Ringförmige Gleitringdichtung und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine ringförmige Gleitring- dichtung zwischen zwei zueinander drehbaren Teilen, z. B. einer Welle und einem Lagergehäuse. An eine derartige Universaldichtung für allgemeine Maschi nenkonstruktionen werden viele Anforderungen ge stellt. Sie soll selbstverständlich in erster Linie eine gute Dichtwirkung sowohl bei hohen wie niedrigen Drehzahlen ergeben.
Eine Spalt- oder Labyrinthdich- tung erfüllt diese Anforderung nicht, da ihre Dicht wirkung bei niedrigen Drehzahlen äusserst be schränkt ist. Reibungsdichtungen andererseits wider stehen nicht höheren Umfangsgeschwindigkeiten. Die ideale Dichtung wäre somit eine Dichtung, die bei niedrigen Drehzahlen reibt und die bei höheren Drehzahlen als Spalt- oder Labyrinthdichtung funk tioniert. Andere Anforderungen, die man an eine Dichtung stellt, sind, dass sie einfach in der Montage sowie billig in der Herstellung sein soll. Ausserdem soll sie sich im Falle einer Abnutzung nachstellen, d. h. ansetzen, lassen.
Der Erfindungsgegenstand vereint alle diese Eigenschaften in sich und weist über diese hinaus eine Reihe von Vorteilen auf, die im folgenden beschrieben werden.
Die erfindungsgemässe ringförmige Gleitringdich- tung zur Abdichtung eines wellenförmigen Teils ge genüber einer im wesentlichen radialen Gegendicht fläche, ausschliesslich bestehend aus einem auf den wellenförmigen Teil mit Vorspannung aufschiebba ren hohlzylindrischen Grundkörper aus nachgiebigem Material von solcher radialer Dicke, dass der Grund körper ohne zusätzliche Mittel fest auf dem wellen förmigen Teil gehalten wird, und einer mit dem Grundkörper einstückig verbundenen, nach aussen zur Gegendichtfläche vorstehenden und sich mit ihrer radial äusseren Stirnkante elastisch an die Gegen dichtfläche anlegenden Dichtungslippe,
ist dadurch gekennzeichnet, dass im entspannten Zustand die Dichtungslippe gleiche radiale Abmessungen wie der Grundkörper aufweist und mit dem Grundkörper nur in dessen radial innerem Bereich verbunden ist, wobei die Dichtungslippe im radial äusseren Bereich von dem Grundkörper durch eine sich von der äusse- ren Mantelfläche des Grundkörpers radial nach ein wärts verjüngende Einkerbung getrennt ist.
Das Verfahren zur Herstellung der ringförmigen Gleitdichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schlauch aus nachgiebigem Material, in welchem im Abstand voneinander gelegene, nach aussen offene ringförmige Nuten vorgesehen worden sind, auf einem Dorn zum Drehen gebracht wird, wobei er un ter Verwendung wenigstens eines Schneidwerkzeugs längs Rotationsflächen, die den ihnen benachbarten Flächen der nach aussen offenen ringförmigen Nuten angepasst sind, in Ringe geteilt wird.
Die Zeichnung zeigt als Beispiel gewählte Aus führungsformen einer ringförmigen Gleitringdichtung nach der Erfindung sowie des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung der ringförmigen Gleit- ringdichtung. Es stellen dar: Fig. 1-3 verschiedene Schritte bei der Montage einer Ausführungsform des Dichtringes, Fig. 4 und 5 den Dichtring in einigen weiteren Ausführungsformen, und Fig. 6 die Vorrichtung zur Herstellung von sol chen Dichtringen.
1 bezeichnet den vorzugsweise aus Gummi beste henden Grundkörper eines elastischen Ringes, dessen innere Begrenzungsfläche mit 2 und deren äussere Begrenzungsfläche mit 3 bezeichnet ist. Die Begren zungsflächen 2 und 3 sind zur Achse des Ringes ko axial. Die Endteile des Ringes sind von zwei Rota tionsflächen, einer äusseren 4 und einer inneren 5, begrenzt. Diese Flächen 4 und 5 sind zweckmässiger- weise von derselben Ausbildung, was auf das unten beschriebene Herstellungsverfahren zurückzuführen ist.
Der Grundkörper 1 weist am einen Ende eine von seinem inneren Teil vorragende und in einem Stück mit ihm hergestellte ringförmige Lippe 6 auf, wobei zwischen dem Grundkörper 1 und der Lippe 6 eine nach aussen offene ringförmige Nut 7 von V-förmi- gem Querschnitt gebildet ist. Die Lippe 6 hat hierbei eine viel geringere Masse als der Ring 1 im übrigen.
Für die erfindungsgemässe Dichtung ist es wesentlich, dass die Lippe 6 zwecks Abdichtung mit einer in bezug auf die Drehungsachse 8 wenigstens hauptsächlich radial gerichteten Gegendichtfläche 9 auf dem Lagergehäuse 10 o. dgl. zusammenwirkt, wobei die der Fläche 9 zugekehrte Seite 5 der Lippe 6 aus einer Rotationsfläche besteht.
Die Dichtung mit einem Dichtring ist aus Fig. 3 ersichtlich, während Fig. 1 und 2 zeigen, wie die Montage des Dichtringes ausgeführt wird. In Fig. 1 ist zu sehen, wie der Ring 1, 6 auf das freie Ende der Welle 8 unter Ausweitung des Grundkörpers 1 aufge bracht wird. Die Welle 8 hat einen grösseren Durch messer als der Grundkörper 1 in dessen entspanntem Zustand. In montierter Lage ist der elastische Grund körper 1 also um die Welle 8 ausgeweitet, wodurch die Lippe 6 in richtiger Lage im Verhältnis zu der radial gerichteten Fläche 9 des Lagergehäuses 10 fixiert werden kann.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, wie man mit Hilfe eines sehr einfachen Werkzeugs 11 den Ring 1, 6 in richti ger Lage im Verhältnis zum Lagergehäuse 10 mon tieren kann. Das Werkzeug 11 besteht aus einem zylindrischen Mantel 12 und einem ringförmigen Teil 13, dessen Innendurchmesser etwas grösser ist als der Durchmesser der Welle B.
Mit dem Werkzeug 11 wird der Ring 1, 6 auf die Welle 8 aufgeschoben, bis die Vorderkante 14 des Werkzeugs 11 gegen die radial gerichtete Fläche 9 des Lagergehäuses 10 an- stösst. In dieser Lage des Werkzeugs 11 liegt die Lippe 6 somit gegen die Fläche 9 mit einem gewissen erwünschten Dichtungsdruck an. Die Anwendung eines Werkzeugs bei der Montage ist jedoch nicht notwendig, da sich der Ring 1, 6 unter einiger Dre hung der Welle ziemlich einfach von Hand montieren lässt.
Gemäss den in Fig.l-4 dargestellten beiden Ausführungsformen ist die Rotationsfläche 5 der Lippe 6 konisch, während sie in der Ausführungs- form gemäss Fig. 5 gekrümmt ist, wobei die Fläche vorzugsweise durch einen Kreisbogen erzeugt ist. Im letzteren Falle erhält man eine viel kompaktere Bauart als im ersteren Falle, wobei vorausgesetzt wird, dass der Winkel der Rotationsfläche 5 mit der Fläche 9 in beiden Fällen der gleiche ist.
Um ein gutes Ergebnis zu erhalten, soll dieser zwischen der Lippe 6 und der Fläche 9 vorhandene Winkel zwi schen 30 und 60 , vorzugsweise etwa 45 , betragen.
In sämtlichen dargestellten Ausführungsformen hat der mit der radial gerichteten Fläche 9 zusam- menwirkende Teil der Lippe 6 im Querschnitt spitze Form. Gemäss Fig. 1-3 und 5 ist die Spitze der Lippe 6 von der Rotationsfläche 5 und einer zylindri schen Fläche 15 von demselben Durchmesser wie der Grundkörper 1 im übrigen begrenzt, während sie laut Fig. 4 von der nach innen gerichteten Rotationsfläche 5 und einer wenigstens im wesentlichen konischen Fläche 16 begrenzt ist.
Fig. 6 veranschaulicht, wie ein Dichtring für die erfindungsgemässe Dichtung in einfacher Weise her gestellt wird. Ein Schlauch 17 aus Elastomer wird auf einen Dorn 18 aus verhältnismässig weichem Werk stoff wie Holz, Gummi o. dgl. besteckt. Der Dorn 18 wird beispielsweise in einer Drehbank oder in einer für die Herstellung besonders konstruierten Maschine in Umdrehung versetzt. Im Schlauch 17 werden ent weder vor oder nach der Anbringung auf dem Dorn 18 V-förmige Nuten 7 z. B. durch Stechen, Schleifen oder Giessen vorgesehen.
Im letzten Falle werden die Nuten 7 vorzugsweise beim Giessen des Schlauches 17 hergestellt. Während der Drehung wird der Schlauch 17 mittels Schneidwerkzeuge 19 in Ringe 1 geteilt. Die Schneidwerkzeuge 19, welche spitzig sind, teilen hierbei den Schlauch 17 in Ringe 1 längs Rota tionsflächen 5, die den ihnen benachbarten Flächen der nach aussen offenen ringförmigen Nuten 7 ange- passt sind. Die bei der Teilung gebildeten Lippen 6 erhalten somit eine wenigstens hauptsächlich kon stante Dicke.
Laut der veranschaulichten Ausführungsform sind die Werkzeuge 19 in einer Platte 20 befestigt, die zum Schneiden der Ringe 1, 6 auf den Dorn 18 zu und von ihm weg geführt wird. Die Platte 20 ist jedoch auch in einer Richtung parallel zur Drehungs achse des Dornes 18 verschiebbar, so dass sich die Dicke der Lippe 6 für verschiedene Dichtungsaufga ben variieren lässt. So ist beispielsweise für öldich- tungen eine etwas steifere Lippe 6 erforderlich als für Staubdichtungen.
Die Dicke und Massenverteilung der Lippe 6 wird in gewissen Fällen derart gewählt, dass die Lippe 6 bei niedrigen Drehzahlen reibt und bei hohen Drehzahlen von der Zentrifugalkraft nach aussen geschleudert wird und eine Spaltdichtung bil det.
Gemäss einer nicht dargestellten Ausführungs- form werden die Werkzeuge 19 während ihrer Bewe gung auf den Dorn zu geschwenkt, so dass man die Schnittflächen 5 laut Fig. 5 erhält.
Bei der Herstellung des Dichtringes 1 laut Fig. 4 muss ein weiterer Satz von Schneidwerkzeugen 21 für die konischen Flächen 16 zur Anwendung gelan gen. Auch diese Werkzeuge 21 sind an einer Platte 22 angebracht. Zur besseren Veranschaulichung sind sowohl die Werkzeuge 19 wie auch die Werkzeuge 21 in Fig. 6 mit dem Schlauch 17 in Schneideingriff ge zeigt.
Normalerweise sollen die Werkzeuge 19 und 21 jedoch abwechselnd mit dem Schlauch 17 eingreifen. Die Platten 20 und 22 können deshalb gemäss einer bevorzugten Ausführungsform zusammengebaut sein, so dass sich die eine auf den Dorn 18 zu bewegt, wenn sich die andere von ihm entfernt. Die koni schen Flächen 16 sind mit den Werkzeugen 21 zu schneiden, bevor die Aufteilung in Ringe 1, 6 mit den Werkzeugen 19 bewerkstelligt wird.
Bei der erfindungsgemässen Dichtung kann der Dichtring 1, 6 seine Funktion auch bei verhältnis- mässig grosser Schrägstellung zwischen Welle 8 und Fläche 9 erfüllen. In gewissen Fällen kann es bei Schmiermitteln, z. B. Öl und Wasser, von Vorteil sein, den Ring 1, 6 mit verschieden fester Ansetzung gegen die Dichtungsfläche 9 zu montieren, d. h. den Ring 1, 6 zur Fläche 9 etwas schräg zu stellen. Hier durch wird die Reibungsfläche zwischen Lippe 6 und Fläche 9 etwas exzentrisch im Verhältnis zur Welle 8, wodurch die Reibungsfläche bei der Umdrehung ge schmiert werden wird. Dieselbe Wirkung erhält man selbstverständlich, wenn die Welle 8 etwas exzen trisch gelagert ist. Bei Verschleiss ausübenden Mit teln, z. B.
Ton, empfiehlt sich jedoch eine unbedingt symmetrische Montage um die Welle 8 und vorzugs weise keine Exzentrizität der Welle B.
Annular mechanical seal and method for its production The invention relates to an annular mechanical seal between two mutually rotatable parts, e.g. B. a shaft and a bearing housing. Many requirements are placed on such a universal seal for general machine constructions. It should of course primarily produce a good sealing effect at both high and low speeds.
A gap or labyrinth seal does not meet this requirement because its sealing effect is extremely limited at low speeds. Friction seals, on the other hand, do not withstand higher peripheral speeds. The ideal seal would therefore be a seal that rubs at low speeds and functions as a gap or labyrinth seal at higher speeds. Other requirements placed on a seal are that it should be easy to assemble and cheap to manufacture. In addition, it should adjust itself in the event of wear, i. H. start, let.
The subject matter of the invention combines all these properties and, in addition to these, has a number of advantages which are described below.
The ring-shaped mechanical seal according to the invention for sealing a wave-shaped part against a substantially radial counter-sealing surface, consisting exclusively of a hollow cylindrical base body, which can be pushed onto the wave-shaped part with prestress, made of flexible material of such a radial thickness that the base body is fixed without additional means is held on the wave-shaped part, and one with the base body integrally connected, protruding outwardly to the counter sealing surface and with its radially outer end edge elastically resting on the counter sealing surface,
is characterized in that, in the relaxed state, the sealing lip has the same radial dimensions as the base body and is only connected to the base body in its radially inner area, the sealing lip in the radially outer area of the base body being separated from the outer surface of the The base body is separated radially by a tapering notch downward.
The method for producing the annular sliding seal is characterized in that a hose made of resilient material, in which spaced apart, outwardly open annular grooves have been provided, is made to rotate on a mandrel, using at least one cutting tool is divided into rings along surfaces of revolution which are adapted to the surfaces of the outwardly open annular grooves adjacent to them.
The drawing shows, as an example, selected embodiments of an annular mechanical seal according to the invention and the method according to the invention for producing the annular mechanical seal. The figures show: FIGS. 1-3 various steps in the assembly of an embodiment of the sealing ring, FIGS. 4 and 5 the sealing ring in some further embodiments, and FIG. 6 the device for producing such sealing rings.
1 denotes the base body, preferably made of rubber, of an elastic ring, the inner boundary surface of which is denoted by 2 and the outer boundary surface by 3. The limita- tion surfaces 2 and 3 are ko axial to the axis of the ring. The end parts of the ring are limited by two surfaces of rotation, an outer 4 and an inner 5. These surfaces 4 and 5 are expediently of the same design, which is due to the manufacturing process described below.
The main body 1 has at one end an annular lip 6 protruding from its inner part and produced in one piece with it, an outwardly open annular groove 7 of V-shaped cross section being formed between the main body 1 and the lip 6 . The lip 6 here has a much smaller mass than the rest of the ring 1.
For the seal according to the invention, it is essential that the lip 6 interacts for the purpose of sealing with a counter-sealing surface 9 on the bearing housing 10 or the like, which is at least mainly radially directed with respect to the axis of rotation 8, the side 5 of the lip 6 facing the surface 9 from consists of a surface of revolution.
The seal with a sealing ring can be seen from Fig. 3, while Figs. 1 and 2 show how the assembly of the sealing ring is carried out. In Fig. 1 it can be seen how the ring 1, 6 is brought up to the free end of the shaft 8 with expansion of the base body 1. The shaft 8 has a larger diameter than the base body 1 in its relaxed state. In the assembled position, the elastic base body 1 is thus expanded around the shaft 8, whereby the lip 6 can be fixed in the correct position in relation to the radially directed surface 9 of the bearing housing 10.
From Fig. 2 it can be seen how with the help of a very simple tool 11 the ring 1, 6 can animals in Richti ger position in relation to the bearing housing 10 mon. The tool 11 consists of a cylindrical jacket 12 and an annular part 13, the inner diameter of which is slightly larger than the diameter of the shaft B.
With the tool 11, the ring 1, 6 is pushed onto the shaft 8 until the front edge 14 of the tool 11 abuts against the radially directed surface 9 of the bearing housing 10. In this position of the tool 11, the lip 6 thus rests against the surface 9 with a certain desired sealing pressure. The use of a tool during assembly is not necessary, however, since the ring 1, 6 can be assembled by hand quite easily with some rotation of the shaft.
According to the two embodiments shown in FIG. 1-4, the surface of rotation 5 of the lip 6 is conical, while in the embodiment according to FIG. 5 it is curved, the surface preferably being produced by an arc of a circle. In the latter case, a much more compact design is obtained than in the former case, it being assumed that the angle of the surface of revolution 5 with the surface 9 is the same in both cases.
In order to obtain a good result, this angle between the lip 6 and the surface 9 should be between 30 and 60, preferably about 45.
In all of the illustrated embodiments, the part of the lip 6 which interacts with the radially directed surface 9 has a pointed shape in cross section. 1-3 and 5, the tip of the lip 6 is limited by the surface of rotation 5 and a cylindri's surface 15 of the same diameter as the base body 1, while according to FIG. 4 of the inwardly directed surface of rotation 5 and a at least substantially conical surface 16 is limited.
Fig. 6 illustrates how a sealing ring for the seal according to the invention is made in a simple manner. A hose 17 made of elastomer is on a mandrel 18 made of relatively soft material such as wood, rubber o. The like. The mandrel 18 is set in rotation, for example, in a lathe or in a machine specially designed for production. In the tube 17 are ent either before or after attachment to the mandrel 18 V-shaped grooves 7 z. B. provided by piercing, grinding or casting.
In the latter case, the grooves 7 are preferably produced when the hose 17 is cast. During the rotation, the hose 17 is divided into rings 1 by means of cutting tools 19. The cutting tools 19, which are pointed, divide the hose 17 into rings 1 along surfaces of rotation 5, which are adapted to the surfaces of the annular grooves 7 open to them adjacent to them. The lips 6 formed during the division thus receive an at least mainly constant thickness.
According to the illustrated embodiment, the tools 19 are fixed in a plate 20 which is guided towards and away from the mandrel 18 for cutting the rings 1, 6. However, the plate 20 can also be displaced in a direction parallel to the axis of rotation of the mandrel 18, so that the thickness of the lip 6 can be varied for different sealing tasks. For example, a somewhat stiffer lip 6 is required for oil seals than for dust seals.
The thickness and mass distribution of the lip 6 is selected in certain cases such that the lip 6 rubs at low speeds and is thrown outward by the centrifugal force at high speeds and forms a gap seal.
According to an embodiment not shown, the tools 19 are pivoted towards the mandrel during their movement, so that the cut surfaces 5 according to FIG. 5 are obtained.
In the production of the sealing ring 1 according to FIG. 4, another set of cutting tools 21 must be used for the conical surfaces 16. These tools 21 are also attached to a plate 22. For better illustration, both the tools 19 and the tools 21 in Fig. 6 with the hose 17 in cutting engagement GE shows.
Normally, however, the tools 19 and 21 should engage the hose 17 alternately. The plates 20 and 22 can therefore, according to a preferred embodiment, be assembled so that one moves towards the mandrel 18 as the other moves away from it. The conical surfaces 16 are to be cut with the tools 21 before the division into rings 1, 6 with the tools 19 is accomplished.
In the case of the seal according to the invention, the sealing ring 1, 6 can also fulfill its function with a relatively large inclination between shaft 8 and surface 9. In certain cases, lubricants, e.g. B. oil and water, be advantageous to assemble the ring 1, 6 with differently fixed attachment against the sealing surface 9, d. H. to place the ring 1, 6 at a slight angle to the surface 9. Here by the friction surface between lip 6 and surface 9 is somewhat eccentric in relation to the shaft 8, whereby the friction surface during the revolution will be lubricated ge. The same effect is of course obtained when the shaft 8 is mounted somewhat eccentrically. With wear exerting means, z. B.
Sound, however, it is advisable to mount it symmetrically around the shaft 8 and preferably no eccentricity of the shaft B.