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Aus elastischem Werkstoff bestehende Dichtung für umlaufende Wellen
oder hin und her gehende Stangen Die Erfindung betrifft eine aus elastischem Werkstoff
bestehende DiA tung für umlaufende Wellen oder hin und her gehende Stangen mit einer
ringförmigen, unter Federwirkung gegen die Stange oder Welle gedrückten Lippe, deren
Dichtfläche in Richtung der Stangen- oder Wellenachse derart kegelig verläuft, daß
die mit der größten Kraft angepreßte Dichtkante nach dem abzudichtenden Raume zu
liegt.
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Auf irgendeine Weise, z. B. mit Hilfe einer Ringfeder oder auch durch
Eigenelastizität, wird die kegelige Dichtfläche der Lippe der bekannten Dichtung
dieser Art gegen die abzudichtende Fläche der Welle oder Stange gedrückt. Wesentlich
für die Erreichung einer guten Abdichtungswirkung ist, daß die Dichtkante der gegen
die abzudichtende Fläche gedrückten Lippe nach dem abzudichtenden Raume zu weist.
Nur auf diese Weise kann diese Kante, die auch Abstreifkante genannt ist, das abzudichtende
Mittel, z: B. Flüssigkeit oder Staub, abstreifen. Eine weitere Voraussetzung für
eine einwandfreie Arbeitsweise derartiger Dichtungen besteht darin, daß ein Trockenlaufen
der Dichtungsfläche der Manschettenlippe verhindert wird. Falls diese; Bedingung
nicht ohne weiteres auf Grund der vorliegenden Betriebsverhältnisse erfüllt ist,
müssen bei den bekannten Dichtungen dieser Art besondere Vorkehrungen getroffen
werden, um ein derartiges Trockenläufen mit
Sicherheit zu vermeiden.
Zu diesem Zwecke genügt schon eine ganz geringe '.Menge von Schmiermittehi o. dgl.
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Die bekannten Manschetten dieser Art leiden darunter, daß die abdichtende
Lippe verhältnismäßig stark gegen die abzudichtende Fläche gedrückt werden muß,
um in schwierigeren Fällen eine sichere Abdichtung zu erreichen. Die hierdurch entstehenden
Reibungsverluste und damit auch die an den aneinandergleitenden Teilen entstehenden
Wärmeentwicklungen sind auch dementsprechend hoch. Man hat zwar schon versucht,
diese Mängel dadurch zu beseitigen, daß die Dichtflächen schmal ausgebildet werden;
diese Maßnahme birgt jedoch die Gefahr in sich, daß der spezifische Anpreßdruck
auf der Dichtfläche so groß wird, daß die Welle oder die Dichtung selbst im Laufe
des Betriebes starke Abnutzung zeigt.
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Es sind bereits aus Leder, Celluloid o. dgl. hergestellte Dichtungsmanschetten
zur Abdichtung von hin und her gehenden Stangen gegen hydraulische Drücke bekannt.
Derartige Manschetten sollen z. B. bei hydraulischen Pressen, Steuerzylindern und
Ölpumpen benutzt «-erden und weisen an der Dichtfläche mehrere hintereinander angeordnete,
in einer Ebene senkrecht zur Wellenachse verlaufende Nuten auf. Die Nuten sind zu
dem Zwecke vorgesehen, die tragende Fläche zu verringern und damit den spezifischen
Flächendruck zu erhöhen. Auf diese «'eise sollen die Abdichtungseigenschaften der
Vorrichtung verbessert «-erden. Die Verwendung derartiger Dichtungen für umlaufende
Wellen ist jedoch nicht zweckmäßig, da die ringsherum laufenden Nuten die Dichteigenschaft
bei einer umlaufenden Welle nicht zu verbessern vermögen, sondern höchstens eine
gewisse Labyrinthwirkung besitzen. Die bekannten Manschetten dieser Art sind außerdem
auf die Abdichtung gegen unter Druck stehende Strömungsmittel beschränkt. Die Lippe
dieser Manschetten muß immer durch das unter Druck stehende Strömungsmittel gegen
die Oberiläche der Stange oder Welle gedrückt werden. Die Verwendung von Gummi bei
derartigen Manschetten ist ausdrücklich als unzweckmäßig anerkannt.
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Bei der Abdichtung von Ventilkörpern auf ihrem Sitz ist es bereits
bekannt. die Dichtfläche einerseits gitterförmig mit Stegen auszubilden, zwischen
denen napfartige Vertiefungen angeordnet sind, um die spezifische Flächenpressung
ztt erhöhen und damit die Abdichtung zu verbessern. Bei derartigen Einrichtungen
gleiten jedoch nicht die Dichtflächen aufeinander, so daß sie keine Lehre für die
Abdichtung von hin und her gehenden Stangen oder umlaufenden Wellen zu geben vermögen.
Eine derartige gitterförmig( Ausbildung der Dichtfläche ist auch bei dei Grundbuchse
von Stopfbuchsen bekannt. Di.esi beispielsweise aus Weißmetall hergestellter Grundbuchsen
gleiten mit ihrer inneren Boh rung auf der Kolbenstange und werden durcl die Stopfbuchsenbrille
mit einem in derRich tung nach dem abzudichtenden Raume zu Lieb genden konischen
Teil, dessen Oberflächc gitterartig ausgebildet ist, gegen eine glatt Auflagefläche
des Gehäuses gedrückt. Einc Bewegung dieser beiden Flächen gegeneinander findet
nicht statt. Die Bohrung dieser aus Weißmetall hergestellten Buchse ist mit ringsherum
laufenden Nuten ähnlich den als bekannt geschilderten Gelluloid-. bzw. Ledermanschetten
versehen, auf die schon oben eingegangen ist.
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Erfindungsgemäß werden bei einer aus elastischem Werkstoff bestehenden
Dichtung für umlaufende Wellen oder hin und her gehende Stangen mit einer ringförmigen,
unter Federwirkung gegen die Stange oder Welle gedrückten Lippe, deren Dichtfläche
in Richtung der Stangen- oder Wellenachse auf die dargelegte Weise kegelig verläuft,
die beschriebenen Mängel dadurch vermieden, daß die Dichtfläche eine Mehrzahl von
stegförmigen; sich kreuzenden Erhöhungen aufweist, so daß sich eine Vielzahl von
in sich geschlossenen napfartigen Vertiefungen ergibt, die vor Inbetriebsetzung
mit einem Schmiermittel, z. B. Hartfett, angefüllt werden.
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Auf diese Weise wird ein Trockenlaufen der Dichtung selbst unter schwierigen
Betriebsverhältnissen vermieden. Die napfartigen Vertiefungen zwischen den einzelnen
Stegen stellen eine ausreichende Schmierung sowohl bei einer hin und her gehenden
Bewegung der Stange als auch bei einer umlaufenden Bewegung der Welle sicher. Hierdurch
wird einerseits der Kraftverlust infolge der Reibung und andererseits die an der
Dichtfläche entwickelte Reibungswärme wesentlich herabgesetzt. Obwohl die Abdichtungswirkung
verbessert ist, ist die mit der abzudichtenden Fläche tatsächlich in Berührung kommende
Fläche der Dichtlippc auf einen Bruchteil des bisherigen Flächenwertes herabgesetzt.
Hiermit hängt zusammen, daß die Lebensdauer der Dichtung erhöht wird. Infolge der
Verringerung der an der Dichtfläche entwickelten Reibungswärme ergeben sich geringere
Schmieröltemperaturen. Da die Viscosität des öles bei geringer Temperatur im allgemeinen
wesentlich höher ist, wird durch diese Tatsache die Abdichtung frleichter t bzw.
verbessert. Es ist zwar bekannt, das Trockenlaufen von Dichtvorrichtungen dadurch
zu vermeiden, daß für die Dichtungsmanschette ein selbstschmierender Stoff
benutzt
wird. Diese Maßnahme zeigt jedoch' nur beschränkte Erfolge.
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Zweckmäßigerweise werden die zwischen den Stegen entstehenden Räume
mit einem Schmiermittel angefüllt, das :erst unter dem Einflusse der Reibungswärme
erweicht, z. D. Hartfett. Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, den
Erfindungsgegenstand aus natürlichem oder synthetiscIiem,-vörzugsweise ölbeständigem
Kautschuk o. dgl. herzustellen. Zum Zwecke der besseren Leitfähigkeit können dem
Stoffe, aus dem die Dichteng hergestellt ist, gut wärmeleitende Stoffe, z. B. Metallpulver,
zugesetzt werden. , Dem Werkstoffe für die Dichtung können auch gute elektrische
Leiter, vorzugsweise in Pulverform, beigemischt werden, wodurch ein elektrisches
Aufladen der Dichtung vermieden wird. - -Die stegartigen Erhöhungen können auf beliebige
Weise ausgebildet werden. Auch der Querschnitt der einzelnen Stege ist beliebig,
wird aber vorzugsweise nach Art eines Dreiecks oder Trapezes ausgebildet.
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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen in vereinfachter Darstellung einige
Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar zeigen: Fig. i -einen Teilschnitt durch
eine :erfindungsgemäß ausgebildete Dichtung, die in bekannter Weise in einen mehrteiligen
Metall- -käfig eingesetzt ist und eine in ihrem Innern liegende Welle oder Stange
abdichtet, Fig.2 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Dichtung
ohne Metallkäfig und ohne Schraubenzugfeder, die eine in ihrem Innern liegende-
Welle oder Stange abdichtet, Fig.3 einen Teilschnitt durch .eine erfindungsgemäß
ausgebildete Dichtung, die in einen mehrteiligen Metallkäfig eingelegt ist und eine
an ihrem Außenumfang liegende Fläche abdichtet, Fig. ¢ einen Teilschnitt durch,
eine ähnliche Ausführung wie Fig. 3; jedoch ohne Metallkäfig, Fig. 5 einige Ausführungsheispiele
über den Verlauf der stegartigen Erhöhungen, Fig. 6 in vergrößertem Maßstab einen
Querschnitt durch die Dichtfläche der Manschettenlippe mit den stegartigen Erhöhungen.
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In sämtlichen Abbildungen sind einandrer entsprechende Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen worden.
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Die Dichtungsmanschette nach Fig. i besitzt einen radial verlaufenden
Teil i und eine im wesentlichen axial verlaufende Lippe 2. Während der radial verlaufende
Teil i auf bekannte Weise in einen mehrteiligen Metallkäfig 3, 4, 5 eingespannt
ist, ist an der axial verlaufenden Lippe 2 die Dichtfläche 6 vorgesehen, die mit
stegartigen Erhöhungen versehen ist und .derart schwach kegelig verläuft, daß die,
mit. der größten Kraft angepreßtc Dichtkante nach dem abzudichtenden Raume zu liegt.
Die Fläche 6 wird mit Hilfe eines sich gegen die Außenfläche der Lippe 2 legenden,
als Zugfeder wirkenden Schraubenfederringes 7 gegen die abzudichtende Welle oder
Stange gedrückt, die in der Zeichnung mit einer strichpunktierten 'Linie S angedeutet
ist-Vor dem Einbau verläuft, wie dargestellt, die Dichtfläche 6 etwas kegelig, indem
sie mit ihrem kleinsten Durchmesser, der Kante 9, nach dein .abzudichtenden Raume
weist. Auch die .Anlauffläche:i ö der Lippe 2 ist kegelig ausgebildet.-'Nach dem
Einbau jedoch; wenn 'die Dichtfläche 6 gegen die abzudichtende ,Welle oder Stange
mit Hilfe der Feder 7 gedrückt wird, verläuft der Kegel der Dichtfläche in einem
schwächeren Kegel zu der Stange, indem nur die Kante 9 und der in der Nähe dieser
Kante liegende Teil der Dichtfläche gegen die Oberfläche der Stange gedrückt wird.
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Die Dichtungsmanschette nach Fig. 2 weist einen im wesentlichen U-förmigen
Querschnitt mit zwei parallel zu der abzudichtenden Welle oder Stange verlaufenden
Schenkeln 12, 13 und einen radial zu der abzudichtenden Welle oder Sts.nge verlaufenden
Sehenkel 14 auf. Der Schenkel 12 stellt den Haftteil der Dichtung dar. An dem Schenkel
13 ist die Dichtfläche 6 vorgesehen, die wiederum mit stegartigen Erhöhungen versehen
ist und schwach kegelig verläuft. Die Ausführungsform nach der Fig.2 unterscheidet
sich von der nach Fig. i im wesentlichen nur dadurch, daß die Dichtungsmanschette
nach Fig.2 nicht mit einem Metallkäfig versehen ist sowie die Dichtlippe nur mittels
ihrer eigenen Elastizität ,an die Welle gepreßt wird.
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Die Dichtungsmanschetten nach den Fig. 3 und q. dienen zur Abdichtung
am Außenumfange; die abzudichtende Fläche ist mit einer strichpunktierten Linie
1'5 angedeutet. Die Dichtungsmanschette nach Fig.3 hat einen U-förmigen Querschnitt
mit zwei im wesentlichen parallel zu der abzudichtenden Welle oder Stange verlaufenden
Schenkeln 16, 17 und einen radial zu der abzudichtenden Welle oder Stange verlaufenden
Schenkel 18. Am Außenumfang des Schenkels 16 ist die kegelig verlaufende Dichtfläche
6 vorgesehen. die z. B. mit Hilfe einer Druckfeder. i9 gegen die abzudichtende Welle
oder Stange gedrückt wird. Die Dichtungsmanschette ist in einen zweiteiligen Metallkäfig
20, 21 eingelegt. Die Dichtungsmanschette nach der Fig. q. unterscheidet sich von
der nach Fig.3 nur dadurch, daß für sie kein Metallkäfig vorgesehen ist.
Statt
besondere Federn 7 oder r9 vorzusehen, kann die Dichtfläche 6 auch durch die Eigenelastizität
der Dichtung gegen die abzudichtende Fläche gedrückt werden.
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Die stegartigen Erhöhungen können auf beliebige Weise ausgeführt werden.
In Fig. 5 a z. B. verlaufen die Stege 22, 23 sowohl parallel als auch senkrecht
zu den die Dichtfläche begrenzenden Kanten 24, 25. Nach Fig. 5 b sind ebenfalls
zwei Gruppen 26, 27 von stegartigen Erhöhungen vorgesehen, die unter einem spitzen
Winkel zu den Kanten 24, 25 der Dichtfläche geneigt sind, so daß rautenförmige Flächen
28 entstehen. Die Ausbildung der stegartigen Erhöhungen nach der Fig. Sc
unterscheidet sich dadurch von der nach der Fig.5b, daß die stegartigen Erhöhungen
34, 35 unter einem steileren Winkel zu den Kanten 24, 25 der Dichtfläche geneigt
sind.
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Die in Fig.6 bezeigten stegartigen Erhöhungen 36 weisen z. B. eine
dreieckförmige Querschnittsform auf. -Es ist möglich, eine Dichtung nicht nur mit
einer Lippe, sondern auch mit mehreren Lippen vorzusehen. An einem radial herum
laufenden Teil oder Flansch können z. B. zwei Lippen vorgesehen sein, die in entgegengesetzten
Richtungen abdichten.