SHAFT SEAL

Abstract: 1. A shaft seal, composed of an outer ring having at least two sealing surfaces which bound it axially, an inner ring having two flanges which embrace the outer ring axially and bear under a resilient pre-stress against the sealing surfaces and of which at least one has helical grooves distributed evenly over the circumference for the return of leaking liquid or foreign bodies, characterized in that the sealing surfaces (3, 4) are spaced apart by an amount which increases with increasing distance from the axis of rotation, in that the flange (6) facing the sealed-off medium is penetrated right through by helical grooves, in that the helical grooves are arranged radially outside the sealing surface and in that between the helical grooves there are helical ribs (9) which have in the projecting region a thickness which decreases in the direction of the respectively associated sealing surface.

Description: Kassettendichtung Die Erfindung betrifft eine Kassettendichtung, bestehend aus einem Aussenring mit wenigstens zwei ihn axial begrenzenden Dichtflächen, einem Innenring mit zwei den Aussenring axial umgreifenden Flanschen, die unter einer elastischen Vorspannung an den Dichtflächen anliegen und von denen wenigstens einer gleichmässig auf dem Umfang verteilte Drallnuten zur Rückförderung von Leckflüssigkeit oder Fremdkörpern aufweist. Eine solche Kassettendichtung wird in der US-PS 4 094 518 beschrieben. Die Drallrippen und Drallnuten sind dabei im unmittelbaren Bereich der eigentlichen Dichtfläche angeordnet, was dazu führt, dass Leckflüssigkeit bei Wellenstillstand durch die Drallnuten hindurch auf die Aussenseite der Dichtung gelangen kann, was nicht erwünscht ist. Die beiden Flansche des Innenringes haben ausserdem im innenliegenden Bereich einen grösseren axialen Abstand voneinander als im aussenliegenden Bereich. Die Herstellung setzt insofern die Verwendung aufwendiger Formwerkzeuge voraus, insbesondere auch im Hinblick auf die erforderliche präzise Ausbildung der Drallrippen auf der Innenseite des sich solcherart im Inneren erweiternden Hohlraumes des Innenringes. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kassettendichtung zu entwickeln, die die vorstehend angegebenen Nachteile nicht mehr aufweist. Die Kassettendichtung soll leicht und kostengünstig herstellbar sein und über lange Zeiträume bei höchsten Wellendrehzahlen ein ausgezeichnetes Abdichtungsergebnis gewährleisten. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss eine Kassettendichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dichtflächen des Aussenringes einen gegenseitigen Abstand haben,' der sich mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse vergrössert, dass der Flansch von den Drallnuten ganz durchdrungen ist, dass die Drallnuten radial ausserhalb der Dichtfläche angeordnet sind und dass zwischen den Drallnuten Drallrippen angebracht sind, die im vorspringenden Bereich eine sich vermindernde Dicke haben. Durch den sich in radialer Richtung vergrössernden gegenseitigen Abstand der Dichtflächen des Aussenringes ist es nicht mehr notwendig, den Flanschen des Innenringes einen sich in radialer Richtung nach innen zunehmend vergrössernden Abstand voneinander zu geben. Die Flansche können vielmehr parallel zueinander verlaufen und beispielsweise der Rotationsachse unter einem rechten Winkel zugeordnet sein. Auch Ausführungen, in denen die Flansche herstellungsbedingt einen sich nach aussen zunehmend vergrössernden Abstand aufweisen, sind möglich. Die Herstellung des Innenringes wird hierdurch stark erleichtert und erlaubt es beispielsweise, spanabhebende Herstellungsverfahren anzuwenden. Zur Gewährleistung der erforderlichen Anpressung der Flansche an die zugehörigen Dichtflächen des Aussenringes ist es erforderlich, den Flankenwinkel zwischen den Dichtflächen des Aussenringes und deren gegenseitigem Abstand an die masslichen Relationen des Innenringes anzupassen. Besondere Schwierigkeiten sind hiermit nicht verbunden, es ist jedoch zu berücksichtigen, dass eine besonders hohe Anpressung zwischen den Flanschen und den zugehörigen Dichtflächen bei der vorgeschlagenen Ausführung insofern nicht erforderlich ist, als betriebsbedingt auftretende Fliehkräfte das Abdichtuhgsergebnis massgeblich unterstützen. Bei Wellenstillstand kann eine Leckage ohnehin nicht auftreten, weil der Flansch radial innerhalb der Drallnuten mit einer kontinuierlich durchgehenden Fläche an der Dichtfläche anliegt. Die Drallnuten bestehen bei der vorgeschlagenen Kassettendichtung aus Einkerbungen, die die Flansche ganz durchdringen. Sie sind gleichmässig auf dem Umfang uerteilt und begrenzen zugleich die in den Zwischenräumen angeordneten Drallrippen. Letztere haben im vorspringenden Bereich, d.h. in radialer Richtung nach aussen, eine sich zunehmend vermindernde Dicke. Die Anströmfläche der Flanken ist in gleichem Masse reduziert, wodurch die Drallrippen dem aus Richtung des Aussenringes nachströmenden Flüssigkeits- film ausgezeichnet zu widerstehen vermögen. Bleibende Deformierungen an den Drallrippen sind daher bei der vorgeschlagenen Ausführung auch nach längerer Betriebszeit nicht zu befürchten. Der aus Richtung des Aussenringes anströmende Flüssigkeitsfilm wird gleichsam aufgetrennt, wobei der nicht zur Schmierung der Dichtfläche benötigte, grössere Volumenanteil von der dynamischen Dichtungszone weg und zurück in den abgedichteten Raum gefördert wird. Dieser Effekt tritt besonders deutlich dann in Erscheinung, wenn die Drallrippen im vorspringenden Bereich eine sich in Richtung der zugehörigen Dicht fläche ver mindernde Dicke haben. Die Innenseite der Drallrippen wird somit in diesem Falle durch eine Fläche gebildet, c'ie die an der Dicht fläche anliegende Fläche kontinuierlich und ohne sprunghafte Richtungsänderung ergänzt. Die Drallrippen und die Drallnuten können aussenseitig durch eine in sich geschlossene, kontinuierliche Fläche begrenzt werden, die die Rotationsachse im wesentlichen parallel zu deren Erstreckung sinuskurvenähnlich umschliesst. Die Drallrippen zeichnen sich bei einer solchen Ausführung durch eine besonders grosse mechanische Widerstandsfähigkeit aus, was die Vermeidung von Deformationen unter Betriebsbedingungen begünstigt. Die Strömungsbedingungen in den Drallnuten sind klar definiert. Auch eine kavitationsbedingte Schädigung der Drallrippen ist daher nicht ohne weiteres zu befürchten. Nach einer anderen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Drallrippen in Umfangsrichtung durch achsparallele Radialflächen begrenzt sind. Die Herstellung ist in diesem Falle wesentlich einfacher als in dem vorstehend angesprochenen. Sie eignet sich insbesondere für Anwendungs- fälle, in denen mit Ablagerungen aus dem abgedichteten Medium im Bereich der Dichtzone gerechnet werden muss. Die Drallrippen sollen möglichst auf der Aussenseite scharfkantig begrenzt sein, um eine möglichst gleichmässige Auftrennung des aus Richtung des Aussenringes anströmenden 0"filmes zu gewährleisten. Voraussetzung für den Effekt einer solchen Auftrennung ist jedoch die Vermeidung von betriebsbedingt auftretenden Deformationen. Auch im Bereich der aussenseitigen Abschlusskante der Drallrippen ist deshalb eine gewisse Mindestdicke nötig, die jedoch bei PTFE einen Wert von 0,5, bei Gummi von 0,8 mm im allgemeinen nicht überschreitet. Die Position der Kante stabilisiert sich im allgemeinen nach kurzer Betriebszeit in einem sehr geringen Abstand von der zugehörigen Dichtfläche. Dieser kann beispielsweise wenige ZehnteImillimeter betragen. Er gewährleistet eine kontinuierliche Schmierung der Dicht fläche unter Betriebsbedingungen und zugleich die Rückführung überschüssiger Flüssigkeit in den abgedichteten Raum. Die vorgeschlagene Kassettendichtung zeichnet sich durch eine nahezu vollständige Verschleissfreiheit aus sowie durch die nahezu vollständige Vermeidung von Ablagerungen im Bereich der dynamischen Dichtünqszone. Sie ist darüber hinaus zuverlässig auch dann, wenn hohe und häufig wechselnde Drehzahlen der abgedichteten Welle auftreten. Die gute Leichtgängigkeit begünstigt die Erzielung eines grossen Anwendungsspektrums. In der in der Anlage beigefügten Zeichnung sind zwei beispielhafte Ausführungen der vorgeschlagenen Kassettendichtung in halbgeschnittener Darstellung wiedergegeben. Sie werden nachfolgend beschrieben: Figur 1 nimmt Bezug auf eine in eine Kühlwasserpumpe eingebaute Kassettendichtung Figur 2 nimmt Bezug auf eine Ausführung ähnlich der jenigen nach Figur 1, die verbesserte Notlauf eigenschaften aufweist. Die in Figur 1 gezeigte Kassettendichtung besteht aus dem Aussenring 1 aus PTFE und aus dem Innenring 2 aus Gummi. Der Aussenring hat ein symmetrisches Dreiecksprofil und wird in axialer Richtung beiderseits durch Dichtflächen 3 und 4 begrenzt. Der Flankenwinkel zwischen den Dichtflächen beträgt 60 . Der Innenring hat herstellungsbedingt eine U-förmige Gestalt mit sich parallel zueinander erstreckenden Flanschen 5 und 6. Er wird in der dargestellten Weise in den Aussenring 1 eingeknüpft, wobei die beiden Flansche 5, 6 in axialer Richtung auseinandergepreizt werden und sich oberflächeneben an die Dichtflächen 3, 4 anlegen. Zwischen dem Innendurchmesser des Aussenringes und dem Nutgrund zwischen den beiden Flanschen 5, 6 des Innenringes ist ein radialer Abstand vorhanden, wodurch eine Relativverlagerung zwischen dem Innenring und dem Aussenring in radialer Richtung ohne weiteres möglich ist. Die die Flanschen 5, 6 in der Nute verbindende, achsparallele Fläche hat eine grössere axiale Erst:reckung als die unmittelbar gegenüberliegende Fläche des Aussenringes. Sie kann durch eine Ringwendelfeder zusätzlich belastet werden, was die statische Festlegung des Innenringes auf der Welle begünstigt. Der Innendurchmesser des Innenringes 2 ist so bemessen, dass die Drehbewegung des abgedichteten Maschinenteiles 7 ohne weiteres übertragen wird. Der Innenring 2 liegt infolgedessen mit seinen Flanschen 5, 6 gleitend an den Dichtflächen 3, 4 des Aussenringes 1 an. Für den Einbau der Kassettendichtung erübrigen sich spezielle Justiermassnahmen insofern, als sich der Innenring relativ leicht in axialer Richtung auf der Oberfläche des abgedichteten Maschinenteiles 7 verschieben lässt. Innenring 2 und Aussenring 1 sind dadurch in axialer Richtung stets einander in optimaler Weise zugeordnet. Auch axiale Relativbewegungen des abgedichteten Maschinenteiles 7 werden dadurch selbsttätig ausgeglichen. Der dem abgedichteten Medium 8 zugewandte Flansch 6 wird aussenseitig durch Drallrippen 9 begrenzt, die gleichmässig auf dem Umfang verteilt sind. Die Drallrippen 9 werden in Umfangsrichtung durch achsparallel verlaufende Radialflächen begrenzt, auf der von dem Aussenring 1 abgewandten Seite durch eine Kegelfläche und auf der dem Aussenring 1 zugewandten Seite durch eine die Dichtfläche stetig verlänger.nde Fläche. Letztere und die von dem Aussenring abgewandte Begrenzungsfläche begrenzen einander in einer scharfen Kante. Diese eist unter Betriebsbedingungen einen Abstand von der Dichtfläche 4 auf, der etwa ein Zehntelmillimeter beträgt. Die Ausführung nach Figur 2 ist äusserlich derjenigen nach Figur 1 sehr ähnlich. Der Aussenring besteht jedoch in diesem Falle aus einem tiefgezogenen Stahlblech, das im Inneren mit einem Schmierstoff gefüllt ist, beispielsweise mit einem Gemisch aus Graphit und PTFE-Pulver. Der Aussenring ist innenseitig durchgehend geöffnet. Der Innenring 2 besteht aus PTFE. Er weist ebenso herstellungsbedingt ein U-förmiges Profil auf mit sich parallel zueinander erstreckenden Flanschen 5 und 6. Während des Einfügens in den Aussenring 1 ergibt sich das dargestellte, V-förmige Profil sowie die erforderliche elastische Anpressung zwischen den Flanschen 5, 6 und den Dichtflächen 3, 4. Der Flansch 6 ist auf der Aussenseite mit Drallrippen 9 versehen. Diese sind durch gleichmässig auf dem Umfang verteilte Drallnuten voneinander getrennt. Die Drallrippen und die Drallnuten werden aussenseitig durch eine in sich geschlossene, kontinuierliche Fläche begrenzt, die die Rotationsachse im wesentlichen parallel zu deren Erstreckung, sinuskurvenähnlich umschliesst. Die von dem Aussenring 1 abgewandte Begrenzungsfläche der Drallrippen 9 ist auch in diesem Falle im vorspringen den Bereich abgeschrägt in Richtung der Dichtfläche 4. Die die Drallrippen auf der gegenüberliegenden Seite begrenzende Fläche bildet eine kontinuierliche Verlängerung der an der Dichtfläche 4 anliegenden Fläche des Flansches 6. Diese Fläche und die davor beschriebene, von dem Aussenring 1 abgewandte Fläche der Drallrippen 9,begrenzen einander an dem am weitesten aussen liegenden Punkt nahezu in einer scharfen Kante. Die in Figur 2 gezeigte Kassettendichtung zeichnet sich durch besonders gute Notlaufeigenschaften aus. Diese werden dann benötigt, wenn der normale Betrieb ein gelegentliches Trockenlaufen mitumfasst. Die notwendige Kühlung und Schmierung der dynamischen Abdichtungszone wird dadurch beeinträchtigt. Sie führt bei der vorgeschlagenen Ausführung zu einer Erwärmung des in dem Aussenring gespeicherten Schmierstoffes. Dieser vermindert dadurch seine Viskosität und gelangt über die am Innendurchmesser des Aussenringes angeordnete Öffnung auf die Dichtflächen 3, 4. Ein weiteres Ansteigen der Temperaturen wird dadurch wirksam verhindert.

Claims: Ansprüche 1. Vassettendichtung, bestehend aus einem Aussenring mit weinigstens zwei ihn axial begrenzenden Dichtflächen, einem Innenring mit zwei den Aussenring axial um greifenden Flanschen, die unter einer elastischen Vorspannung an den Dicht flächen anliegen und von denen wenigstens eine gleichmässig auf dem Umfang verteilte Drallnuten zur Rückförderung von Leck flüssigkeit oder Fremdkörpern aufweist, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dichtflächen (3, 4) einen gegenseitigen Abstand haben, der sich mit zunehmen dem Abstand von der Rotationsachse vergrössert, dass der Flansch (6) von Drallnuten ganz durchdrungen ist, dass die Drallnuten radial ausserhalb der Dicht fläche angeordnet sind und dass zwischen den Drallnuten Drall rippen (9) vorhanden sind, die im vorspringenden Bereich eine sich vermindernde Dicke haben. 2. Kassettendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Drallrippen (9) im vorspringenden Bereich eine sich in Richtung der zugehörigen Dicht fläche vermindernde Dicke haben. 3. Kassettendichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Drallrippen und Drallnuten aussenseitig durch eine in sich geschlossene, kon tinuierliche Fläche begrenzt sind, die die Rotations achse im wesentlichen parallel zu deren Erstreckung sinuskurvenähnlich umschliesst. 4. Kassettendichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dr-allrippen in Umfangsrichtung durch achsparallele Radialflächen begrenzt sind. 5. Kassettendichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Drallrippen auf der Aussenseite scharfkantig begrenzt sind.

Inventors: HOLZER, HELMUT, DIPL.-ING., Hölzer, Helmut, Dipl.-Ing.
Applicants: FIRMA CARL FREUDENBERG
Application year: 1984
Main classification: F16J15
IPC codes: F16J15