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Dichtung zum Abdichten einer beweglichen Stange oder Welle Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Abdichtungseinrichtung für den Austritt eines beweglichen
Organs aus einem abgeschlossenen Raum, der eine Flüssigkeit oder ein Gas unter Druck
enthält. Genauer ausgedrückt hat die vorliegende Erfindung eine Verbesserung von
Abdichtungsmitteln für den Durchtritt einer Stange mit hin und her gehender Bewegung
oder einer Welle mit drehender Bewegung durch eine Schottschei,dewand zum Gegenstand.
Solche Abdichtungsmittel werden gebraucht zum Abdichten der Durchgangsbohrung der
Antriebswelle einer Pumpe, dem Durchtritt einer Kolbenstange, einer Welle eines
Kompressors oder Kältemaschine, um den Ausfluß von Flüssigkeiten oder Schmiermitteln
zwischen zwei eine Relativbewegung zueinander ausführenden Maschinenelementen zu
verhindern und um zu verhindern, daß Staub und Schmutz in Wälzlager eindringt, um
den Durchtritt von Wellen, Stangen, Betätigungsgestänge mit Dreh- oder Längsbewegungen
durch Schottwände von Flugzeugen, die in großer Höhe fliegen, abzudichten und anderes
mehr. Die Dichtung zum Abdichten, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, kann bei
allen diesen Anwendungen gebraucht werden, dennoch bezweckt sie insbesondere die
Lösung des schwierigen Problems, die vollständige Abdichtung am Austritt der Kolbenstange
von Aufhängedämpfern oder von
pneumatischen Aufhängungen trotz der
harten Arbeitsbedingungen solcher Einrichtungen zu sichern.
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Es sind schon Dichtungen bekannt, die aus einem oder mehreren Gummiringen
bestehen, die nur mit einer gewissen Spannung zwischen der bewegten Stange a und
der Wandung b der abzudichtenden Öffnung eingelegt sind, wobei diese Ringe gewöhnlich
die Form eines Wulstes mit quadratischem Querschnitt (Abt. i) oder eines Wulstes
mit kreisförmigem Querschnitt (Abt. 2) haben und in einer geeigneten Nut in der
Wand b untergebracht sind. Solche Dichtungen haben ursprünglich hervorragende Abdichtungseigenschaften,
aber sie haben unglücklicherweise zwei schwerwiegende Nachteile: i. Sie benötigen
ein kräftiges Einspannen des Dichtungsringes zwischen der Stange a und dem Teil
b, was zur Folge hat, daß einerseits die Bewegung schwer geht, indem sie Leistung
aufnimmt durch die Bremswirkung der Dichtung auf der Stange, anderseits sich eine
ziemlich rasche Abnutzung ergibt; 2. ,trotz der hohen Spannung auf der Stange haben
sie nur eine geringe Nachgiebigkeitsreserve, um die Abnutzung der Dichtung auszugleichen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist genau genommen ein Abdichtungsmittel,
das auf demselben Prinzip beruht und die gleichen ursprünglichen Eigenschaften in
der Abdichtung hat wie die obenerwähnten, wulstförmigen Dichtungen, während sie
die beiden vorgenannten Nachteile vermeidet. Die Erfindung besteht in der Anwendung
von Ringen aus Natur- oder synthetischem Gummi oder irgendeinem anderen plastischen
elastischen Material entsprechend geringer Stärke (z. B. 2 oder 3 mm) und großem
Außendurchmesser, d. h. von großer Breite L (Abt. 3) im Verhältnis zu ihrer
Stärke h;
genauer ausgedrückt, mit einer Breite 1, die größer ist, als ihre
Stärke h und vorzugsweise mindestens gleich dem zwei- oder dreifachen ihrer Stärke
h ist; diese flachen und breiten Ringe bilden eine Dichtung durch einfache seitliche
Einspannung bei i und 2 (Abt. 4@ und 5) zwischen der Stange und der Öffnung oder
dem abzudichtenden Rohr, ohne daß irgendeine Einspannung an den Flächen 3 und 4
notwendig ist.
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Man versteht leicht, daß,die Bedeutung der großen Breite 1 darin liegt,
daß sie eine viel größere Nachgiebigkeitsreserve zum Ausgleichen der Abnutzung der
Dichtung hergibt, während sie gestattet, die Aufspannkräfte auf die Stange auf sehr
geringe Werte zu begrenzen, was den doppelten Vorteil einer viel weicheren Bewegung
und einer geringen Abnutzung der Dichtung ergibt, während sie trotzdem eine vollkommene
Abdichtung sicherstellt.
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Was die Stärke h der Dichtung betrifft, so soll diese nicht irgendeinen
Wert haben; die Erfahrung zeigt, daß die günstigste Stärke, um die Schmierung der
Stange zu erleichtern und gleichzeitig die beste Abdichtung zu gewährleisten, sich
um 2 bis 3 mm bewegt.
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Diese einfache Regel für die Dimensionierung von bekannten Abdichtungen,
eine ebene Scheibe an die Stelle von einem Ring finit Kreis- oder quadratischem
Querschnitt zu setzen, führt also zu einem industriellen Ergebnis von größter Wichtigkeit
in der Technik der Dichtungsmittel. Während indessen die Ringe der Abb. i und 2
leicht in ihren Raum in Teil b vor der Einführung der Stange eingesetzt werden können,
macht die Vergrößerung des Durchmessers D dasselbe Einsetzen unmöglich und zwingt
dazu, die Konstruktion des dichtungstragenden Teils abzuändern, die in zwei Teilen
K und L verwirklicht werden kann, wie z. B. in Abb.4. Diese neue Konstruktion der
Abdichtung führt zu einer beträchtlichen Vereinfachung, wenn die abzudichtende Stange
aus einem koaxialen zylindrischen Rohr t austritt, wie es z. B. bei der Kolbenstange
eines Teleskol)dämpfers der Fall ist. Tatsächlich ergibt sich bei dem Gebrauch eines
dichtungstragenden Teils b (Abt. i) außerdem das Problem, die Abdichtung zwischen
dem Teil b und dem Rohr t sicherzustellen. Die erfindungsgemäße Dichtungsscheibe
erhält einen Durchmesser D, der ausreicht, damit sie sich auf dem Rohr t direkt
abstützen kann, wodurch das vorhergehende Problem aufgehoben ist. Die Dichtung nach
der Erfindung weist eine außerordentlich einfache Form auf, wie in den Abb. 5, 6
und 7 dargestellt, wobei die stark schraffierten Teile i i die Dichtungsscheiben
darstellen und die dünn schraffierten Teile 13 eingelegte Haltescheiben in Form
von scheibenförmigen Platten sind und wobei das Ganze durch einfaches Einfassen
des äußeren Randes s des Rohres t zusammengehalten wird.
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Man kann auch, wie in den Abb. 6 und 7 gezeigt, mehrere Dichtungsscheiben
i i hintereinander anordnen. In diesem Fall ist es wünschenswert, die verschiedenen
Dichtungsringe voneinander durch Abstandscheiben 12 zu trennen, die anderseits sehr
dünn gehalten werden können, z. B. aus Folien von einigen zehntel Millimeter Stärke.
Eine solche Art Dichtung mit mehreren Scheiben i i (Abt. 7), die sich besonders
geeignet erweist, die Abdichtung gegen hohe Drücke sicherzustellen, würde sehr angezeigt
sein für den Bau von pneumatischen Aufhängungen.
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Man hat häufig das Bedürfnis, die Kugel- oder Rollenlager von Maschinenwellen
mit Dichtungsringen abzudichten, einerseits, um das nötige Schmiermittel in diesen
zu erhalten, anderseits um das Eindringen von Staub und Schmutz zu verhindern. Unglücklicherweise
haben die meisten der allgemein gebräuchlichen Abdichtungseinrichtungen den Nachteil,
daß sie eine ziemlich große Reibung auf der Welle erzeugen, von der Leistungsverluste
herrühren, die oftmals hiiiier sind als die Wälzlagerverluste selbst. Die Dichtung,
Gegenstand der vorliegenden Erfindung, deren große Leichtgängigkeit schon hervorgehoben
wurde, ist besonders zur Lösung dieses Problems geeignet, wie beispielsweise gemäß
dem Schema der Abb. S.
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Ebenso und aus dem gleichen Grund empfiehlt sich diese Dichtung jedesmal,
wenn eine Betätigungsstange durch eine dichte Schottwand hindurchgehen muß, ein
Problem, welches sich besonders
bei Flugzeugen ergibt, die für
den Flug in großen flöhen vorgesehen sind. Das notwendige Einspannen der Dichtung
bei den meisten der gebräuchlichen Dichtungen ist tatsächlich die Ursache von Schwerg;ingigkeit
in der Betätigung von Stangen und Wellen, was für die Empfindlichkeit von Steuerungen
schädlich ist.
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Wie man in den Abb. 5, 6 oder 8 sieht, benötigt die erfindungsgemäße
Abdichtungseinrichtung nur eine sehr geringe Dicke, da ja ein oder zwei Gurninisclieil)en
i i von 2 mm Stärke genügen, die in einfacher Weise von Haltescheiben (m,
n, p, q
in A1>11.8) gehalten werden. Diese Möglichkeit eines sehr geringen
Raumbedarfs ist oft wertvoll, sobald man nur über einen begrenzten Platz verfiigt,
wie es z. 13. am Austritt von gewissen Wälzlager» der 1#a11 ist, oder ferner
frei Teleskopdämpfern, wo es erforderlich ist, den verfügbaren Hub auf (las Kleinstmögliche
zu verringern, um den Achsabstand auf ein Minimum zu bringen. Ein weiterer Vorteil
ergibt sich schließlich aus der großen Nacligiel)igkeit der Dichtungsscheibe gemäß
der Erfindtim; nach allen Richtungen senkrecht zur Achse. Wenn man dort ein gewisses
Spiel zwischen der Welle A und den I1altescheiben m, n, p, q
(Abb.8)
vorsieht, erlaubt die Nachgiebigkeit der Gummischeibe, die diese sogar sehr schnell
der Welle bei ihren seitlichen Bewegungen folgen läßt, die Abdichtung trotz der
Erschütterungen und Schwingungen aufrechtzuerhalten, die diese Welle erleiden kann,
wie es oft beispielsweise bei den Wellen von K'iltemaschinen - Kompressoren vorkommt.
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In dem Bestreben, die Leichtgängigkeit von solchen ,'11idichtungeii
zti vergrößern und ihre Abnutzung zu verringern, kann man in gewissen Fällen Interesse
daran haben, dort einen Schmierölvorrat zwischen zwei Dichtungsscheiben einzuschließen.
Zum Beispiel ist in Abb. 9 eine Ölkammer H gebildet, wobei g ein Ring aus @Ietall
oder Gummi ist, der nur die .-,lufgabe hat, den Abstand der Haltescheiben untereinander
aufrechtzuerhalten. In dem Fall, wo (las abzusperrende Fluidum ein Gas ist, z. B.
für eine pneumatische Aufhängung, hes.itzt diese Anordnung außerdem den beträchtlichen
Vorteil, daß die Abdichtung gegen Gas durch eine hydraulische Abdichtung ersetzt
ist. In diesem Falle wird man Interesse daran haben, den Raum der Kammei -H auf
(las Äußerste zu vergrößern, und die Raumvergrößerung, die aus der Wärmedehnung
dieses Reservoirs H herrührt, wird durch die Nachgiebigkeit, die den äußeren Scheiben
v und 2u zu eigen ist, leicht aufgenommen, wenn mindestens eine dieser Scheiben
geniigeiid dünn bleibt, um eine gewisse Nachgiebigkeit zu behalten.
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Zu er,#viihnen sind noch die Beziehungen zwischen (lern Außendurchmesser
D und dem Innendurchmesser d der Dichtungsscheibe im freien Zustand einerseits (Abb.3)
und anderseits dem Durchmesser D' des Raumes und dem Durchmesser
d' der Stange (Abb.4 und 5). Die theoretische Untersuchung einer solchen
Dichtung, die durch die Erfahrung bestätigt ist, hat nun zii den günstigsten Beziehungen
zwischen diesen vier Abmessungen geführt.
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Zuerst kann man die folgende Feststellung treffen Wenn man eine lose
Scheibe nimmt und- eine Stange mit einem Durdhmesserd'einführt,der größer ist als
der Durchmesser d' der Scheibe, verändert sich der äußere Durchmesser D der Scheiibe
nicht merklich; während man, wenn man die Scheibe in einen zylindrischen Raum mit
dem Durchmesser D' bringt, der kleiner als ihr Durchmesser D ist, feststellt, daß
sich der innere freie Durchmesser d der Scheibe beträchtlich verkleinert. Es folgt
daraus, daß die äußere Einspannung (bei 2, Abb. 4 und 5) nur erhalten werden kann,
wenn man von einer Scheibe mit einem Durchmesser D ausgeht, der größer ist als der
Raumdurchmesser D', während die innere Einspannung (bei i), anstatt daß sie von
einer Einspannung herrührt, die ursprünglich dadurch erhalten wurde, daß man von
einem Durchmesser d der Scheibe, der kleiner ist, als der der Stange d', ausgeht,
ebenso erhalten werden kann, wenn man von einer Scheibe mit einem inneren Durchmesser
d ausgeht, der größer ist als derjenige der Stange.
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Diese Feststellung ist um so interessanter, als die Erfahrung, in
dem sie darin die Theorie bestätigt, zeigt, daß die besten Bedingungen für die Abmessungen
einer solchen Dichtung gerade dann erhalten werden, wenn man von einem inneren freien
Durchmesser d ausgeht, der größer ist als der Durchmesser d' der Stange. Mit anderen
Worten, die innere und äußere Einspannung wird einzig und allein durch die äußere
Einspannung erzeugt. Man kann sogar genau angeben, daß die beste Auslegung durch
die Beziehung
gegeben zu sein scheint, diese Dimensionierung ist die, die in dem ganzen Dichtungskörper
einen gleichmäßigen Druck in ebener Richtung erzeugt, oder sogar durch die Beziehung,
welche ebenso beste Ergebnisse zeitigt. Diese Feststellung scheint neu. Jede Gummidichtung,
die aus einem einfachen zylindrischen Ring gebildet ist und sobald deren innerer
freier Durchmesser d größer sein sollte, als der Durchmesser d' der Stange, wird
infolgedessen als ein Teil der Erfindung beansprucht werden, selbst wenn er nicht
die Beziehung i = 2 h verwirklicht.
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Schließlich erscheint es wünschenswert, wenn die Dichtungsscheiben
durch Auschneiden aus ebenen Gummifolien erhalten werden statt durch Formen, da
solche Scheiben, die durch Auschneiden erhalten wurden, bis jetzt regelmäßig einen
besseren Widerstand gegen Abnutzung . gezeigt haben, was die Folge einer ungleichen
Orientierung der Gummimoleküle sein kann. Da eine sehr große Nachgiebigkeit der
Ränder solcher Dichtungen gegeben ist, ist eine große Genauigkeit der ursprünglichen
Teile nicht mehr notwendig, und es folgt daraus, daß diese Scheiben durch einfaches
Ausstanzen mit Ausschneideeisen hergestellt sein können, einem besonders schnellen
und wenig kostspieligen Vorgang,
dessen Anwendung jedoch bei Dichtungen,
die so bemessen waren wie die in Abb. i, nicht möglich war.