegen den Bund (6) des im Querschnitt L-förmigen Dichtungselementes (9) preßt.