SEAL

Abstract: 1. A seal composed of an outer ring (7) of tough material, which is provided with at least two sealing faces (2) bounding it axially, of an inner ring (3) of resilient material, which is fixed secure against rotation on the shaft (4) and which has flanges (6) which extend radially outwards at an axial spacing, engage round the outer ring (7) and rest slidingly against the sealing faces (2) with an axial prestress, characterized in that the flanges (6) are of identical design, in that the mutually opposite sealing faces (2) enclose a flank angle of 20 to 120 degrees and the flanges (6) enclose an angle of 0 to 30 degrees, with the proviso that the angle between the flanges (6) of the inner ring (3) is smaller than the flank angle between the sealing faces (2) of the outer ring (7), so that the inner ring (3) rests selfcenteringly against the outer ring (7).

Description: Dichtung Die Erfindung betrifft eine Dichtung, bestehend aus einem Aussenring aus zähem Werkstoff, der mit wenigstens zwei ihn axial begrenzenden Dichtflächen versehen ist, aus einem Innenring aus elastischem Werkstoff, der verdrehsicher auf der Welle festgelegt ist und der sich in einem axialen Abstand nach aussen erstreckende Flansche aufweist, die den Aussenring umgreifen und die mit einer axialen Vorspannung gleitend an den Dichtflächen anliegen. Auf eine Dichtung dieser Art nimmt die US-PS 40 94 518 Bezug. Aussen- und Innenring sind an dem jeweils angrenzenden Maschinenteil starr festgelegt, weshalb axiale Verlagerungen oder Bewegungen der abgedichteten Welle zwangsläufiq zu einer Veränderung der Anpresskräfte zwischen den Dicht flächen und den Flanschen führen. Vorzeitiger Verschleiss und Undichtigkeiten können hiervon die Folge sein. Die präzise gegenseitige Zuordnung zwischen Aussen- und Innenring macht ausserdem Justierarbeiten vor Inbetriebnahme erforderlich, die unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten häufig nicht vertretbar sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Dichtung nunmehr derart weiter zu entwickeln, dass die beschriebenen Nachteile nicht mehr auftreten. Die Dichtung soll insbesondere unter Vermeidung von aufwendigen Justierarbeiten vor oder nach Inbetriebnahme ein gutes Abdichtungs ergebnis -über eine verbesserte Zeitspanne gewährleisten, wenn mit axialen und/oder Winkelverlagerungen des abgedichteten Maschinenteiles zu rechnen ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Radialwellendichtring der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug. Der Innenring der vorgeschlagenen Ausführung ist durch die ihm eigene Elastizität verdrehsicher und flüssiqkeitsdicht auf der abgedichteten Welle festgelegt. Er folgt deren Drehbewegung, und die hierdurch verursachten Fliehkräfte begünstigen die erzielte Abdichtwirkung. Die flächig an den Dicht flächen des Aussenringes anliegenden Flansche berühren diese gleitend mit geringer Vorspannung, weshalb nennenswerte Reibungskräfte für eine Relativbewegung nicht zu überwinden sind. Der Verschleiss im Bereich der dynamischen Abdichtungszone ist dementsprechend ausserordentlich gering, und es wird, verglichen mit Dichtungen der eingangs genannten Art, eine wesentlich verminderte Bremswirkung auf die sich drehende Welle ausgeübt. Das sich zwischen den beiden Flanschen unter Betriebsbedingungen einstellende Vakuum begünstigt ausserdem ein selbsttätiges Nachstellen der Flansche und damit einen Ausgleich des Verschleissvolumens. Der Aussenring weist ein nach innen verjüngtes Profil auf mit stirnseitigen Begrenzungsflächen, die einen Flankenwinkel von 20 bis 1200, vorzugsweise einen solchen von 60 bis 900 zwischen sich einschliessen. Die zugeordneten Flansche des Innenringes liegen gleitend an den Begrenzungsflächen an und schliessen vor dem Einfügen des Aussenringes einen Winkel von 0 bis 300 zwischen sich ein, mit der Massgabe, dass der Winkel kleiner ist als der Flankenwinkel der Dichtflächen. Eine geringe Anpresskraft zwischen den Flanschen und den Dicht flächen des Aussenringes ist dadurch stets vorhanden. Nur hierauf kommt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung an. Es ist somit nicht notwendig, den angestrebten Abdichtungseffekt durch eine zu hohem Verschleiss führende, starke gegenseitige Verpressung der aufeinandergleitenden Flächen zu erkaufen, wie beispielsweise bei üblichen Lippendichtungen gebräuchlich. Der Innenring der vorqeschlagenen Ausführung kann dadurch auch aus relativ weichen, flexiblen Elastomerwerkstoffen hergestellt werden. Für die Ausbilduny der Flansche genügt eine relativ geringe Wandstärke. Sekundäre Andrückelemente werden im allgemeinen nicht benötigt. Bei der vorgeschlagenen Ausführung unterliegt weder der Aussen- noch der Innenring besonderen Belastungen. Die beider-, seits verwendeten Werkstoffe können dadurch aus einer besonders grossen Palette ausgewählt werden. Neben metallischen, organischen und anorganischen Werkstoffen für die Herstellung des Aussenringes können für den Innenring neben den gebräuchlichen gummielastischen Werkstoffen auch Polytetrafluoräthylen und Polypropylen verwendet werden. Es versteht sich von selbst, dass im einzelnen eine Detailprüfung unerlässlich ist. Dicht flächen und Flansche sind regelmässig spiegelbildlich ausgebildet und der Rotationsachse unter gleichen Winkeln zugeordnet. Eine Pumpwirkung im Bereich der Dichtflächen wird dadurch vermieden, was sich vorteilhaft auswirkt in bezug auf die Vermeidung der Einlagerung von Verschmutzungen in die enthaltenen Freiräume. Eine gute Relativbeweglichkeit ist dadurch jederzeit gewährleistet. Die Abdichtung höherer Drücke kann eine unsymmetrische Auslegung erforderlich machen und beispielsweise die Wahl eines relativ steileren Anstellwinkels zwischen der Rotationsachse und der dem abgedichteten Medium zugewandten Dichtfläche. Die resultierende Förderwirkung wird durch den Druck kompensiert. Zwischen dem Nutgrund des Innenringes und dem Aussenring ist ein radialer Abstand vorhanden. Der Innenring weist dadurch eine gute Relativbeweglichkeit auf, bezogen auf den Aussenring, was von Bedeutung ist in bezug auf den Ausgleich der Bewegungen einer in radialer Richtung schwingenden Welle. Zusätzlich erfährt der Dichtspalt zwischen den Dicht flächen und den beiderseits zugeordneten Flanschen eine erhebliche Querschnittserweiterung, die eine Unterbrechung der wirksamen Kapillarkräfte bedingt. Auch bei Wellenstillstand kann dadurch eine Überflutung der Dichtung nicht mehr zu Undichtigkeiten führen. Der Aussenring kann mehrere Paare Dichtflächen aufweisen, die in radialer Richtung aufeinanderfolgen, wenn der Flankenwinkel des inneren Dichtflächenpaares kleiner ist als der Flankenwinkel des ausserhalb folgenden Paares. Die Dichtflächen können aussenseitig in eine axial vorspringende Zylinderfläche übergehen, an der der jeweils zugeordnete Flansch des Innenringes mit einer weiteren Berührungsfläche anliegt. Diese kann der eigentlichen Dichtungsfläche in Wirkungsrichtung vor- bzw. nachgeschaltet sein, was zu einer deutlichen Steigerung des erzielten Abdichtungsergebnisses führt. Zwischen den aufeinanderfolgenden Dichtflächen und/ oder wenigstens einer Dichtfläche und der daran anschliessenden Zylinder fläche kann eine umlaufende Eintiefung des Aussenringes vorgesehen sein, die die gegenseitige Abgrenzung der Wirkuhg aufeinanderfolgender Dichtflächen begünstigt. Entsprechende Ausführungen sind daher besonders gut für die Abdichtung höherer Drücke geeignet. Die dynamische Dichtungszone der vorgeschlagenen Dichtung ist bei der Abdichtung von Flüssigkeiten infolge der hier wirksamen Kapillarkräfte ständig benetzt. Die Dichtung weist dadurch ausgezeichnete Notlaufeigenschaften auf. In Anwendungsfällen, in denen das abgedichtete Medium nicht für den Aufbau eines schmierend wirkenden Filmes geeignet ist, können gute Abdichtungsergebnisse erzielt werden, wenn der Aussenring wenigstens einen schmierstoffgefüllten Hohlraum enthält, der allseitig geschlossen ist und der in dem dem Nutgrund des Innenringes gegenüberliegenden Bereich wenigstens eine Öffnung aufweist. Diese soll mittig zwischen den beiden ein Paar bildenden Dichtflächen angeordnet sein, um zu erreichen, dass der Schmierstoff parallel zu dem sich mit beginnender Umdrehung der Welle aufbauenden Vakuum nach seinem Austreten aus den Öffnungen gleichmässig auf alle vorhandenen Dichtungszonen verteilt wird. Der in dem Aussenring enthaltende Hohlraum kann die abgedichtete Welle in ihrer Gesamtheit umschliessen. Das enthaltene Volumen an Schmierstoff, es handelt sich zumeist um ein Fett, ist in diesem Falle besonders gross. Es bietet sich zugleich an, die Öffnung durch einen in radialer Richtung nach innen geöffneten Schlitz zu bilden, der die Welle auf ihrem gesamten Umfang umschliesst, und durch den das Fett auf dem gesamten Umfang gleichmässig austreten und an die Dichtflächen gelangen kann. Die vorgeschlagene Dichtung zeichnet sich durch eine besondere Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen aus. Sie wird als geschlossene Baueinheit geliefert, lässt sich besonders einfach montieren und bedarf zur Herstellung einer guten Funktionssicherheit keinerlei nachträglicher Justierung. Radial-, Axial- und Winkelverlagerungen der abgedichteten Welle sind ohne wesentlichen Einfluss auf das erzielte Abdichtungsergebnis. Eine Anpassung der äusseren Abmessungen an diejenigen der bekannten Radialwellendichtringe ist möglich, die Herstellung billig und eine besondere Oberflächenbearbeitung der abgedichteten Welle nicht mehr erforderlich. Die in der Anlage beigefügten Zeichnungen zeigen zwei beispielhafte Ausführungen der vorgeschlagenen Dichtung in halbgeschnittener Darstellung. Es zeigen: Figur 1 eine Dichtung, bei der der Aussenring aus Kunststoff besteht. Figur 2 eine Ausführung, bei der der Aussenring aus Stahl blech besteht und einen schmierstoffgefüllten Hohl raum umschliesst. Figur 3 eine Ausführung, bei der der Aussenring zwei Paare radial inneinanderliegende Begrenzungsflächen auf weist. Die Ausführung nach Figur 1 besteht aus dem Aussen ring 7 und dem Innenring 3. Der Aussenring ist aus Polypropylen hergestellt und durch einen in einer Nut angeordneten 0-Ring 12 gegenüber der aufnehmenden Gehäusebohrung abgedichtet. Radial innerhalb des 0-Ringes erstreckt sich der der Rotationsachse spiegelbildlich zugeordnete Wulst 1 nach innen. Die den Wulst stirnseitig abschliessenden Dichtfächen 2 sind einander und der Rotationsachse spiegelbildlich zugeordnet und schliessen einen Winkel von 900 ein. Sie werden auf der Aussenseite beiderseits durch unmittelbar anschliessende, zylindrisch ausgebildete Ringflächen 12 begrenzt. Der Innenring 3 besteht aus Gummi mit einer Härte Shore A von 75. Er hat ein U-förmiges Profil, wobei der Nutgrund eine Breite von 3,4 mm aufweist, und wobei die einander zugewandten Flankenflächen der stirnseitigen Flansche im unmontierten Zustand einen Winkel von 250 einschliessen. Im montierten Zustand weist der Nutgrund einen freien Abstand von dem Innendurchmesser des Wulstes 1 von 3,4 mm auf. Die Flansche 5 und 6 des Innenringes 3 sind in sich durchgewölbt und liegen flächig an den stirnseitigen Begrenzungsflächen 2 des Aussenringes 7 an. Der Flansch des Innenringes hat herstellungsbedingt einen grösseren Aussendurchmesser als der Flansch 5. Er ist mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden, gleichmässigen Wellung versehen und berührt in diesem Bereich die zusätzliche Zylinderfläche 12 des Aussenringes. Aus dieser Richtung auftreffende Flüssigkeit wird in besonders guter Weise nach rechts abgeschleudert, was den erzielten Dichtungseffekt begünstigt. Der Verbindungssteg zwischen den Flanschen hat weichelastische Eigenschaften, die sowohl eine gute axiale Verschiebbarkeit auf der Welle gewährleisten-als auch in bezug auf die Welle eine ausreichende statische Abdichtung und Festlegung gegen Verdrehung. Die Ausführung nach Figur 2 ist funktionell derjenigen nach Figur 1 ähnlich. Der Aussenring 7 besteht aus Stahlblech und umschliesst in seiner Gesamtheit einen umlaufenden Hohlraum 9, der mit einem Schmiermittel gefüllt ist. Der Hohlraum 9 weist nur eine einzige Öffnung auf. Diese besteht aus einem umlaufenden Schlitz 10, der der Symmetrieachse des Radialwellendichtringes mittig zugeordnet ist. Der zugehörige Innenring 3 ist spiegelbildlich ausgebildet. Seine Flansche liegen beiderseits an den stirnseitigen Begrenzungsflächen des Aussenringes an. Sie sind im Bereich des Aussendurchmessers mit einer Wellung 11 versehen, die in der Vorderansicht sternförmig ausgebildet ist. Entsprechend den Vorgängen bei dem in Figur 1 gezeigten Radialwellendichtring baut sich bei der Ausführung nach Figur 2 im Zwischenraum zwischen dem Nutgrund des Innenringes und dem Aussenring mit Beginn der Wellendrehung ein Vakuum auf. Das in dem Hohlraum 9 enthaltene Schmiermittel erfährt hierdurch eine Druckentlastung, wodurch eine gewisse Menge durch den Spalt 10 austritt und durch den sich drehenden Innenring in Richtung der beiderseits zugeordneten Dichtungsflächen gefördert wird. Die in diesem Bereich auftretende Reibung und damit der Verschleiss erfahren eine Verminderung. Der Hohlraum 9 kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform durch eine Drosselöffnung mit der Atmosphäre verbunden sein. In diesem Falle resultiert eine kontinuierliche Zuführung von Schmiermittel zu den Dichtungsflächen, was die vorgeschlagene Dichtung besonders geeignet macht für die Abdichtung bisher schwierig abzudichtender Substanzen. Um dabei Engpässe hinsichtlich des in der neuen Dichtung vorhandenen Schmiermittelvolumens zu vermeiden, kann die Drosselöffnung zugleich mit einer Nachfüllmöglichkeit für Schmierstoff verbunden sein, beispielsweise mit einem Schmiernippel. Die in Figur 3 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 1 im wesentlichen dadurch, dass das Profil des Aussenringes 7 und des Innenringes 3 spiegelbildlich ausgebildet ist, und dass die stirnseitigen Begrenzungsflächen 2 des Aussenringes in sich gebrochen sind. Die radial innenliegenden Begrenzungsflächen schliessen miteinander einen Winkel von 350 ein, die radial aussenliegenden Begrenzungsflächen einen Winkel von 900. Sie stossen stumpfwinklig aufeinander und auf die Zylinderflächen 12, wodurch eine gleichmässige seitliche Abbiegung der Flanschen 6 des Innenringes bedingt ist. Diese berühren jede der genannten Flächen in eng begrenzten Bereichen. Die einzelnen Bereiche sind durch insgesamt fünf Freiräume 13 räumlich voneinander getrennt. Die Anzahl kann gegebenenfalls vergrössert werden und ermöglicht eine funktionelle Hintereinanderschaltung von beliebig vielen, unabhängig wirksamen Dichtflächen mit einfachsten Mitteln. Entsprechende Ausführungen sind insbesondere für die Abdichtung hoher Drücke geeignet. Die Tiefe der Freiräume 13 lässt sich durch eine Ausnehmung des Wulstes 1 vergrössern, die rillenähnlich ausgebildet ist und die zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Begrenzungsflächen 2 und/oder eine Begrenzungsfläche 2 und der anschliessenden Zylinderfläche 12 angeordnet ist. Die Freiräume werden wegen der identischen Ausbildung der Flansche unter Betriebsbedingungen- nicht durchströmt. Eine die Funktion gefährdende Einlagerung von Feststoff aus dem abgedichteten Medium oder der Umgebung ist nicht möglich. Innenring und Aussenring werden gemeinsam montiert, wobei eine verbleibende Relativverlagerung spätestens bei Einleitung von Schwingungen selbsttätig ausgeglichen werden. Es erübrigt sich daher jede Justierung.

Claims: Ansprüche: 1. Dichtung, bestehend aus einem Aussenring aus zähem Werk stoff, der mit wenigstens zwei ihn axial begrenzenden Dichtflächen versehen ist, aus einem Innenring aus elastischem Werkstoff, der verdrehsicher auf der Welle festgelegt ist und der sich in einem axialen Abstand nach aussen erstreckende Flansche aufweist, die den Aussenring umgreifen und die mit einer axialen Vor spannung gleitend an den Dichtflächen anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Dichtflächen (2) einen Flankenwinkel von 20 bis 1200 einschliessen und die Flanschen (5, 6) einen Winkel von 0 bis 300, mit der Massgabe, dass der Winkel kleiner ist als der Flankenwinkel. 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel 60 bis 900 beträgt. 3. Dichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Dichtfläche aussenseitig von einer axial vorspringenden Zylinderfläche (12) begrenzt ist. 4. Dichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung wenigstens zwei Paar Dicht flächen aufeinanderfolgen und dass der Flankenwinkel des inneren Dichtflächenpaares kleiner ist als der Flankenwinkel des ausserhalb folgenden Paares. 5. Dichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der der Dichtfläche (2) zugeordnete Flansch zu sätzlich die Zylinderfläche (12) berührt. 6. Dichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den aufeinanderfolgenden Dichtflächen und/ oder wenigstens einer Dicht fläche und der Zylinder fläche eine umlaufende Eintiefung vorgesehen ist. 7. Dichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen (2), die Zylinderfläche (12) und/ die diesen zugeordneten Flächen der Flansche (5, 6) mit hydrodynamisch wirkenden Rückförderelementen versehen sind. 8. Dichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche auf dem Aussenumfang verteilte, radiale Vorsprünge haben. 9. Dichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche identisch ausgebildet sind. 10. Dichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen auf einem Wulst (1) angeordnet sind, der wenigstens einen schmierstoffgefüllten Hohl raum (9) enthält mit wenigstens einer dem Nutgrund (8) des Innenringes gegenüberliegenden Öffnung (10).

Inventors: HOLZER, HELMUT, Hölzer, Helmut
Applicants: FIRMA CARL FREUDENBERG
Application year: 1983
Main classification: F16J15
IPC codes: F16J15