insbesondere für Fluide

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Rechteckdichtung zur Abdichtung einer Durchführung, insbesondere für Fluide, die einen Dichtkörper, eine äußere Mantelfläche, zwei Flankenflächen und eine innere Mantelfläche aufweist.

Eine derartige Rechteckdichtung ist allgemein bekannt und wird in einer Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Durchführung, insbesondere einer Drehdurchführung für Fluide zwischen zwei Bauteilen, insbesondere einer Welle und einem Gehäuse, eingesetzt. Die Welle weist zumindest eine Nut zur Aufnahme

BESTÄTIGUNGSKOPIE der Rechteckdichtung auf. Zur Montage der Welle im Gehäuse wird die Welle zusammen mit der in ihrer Nut aufgenommenen Rechteckdichtung in eine Drehführung des Gehäuses eingeschoben oder das Gehäuse wird auf die bereits vormontierte Welle aufgeschoben. Es findet somit eine Relativbewegung zwischen der Welle und dem Gehäuse statt. Im montierten Zustand liegt die Mantelfläche der in der Nut der Welle eingesetzten Rechteckdichtung an der Innenwand der Durchführung des Gehäuses an und dichtet derart den zwischen der Welle und der Innenfläche der Drehdurchführung befindlichen Dichtspalt ab. Hierzu muss die Rechteckdichtung über die Oberfläche der Welle hinaus stehen, damit der zwischen der Welle und dem Gehäuse befindliche Dichtspalt durch die Dichtkontur und/oder die Dichtmasse der Rechteckdichtung abgedichtet werden kann.

Da der Dichtspalt oft nur wenige Bruchteile eines Millimeters beträgt, besteht beim Einschieben der mit der Rechteckdichtung versehenen Welle in die Drehdurchführung die Gefahr, dass dabei die Rechteckdichtung beschädigt wird. Eine Leckage einer diese Rechteckdichtung verwendenden Dichtungsanordnung ist dann nicht auszuschließen. Die beschädigungsfreie Montage einer bekannten Rechteckdichtung in einer Durchführung, insbesondere einer Drehdurchführung, erfordert daher einen hohen Montageaufwand und ist folglich zeitaufwendig. Des Weiteren sind innenspannende Rechteckdichtungen bekannt, welche in eine Nut des Gehäuses eingesetzt werden und durch deren Innenraum die zylindrische Welle durchgeschoben wird. Auch hier findet wiederum eine Relativbewegung zwischen Welle und Gehäuse statt, mit der Maßgabe, dass nicht mehr - wie beim vorstehend beschriebenen Fall - die Welle mit der Dichtung versehen ist und in die Durchführung des Gehäuses eingeschoben wird, sondern dass die

Rechteckdichtung in der Innenwand der Durchführung des Gehäuses angeordnet und die Welle durch deren Innendurchmesser durchgeschoben werden muss. Die oben beschriebenen Probleme treten hier beim Einschieben der Welle in den Innenraum der Rechteckdichtung in entsprechender Art und Weise auf. Aus der DE 201 21 504 U1 , der EP 0 231 673 B1 sowie aus der Druckschrift SEALS, 4. Auflage, Maschinedesign, Juni 1969 sowie aus dem Engineer's Handbook of Piston Rings, Seal Rings, Mechanical Shaft Seals, Herausgeber Koppers Company, Inc., 1975, sind Rechteckdichtungen bekannt, die einen Dichtungskörper aufweisen, dessen Ringendbereiche durch einen Stoß getrennt sind. An ei- nem Ringendbereich ist eine in Umfangsrichtung verlaufende, über die Endfläche dieses Ringendbereichs hervorstehende Zunge angeordnet, die in eine entsprechende geformte Ausnehmung im anderen Ringendbereich einbringbar ist. Durch diese Zunge, sowie die mit der zusammenwirkenden Ausnehmung soll eine Abdichtung der Rechteckdichtung im Bereich des Stoßes erreicht werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rechteckdichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Montageaufwand, der bei ihrem Einsetzen in eine Durchführung erforderlich ist, verringert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rechteckdichtung zumindest ein in einer Flankenfläche vorgesehenes von dieser ausgelegt in die zugeordnete Mantelfläche übergeladenes und zumindest entlang eines Teils des Umfangs des Dichtkörpers umlaufendes Einführelement aufweist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise eine Rechteckdichtung geschaffen, bei der die Gefahr einer Beschädigung der Rechteckdichtung bei ihrer Montage in eine Dichtungsanordnung wenn nicht eliminiert, dann doch zumindest deutlich reduziert ist. Das erfindungsgemäß vorgesehene Einführelement bewirkt, dass beim Einführen der erfindungsgemäße Rechteckdichtung in eine Durchführung deren Randbereich, der bei diesem Vorgang in Kontakt dem erfindungsgemäß vorgenannten Einführelement der Flankenfläche tritt, dieser Randbereich auf den Dichtkörper der Rechteckdichtung aufgleitet, so dass die Gefahr einer Beschädigung des Dichtkörpers und somit der Dichtkontur und/oder der Dichtmasse der Rechteckdichtung in diesem Bereich zu- mindest reduziert wird. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass hierdurch die Montage der erfindungsgemäßen Rechteckdichtung erleichtert wird, ohne dass durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Erleichterung der Montage ihre Dichtfunktion nennenswert beeinflusst wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsge- mäße Rechteckdichtung an beiden Flankenflächen jeweils ein sich über zumindest einen Teil des Umfangs erstreckendes Einführelement aufweist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch bei der Montage der erfindungsgemäßen Rechteckdichtung nicht mehr auf ihre Orientierung in der sie aufnehmenden Nut geachtet werden muss.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Einführelement als eine Einführfase ausgebildet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass das Einführelement besonders einfach ausgebildet ist. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erfindungsgemäße Rechteckdichtung an ihrer Mantelfläche eine hydrostatische oder hydrodynamische Entlastungsstruktur aufweist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch der Dichtkörper der erfindungsgemäßen

Rechteckdichtung entlastet wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im Folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:

Figur 1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Rechteckdichtung, Figur 2 eine Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel der Figur 1 , Figur 3 eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels,

Figur 4 einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel in vergrößertem Maßstab,

Figur 5 eine schematische Darstellung einer die Rechteckdichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendenden Dichtungsanordnung, Figur 6 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Rechteckdichtung,

Figur 7 eine schematische Darstellung einer die Rechteckdichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendenden Dichtungsanordnung, und Figur 8 eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Rechteckdichtung.

In den Figuren 1 bis 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer allgemein mit 1 bezeichneten Rechteckdichtung dargestellt, die einen Dichtkörper 2 mit einer äußeren Mantelfläche 3, zwei Flankenflächen 4a und 4b und eine innere Mantelfläche 7 aufweist. Die Rechteckdichtung 1 weist ein Schloss 5 auf, welches hier als ein Hakenschloss 10 ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, anstelle des hier dargestellten Hakenschlosses 10 eine andere Art eines Schlosses zu verwenden. Dem Fachmann ist aus nachfolgender Beschreibung ersichtlich, dass es auf die spezielle Art der Ausbildung des Schlosses nicht ankommt. Auch ist denkbar, dass der Dichtkörper 2 der Rechteckdichtung 1 geschlossen ausgebildet ist. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist noch vorgesehen, dass an der inneren Mantelfläche 7 des Dichtkörpers 2 Erhebungen 6 vorgesehen sind, welche ein zu großes Durchhängen der in eine Nut einer Dichtungsanordnung 20 (siehe dazu Figur 5) eingesetzten Rechteckdichtung 1 verhindert. Eine derartige

Rechteckdichtung ist bekannt und muss daher nicht mehr näher beschrieben werden. Wesentlich ist nun, dass - wie am besten aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist - an mindestens einer und im hier gezeigten ersten Ausführungsbeispiel an beiden Flankenflächen 4a und 4b jeweils ein Einführelement 5a bzw. 5b angeordnet ist. Die beiden Einführelemente 5a und 5b gehen in die äußere Mantelfläche 3 über und verlaufen hierbei vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs des Dichtkörpers 2. Es kann aber für gewisse Anwendungsfälle auch ausreichend sein, dass eines oder beide Einführelemente 5a und 5b jeweils nur entlang eines Teilbereichs des Umfangs des Dichtkörpers 2 verlaufen. Diese Einführelemente 5a und 5b dienen dazu, dass - wie nachstehend beschrieben - beim Einführen der Rechteckdichtung 1 in eine Durchführung 21 einer Dichtungsanordnung 20 der Randbereich R des diese Durchführung 21 begrenzenden Gehäuses G (siehe Figur 5) dieser Durchführung auf der jeweiligen Einführschräge 5a oder 5b aufgleiten kann. Hierdurch wird die Gefahr, dass beim Einfüh- ren der Rechteckdichtung 1 in die Durchführung 21 - z. B. infolge eines Verkan- tens - der in Kontakt mit der Rechteckdichtung 1 tretende Materialbereich der Durchführung 21 den Dichtkörper 2 beschädigt, wenn nicht vollständig eliminiert, dann doch zumindest deutlich reduziert wird. Der radiale Verlauf beider oder mindestens eines Einführelements 5a und/oder 5b ist dabei dergestalt, dass das Einführelement 5a und/oder 5b zumindest an der Stelle beginnt, an der die Rechteckdichtung 1 aus der Nut N einer Welle W (siehe Figur 5) hervortritt, und dass eines oder beide Einführelemente 5a, 5b vorzugsweise im Übergangsbereich zwischen Flankenfläche 4a bzw. 4b und der äußeren Mantelfläche 3 enden.

Die Einführelemente 5a und 5b sind im hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Einführfasen 5a' und 5b' ausgebildet. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil einer besonders einfachen Ausbildung der Einführelemente 5a und 5b. Es ist aber nicht zwingend erforderlich, dass die Einführelemente 5a und 5b über ihren gesamten Bereich schräg verlaufen. Vielmehr kann dieser Bereich auch gekrümmt ausgebildet sein oder es ist auch möglich, dass der letzte Bereich der Einführelemente 5a und 5b, d. h. der kurz vor der äußeren Mantelfläche 3 liegende Bereich, radial ausgerichtet ist, d. h., dass also eine Art„Stufe" verwirklicht ist.

In Figur 5 ist nun schematisch die Dichtungsanordnung 20 gezeigt, anhand derer die Einbausituation der Rechteckdichtung 1 in eine Durchführung 21 sowie deren Montagevorgang erläutert werden soll. Die Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine derartige Dichtungsanordnung 20, welche rotationssymmetrisch zu einer Achse A ausgebildet ist. Ein Gehäuse G weist die Drehdurchführung 21 auf, in der eine Welle W eingesetzt ist. Zwischen der Außenfläche W der Welle W und der Innenfläche G' des Gehäuses G, welches die Drehdurchführung 21 begrenzt, ist ein Dichtspalt D vorhanden, der durch die Rechteckdichtung 1 abgedichtet werden soll. Dem Fachmann ist bekannt, dass in diesem Zusammenhang der Be- griff„Abdichtung" die Einhaltung einer kritischen Fluid- oder Gasleckage bezeichnet wird, wobei die Größenordnung dieser Leckage je nach Anwendung recht unterschiedlich sein kann und für den Einzelfall definiert werden muss.

Zur Ausbildung der gezeigten Dichtungsanordnung 20 wird zuerst die

Rechteckdichtung 1 in die Nut N der Welle W eingesetzt. Dies kann dadurch geschehen, dass die Rechteckdichtung 1 aufgeweitet, dann auf die Welle W aufgeschoben und schließlich bis zur Nut N, in der sie platziert werden soll, weiterbewegt und in die Nut N eingebracht wird. Nachdem die Rechteckdichtung 1 derart in die Nut N der Welle W eingebracht wurde, wird die Welle W in die in diesem Fall als Drehdurchführung ausgebildete Durchführung 21 eingeschoben. Der Außendurchmesser der Welle W ist um das Maß des Dichtspalts D kleiner als der durch die Innenwand G' des Gehäuses G definierte Durchmesser der Durchführung 21. Da die Rechteckdichtung 1 im mon- tierten Zustand dieser dynamischen Dichtungsanordnung 20 den Dichtspalt D dadurch verschließen muss, dass ihre Mantelfläche 3 an der Innenwand G' des Gehäuses G anliegt, steht die Nut N der Welle W eingesetzte Rechteckdichtung 1 zumindest um das Maß des Dichtspalts D über deren Außenfläche vor. In der Regel wird aber die Rechteckdichtung 1 derart ausgebildet, dass ihr durch die Mantelfläche 2 festgelegter Außendurchmesser größer als die Summe aus dem Außendurchmesser der Welle W und dem Maß des Dichtspalts D ist, so dass nach dem Einsetzen der Rechteckdichtung 1 in die Dichtungsanordnung 20 die Mantelfläche 3 des Dichtkörpers 2 gegen die Innenfläche G' des Gehäuses G ge- presst wird. Das Einsetzen des vor der in der Nut N montierten Rechteckdichtung 1 liegenden Bereichs der Welle W in die Durchführung 21 ist in der Regel problemlos möglich, da der Außendurchmesser der Welle W um den Dichtspalt D geringer ist als der Durchmesser der Durchführung 21. Wird nun die in der Nut N eingesetzte Rechteckdichtung 1 in die Durchführung 21 eingeführt, so tritt der Randbereich R des Gehäuses G in Kontakt mit dem in Einführrichtung V vorne liegenden Flankenbereich, hier des Flankenbereichs 4a. Die beschriebene

Rechteckdichtung 1 weist in vorteilhafter Art und Weise das hier als Einführfase 5a' ausgebildete Einführelement 5a auf, welches von der Mantelfläche 3 zur ersten Flankenfläche 4a geneigt verläuft. Der Randbereich R des Gehäuses G gleitet dann beim Vorschub der Welle W in Einführrichtung V auf das Einführelement 5a auf. Hierdurch wird die Gefahr der Beschädigung des Dichtkörpers 2 wenn nicht eliminiert, zumindest reduziert. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass durch die beschriebene Ausgestaltung der Rechteckdichtung 1 mit Einführelementen 5a und 5b das Einsetzen der Rechteckdichtung 1 in die Dichtanordnung 20 insbesondere dann erleichtert wird, wenn der Randbereich R des Gehäuses G, der beim Vorschub der Welle W auf das Einführelemente 5a aufgleitet, nicht - wie in Figur 5 dargestellt - abgeschrägt ausgeführt ist.

In den Figuren 6 und 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Rechteckdichtung 1 dargestellt, wobei der Grundaufbau der Rechteckdichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, so dass gleiche oder einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht mehr näher beschrieben werden. Der wesentliche Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass bei letzterem die beiden Flankenflächen 4a und 4b stufig ausgeführt sind, so dass infolge dieser Stufen 8a und 8b der Flankenflächen 4a und 4b die in axialer Richtung gemessene Breite der Mantelfläche 3 geringer als die Breite der Basisfläche 7 des Dichtkörpers 2 ist. Hierdurch wird eine hydrostatische Entlastungsstruktur ausgebildet. Eine der Dichtungsanordnung 20 des ersten Ausführungsbeispiels entsprechende, die Rechteckdichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels verwendende Dichtungsanordnung 20 ist wiederum in Figur 7 gezeigt. Die zur Figur 5 gemachten Erläuterungen gelten hier entsprechend.

In der Mantelfläche 3 der Rechteckdichtung 1 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels können optional weitere hydrodynamische oder hydrostatische Entlastungsstrukturen vorgesehen sein.

In Figur 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer Rechteckdichtung 1 dargestellt, wobei einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht mehr näher beschrieben werden. Das in der vorstehend genannten Figur gezeigte Ausführungsbeispiel stellt eine innenspannende Rechteckdichtung 1 dar, die als Schloss 5 im hier gezeigten Fall exemplarisch ein Doppel-T-Schloss 5" besitzt. Eine derartige Rechteckdichtung 1 wird in einer Nut der die Durchführung 21 begrenzenden Innenwand G' des Gehäuses G angeordnet und die Welle W wird folglich durch den durch die innere Mantelfläche 7 des Grundkörpers 2 der Rechteckdichtung 1 begrenzten Innenraum durchgeschoben. Die äußere Mantel- fläche 3 ist im montierten Zustand der Rechteckdichtung 1 in der Nut der Innenwand G' des Gehäuses G aufgenommen und weist folglich beim dritten Ausführungsbeispiel vorzugsweise die Erhebungen 6 auf.

Die Rechteckdichtung 1 besitzt im Übergangsbereich zwischen den Flankenflä- chen 4a und 4b und der inneren Mantelfläche 7 vorgesehene Einführelemente 25a bzw. 25b, welche den Einführelementen 5a und 5b der ersten beiden Ausführungsbeispiele entsprechen. Beim Einführen der Welle W in die in der Nut der Innenwand G' montierte Rechteckdichtung 1 tritt dann der stirnseitig vorhandene Randbereich der Welle - abhängig von der Orientierung der Rechteckdichtung 1 - auf eines der auch hier vorzugsweise als Einführfasen 25a' und 25b' ausgebil- deten Einführelemente 25a und 25b auf. Der Gefahr der Beschädigung der Dichtkontur und/oder der Dichtmasse des Dichtkörpers 2 wird somit wieder entgegengewirkt.

Auch hier ist wieder vorgesehen, dass vorzugsweise die Rechteckdichtung 1 des dritten Ausführungsbeispiels an beiden Flankenflächen 4a und 4b jeweils ein Einführelement 25a bzw. 25b aufweist, so dass auch hier auf die Orientierung der Rechteckdichtung 1 beim Einsetzen nicht geachtet werden muss. Die radiale Er- streckung der Einführelemente ist hierbei wiederum derart, dass diese vorzugsweise in radialer Richtung an der Stelle beginnen, wo der Dichtkörper 2 der Rechteckdichtung 1 über den Rand der in der Innenwand G' vorgesehenen Nut hervortritt, und dass sich mindestens ein Einführelement 25a, 25b bis zur inneren Mantelfläche 7 erstreckt. Auch hier ist es - wie auch bei den beiden ersten Ausführungsbeispielen - nicht erforderlich, dass der Verlauf des oder der Einführelemente 25a, 25b über diesen gesamten Bereich geradlinig schräg verläuft. Auch hier ist eine Variation der Gestalt möglich.

Es ist natürlich auch möglich, dass eine Rechteckdichtung 1 sowohl mindestens ein der äußeren Mantelfläche 3 zugeordnetes Einführelement 5a und/oder 5b als auch mindestens ein der inneren Mantelfläche 7 zugeordnetes Einführelement 25a und/oder 25b aufweist. Die derartig ausgestaltete Dichtung ist in den Figuren 1 bis 5 dargestellt. Sie eignet sich daher in vorteilhafter Art und Weise sowohl zur Aufnahme in einer Nut N der Welle W als auch in einer Nut der Innenwand G' des Gehäuses G. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen eine Rechteckdichtung 1 ausgebildet wird, die sich dadurch auszeichnet, dass an einer oder beiden Flankenflächen 4a und/oder 4b jeweils ein zumindest eines Teils des Umfangs des Dichtkörpers 2, vorzugsweise entlang des gesamten Um- fangs desselben, verlaufende Einführelemente 5a und/oder 5b bzw. 25a und/oder 25b vorgesehen sind. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch die Gefahr, dass bei der Montage der Rechteckdichtung 1 in der Durchführung 21 der Dichtungsanordnung 20, der Dichtkörper 2 beschädigt wird, zumindest reduziert wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Einführelemente 5a, 5b bzw. 25a und/oder 25b an beiden Flankenbereichen 4a und 4b vorgesehen sind. Eine der- artige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch beim Einsetzen der

Rechteckdichtung 1 in die Nut N nicht mehr auf die Orientierung der

Rechteckdichtung 1 geachtet werden muss.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass die Rechteckdichtung 1 zur Abdichtung des Dichtspalts D zwischen einer Welle W, also einem rotierenden Bauteil, und einem Gehäuse G, also einem stationären Bauteil, dient. Dies ist nicht zwingend erforderlich. Die beschriebenen Maßnahmen eignen sich in gleicher weise auch für eine Rechteckdichtung zur Verwendung in einer statischen Dichtungsanordnung 20, die zur Abdichtung einer Durchführung von einem Fluid oder einem Gas dient.