SELF-SEALING WASHER

Abstract: 1. Self-sealing washer, in which a sealing ring (3) made of a flexible material of constant volume is located between two concentrically arranged inflexible spacer rings which form an encircling gap and which thus comprise an inner ring (2) and an outer ring (1), the sealing ring (3) having a constructional height which in the relaxed state before installation is greater than and in the tensioned state after installation is identical to the thickness of the spacer rings, characterised in that the spacer rings are offset axially relative to one another, at the same time spanning the constructional height of the non-tensioned sealing ring (3), in that the sealing ring (3) fills the gap, and in that at least one conically encircling clamping surface (4) of the inner ring (2) and/or of the outer ring (1) of the spacer rings narrows the gap and is inclined in such a way that a reduction in the axial distance between the spacer rings results in a theoretical reduction in the volume of the sealing ring.

Description: Selbstdichtende Unterlegscheibe Die Erfindung betrifft eine selbstdichtende Unterlegscheibe, bestehend aus einem Distanzring und einem daran angeformten Dichtring aus einem nachgiebigen, volumenkonstanten Werkstoff und mit einer Bauhöhe, die im entspannten Zustand vor dem Einbau grösser und im gespannten Zustand nach dem Einbau identisch ist mit der Dic]ce des Distanzringes. Eine Unterlegscheibe dieser Art wird im Katalog 500 der An melderin beschrieben. Sie ist für die Abdichtung und gleichzeitige Abstützung senkrecht gegeneinander gepresster tGaschinenteile bestimmt, beispielsweise der Planflächen zwischen dem Kopf einer Maschinenschraube und dem dadurch abgestützten Maschinenteil. Die GEbrauchseigenschaften sind aus mehreren Gründen noch nicht ganz befriedigend. Die angesprochene Unterlegscheibe besteht aus einem Distanzring mit rechteckigem Profil, an dessen Innen- oder Aussenumfang in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagungsrichtung ein Dichtring anvulkanisiert ist. Die Wirksamkeit schliesst demzufolge die Abdichtung von die Richtung wechselnden Drücken nicht mit ein, was bemängelt wird. Die Anpresskräfte des Dichtringes gegen die Planflächen der abgedichteten Maschinenteile resultieren aus der durch die Deformierung erzeugten elastischen Vorspannkraft und den sich damit uberlagern- den Reaktionskräften des abgedichteten Mediums Sie ist insofern bei der Abdichtung von wechselnden Drücken nicht konstant und kann durch Enaidungserscheinungen des elastateren Werkstoffes des Dichtringes beeinträchtigt werden. Schwierigkeiten können sich bei dem Einbau ergeben, wenn die abgedichteten Flächen beim Zusamnenpressen nicht nur senkrecht sondern auch quer zu dieser Richtung bewegt werden, was bei Schrauben allerdings im allgemeinen die Regel ist. Es mussen dann besondere Vorkehrungen getroffen werden, um eine reibungsbedingte Beschädigung oder Zerstörung des Dichtringes zu verhindern. Diese Vorkehrungen, beispielsweise die Feinbearbeitung der Planflächen oder die Anbringung einer Zentrierbohrung zur Abstützung des Aussenumfanges, erfordern zusätzliche Aufwendungen. Eine erneute Verwendung derartiger Unterlegscheiben nach erfolgtem Ausbau ist nicht möglich. Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile der zu Eingang angesprochenen Unterlegscheibe beseitigt und es wird eine selbstdichtende Unterlegscheibe vorgeschlagen, die bei baugleicher Ausführung die Abdichtung von die Richtung wechselnden Drücken ermöglicht, die ohne besondere Bearbeitung der abgedichteten Flächen eingesetzt werden kann und die dennoch eine dauerhafte, gute Ab- dichtung gewährleistet bei einer gewissen Wiederverwendbarkeit. Diese Aufgabe wird erfindungsgenäss mit den kennzeichnenden Nerk- malen des Patentanspruches gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen wird in den Unteransprüchen bezug genatTrn. Die erfindunsgemäss vorgeschlagene Unterlegscheibe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzring durch einen umlaufenden, ihn axial -ganz durchtrennenden Spalt in einen Innen- und einen Aussenring unterteilt ist, die unter Einschliessung eines Dichtringes aus einem volumnkonstanten, nachgiebigen Werkstoff einander konzentrisch zugeordnet sind und die unter Überbrückung der Bauhöhe des ungespannten Dichtringes axial gegeneinander versetzt sind, wobei der Dichtring den Spalt teilweise oder vollständig ausfüllt und wobei in diesen wenigstens eine kegelige umlaufende Spannfläche des Innen- und/oder des Aussenringes hineinragt, die so geneigt ist, dass sich bei einer gegenseitigen Verminderung des axialen Abstandes des Aussen- und des Innenringes eine theoretische Verminderung des Volumens des Dichtringes ergibt. Der Dichtring wird in radialer und in axialer Richtung beiderseits durch die Begrenzungsflächen des aus dem Innen- und dem Aussenring gebildeten Distanzringes begrenzt. Dieser besteht aus einem harten Werkstoff, beispielsweise aus Metall, und er ist dementsprechend robust und unempfindlich gegenüber mechanischen Beschädigungen. Die Erstreckung des Profils in radialer Richtung ist nahezu konstant. Der Innenring und der Aussenring können lediglich eine elastische Verminderung bzw; Ausweitung des Durchmessers infolge der Inkompressibilität des Werkstoffes des Dicltringes erfahren. In axialer Richtung ergibt sich beim Verpressen der abgedichteten Flächen eine Verminderung der Gesamthöhe bis zum Erreichen der Dicke des Distanzringes, d.h. bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Innen- und der Aussenring in gleicher Ebene angelangt sind und gemeinsam der Kraftübertragung auf das angeschlossene Maschinenteil dienen. Während dieses Vorganges ergibt sich durcl die fortlaufende, achsparallele Verschiebung der keilartig wirkenden, kegeligen Spannfläche (n) eine Verminderung des Volumens des Spaltes und dadurch - eine Anpressung der axialen Begrenzungsflächen des Dichtringes gegen die beiderseits abzudichtenden Flächen. Der erzielte Abdichtungseffekt kann insofern noch am ehesten mit einer hydraulischen Anpressung verglichen werden. Er ist unabhängig von gegebenenfalls vorhandenen -elastischen Eigenschaften des Dichtringes und damit unabhängig von werkstofEbedingten Ermüdungserscheinungen nach längerer Belastung. Die sich mit zunehender Elastizität verbessernde Rück formkraft nacl vorausgegangener Verwendung gewhhrleistet aber eine mehrfache Wiederverwendbarkeit. Diese lässt sich erst dann nicht mehr gewährleisten, wenn die an den abzudichtenden Maschinenelementen zur Anlage kommenden Stirnflächen des Dichtringes ihre An schmiegsamkeit verloren haben, beispielsweise durch eingepressten Srn'atz oder durch die Einwirkung des abgedichteten Mediums. Beides ist massgeblich abhängig vom speziellen Anwendungsfall. Unter den Bedingungen des allgemeinen Maschinenbaues ist eine mindestens zweifache WiederverwendhSrkeit gewährleistet. Als thermoplastische Werkstoffe für die Herstellung des Dichtringes hat sich neben Polypropylen und Polyamid insbesondere PTFE bewährt. Von elastomeren Werkstoffen eignen sich insbesondere solche auf der Basis Acrylnitril-Butadien (NBR) und Fluor-Kautschuk (FKM). Die Shore-Harte soll den Bereich von Shore A 50 bis 90 möglichst nicht überschreiten. Sofern geschäumt Werkstoffe zur Anwendung kommen, soll die Porenstruktur geschlossenzellig sein, um einen inneren Druckaufbau und damit die benötigte Inkcfimpressibilität zu gewährleisten. Eine grosse thermische Belastbarkeit kann erzielt werden, wenn der Dichtring aus einem weichen Metall besteht, bevorzugt aus Lötzinn oder Kupfer. Eine besonders einfache Handhabung bei der Montage und bei der Demontage des Dichtringes ergibt sich, wenn der Innenring, der Dichtring und der Aussenring einstückig verbunden sind. Die Verbindung braucht sich nicht durch eine besonders grosse Festigkeit auszuzeichnen, sie muss aber dauerbeständig sein gegenüber einer unerwünschten Auflösung unter der Einwirkung des abgedichteten Mediums und/oder höherer Temperaturen. Eine Herstellung parallel zur Erzeugung des Dichtringes durch unmittelbares Einspritzen in den Spalt zwischen dem Innen- und dem Aussenring während der anschliessenden Verfestigung hat sich unter diesem Gesichtspunkt besonders bewährt, wobei naturgemäss die besten Ergebnisse durch unmittelbares Anvulkanisieren erzielt werden. Die in bezug auf die Abdichtung erwünschte Volumenverminderung des Spaltes beim axialen Zusammenpressen des Aussen- und des Innenringes lässt sich durch eine einzige, kegelig umlaufende Spannfläche des Innen- oder des Aussenringes erreichen, wobei es infolge des angewendeten "hydraulischen Prinzips" ausreichend sein kann, wenn die Spann fläche nur einen Teil der axialen Breite der den Spalt begrenzenden Fläche des Innen- bzw. des Aussenringes bildet, während der verbleibende übrige Teil achsparallel ausgerichtet ist. Die von dem Dichtring nach erfolgter Volumenverminderung des Spaltes auf die angrenzenden Teile und damit auch auf die abgedichteten Flächen ausgeübten Kräfte sind in allen Bereichen spezifisch gleich gross, und es ist deshalb ohne jede funktionswesentliche Bedeutung, wenn die den Spalt begrenzende Fläche des Innen- und/oder des Aussenringes durch mehrere, in axialer Richtung hintereinander angeordnete Spannflächen unterbrochen ist. Die auf die abzudichtenden Maschinenelemente ausgeübten Anpresskräfte des Dichtringes ergeben sich aus der beim axialen Verpressen des Innen- und des Aussenringes resultierenden Volumenverminderung des den Dichtring aufnehmenden Spaltes. Die Volumenverminderung wird massgeblich bestimnt durch den Winkel, den die Spannflächen mit der Richtung der in den zugehörigen Innen- bzw. Aussenring eingeleiteten Kräfte einschliessen sowie durch den Anteil der Spannfläche an der gesamten Berührungsfläche zwischen dem Innenund dem Aussenring mit dem Dichtring. Eine vergleichbare Abdichtwirkung lässt sich demzufolge durch vielfältige Variation der speziellen Ausführung erreichen. Es ist jedoch im allgemeinen Maschinenbau anzustreben, dass die die Spannung des Dichtringes bewirkende theoretische Volumenverminderung des Spaltes den Bereich von 5 bis 30 % nicht überschreitet. Bei einer geringeren Volumenverminderung ergibt sich häufig eine für eine gute Abdichtung unzureichende Anpressung des Dichtringes, während bei einer grösseren Volumenvermunderung verstärkt Spaltextrus ionen von Bestandteilen des Dichtringes auftreten, die insbesondere bei einer die senkrechte Spannbewegung der abzudichtenden Maschinenelemente überlagernden Querbewegung zu einer Zerstörung des Dichtringes führen können. In beiderlei Hinsicht wird eine ausgezeichnete Sicherheit und damit eine gute Abdichtwirkung bei guter Wiederverwendbarkeit erreicht, wenn die theoretische Volumenverminderung 10 bis 20 % beträgt. Der Winkel, den die Spannflächen mit der Bewegungsrichtung des jeweiligen Teiles einschliessen, soll einen Bereich von 1O0 bis 450 nicht überschreiten. In der als Anlage beigefügten Zeichnung ist bezug genommen auf einige beispielhafte Ausführungen der erfindungsgennäss vorgeschlagenen, selbstdichtenden Unterlegscheibe. Es zeigen: Figur 1 eine Unterlegscheibe in längsgeschnittener Darstellung, bei der den Dichtring 3 aufnehmende Spalt durch eine zylindrische Innenfläche des Aussenringes 1 und durch eine kegelige Spannfläche des Innenringes 2 begrenzt wird. Figur 2 die Unterlegscheibe gemäss Figur 1 mit gespanntem Dichtring nach dem Einbau. Figur 3 eine Unterlegscheibe ähnlich derjenigen aus Figur 1 mit dem Unterschied, dass die den Spalt begrenzende Fläche des Aussenringes ebenfalls als kegelige Spannfläche ausgebildet ist. Figur 4 eine Ausführung ähnlich derjenigen nach Figur 3, bei der die Spannflächen nur einen Teil der axialen Erstreckung des Innenund des Aussenringes überdecken während der übrige Teil zylindrisch ausgebildet ist. Figur 5 eine Ausführung ähnlich derjenigen nach Figur 3, mit der Abweichung, dass die Spannflächen in unterschiedlichen Bereichen unter unterschiedlichen Kegelwinkeln verlaufen, die gleichmässig ineinander übergehen. Figur 6 eine Ausführung, bei der der Innenring und der Aussenring jeweils mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Spannflächen aufweisen, die durch sich senkrecht zur Spannrichtung erstreckende Trennflächen verbunden sind. Die erfindungsgemässe Unterlegscheibe lässt sich wie eine übliche Unterlegscheibe verwenden und kann deren Abmessungen haben. Sie bewirkt zusätzlich eine Abdichtung des Spaltes gegenüber den anschliessenden Naschinenteilen gegen Flüssigkeiten und Gase und lässt sich wiederholt verwenden. Die erzielte Abdichtwirkung beruht darauf, dass der Distanzring durch einen umlaufenden, ihn ganz durchtrennenden Spalt in einen Innenring 2 und einen Aussenring 1 unterteilt ist, die einander konzentrisch zugeordnet sind und die unter Überbrückung des in ungespanntem Zustand eine grössere Bauhöhe als der Distanzring aufweisenden Dichtringes axial gegeneinander versetzt sind. Der Dichtring besteht aus einem nachgiebigen Werkstoff, beispielsweise aus Gummi, Kunststoff oder Weichmetall, während der Aussenund der Innenring aus einem möglichst unnachgiebigen, harten Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Stahl, um eine gute Abstützung des angeschlossenen Maschinenteils zu gewährleisten. Die Dimensionierung muss so vorgenommen werden, dass die durch die Deformierung des Dichtringes in den Innen- bzw. Aussenring erzeugte Druckspannung bzw. Zugspannung die Elastizitätsgrenze des verwendeten Werkstoffes nicht überschreiten, so dass eine nachteilige plastische Deformierung vermieden wird. Der Spalt zwischen dem Aussen- und dem Innenring wird durch den Dichtring 3 ganz ausgefüllt, und der Spalt wird durch wenigstens eine kegelig umlaufende Spannfläche des Innen- und/oder des Aussenringes zumindest teilweise verengt, die so geneigt ist, dass sich bei einer Verminderung des axialen Versatzes des Innen- und des Aussenringes eine theoretische Verminderung des in den Zwischenraum eingeschlossenen Volumens ergibt. Hierdurch wird in dem Dichtring eine innere Kraft aufgebaut, durch die eine axiale Anpressung der beiderseitigen Stirnflächen gegen die anschliessenden Maschinenteile und dadurch eine Abdichtung bewirkt wird, die aufgrund der entsprechenden elastischen radialen Aufweitung des Aussenringes bzw. radialen Stauchung des Innenringes elastisch ist. DDer Anpressvorgang als solcher folgt dem hydraulischen Prinzip, wodurch in allen Teilbereichen der Stirnflächen gleicheAnpress- kräfte erreicht werden. Uflregelaassigkeiten an der Oberfläche der anzudichtenden Maschinenteile werden dadurch in ausgezeichneter Weise überbrückt und es wird eine gute Dichtheit erreicht, die unabhängig ist von der Richtung der Druckbeaufschlagung und von Druckschwankungen oder Druckwechseln. Die Höhe der Anpresskraft ist im wesentlichen abhängig von der theoretischen Volumenverminderung des Spaltes die sich ergibt, wenn der ursprünglich vorhandene axiale Versatz des Innen- und des Aussenringes durch deren gegenseitige axiale Verpressung ausgeglichen ist sowie von den elastischen Eigenschaften des Innen- und Aussenringes. Eine gute Abdichtwirkung und eine gute Wiederverwendbarkeit wird unter den Bedingungen des allgemeinen Maschinenbaues erreicht, wenn die Spannflächen so ausgelegt sind, dass sich eine theoretische Volumenverminderung um 5 bis 30 %, vorzugsweise um 10 bis 20 % ergibt;

Claims: Patentansprüche 1. Selbstdichtende Unterlegscheibe, bestehend aus einem unnach giebigen Distanzring und einem daran angeformten Dichtring aus einem nachgiebigen, volurtikonstanten Werkstoff und mit einer Bauhöhe, die im entspannten Zustand vor dem Einbau grösser und im gespannten Zustand nach dem Einbau identisch ist mit der Dicke des Distanzringes, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzring durch einen umlaufenden, ihn axial ganz durchtrennenden Spalt in einen Innenring (2) und einen Aussen ring (1) unterteilt ist, die einander konzentrisch zugeordnet sind und die unter Überbrückung der Bauhöhe des ungespannten Dichtringes (3) axial gegeneinander versetzt sind, dass der Dichtring (3) den Spalt teilweise oder vollständig ausfüllt und dass in diesen wenigstens eine kegelig umlaufende Spann fläche (4) des Innen- und/oder des Aussenringes hineinragt, die so geneigt ist, dass sich bei einer Verminderung von deren gegenseitigem, axialen Abstand eine theoretische Verminderung des Volumens des Dichtringes ergibt. 2. Unterlegscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (3) aus einem theriroplastischen Werkstoff besteht. 3. Unterlegscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring aus einem elastcmeren Werkstoff besteht. 4. Unterlegscheibe nach Anspruch 2 Qder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische oder elastomere Werkstoff eine ge schlossenzellige Porenstruktur aufweist. 5. Unterlegscheibe nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring aus einem Weichmetall besteht. 6. Unterlegscheibe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) der Dichtring (3) und den Aussenring (1) einstückig verbunden sind. 7. Unterlegscheibe nach Anspruch 1 bis 6., dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfläche (n) (4) nach Neigung und axialer Erstreckung so auf das Gesamtvolumen des Spaltes bei gespanntem Dichtring abgestimmt sind, dass sich bei gespanntem Dichtring (3) eine theoretische Verminderung um 5 bis 30 % ergibt. 8. Unterlegscheibe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfläche (4) nach Neigung und axialer Erstreckung so auf das Gesamtvolumen des Spaltes bei entspanntem Dicht ring (3) abgestimmt ist, dass sich bei gespanntem Dichtring eine theoretische Verminderung um 10 bis 20 % ergibt. 9. Unterlegscheibe nach Anspruch 1. bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Neigung der Spannfläche mit der Spann richtung einen Winkel von 10 bis 50 einschliesst. 10. Unterlegscheibe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen- und der Aussenring sich parallel zueinander erstreckende Spannflächen aufweisen.

Inventors: PESCHGES, KLAUS-JURGEN, DR., Peschges, Klaus-Jürgen, Dr.
Applicants: FIRMA CARL FREUDENBERG
Application year: 1981
Main classification: F16B43
IPC codes: F16J15, F16B43