DE2304676C2

DE2304676C2 - Dichtungsring aus elastomerem Material

Info

Publication number: DE2304676C2
Application number: DE2304676A
Authority: DE
Inventors: Sven-Erik Naters Malmström; Sten Forsheda Sporre
Original assignee: FORSHEDA IDEUTVECKLING VAERNAMO SE AB; Forsheda Ideutveckling AB
Current assignee: FORSHEDA IDEUTVECKLING VAERNAMO SE AB; Forsheda Ideutveckling AB
Priority date: 1972-01-31
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1985-01-03
Also published as: NL7301351A; HU169316B; US3866925A; DE2304676A1; IT977144B; DK143618B; AT323491B; BE794815A; AU5159473A; JPS4887240A; CH567216A5; JPS5321070B2; GB1399562A; AU467523B2; NO148422B; FI63286C; NO148422C; DK143618C; FR2170709A5; CA985327A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dichtungsi ing aus elastomerem Material mit einer darin eingebetteten Verslärkung, die aus mindestens einem ringförmigen Federelement besteht, das von einer zur Ringform geschlossenen Schraubenfeder gebildet ist, deren Schraubenwindungen, die Teile des elastomeren Materials umschließen, in eine zur Federlängsachsc nicht senkrechte, sich in Riehtung der Federlängsachse überlappende Lage verdreht sind.

Es ist häufig erwünscht, Dichtungsringe aus elastomerem Material durch Verstärkungselcmente verschiedener Art zu verstärken, die in das elastomere Material w eingebettet sind. Die Anwendung von z. B. Schraubenfedern zur Verstärkung von Dichtungsringen aus elastomerem Material ist jedoch häufig dadurch begrenzt, daß der für Dichtungsringe dieser Art zur Verfügung stehende Platz häufig sehr beschränkt ist und die bisher bekannten Verstärkungselemente die Dichtungsringe zu groß machen oder aber selbst so klein ausgebildet werden müssen, daß eine ausreichende Verstärkung des Dichtungsringes nicht mehr gewährleistet ist.

Ein gewisse Verkleinerung wird bei einem vorbekannten Dichtungsring der eingangs genannten Art (US-PS 31 83 010) dadurch erreicht, daß die Windungen der Schraubenfeder gegenüber der Federlängsachse ein wenig »flachgelegt« werden, so daß sie in einem Winkel von ungefähr 70" (Fig. 3 der US-PS) zur Fcdcrlängs- μ achse stehen. Hierdurch soll ein teilweises »Öffnen« der sonst lückenlos aneinander anliegenden Schniwbenwindungen erreicht werden, um dem elastomerem Material das Eindringen in das Innere der Schraubenfeder zu erleichtern. Eine wesentliche Verstärkung in Umfangsrichtung ist aber durch diese Feder nicht zu erwarten, da sich lediglich die Reaktionskräfte von Feder und elastomerem Material bei Zugspannung im wesentlichen addieren. Um die Zugspannungsfestigkeit des Dichtungsringes wesentlich zu erhöhen, müßte daher eine entsprechend starke Schraubenfeder, was zu entsprechenden Vergrößerung des Platzbedarfes führt, verwendet werden.

Ähnliche Verhältnisse sind bei einem anderen vorbekannten Dichtungsring (US-PS 34 45 120) anzutreffen. Auch bei diesem Dichtungsring (insbesondere dem Dichtungsring nach F i g. 3 der US-PS) addieren sich im wesentlichen die elastischen Reaktionskräfte von elastomerem Material und Verstärkungselement bei Zugbeanspruchung in Umfangsrichtung, da sowohl elastomeres Material als auch Verstärkungselement lediglich auf Zug beansprucht werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Dichtungsring der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ohne Vergrößerung des Platzbedarfes eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Zugbelastungen vorhanden ist

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Schraubenwindungen zur Bildung eines flachen, streifenförmigen Fedecc.Iementes vollständig flachgelegt sind derart, daß sie eine in Federlängsrichtung wirkende Zugspannung als Druckspannung auf das von ihnen umschlossene elastomere Material übertragen. Wenn sich infolge Zugbeanspruchung die Schraubenwindungen verengen, so komprimieren sie das zwischen ihnen eingeschlossene elastomere Material. In diesem Fall wird zur elastischen Kraft der Feder nicht die Reaktionskraft des elastomeren Materials infolge von Zugspannung addiert, sondern eine Reaktionskraft, die auf einer Druckbeanspruchung des elastomeren Materials beruht, was für ein elastomeres Material eine vorteilhaftere Belastungsart ist. Bei gleicher Größe k,?nn auf diese Weise eine wesentlich größere Widerstandsfähigkeit gegen Zugbeanspruchungen erreicht werden als dies bei den vorbekannten Dichtungsringen der Fall war.

Die Verstärkung kann vorzugsweise aus zwei ineinander gerollten, flachgelegten Schraubenfedern bestehen, von denen vorteilhafterweise die eine rechtsgängig und die andere linksgängig ist.

Das die Verstärkung bildende Federelement kann je nach der Anwendung und der gewünschten Wirkung die Form eines im wesentlichen flachen Ringes, eines Hohlzylindcrs oder eines Hohlkegelstumpfes aufweisen.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht eine Verstärkungsfeder für einen erfindungsgemäßen Dichtungsring.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Wände von zwei Rohren, die mittels eines Dichtungsrings der Erfindung verbunden sind.

Fig.3a und 3b zeigen Schnitte durch einen anderen Dichtungsring der Erfindung zwischen zwei Rohren.

Fig.4 zeigt im Schnitt einen anderen Dichtungsring der Erfindung.

F i g. 5 zeigt im Schnitt einen weiteren Dichtungsring der Erfindung.

F i g. 6 zeigt im Schnitt einen Dichtungsring der Erfindung für eine rotierende Welle.

F i g. 7 bis 12 zeigen im Schnitt weitere Dichtungsringe der Erfindung.

In Tig. I ist eine Ausführungsform für eine Verstär-

kungs- und Versteifungsfeder dargestellt, die bei einem erfindungsgemäßen Dichtungsring verwendet werden kann.

Die Verstärkungsfeder besteht aus mindestens einer Schraubenfeder aus Metalldraht, die zu Streifenform flachgedrückt ist Aufgrund der Streifenform der Verstärkungsfeder ergeben sich eine Anzahl von Vorteilen, die im einzelnen aus der nachstehenden Beschreibung von verschiedenen, eine solche Feder aufweisenden Gegenständen hervorgehen. Es kann jedoch erwähnt werden, daß eine Feder, die aus einer zu Streifenform flachgedrückten Schraubenfeder besteht, bei Einbettung in ein elastisches Materia!, z. B. Gummi, zusammen mit diesem elastischen Material ein elastisches Element bildet, bei dem Teile des elastischen Materials unter Druckspannung stehen; dies ist eine äußerst vorteilhafte Art der Spannung in einem elastischen Material, insbesondere Gummi, wenn das elastische Element einer Zugspannung unterworfen wird.

Die in F i g. 1 dargestellte Verstärkungsfeder ist dadurch gebildet, daß zwei Schraubenfedern ineinandergeroilt sind, deren Windungen in verschiedenen Richtungen verlaufen, d h. eine rechtsgängige Sch.yube und eine linksgängige Schraube. Ein Federelement dieser Art ist sehr kompakt und stark, hat relativ kontinuierlieh, d. h. glatt und durchgehend verlaufende Seitenkanten, und weist viele andere Vorteile auf, z. B. eine kleine Gesamtfläche der offenen Durchbrechungen.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Wand eines Rohrmuffenteiles 10 und eines Rohreinsteckteiles IZ die gegeneinander abgedichtet werden sollen. Bevor der Einsteckteil in den Muffenteil 10 eingesteckt wird, wird der Muffenteil mit einem Dichtungsring 14 versehen, der einen Befestigungstei! 16 und einen damit verbundenen Dichtungsteil 18 aufweist In dem Dichtungsring ist eine streifenfcrmige Ringfeder 20 eingebettet, die im unbelasteten Zustand die Form eines Hohlkegelstumpfes hat. Der Federstreifen kann entsprechend der Ausführungsform nach F i g. 1 ausgebildet sein. Der Befestigungsteil 16 des Dichtungsringes 14 wird gegen die Innenfläche des Muffenteils 10 mittels eines Kunststoffrings 22 angepreßt. Wenn der Einsteckteil 12 in den mit dem Dichtungsring versehenen Muffenteil 16 eingesteckt wird, wird der Dichtungsteil 18 elastisch zur Seite gedrückt, und nach der Erfindung des Einsteckteils 12 in den Muffenteil 10 wird der Dichtungsteil 18 durch das Federelememt 20 mit relativ großer Kraft gegen die Außenfläche des eingesteckten Rohrendes 12 gepreßt. Somit bildet der Dichtungsring eine Lippendichtung, die hohen Innendrücken standhalten kann. Aufgrund des Federelementes 20 kann das Gummimaterial relativ kleine Abmessungen haben, wobei ein hoher Kontaktdruck gegen die Außenfläche des Einsteckteils aufrechterhalten wird.

Gemäß F i g. 3a und 3b ist eine Verstärkungsfeder sowohl im Befestigungsteil als auch im Dichtungsteil eines Dichtungsrings vorgesehen. Der Befestigungsteil 24 des Dichtungsrings liegt an der Außenfläche im Randbereich eines Muffenteils 26 an. Der Dichtungsring hat einen Dichtungsteil 28 und einen Verbindungsteil 30 zwischen dem Befestigungsteil 24 und dem Dichtungsteil 28. Der Befestigungsteil 24 wird gegen die Muffe 26 durch ein Federelement 32 angedrückt, das vorteilhafterweise in das Gummimaterial eingebettet ist (bei der gezeigten Ausführungsform ist es lediglich in einer Vertiefung im Gummimaterial des Befestigungsteils 24 angeordnet). Auch der Dichtungsteil 28 ist mit einem Federelement 34 versehen. Im entspannten Zustand hat das Federelement 34 die Form eines Hohlkegelstumpfes. Das Federcicmcnt 34 ist in einem /weilen Teil des Gummimaterials eingebettet. Der Dichtungsteil 28 des Dichtungsrings hat eine Dichtlippe 36 zur Verbesserung der Dichtwirkung. Wenn das Einsteckende 38 in den Dichtungsring eingeführt wird, wird dessen Dichtungsteil 28 gegen die Kraft des Federelementes 34 aufgeweitet und nimmt die Lage gemäß F i g. 3b ein. Die Federelemente 32 und 34 pressen den Befestigungsteil gegen die Muffe und den Dichtungsteil gegen das Einsteckende, jeweils mit ausreichender Kraft zur Aufrechterhaltung der Dichtwirkung. Der Verbindungsteil 30 ist so geformt, daß die Dichtungseinrichtung in der Lage ist, große Abweichungen von den Soll-Abmessungen, Exzentrizitäten oder dgl. aufzunehmen.

F i g. 4 zeigt eine Muffe zum Verbinden von zwei geraden Rohren (Rohren ohne Muffenteil). Die Muffe 40 hat zwei Dichtungsringe 42 und 44 und einen Anschlagring 46. Die Ringe sind im wesentlichen flach und bestehen aus Gummi sowie darin eingebetteten streifenförmigen Federelementen. Die Ringe sind in Nuten in der Muffe angeordnet An der Innenseite.- -ier beiden Dichtungsringe 42 und 44 sind in dsr Mufit Nuten 48 vorgesehen, die flacher und breiter sind als die Halterungsnuten, wobei die Dichtungsringe federnd in die Nuten 48 abgebogen werden, wenn ein einzusteckendes Rohrende in di»; Muffe eingeführt wird. Fig.5 zeigt nur ein Einsteckende 50 in Anlage am Anschlagring 46, während der andere Dichtungsring 42 in entspannter Lage gezeigt ist. Die in den Ringen eingebetteten Federelemente ergeben einen hohen Kontaktdruck gegen die Außenflächen der in die Muffe eingeführten Rohrenden.

F i g. 5 zeigt einen Teil einer Rohrmuffe 51 mit einem Dichtungsring 52 mit einem in eine Nut der Muffe eingeformten Teil 54. Der Dichtungstei! 56 des Dichtungsrings ist mit einem Federelement 58 versehen, das im entspannten Zustand die Form eines Hohlkegelstumpfes hat. An der Innenseite der Stelle, an der der Dichtungsring in die Muffe 51 eingeformt ist, weist die Muffe eine Ausnehmung 60 auf, die dem Dichtungsteil 56 des Dichtungsrings entspricht. Die Rohrmuffe kann in der Weise hergestellt werden, daß der Dichtungsring 52 auf einer formgebenden Oberfläche oder einem Formkern angeordnet ist, mit dem die Innenfläche der Muffe 51 geformt werden soll; hierdurch wird der Dichtungsring 52 in die Muffe 51 eingeformt, wenn z. B. Beton auf den Formkern aufgebracht wird. Wenn der Formkern oder die formgebende Oberfläche entfernt wird, springt der Dichtungsteil 56 von der Muffenwand weg in die dargestellte Lage. Wenn ein Rohrende 62 in die Muffe 51 eingeführt wird, wird der Dichtungsteil 56 mit Hilfe des Federelements 58 gegen die Außenfläche des Rohrendes gepreßt, so daß sich der Dichtungsteil 56 abdichtend gegen diese Außenfläche des Rohrendes anlegt.

Fi₁,. 6-zeigt einen Dichtungsring zwischen einer rotierenden Welle 70 und einer feststehenden Wand 72. durch die sich die Welle erstreckt. Der Dichtungsring besteht aus einem Ring 74 mit einem Befestigungsteil 76 und einem Dichtungsteil 78. Der Befestigungsteil 76 umschließt die Welle und wird durch ein Federelement 80 gegen die Welle angepreßt, welches in dem Befestigungsteil eingebettet ist und die Form eines Hohizylinders hat. Der Dichtungsteil 78 ist einstückig mit dem Befestigungsteil 76 ausgebildet und liegt niit seinem äußeren Ende an der Wand 72 an. Die Berührungskraft des Dichtungsteils 78 an der Wand 72 wird durch ein Federelement 82 vergrößert, welches die Form eines Kegelstumpfes hat, dessen Winkel an der Basis im spannungslosen Zustand etwas größer ist als der Winkel des Fe-

derelementes in dem in der Zeichnung dargestellten gespannten Zustand.

Fig. 7 zeigt einen Dichtungsring 89 für die Abdichtung zwischen einer Muffe 90 und einem Einsteckteil 92. Der Ring hat einen flachen Mittelteil 94 und einen inneren Ringwulst 96 und einen äußeren Ringwulst 98, die axial in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind. Gemäß der Erfindung ist ein ringförmiges Federelement 100 in dem flachen Mittelteil 94 eingebettet. Das Federelement 100 ist mit einem durchgehenden Metallring 102 versehen, welcher den Kippmittelpunkt für den Querschnitt der Ringfeder darstellt. Da der Metallring 102 seine Länge weder vergrößern noch verkürzen kann, wird das Kippzentrum des Dichtungsrings sicher immer dort befinden, wo der Ring 102 angeordnet ist, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, das genannte Kippzentrum exakt an die gewünschte Stelle im Querschnitt der Feder 100 zu verlegen. Wenn das Einsteckteil 92 in das rviuifciiicii 90 eingesteckt wird, πίιιιΐιιί der Dichtungsring 89 die gestrichelt dargestellte Lage ein.

Fi g. 8 zeigt einen Dichtungsring 106. der in eine Muffe 104 eingeformt ist. Der Dichtungsring hat zwei Befestigungsteile 108 in axialem Abstand voneinander. Die Befestigungsteile sind in das Material des Muffenteils, z. B. Beton, in solchem Abstand voneinander eingeformt, daß der zwischen den Befcstigungstcilen befindliche Dichtungsteil 110 von der Innenfläche der Muffe 104 vorspringt. Der Dichtungsteil 110 ist durch ein Federelement 112 verstärkt, das im Dichtungsteil eingebettet ist. Wenn c," Einsteckende in die Muffe 104 eingeführt wird, legt sich die Außenfläche des Einsteckendes gegen den vorspringenden Dichtungsteil 110 an, der dadurch federnd gegen die Außenfläche des Einsteckteils gedrückt wird.

F i g. 9 zeigt einen Dichtungsring 118 zwischen einem Lagergehäuse 114 und einer Weile 116. Ein Federele-

derelement neigt dazu, eine flachere Lage einzunehmen, als die in der Zeichnung dargestellte Lage, wodurch sich ein ausreichender Kontaktdruck gegen die Dichtungsflächen ergibt.

Fig. 10zeigt einen Axialschnitt durch die Wand einer Muffe 122. einen in der Muffe angeordneten Dichtungsring 124 und einen in die Muffe einzuführenden Einsteckteil 126. Der Dichtungsring 124 hat einen Befestigungs- und Dichtungsteil 128 zur Befestigung an und Abdichtung mit der Innenfläche des Muffenteils 122 sowie einen Dichtungsteil 130 zur abdichtenden Anlage gegen die Außenfläche des Einsteckendes 126. Eine Feder 132 ist in dem Teil 128 angeordnet. Die Feder 132 ist im wesentlichen streifenförmig und besteht aus zwei ineinandergerollten und nachgelegten Schraubenfedern, von denen vorzugsweise die eine linksgängig und die andere rechtsgängig ist. Der Teil 128 hat im axialen Schnitt eine etwas gebogene Form, und die in diesem Teil eingebettete Feder 132 entspricht dieser Form. An seiner konkaven Fläche hat der Teil 128 ringförmig umlaufende Vorsprünge 134 und 136, wobei die Vorsprünge 134 an der Innenfläche des Muffenteils 122 anliegen sollen und der Vorsprung 136 in eine in der Muffe ausgebildete Nut eingreifen soll, um die Festlegung des Dichtungsrings in Axialrichtung zu verbessern. Die Feder 132 preßt den Dichtungsring 124 gegen die Innenfläche der Muffe 122, und aufgrund der erwähnten bogenförmigen Gestaii ergibt sich ein relativ großer Feuerweg in Radialrichtung. Der Dichtungstei! 130 ist mittels eines Scharnieneils 138 mit dem Teil 128 verbunden und hat im spannungslosen Zustand des Dichtungsringes 124 die Form eines flachen Ringes. Eine in dem Dichtungsleil 130 eingebettete Feder 140 ist im wesentlichen von gleicher Art wie die Feder 132, d. h. sie bes'.eht aus zwei zusammengerollten Schraubenfedern. Aufgrund ihrer flachen Form ist die Feder 140 bestrebt, den Dichtimgsteil 130 in der in Fig. 14 gezeigten Lage zu halten. Der Endabschnitt des Dichtungsteils 130 ist mit einer Anzahl von Vorsprüngen 142 versehen, die die Dichtung gegen die Außenfläche des Einsteckteils 126 verbessern sollen.

ίο Wenn das Einsteckleil 126 in die mit dem Dichtungsring 124 versehene Muffe eingeführt wird, wird der Dichtungsteil 130 um den Scharnierteil 138 in Richtung auf den Teil 128 gekippt, und zwar gegen die Wirkung der Feder 140. Nach der Einführung des Einsteckteils kann die Dichtungsanordnung die in Fig. Il gezeigte Form haben.

Der in Fig. 10 und 11 dargestellte Dichtungsring hat den Vorteil, daß er verhältnismäßig große AbmessungsioieräiiicM von muffe und EiüMcckcnuc aufnehmen kann. Der Druck innerhalb der Rohrleitung verstärkt die Anpressung der Teile 128 und 130 gegen die Innenfläche der Muffe bzw. die Außenfläche des Einsteckendes.

In Fig. 12 bezeichnet 150 eine Muffe insbesondere

aus Kunststoff zur Verbindung zweier glatter (d. h. muffenloser) Rohre miteinander. Zwei Nuten 152 sind an den Enden der Muffe ausgebildet. Jede Nut umfaßt zwei Abschritte, von denen ein Abschnitt 154 eine im wesentlichen rechteckige Form mit einer radialen Tiefe auf- weist, die kleiner ist als die Hälfte der axialen Länge, während der anders Abschnitt 15S eine im wesentlichen dreieckige Form hat. Ein Dichtungsring 158 aus Gummi ist in der Nut 152 angeordnet. Der Dichtungsring 158 umfaßt zwei Teile, einen Dichtungsteil 162 und einen Befestigungsteil 164, die miteinander mittels eines Scharnierteils 160 verbunden sind. Der Befestigungsteil :»« ^j..«u <*■«£ nach"c!c"ic Schraubenfeder 166 verstärkt, die vorzugsweise aus zwei Federn besteht, von denen die eine eine linksgängige und die andere eine rechtsgängige Schraubenfeder ist. Die beiden Federn bilden eine einzige flache Feder mit besonderen Eigenschaften, die sie besonders geeignet für die Verstärkung von Gummigegenständen, insbesondere im Zusammenhang mit Dichtungsanordnungen, machen. Im Hinblick auf die Dichtwirkung ist es vorteilhaft, daß der Dichtungsring 162 selbst aus weichem Gummimaterial, z. B. mit etwa 35 bis 40 Härtegraden, besteht Gummi von dieser Beschaffenheit hat den Nachteil, daß er durch Zwischenräume, auch durch enge Zwischenräume, hin durchgedrückt werden kann. Es ist deshalb üblich.här teren Gummi zu verwenden und damit teilweise auf die Dichtwirkung zu verzichten, um die Anforderungen an eine steifere Ausbildung des Befestigungsteils erfüllen zu können. Durch Verstärkung des weichen Gummis mit einer Feder der genannten Art ist es möglich, eine bessere Dichtwirkung beizubehalten und gleichwohl dem Befestigungsteil eine ausreichende Stabilität und

Härte zu geben. Die Verstärkungsfeder macht den Befestigungsteil

auch sehr leicht montierbar. Man verformt den Ring herz- oder nierenförmig, führt ihn so in den Muffenteil ein und läßt ihn nach außen schnappen, so daß der Befestigungsteil 164 in die zugehörige Nut 154 einschnappt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtungsring aus elastomerem Material mit einer darin eingebetteten Verstärkung, die aus mindestens einem ringförmigen Federelement besteht, das von einer zur Ringform geschlossenen Schraubenfeder gebildet ist, deren Schraubenwindungen, die Teile des elastomeren Materials umschließen, in eine zur Federlängsachse nicht senkrechte, sich in Richtung der Federlängsachse überlappende Lage verdreht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenwindungen zur Bildung eines flachen, streifenförmigen Federelementes (20) vollständig flachgelegt sind, daß sie eine in Federlängsrichtung wirkende Zugspannung als Druckspannung auf das von ihnen umschlossene elastomere Material übertragen.

2. Dichtungsring nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aus zwei ineinandergerolltts und dann zur Streifenform flachgelegten Schraubenfedern besteht.

3. Dichtungsring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Schraubenfeder rechtsgängig und die andere linksgängig ist.

4. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement die Form eines flachen Ringes hat.

5. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement die Form eir^s Hohlzylinders hat.

6. Dichtungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, uaß das Federelement die Form eines Hohlkegdsuimpfes hat.

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