DE3521525C1

DE3521525C1 - Seal arrangement

Info

Publication number: DE3521525C1
Application number: DE3521525A
Authority: DE
Inventors: Roy 7000 Stuttgart Edlund; Theo Mack
Original assignee: Busak and Luyken & Co 7000 Stuttgart GmbH; Busak and Luyken GmbH and Co
Current assignee: Busak and Shamban GmbH and Co
Priority date: 1985-06-15
Filing date: 1985-06-15
Publication date: 1986-11-27

Abstract

An arrangement for sealing off a shaft (9) relative to a housing (7) has a sealing ring (1) of a tough elastic material arranged in a groove (6) in the housing (7) and a clamping ring (2) of rubber-elastic material which seals off the sealing ring (1) on the side of the groove (6) opposite the contact surface (3). The contact surface (3) is of convex design, with the result that, under the pressure of the medium acting from one side (10), the sealing ring (3) executes a tilting motion counter to the force of the clamping ring (2) and, as a result, the track (11) along the convex contact surface (3) is displaced towards the low-pressure side of the sealing ring (1). The enlargement in the area of the contact surface (3) which is exposed to the pressure of the media simultaneously brings about pressure relief of the sealing ring. The material of the sealing ring (1) should have a high flexural modulus to ensure that the sealing ring can execute the tilt-over and rolling movement even at high pressures, without being excessively flattened. Since the sealing ring is deflected out of its symmetrical position of rest by the pressure of the media, a special ring (4) of rubber-elastic material can be arranged in the centre plane of the sealing ring as a stationary seal. <IMAGE>

Description

Das Abrollen des Dichtringes auf der balligen Lauffläche begründet zwei Vorteile. Einerseits rolll der Dichtring auf vorhandene Schmiermittelschichten auf, so daß durch die axiale Verlagerung der Dichtlinie ein dynamisches Aufschwimmen auf eine dünne Schicht des abzudichtenden Mediums stattfindet, und es wird gleichzeitig der dem Hochdruck des abzudichtenden Mediums ausgesetzte Abschnitt des Dichtringes größer, so daß eine stärkere Entlastung des Dichtringes stattfindet. Je höher also der Druck des abzudichtenden Mediums ist und infolgedessen durch Verformung des Dichtringes eine Verlagerung der Dichtlinie in Richtung auf die niederdruckseitige Stirnfläche des Dichtringes erfolgt, umso stärker ist auch die Entlastung, welche durch die dem Hochdruck ausgesetzte Lauffläche des Dichtringes erfolgt. Auf diese Weise wird vermieden, daß bei sehr hohem Mediumdruck eine zu starke Flächenpressung zwischen der Lauffläche des Dichtr-inges und der Gegenfläche des anderen der gegeneinander abzudichtenden Teile auftritt, die zu einem übermäßigen Verschleiß des Dichtringes führen könnte. The reason for the sealing ring to roll on the convex running surface two advantages. On the one hand, the sealing ring rolls onto existing layers of lubricant so that a dynamic floating due to the axial displacement of the sealing line on a thin layer of the medium to be sealed takes place, and it becomes simultaneously the high pressure of the to be sealed Medium exposed section of the sealing ring larger, so that a greater relief of the sealing ring takes place. The higher the pressure of the medium to be sealed and consequently through deformation of the sealing ring a shift of the sealing line in the direction of the low-pressure side The face of the sealing ring takes place, the greater the relief, which takes place through the running surface of the sealing ring, which is exposed to high pressure. To this This avoids excessive surface pressure when the medium pressure is very high between the running surface of the sealing ring and the opposite surface of the other of the against each other parts to be sealed occurs, leading to excessive wear of the sealing ring could lead.

Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist demgemäß durch das druckabhängige Abwälzen der balligen Lauffläche des Dichtringes eine einwandfreie Schmierung mit guter Wärmeabfuhr und das Aufrechterhalten eines zwar ausreichenden, aber niemals zu hohen Anpreßdruckes zwischen Dichtring und der Gegenlauffläche des anderen Teiles gewährleistet. In the sealing arrangement according to the invention is accordingly through the pressure-dependent rolling of the convex running surface of the sealing ring is flawless Lubrication with good heat dissipation and the maintenance of a sufficient, but never too high contact pressure between the sealing ring and the counter surface of the other part guaranteed.

Wie bereits erwähnt, ist es für die Funktion der erfindungsgemäßen Dichtung wichtig, daß der Dichtring aus einem Material mit hoher Dauerelastizität bei Beanspruchung auf Biegung und geringer Kaltflußneigung besteht. Es gibt eine Anzahl thermoplastischer und duroplastischer Kunststoffe, welche diese Forderung erfüllen. Besonders geeignet sind Kunststoffe, die einen Biegemodul von mehr als 104N/cm2 und vorzugsweise von mehr als lO5N/cm2 aufweisen. Zu solchen Kunststoffen gehören beispielsweise gefüllte PTFE-Werkstoffe, die sich durch ihre guten Gleiteigenschaften auszeichnen und daher beliebte Dichtungswerkstoffesind. As mentioned earlier, it is essential for the function of the invention It is important that the sealing ring is made of a material with high permanent elasticity with stress on bending and low tendency to cold flow. There is a Number of thermoplastic and thermosetting plastics that meet this requirement fulfill. Plastics that have a flexural modulus of more than 104N / cm2 and preferably more than 105N / cm2. To such plastics include, for example, filled PTFE materials, which are characterized by their good sliding properties and are therefore popular sealing materials.

Sie haben jedoch einen beschränkten Biegemodul und auch eine gewisse Neigung zum Kaltfluß, so daß die Anwendung eines solchen Werkstoffes die Ausbildung der Dichtringe mit relativ großem Querschnitt erfordert. Dichtringe mit besonders geringem Querschnitt lassen sich gegenwärtig aus Polysulfon- oder Polyamid-Werkstoffen herstellen, die praktisch keine Kaltflußneigung und einen besonders hohen Biegemodul haben.However, they have a limited flexural modulus and also some Tendency to cold flow, so that the use of such a material is the training which requires sealing rings with a relatively large cross-section. Sealing rings with special small cross-section can currently be made of polysulfone or polyamide materials produce that have practically no tendency to cold flow and a particularly high flexural modulus to have.

Insbesondere Dichtringe aus solchen Werkstoffen haben vorzugsweise einen linsenförmigen Querschnitt.In particular, sealing rings made of such materials preferably have a lenticular cross-section.

Dichtringe mit linsenförmigem Querschnitt haben einen nur geringen Materialbedarf und zugleich ein besonders gutes Abrollverhalten.Sealing rings with a lens-shaped cross-section have only a small one Material requirements and, at the same time, particularly good rolling behavior.

Dichtringe aus einem Material mit sehr hohem Biegemodul haben ein relativ schlechtes Stillstandverhaiten, weil sie sich anders als Dichtringe aus einem weniger steifen Material nicht so leicht an die Gegenlauffläche des ruhenden anderen Teiles anlegen. Es kann jedoch das Stillstandverhalten der erfindungsgemäßen Dichtung dadurch verbessert werden, daß in der Mittelebene des Dichtringes zwei ballige Laufflächen-Abschnitte in einer Kante zusammenstoßen, die auch im Falle des Stillstandes bei geringem Druck eine einwandfreie Dichtlinie ergibt und daher eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet. Bei entsprechend erhöhtem Druck geht dann die Dichtlinie wieder auf den an die Kante niederdruckseitig angrenzenden, balligen Laufflächen-Abschnitt über, so daß die Dichtung bei herrschendem Hochdruck und gegeneinander rotierenden Teilen in der oben beschriebenen Weise wirkt. Sealing rings made of a material with a very high flexural modulus have a relatively poor standstill behavior because they are different from sealing rings a less stiff material does not easily adhere to the counter surface of the stationary one other part. However, the standstill behavior of the invention Seal can be improved in that two in the center plane of the sealing ring convex tread sections collide in one edge, which is also the case in the case of standstill at low pressure results in a perfect sealing line and therefore a perfect seal is guaranteed. If the pressure is increased accordingly then the sealing line again on the one adjoining the edge on the low pressure side, convex tread section over, so that the seal under high pressure and counter-rotating parts acts in the manner described above.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Dichtungsanordnung macht es sogar möglich, in der Mittelebene des Dichtringes in dessen Lauffläche einen Ring aus einem elastischen Material anzuordnen, das stärker verformbar ist als das Material des Dichtringes. Insbesondere kann der Ring aus einem gummielastischen Material bestehen. Hierdurch wird das Stillstandsverhalten der Dichtung noch weiter verbessert ohne die dynamischen Eigenschaften zu vermindern, weil hier wieder die Dichtlinie auf die ballige Lauffläche des Dichtringes selbst übergeht und daher das nur der Stillstandsdichtung dienende gummielastische Material keinen unzulässigen Belastungen ausgesetzt ist. The inventive design of the sealing arrangement even makes it possible, in the center plane of the sealing ring in its running surface from a ring to arrange an elastic material that is more deformable than the material of the sealing ring. In particular the ring can consist of a rubber elastic material. This improves the standstill behavior of the seal even further without to reduce the dynamic properties, because the sealing line is on again here the convex running surface of the sealing ring itself passes over and therefore only that of the standstill seal The rubber-elastic material used is not exposed to any inadmissible loads.

Die zur Niederdruckseite stattfindende Verlagerung der Laufspur bietet auch die Möglichkeit, den Dichtring asymmetrisch auszubilden. So sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, daß die ballige Lauffläche des Dichtringes hochdruckseitig in einen Flächenabschnitt mit geradliniger Kontur übergeht. Bei entlasteter Dichtung kann es sich bei dem Flächenabschnitt mit geradliniger Kontur um eine Kegelfläche oder sogar um eine Zylinderfläche handeln. Eine Zylinderfläche würde wiederum eine besonders gute Stillstandsdichtung gewährleisten. Im übrigen hat eine asymmetrische Ausbildung der Dichtung den Vorteil, daß durch die Wahl der Flächenverhältnisse die druckabhängige Entlastung des Dichtringes an der Laufspur optimal einstellbar ist. The shifting of the track to the low pressure side offers also the possibility of designing the sealing ring asymmetrically. This is what one embodiment looks like the invention that the convex running surface of the sealing ring on the high pressure side in passes over a surface section with a straight contour. With the seal relieved The surface section with a straight contour can be a conical surface or even a cylinder surface. A cylinder surface would in turn become a ensure a particularly good standstill seal. Otherwise has an asymmetrical Forming the seal has the advantage that through the choice of area ratios the pressure-dependent relief of the sealing ring on the track can be optimally adjusted is.

Wie bereits oben erwähnt, besteht bei Wellendichtungen ein erhebliches Problem darin, die durch die Reibung zwischen Dichtring und rotierendem Teil entstehende Wärme abzuführen, weil anders als bei einer Axialbewegung die Wärmeentwicklung auf einen sehr schmalen, ringförmigen Bereich des rotierenden Teiles beschränkt bleibt und auch keine erhebliche Strömung des als Schmiermittel wirkenden, abzudichtenden Mediums vorhanden ist. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung werden diese Probleme dadurch erheblich vermindert, daß nicht im Stillstand das abzudichtende Medium aus dem Bereich der Berührungsfläche völlig verdrängt wird und es daher zu einem Trockenlauf zwischen Dichtung und Maschinenteil kommt. Wie erläutert, wird durch den Aufbau des Hochdruckes der Dichtring verlagert und auf eine Schmierschicht aufgewälzt, die dann auch bei der Rotationsbewegung durch die herrschenden dynamischen Verhältnisse erhalten bleibt. As mentioned above, there is a considerable amount of shaft seals The problem is caused by the friction between the sealing ring and the rotating part Dissipate heat, because unlike an axial movement, the heat development a very narrow, annular area of the rotating part remains limited and also no significant flow of the lubricant to be sealed Medium is present. These problems arise in the case of the seal according to the invention considerably reduced by the fact that the medium to be sealed does not come out of the standstill the area of the contact surface is completely displaced and it therefore runs dry comes between the seal and the machine part. As explained, by the structure of the high pressure the sealing ring is displaced and rolled onto a smear layer, then also during the rotational movement due to the prevailing dynamic conditions preserved.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß es infolge erhöhter Reibung zwischen Dichtring und rotierendem Maschinenteil zu einer Mitnahme des Dichtringes kommen kann, so daß eine gleitende Bewegung zwischen Dichtring und Spannring entsteht, die zu einer schnellen Zerstörung der Dichtungsanordnung führen kann. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung ist auch diese Gefahr vermindert, weil infolge der automatischen Druckentlastung und der Ausbildung eines Schmierfilmes eine übermäßige Reibung zwischen Dichtungsring und Maschinenteil nicht auftreten kann. Trotzdem kann es für manche Anwendungen vorteilhaft sein, wenn der Dichtring an wenigstens einer seiner Stirnflächen auf seinen Umfang verteilte Aussparungen aufweist. Hierdurch wird die Reibung zwischen Spannring und Dichtring vergrößert, weil sich der gummielastische Spannring in den Aussparungen des Dichtringes verkrallen kann. Außerdem begünstigen solche Aussparungen eine Mitnahme und Heranführen des gewöhnlich von einem hydraulischen Öl o. dgl. gebildeten, abzudichtenden Mediums, so daß seine Wirkung als Schmiermittel und Mittel zum Abführen von Wärme stark verbessert wird. Another problem is that there is increased friction as a result between the sealing ring and the rotating machine part to entrain the sealing ring can come, so that a sliding movement occurs between the sealing ring and clamping ring, which can lead to rapid destruction of the sealing arrangement. In the inventive Seal this risk is also reduced, because as a result of the automatic pressure relief and the formation of a lubricating film, excessive friction between the sealing ring and machine part cannot occur. Even so, it can be used for some applications be advantageous if the sealing ring on at least one of its end faces has its circumference distributed recesses. This will reduce the friction between Clamping ring and sealing ring enlarged because the rubber-elastic clamping ring is in the Can claw recesses of the sealing ring. In addition, such recesses favor entrainment and delivery of the usually from a hydraulic oil o. The like. formed medium to be sealed, so that its effect as a lubricant and agent to dissipate heat is greatly improved.

Der gummielastische Spannring kann grundsätzlich jeden beliebigen Querschnitt haben. Insbesondere kann ein üblicher O-Ring Verwendung finden. Das oben beschriebene Kippverhalten des Dichtringes wird jedoch besonders begünstigt, wenn der Spannring als Vierlippen-Ring ausgebildet ist. Die Verwendung eines Vierlippen -Ringes hat den besonderen Vorteil, daß seine Spannwirkung auf seine Randbereiche konzentriert ist. The rubber-elastic clamping ring can in principle be any Have cross-section. In particular, a conventional O-ring can be used. That However, the above-described tilting behavior of the sealing ring is particularly favored, if the clamping ring is designed as a four-lip ring. The use of a four-lip Ring has the particular advantage that its clamping effect is concentrated on its edge areas is.

Bei dem mit dem Abrollen verbundenen Kippen des Dichtringes wird die Pressung des Spannringes an den hochdruckseitigen Lippen stark erhöht, was insbesondere in Verbindung mit am Dichtring angeordneten Aussparungen zu einer besonders guten Sicherung des Dichtringes gegen Mitnahme durch die abzudichtende Welle führt. Gleichzeitig findet durch die Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Rücken des Dichtringes und dem Grund der die Ringe aufnehmenden Nut eine Entlastung des Spannringes im Bereich der hochdruckseitig angeordneten Lippen statt, so daß die Anpreßkraft weniger als proportional zum Mediumdruck ansteigt, was sich vorteilhaft auf die erzeugten Reibmomente und somit auf: die Lebensdauer des Dichtringes auswirkt. Eine ähnliche Wirkung kann in manchen Fällen erzielt werden, wenn anstatt eines Vierlippen-Ringes zwei O-Ringe axial hintereinander angeordnet werden.With the tilting of the sealing ring associated with the rolling, the The pressure of the clamping ring on the lips on the high pressure side is greatly increased, which in particular in connection with recesses arranged on the sealing ring to a particularly good one Securing the sealing ring against being carried along by the shaft to be sealed. Simultaneously takes place by increasing the distance between the back of the sealing ring and the base of the groove receiving the rings relieves the tension ring in the Area of the lips arranged on the high pressure side instead, so that the contact pressure is less than increases in proportion to the medium pressure, which is beneficial to the generated Frictional torques and thus: affects the service life of the sealing ring. A similar Effect can be achieved in some cases if instead of a four-lip ring two O-rings are arranged axially one behind the other.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Dichtungsanordnung nach der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt durch die Dichtungsanordnung nach F i g. 1 in eingebautem und druckbelastetem Zustand, F i g. 3 bis 6 Querschnitte durch weitere Ausführungsformen von Dichtungsanordnungen ähnlich F i g. 1 und F i g. 7 einen Querschnitt durch eine asymmetrische Dichtungsanordnung in eingebautem und druckbelastetem Zustand ähnlich F i g. 2. The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments described and explained in more detail. Those of the description and Features to be taken from the drawing can be used in other embodiments of the The invention can be used individually or in groups in any combination Find. It shows F i g. 1 shows a cross section through a first embodiment of a Sealing arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a cross section through the sealing arrangement according to FIG. 1 in the installed and pressure-loaded state, F i g. 3 to 6 cross-sections by further embodiments of sealing arrangements similar to FIG. 1 and F i g. 7 shows a cross-section through an asymmetrical seal arrangement in the installed position and pressure-loaded condition similar to FIG. 2.

Die in F i g. 1 dargestellte Dichtungsanordnung besteht aus einem Dichtring 1 und einem den Dichtring umgebenden Spannring 2. Der Dichtring 1 hat einen annähernd elliptischen Querschnitt, und weist daher eine im Querschnitt ballige Innenfläche auf, welche die Lauffläche 3 des Dichtringes bildet. In der Mittelebene des. Dichtringes ist in die Lauffläche 3 ein Ring 4 eingelassen, der aus einem stärker verformbaren, elastischen Material besteht als der Dichtring 1. So kann insbesondere der mittlere Ring 4 aus einem gummielastischen Material bestehen, während der Dichtring 1 selbst aus einem gefüllten PTFE-Werkstoff bestehen kann. An seinen beiden Stirnflächen weist der Dichtring 1 auf seinen Umfang verteilte Aussparungen 5, 15 auf, von denen die hochdruckseitigen Aussparungen 15 bis in den Anlagenbereich des Spannringes 2 hineinreichen. Der ebenfalls aus einem gummielastischen Material bestehende Spannring 2 ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung als Vierlippen-Ring ausgebildet. The in F i g. 1 shown sealing arrangement consists of a Sealing ring 1 and a clamping ring 2 surrounding the sealing ring. The sealing ring 1 has an approximately elliptical cross-section, and therefore has a convex cross-section Inner surface which forms the running surface 3 of the sealing ring. In the middle plane des. Sealing ring is embedded in the running surface 3, a ring 4, which consists of a stronger deformable, elastic material exists as the sealing ring 1. So in particular the middle ring 4 consist of a rubber elastic material, while the sealing ring 1 itself can consist of a filled PTFE material. On both of its front faces the sealing ring 1 has recesses 5, 15 distributed over its circumference, of which the high-pressure side recesses 15 up to the system area of the clamping ring 2 reach in. The tension ring, which is also made of a rubber-elastic material 2 is designed as a four-lip ring in this embodiment of the invention.

Fig.2 zeigt den Einbau der Dichtungsanordnung nach F i g. 1 in die Nut 6 eines Gehäuseteiles 7 mit einer Bohrung 8, die von einer Welle 9 durchsetzt wird. Der Dichtring 1 ist in der Nut 6 derart angeordnet, daß er mit seiner innen liegenden Lauffläche 3 am Umfang der Welle 9 anliegt, während er an seiner der Lauffläche 3 entgegengesetzten Seite von dem Spannring 2 in der Nut 6 abgedichtet wird. FIG. 2 shows the installation of the sealing arrangement according to FIG. 1 in the Groove 6 of a housing part 7 with a bore 8 through which a shaft 9 passes will. The sealing ring 1 is arranged in the groove 6 so that it with its inside lying running surface 3 rests on the circumference of the shaft 9, while it is on its the running surface 3 opposite side of the clamping ring 2 is sealed in the groove 6.

Solange die Dichtungsanordnung nicht einseitig mit Druck beaufschlagt wird, nimmt sie die in F i g. 1 dargestellte Ruhelage ein, in welcher der Dichtring 1 mit dem in seine Lauffläche 3 eingesetzten Ring 4 aus gummielastischem Material am Umfang der Welle 9 anliegt. Der gummielastische Ring 4 schmiegt sich dabei satt an den Umfang der Welle 9 an und bildet dadurch eine einwandfreie Stillstandsdichtung. Die Reibung zwischen dieser Stillstandsdichtung und dem Umfang der Welle 9 ist jedoch zu groß, als daß diese Dichtung einen längeren Betrieb bei hoher Rotationsgeschwindigkeit der Welle 9 und größeren Drücken standhalten würde. As long as the sealing arrangement is not subjected to pressure on one side it takes the one shown in FIG. 1 shown rest position, in which the sealing ring 1 with the in its running surface 3 inserted ring 4 made of rubber-elastic material rests on the circumference of the shaft 9. The rubber-elastic ring 4 nestles snugly to the circumference of the shaft 9 and thereby forms a perfect standstill seal. The friction between this standstill seal and the circumference of the shaft 9 is, however too large to allow this seal to operate at high speed for long periods of time would withstand shaft 9 and greater pressures.

Ist die Dichtungsanordnung einem hohen Druck ausgesetzt, so wird der Dichtring 1, wie in Fig. 2 dargestellt, durch den an der Hochdruckseite 10 auf die Lauffläche 3 wirkenden Druck aufgeweitet, so daß sein Profil, im Querschnitt gesehen, eine Art Schwenkbewegung ausführt und auf der Oberfläche der Welle 9 abrollt, bis der Dichtring eine Gleichgewichtslage erreicht hat, bei welcher die hochdruckseitig erhöhte Pressung des Spannringes 2 und die innere Spannung des Dichtringes 1 dem auf die Lauffläche 3 wirkenden Druck das Gleichgewicht hält. Das Material des Dichtringes 1 ist jedoch steif genug, daß darüber hinaus keine Querschnittsänderungen erfolgen und insbesondere der Dichtring 1 nunmehr an einer neben dem gummielastischen Ring 4 liegenden Stelle auf einer schmalen Spur 11 am Umfang der Welle 9 anliegt. In Abhängigkeit von der Stärke des auf die Dichtungsanordnung wirkenden Druckes führt der Dichtring 1 eine mehr oder weniger starke Abroll-oder Umstülpbewegung aus. Je stärker der Druck, umso weiter wird die Dichtspur 11 zur niederdruckseitigen Stirnfläche des Dichtringes 1 verlagert. Umso größer wird dann auch der dem Mediumdruck ausgesetzte Abschnitt der Lauffläche 3, der im Sinne eines Abhebens des Dichtringes von der Welle 9 wirkt und dadurch zu einer Verminderung des Druckes führt, mit dem der Dichtring 1 am Umfang der Welle 9 anliegt. Im gleichen Sinne wirkt der Umstand, daß niederdruckseitig der Abstand zwischen dem Dichtring 1 und dem Grund der Nut 6 vergrößert wird, so daß der Spannring 2 im Bereich seiner niederdruckseitigen Lippen weniger stark gepreßt wird und dadurch den Dichtring weniger stark belastet Die ballige Form des Dichtringes und das dadurch bedingte Abrollen des Dichtringes auf der Oberfläche der Welle 9 führt demnach gleichzeitig zu einer Druckentlastung der Dichtung bei steigendem Mediumdruck, so daß diese Dichtung auch bei sehr hohen Mediendrücken einwandfrei arbeitet, ohne daß es zu übermäßigen Beanspruchungen des Dichtringes kommt. If the sealing arrangement is exposed to high pressure, then the sealing ring 1, as shown in FIG. 2, through the one on the high pressure side 10 the tread 3 acting pressure expanded so that its profile, in cross section seen, executes a kind of pivoting movement and rolls on the surface of the shaft 9, until the sealing ring has reached an equilibrium position in which the high-pressure side increased pressure of the clamping ring 2 and the internal tension of the sealing ring 1 dem the pressure acting on the running surface 3 maintains the equilibrium. The material of the sealing ring 1 is, however, stiff enough that no changes in cross section take place beyond this and in particular the sealing ring 1 now on one next to the rubber-elastic ring 4 lying point on a narrow track 11 on the circumference of the shaft 9 rests. In Depending on the strength of the pressure acting on the seal assembly leads the sealing ring 1 exhibits a more or less strong rolling or turning movement. Ever the higher the pressure, the further the sealing track 11 becomes the end face on the low-pressure side of the sealing ring 1 relocated. The greater the pressure exposed to the medium then becomes Section of the running surface 3, in the sense of a lifting of the sealing ring from the Shaft 9 acts and thereby leads to a reduction in the pressure with which the sealing ring 1 rests on the circumference of the shaft 9. The fact that the low-pressure side acts in the same way the distance between the sealing ring 1 and the bottom of the groove 6 is increased, so that the clamping ring 2 is pressed less strongly in the area of its lips on the low pressure side the sealing ring is less stressed. The convex shape of the sealing ring and the resulting rolling of the sealing ring on the surface of the shaft 9 at the same time leads to a pressure relief of the seal with increasing Medium pressure, so that this seal works perfectly even at very high media pressures works without excessive stress on the sealing ring.

Weiterhin wird bei der Abwälzbewegung des Dichtringes am Umfang der Welle 9 vorhandenes Schmiermittel, bei dem es sich um das abzusperrende Medium handeln kann, nicht von der Oberfläche der Welle 9 abgestreift, sondern es rollt der Dichtring gewissermaßen auf die an der Welle haftende Schicht des Schmiermittels auf, wodurch auch eine gute Schmierung gewährleistet ist. Zur Verbesserung der Schmierwirkung tragen auch die an den Stirnflächen des Dichtringes 1 angebrachten Aussparungen 5, 15 bei, die für eine Verwirbelung des Mediums und damit für eine bis unter die Dichtung reichende Mikroströmung Sorge tragen. Endlich bieten die bis unter den Spannring 2 reichenden Aussparungen 15 dem Spannring 2 die Möglichkeit, sich in diesen Aussparungen 15 zu verkrallen und dadurch den Dichtring gegen Verdrehen besonders gut zu sichern. Auch hierfür ist die erhöhte Pressung im Bereich der hochdruckscitigen Lippen des Spannringes 2 besonders günstig. Demnach tragen alle diese Faktoren dazu bei, daß die erfindungsgemäße Dichtung ein sehr hohes Maß an Dichligkeit bei sehr langen Standzeiten auch unter schwersten Betriebsbedingungen gewährleistet.Furthermore, during the rolling movement of the sealing ring on the circumference of the Shaft 9 existing lubricant, which is the medium to be shut off can, not stripped from the surface of the shaft 9, but it rolls the sealing ring to a certain extent on the layer of lubricant adhering to the shaft, whereby good lubrication is also guaranteed. To improve the lubricating effect also carry the recesses made on the end faces of the sealing ring 1 5, 15 for a swirling of the medium and thus for one to below the Ensure that the microflow reaches the seal. Finally the offer up under the Clamping ring 2 reaching recesses 15 the clamping ring 2 the possibility of itself in to claw these recesses 15 and thereby prevent the sealing ring from rotating in particular secure well. This is also due to the increased pressure in the area of the high-pressure scitigen Lips of the clamping ring 2 are particularly favorable. So all of these factors contribute in that the seal according to the invention has a very high degree of tightness at very long service life even under the heaviest Operating conditions guaranteed.

F i g. 3 zeigt eine Dichtungsanordnung, bei welcher der Dichtring 21 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, wenn auch die Lauffläche 23 wieder ballig ausgebildet ist. Die dem wiederum als Vierlippen-Ring ausgebildeten Spannring 22 zugewandte Außenfläche 24 des Dichtringes hat in diesem Falle eine im Querschnitt wellige Ausbildung, die der Kontur des Vierlippen-Ringes 22 angepaßt ist. Auch hier ist der Dichtring 21 wieder an seinen Stirnflächen mit Aussparungen 25 versehen. Die Ausführungsform nach F i g. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform näch F i g. 3 im wesentlichen nur dadurch, daß die Außenseite des Dichtringes 31 eben ist und als Spannring 32 ein O-Ring Verwendung findet. F i g. 3 shows a sealing arrangement in which the sealing ring 21 has a substantially rectangular cross-section, albeit the tread 23 is again convex. Which in turn is designed as a four-lip ring Tension ring 22 facing outer surface 24 of the sealing ring has in this case a A wavy cross-section which is adapted to the contour of the four-lip ring 22 is. Here, too, the sealing ring 21 is again provided with recesses on its end faces 25 provided. The embodiment according to FIG. 4 differs from the embodiment next F i g. 3 essentially only in that the outside of the sealing ring 31 is flat and an O-ring is used as the clamping ring 32.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 4 hat der Dichtring 1 bzw. 21 bzw. 31 einen relativ großen Querschnitt. Es ist dann möglich, ein Material für den Dichtring zu verwenden, das noch relativ nachgiebig und auch nicht völlig frei von Kaltfluß ist. Geeignete Materialien sind daher insbesondere gefüllte PTFE-Werkstoffe, deren Biegemodul etwa im Bereich von 4 bis etwa 15.104N/cm2 liegt. F i g. 5 zeigt dagegen eine Dichtungsanordnung, bei welcher der wiederum mit einem als Vierlippen-Ring ausgebildeten Spannring 42 zusammenwirkende Dichtring 41 einen linsenförmigen Querschnitt hat. Die nur an einer Stirnfläche angebrachten Aussparungen 45 sind hier wieder so tief, daß sie bis in den Randbereich des Spannringes 42 reichen, so daß der Spannring in die Aussparungen 45 eindringt und dadurch eine Art formschlüssiger Verbindung mit dem Dichtring 41 herstellt. Außerdem gewährleisten die relativ tiefen Aussparungen 45 eine besonders starke Durchwirbelung des Mediums und damit eine besonders effektive Kühlung der Dichtungsanordnung an der Dichtungs-Laufspur. In the embodiments according to FIGS. 1 to 4, the sealing ring 1 or 21 or 31 have a relatively large cross section. It is then possible to have a material to use for the sealing ring, which is still relatively flexible and not completely is free from cold flow. Suitable materials are therefore in particular filled PTFE materials, whose flexural modulus is approximately in the range from 4 to approximately 15.104N / cm2. F i g. 5 shows on the other hand, a sealing arrangement in which the again with a four-lip ring formed clamping ring 42 cooperating sealing ring 41 a lenticular cross-section Has. The recesses 45 made only on one end face are here again so deep that they extend into the edge region of the clamping ring 42, so that the clamping ring penetrates into the recesses 45 and thereby creates a type of positive connection with the sealing ring 41 produces. In addition, ensure the relatively deep recesses 45 a particularly strong turbulence of the medium and thus a particularly effective one Cooling of the sealing arrangement on the sealing track.

Der verhältnismäßig kleine Querschnitt des Dichtringes verlangt ein kaltfluß-freies Material mit hohem Biegemodul. Beispielsweise kann ein solcher Dichtring 41 aus Polysulfon oder Polyamid mit einem 2.105N/cm2 überschreitenden Biegemodul bestehen. Die Verwendung eines Werkstoffes mit höherem Modul hat auch den Vorteil, daß solche Werkstoffe einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, wodurch sich maßliche Veränderungen durch thermische Einflüsse begrenzen lassen. The relatively small cross-section of the sealing ring requires a Cold flow-free material with a high flexural modulus. For example, such a sealing ring 41 made of polysulfone or polyamide with a flexural modulus exceeding 2.105N / cm2 exist. The use of a material with a higher module also has the advantage of that such materials have a lower coefficient of thermal expansion, whereby dimensional changes due to thermal influences can be limited.

Bei einem typischen Beispiel einer solchen Dichtungsanordnung hat der linsenförmige Dichtring 41 einen Innendurchmesser von 49,8 mm und einen Außendurchmesser von 53,2 mm, so daß also die Dicke der Linse 1,7 mm beträgt. Die axiale Länge des Dichtungsringes beträgt 2,9 mm und die Tiefe der Aussparungen 45 beträgt 1 mm. Es sind zehn Aussparungen auf den Umfang des Dichtungselementes verteilt Bei geringen Betriebsdrücken kann auch ein solcher Dichtungsring noch aus einem PTFE-Werkstoff bestehen. Bei der Herstellung des Dichtringes aus Polysulfon für die Anwendung bei höheren Betriebsdrücken tritt bis zu einem Druck von 20 bar eine etwas erhöhte Leckage auf, jedoch wird bei höheren Drücken technische Dichtheit erzielt. Die Reibmomente liegen bei 20 bar bei ca. 1,85 bis 2,0 Nm pro Dichtelement. In a typical example of such a sealing arrangement the lenticular sealing ring 41 has an inner diameter of 49.8 mm and an outer diameter of 53.2 mm, so that the thickness of the lens is 1.7 mm. The axial length of the Sealing ring is 2.9 mm and the depth of the recesses 45 is 1 mm. It ten recesses are distributed around the circumference of the sealing element Such a sealing ring can also be made of a PTFE material exist. In the manufacture of the sealing ring made of polysulfone for the application higher operating pressures result in a slightly increased leakage up to a pressure of 20 bar on, but technical tightness is achieved at higher pressures. The frictional moments are around 1.85 to 2.0 Nm per sealing element at 20 bar.

Die in F i g. 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung umfaßt wiederum einen relativ dicken Dichtring 51, an dessen ebener Außenfläche 53 ein Spannring 52 in Form eines Vierlippen-Ringes anliegt. Die Besonderheit dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Lauffläche des Dichtringes 51 zwei ballige Abschnitte 54, 55 aufweist, die in der Mittelebene des Dichtringes in einer Kante 56 zusammenstoßen. Diese Kante ist in verstärktem Maße plastisch verformbar und bildet deshalb eine Art Stillstandsdichtung wie der gummielastische Ring-4 der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2. Bei dem oben beschriebenen Verschwenken der Dichtung entsteht jedoch eine neben der Kante 56 liegende Laufspur mit einer durch das Verschwenken des Dichtungsringes bedingten Druckentlastung. Insofern gewährleisten die zu beiden Seiten der Kante 56 angeordneten Laufflächen-Abschnitte 54,55 die gleiche vorteilhafte Funktion der Dichtungsanordnung, wie sie oben erläutert wurde. The in F i g. 6 illustrated embodiment of the invention comprises again a relatively thick sealing ring 51, on whose flat outer surface 53 a Tension ring 52 in the form of a four-lip ring rests. The peculiarity of this embodiment consists in the fact that the running surface of the sealing ring 51 has two convex sections 54, 55 which collide in an edge 56 in the center plane of the sealing ring. This edge is plastically deformable to a greater extent and therefore forms a Kind of standstill seal like the rubber-elastic ring-4 according to the embodiment the F i g. 1 and 2. The above-described pivoting of the seal arises however, a running track lying next to the edge 56 with one caused by the pivoting pressure relief of the sealing ring. In this respect, they guarantee both Sides of the edge 56 arranged tread sections 54,55 the same advantageous Function of the sealing arrangement as explained above.

F i g. 7 veranschaulicht endlich eine Ausführungsform mit einem asymmetrischen Dichtring 61, dessen Lauffläche einen balligen Flächenabschnitt 62 und einen daran anschließenden Flächenabschnitt 63 mit geradliniger Kontur aufweist. Der Flächenabschnitt 63 mit geradliniger Kontur ist hochdruckseitlg angeordnet, so daß er infolge der durch den Mediendruck 64 bewirkten Umstülp- und Abrollbewegung eine Kegelfläche bildet. Bei fehlendem Mediendruck liegt dagegen der geradlinige Flächenabschnitt 63 unter dem Einfluß des wiederum als Quadring ausgebildeten Spannringes 65 flach an der Gegenlauffläche 66 der Welle 67 an und bildet so eine hervorragende Stillstandsdichtung. F i g. 7 finally illustrates an embodiment with an asymmetrical one Sealing ring 61, the running surface of which has a spherical surface section 62 and one on it having subsequent surface section 63 with a straight contour. The area segment 63 with a straight contour is arranged hochdruckseitlg, so that it is due to the the everting and rolling movement caused by the media pressure 64 creates a conical surface forms. If there is no media pressure, however, the straight surface section is located 63 flat under the influence of the clamping ring 65, which is again designed as a quad ring on the mating surface 66 of the shaft 67 and thus forms an excellent standstill seal.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind viele Querschnittsformen sowohl für den Dichtring als auch für den Spannring denkbar, sofern nur der Dichtring einen balligen Laufflächen-Abschnitt hat, auf dem er im Verlauf einer Umstülpbewegung abrollt, wodurch sich die Laufspur bei zunehmendem Mediumdruck in Richtung auf die niederdruckseitige Stirnfläche des Dichtringes verlagert und eine zunehmende Druckentlastung des Dichtringes eintritt. Dabei ist es wichtig, einen ausreichend steifen und nicht zu einem Kaltfließen neigenden Werkstoff zu wählen, der der beschriebenen Bewegung folgt, dabei aber seine Elastizität beibehält. Insbesondere darf auch keine flache Anlage des Dichtringes an der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenteiles stattfinden. Es versteht sich, daß auf die beschriebene Funktion die Form des Spannringes Einfluß hat. Auch für den Spannring sind unterschiedliche Querschnittsformen denkbar, auch wenn der Vierlippen-Ring besondere Vorteile hat, weil seine Druckmaxima im Bereich seiner Stirnflächen und damit auch der Stirnflächen des Dichtringes liegen. Diese Verteilung der Druckkräfte ist für das Einhalten eines stabilen Gleichgewichtes im Betrieb von erheblicher Bedeutung. Es ist aber auch ohne weiteres erkennbar, daß mit zwei axial hintereinander angeordneten O-Ringen eine ähnliche Wirkung wie mit einem Vierlippen-Ring erzielt werden könnte. Wie erwähnt, sind aber auch einfache O-Ringe und Ringe mit anderen Querschnitten brauchbar. Dabei lassen sich die Wirkungen unterschiedlicher Querschnitte und Werkstoffe für Dicht- und Spannring experimentell unter Berücksichtigung der vorstehen behandelten Prinzipien leicht ermitteln. It goes without saying that the invention does not apply to the exemplary embodiments shown is limited, but deviations are possible without the scope of the invention to leave. There are many cross-sectional shapes for both the sealing ring and conceivable for the clamping ring, provided that only the sealing ring has a convex running surface section has, on which it unrolls in the course of an inverting movement, whereby the running track with increasing medium pressure in the direction of the low-pressure side face of the Sealing ring shifted and an increasing pressure relief of the sealing ring occurs. It is important to have a sufficiently stiff one that does not tend to flow cold To choose material that follows the movement described, but its elasticity maintains. In particular, the sealing ring must not rest flat on the surface of the machine part to be sealed. It is understood that on the described Function has an influence on the shape of the clamping ring. There are also different ones for the clamping ring Cross-sectional shapes conceivable, even if the four-lip ring has particular advantages, because its pressure maxima in the area of its end faces and thus also the end faces of the sealing ring. This distribution of compressive forces is essential for maintaining a stable equilibrium in operation is of considerable importance. It is also easily recognizable that with two axially arranged one behind the other O-rings an effect similar to that which could be achieved with a four-lip ring. As mentioned, however, simple O-rings and rings with other cross-sections can also be used. Included can the effects of different cross-sections and materials for sealing and clamping ring experimentally taking into account the principles discussed above easily determine.

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Claims

Claims: 1. Sealing arrangement for one against the other common axis rotatable parts, one of which has a groove for receiving the sealing arrangement has, consisting of one insertable into the groove of one part and with its Running surface on the other part of the sealing ring, which is made of a viscoplastic sealing ring Material consists, and a concentrically arranged to the sealing ring, the sealing ring with respect to the groove sealing and at the same time radially tensioning, made of a rubber-elastic Material existing clamping ring, d a - characterized in that the sealing ring (1) has a convex running surface (3) seen in cross section, made of a material exists, which has a high permanent elasticity and a low one under bending stress Has cold flow tendency, and arranged in the groove (6) with a sufficiently large axial play is to be under the influence of the pressure of the medium to be sealed on its running surface (3) Carry out a rolling movement while maintaining a very narrow sealing track (11) to be able to.

2. Sealing arrangement according to claim 1, characterized in that the material of the sealing ring (1) has a flexural modulus of more than 104N / cm2 and preferably has more than 1 05N / cm2.

3. Sealing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the sealing ring (1) consists of a filled PTFE material.

4. Sealing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that that the sealing ring (1) consists of a polysulfone or polyamide.

5. Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the sealing ring (41) has a lenticular cross-section.

6. Sealing arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that in the center plane of the sealing ring (51) two convex running surface sections (54, 55) collide in an edge (56).

7. Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in the center plane of the sealing ring (1) in its running surface (3) a ring (4) made of an elastic material that is more deformable than that Material of the sealing ring (1) is arranged.

8. Sealing arrangement according to claim 7, characterized in that the ring (4) consists of a rubber elastic material.

9. Sealing arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the convex running surface of the sealing ring on the high pressure side in a surface section passes with a straight contour.

10. Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the sealing ring (41) has at least one of its end faces has its circumference distributed recesses (45).

11. Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping ring (2) is designed as a four-lip ring.

The invention relates to a sealing arrangement for one another Parts rotatable about a common axis, one of which has a groove for receiving the sealing arrangement, consisting of one in the groove of one part insertable sealing ring that rests against the other part with its running surface, which consists of a viscoplastic material, and one concentric to the sealing ring arranged, the sealing ring against the groove sealing and at the same time radially tensioning, made of a rubber elastic material clamping ring.

Such a sealing arrangement is known from US Pat. No. 3,663,024. It is both for sealing axially movable against each other and against each other rotatable parts determined. The sealing ring has a conical shape on its running surface Sections that extend towards the end face of the sealing ring from the surface of the remove other part. When pressurized, this surface should be flat on the Counter surface of the other part come to rest. In this way a large-scale system with high friction losses, especially when facing each other rotatable parts cause considerable problems with heat dissipation. The consequence of this is rapid wear of such sealing rings.

From DE-OS 23 25 000 is also a sealing ring and clamping ring Existing sealing arrangement known, which, however, is exclusively a piston or rod seal and its sealing ring on the low-pressure side also has a conical surface, which when pressure is applied during a rotary movement would lay flat against the counter surface of the other part because the There are no hydrodynamic processes occurring in an axial relative movement. the provided in this known seal, extremely narrow contact surface on which the maximum of the contact pressure would be in the case of a pure rotary movement lead to rapid wear of the seal.

Accordingly, the invention is based on the object of a sealing arrangement of the type described above so that they can be used even under high loads, d. H. a very long service life under high operating pressures and at high speeds has and ensures a perfect seal.

This object is achieved according to the invention in that the sealing ring has a convex tread when viewed in cross section and consists of a material, this has a high permanent elasticity and a low tendency to cold flow when subjected to bending stress having.

The effect of the sealing arrangement according to the invention is based on that as a result of the spherical running surface and for the manufacture of the sealing ring selected material of the sealing ring with unilateral pressure from one neutral center position rolls off on its convex tread, so that moves the sealing line from the center of the sealing ring to the low-pressure side, However, without the sealing ring becoming flattened. So it always remains one Very narrow contact zone due to the convex running surface.