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Abdichtung einer Welle mit räumlicher Bewegungsfreiheit gegenüber dem Lagergehäuse.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Abdichtung einer Welle gegen ein auf ihr angeordnetes Lagergehäuse, gegen das sie räumliche Bewegungen, vorzugsweise in den axialen und radialen Richtungen, ausführt. Als derartige Abdichtungen kommen insbesondere Staubabdichtungen für Achslager von Schienenfahrzeugen in Betracht, bei denen der Achsschenkel als abzudichtende Welle gegen das Gehäuse starke, stossartige Bewegungen ausführt. Es ist bereits bekanntgeworden, derartige Staubabdichtungen sowohl an der Welle wie an den beiden Wandungen der sie aufnehmenden Gehäuseausnehmung unter Federdruck anliegen zu lassen. In diesen Fällen hat man jedoch die gesamte Staubabdichtung aus nachgiebigen Stoffen, wie insbesondere Leder, Filz und Fiber aufgebaut.
Während aber die von der Welle dargebotene Dichtungsfläche hochglanzpoliert und völlig kreisrund ist, während diese Dichtungsfläche weiter stets mit einer feinen Ölhaut überzogen ist, fehlen diese Merkmale bei den durch die Gehäusewände gegebenen Dichtungsflächen. Eine Bearbeitung ist hier nur in unvollkommenem Masse möglich, da die Tasche zur Aufnahme der Staubabdichtung meist durch angegossene Gehäuseteile gebildet wird. Es handelt sich also um verhältnismässig rauhe, wenn auch durch Genauguss planparallele Dichtungsflächen, an denen eine Zerfaserung der aus elastischem Material bestehenden Staubabdichtung eintritt.
Diese Zerstörung der Abdichtung macht um so grössere Fortschritte, weil der glättende und ausgleichende Ein-
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ist der elastische Werkstoff dieser Dichtungen denkbar ungeeignet. Es kommt nach kurzer Zeit, insbesondere da die Dichtung aus einer Reihe von dünnen Lederplatten aufgebaut werden muss, zu Verwerfungen, Ausbeulungen usw., durch welche Teile des Dichtungsgliedes in den lichten Raum der zur Durchführung der Welle vorgesehenen Gehäusedurchbrechungen eindringen. Bei der nächsten Stossbewegung kommt die Ausbeulung mit der scharfen Begrenzungskante der Gehäusedurchbrechung zur Berührung und wird dabei mehr oder weniger zwangsweise eingebeult ; dabei entstehen ausserordentlich hohe Materialbeanspruchungen, die in Verbindung mit den oben dargelegten Einflüssen nach kurzer Zeit zur völligen Zerstörung der Staubabdichtung führen müssen.
Verstärkt wird der Eintritt der Zerstörung noch dadurch, dass Leder geneigt ist, sich mehr und mehr mit Schmiermittel und Feuchtigkeit vollzusaugen, womit es seine Härte verliert ; die Zerstörung des weichgewordenen Leders verstärkt sich entsprechend, so dass die Dichtung trotz Ausübung eines radial-und axialgerichteten Anpressdruekes den Dichtungsschluss nicht mehr auszuüben vermag. In diesem Falle dringen Fremdkörper in die Staubabdichtung ein, bilden mit der stets vorhandenen Ölhaut eine schmirgelnde Masse und führen nach kurzer Zeit völlige Unbrauchbarkeit der Dichtung herbei.
Demgegenüber geht vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die elastischen Stoffe am Aufbau des Dichtungsgliedes nur so weit beteiligt werden dürfen, wie sie unumgänglich erforderlich sind. Erforderlich sind sie an einer einzigen Stelle, nämlich am Umfang der abzudichtenden Welle. Diese Welle unterliegt im Betriebe einem Verschleissvorgang, der allerdings äusserst langsam vor sich geht.
Die Elastizität der zur Abdichtung in Betracht kommenden Stoffe, wie insbesondere Leder, ist gerade gross genug, um diese durch Verschleiss eintretenden Durchmesserverminderungen selbsttätig ausgleichen zu können. Hiezu genügt aber bereits ein schmaler Dichtungsstrdfen, Dieser Dichtungsstreifen ist zur Ausübung und Weiterleitung von Kräften, die zur Erzeugung des Dichtungsschlusses dienen müssen,
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ungeeignet. Denn dieser Dichtungsstreifen liegt wiederum an der stets mit einer feinen Ölhaut benetzten Welle an, nimmt also Schmiermittel auf und verliert dadurch die Härte, die ihn anfänglich zur Übertragung von Kräften geeignet macht.
Der aus elastischen Stoffen bestehende Diehtungsstreifen muss infolge dieses Umstandes unter allen Umständen gekapselt werden, was bei den bisher bekanntgewordenen Dichtungen niemals beachtet wurde. Weiter geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass gerade der Dichtungsschluss an den Gehäusewandungen nur durch metallische Dichtungsgliedteile in genügendem Masse erzeugt und erhalten werden kann. Denn die metallischen Teile sind zur Übertragung von Kräften unbegrenzt bzw. begrenzt lediglich durch die erforderliche Wandstärke heranzuziehen ; diese Eigenschaften erhalten sich während des Betriebes unverändert. Ein Ausgleich von Verschleisswirkungen ist nicht erforderlich, da an diesen Dichtungsflächen derartige Verschleisswirkungen nicht auftreten.
Ausgehend
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dass ein metallisches Dichtungsglied sowohl nach senkrecht zur Wellenachse stehenden Ebenen wie senk- recht zu diesen Teilungsebenen verlaufenden Teilungsebenen geteilt ist und mit seinen Stirnflächen unmittelbar die Gehäusewandung berührt, während es an der Welle über nachgiebige Dichtungsmittel anliegt, die es nach Art eines Gehäuses kapsel. Zweckmässig schliessen die metallischen Dichtung- gliedteile, die durch senkrecht zur Achse liegende Teilungsebenen gebildet werden, an ihrer von der
Welle abgewandten Aussenseite eine ringförmige Ausnehmung ein, in der eine einzige, in sich geschlossene und das metallische Dichtungsglied auf seinem gesamten Umfang einschliessende Schraubenfeder angeordnet
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Ausnehmung zur Aufnahme der streifenförmigen Mittel zu zeigen.
Fig. S zeigt eine Aufsicht auf den unteren Teil der Abdichtung nach Abnahme des oberen Teiles der Dichtung. Fig. 4 zeigt einen Quer- schnitt durch die Dichtung nach Linie IV-IV der Fig. 1. Fig. 5 und 6 zeigen in perspektivischer
Darstellung die Ausbildungen der Ausklinkungen in der unteren Dichtungshälfte, wobei die Dichtung auseinandergenommen gedacht ist. Fig. 7 zeigt denselben Teil der Dichtung in derselben Darstellung 5 im zusammengebauten Zustande. Fie. 8 schliesslich gibt im senkrechten Längsschnitt durch einen Teil
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Dichtung in sieh in axialer Richtung, durch die Teilungsfugen 7', 7", 7"', 8"', 8", 8'im wesentlichen in radialer Richtung.
In weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens weisen nun je zwei Dichtungsteile 1 und 2 bzw. 3 und 4 je die Hälfte einer konischen, ringförmigen Ausnehmung 9 zur Aufnahme einer in sich geschlossenen, gespannten Spiralfeder 10 auf. Die Eigenspannung dieser Spiralfeder 10 wirkt sich in zweifacher Weise aus. Zunächst werden die Teile 1 und 2 einerseits gegen die Teile 3 und 4, anderseits in radialer Richtung fest gegeneinander gezogen, so dass ein radialer bzw. peripherer Dichtungsschluss dieser Teile um den Notlauf des Achsschenkel 12 bzw. um den auf diesen aufgesetzten Spritzringansatz 13 eintritt.
Die Teilungsfugen 7", 8", die durch Versetzung der sie bildenden Ausklinkungen 14'im Teil 3 gegen 14" im Teil 1 und 15'im Teil 2 gegen 15" im Teil 4 entstehen, dienen dabei nicht nur zur Unterbrechung des Fugenweges 7', 7"'und 8"', 8', sondern gleichzeitig als Führungsmittel der Teile 1 und 2 einerseits gegen die Teile 3 und 4 anderseits.
Die Teilungsfugen sind dabei so gelegt, dass die Teile 1 und 3 einerseits, die Teile 2 und 4 anderseits unter sich symmetrisch werden, so dass diese Teile mit je einer einzigen Kokille bzw. sonstigen Form hergestellt werden können. Distanzbolzen 16, die beispielsweise in die Teile 2 und 4 eingenietet sind, bewirken, dass die Dichtungsteile auch im ausgebauten Zustand der Dichtung zusammengehalten werden. Wie
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gehäuses 18 bzw. gegen die Abschlussflächen 19 der Staubtaschenkappe 20 an und bewirken in axialer Richtung den vollen Dichtungsschluss. Um die Abdichtung am Notlauf zu verstärken, weisen die Dichtungteile 1-4 ausser der konischen Ausnehmung 9 auf ihrer Innenfläche eine weitere, ringförmige Aus-
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halbkreisförmig ausgestalteten Dichtungsteile 1, 2 und 3,4 verdrehen können.
Wie Fig. 1 zeigt, ist dabei die Dichtung in der Vertikalen etwas verstärkt, um der elliptischen Form der Staubtaschenöffnung 30
Rechnung zu tragen. Diese elliptische Form ist zweckmässig, um die untere Kante 31 der Staubtaschen- öffnung 30 hochzulegen, trotzdem die Staubtasche 20 über den Spritzring 32 mit verhältnismässig grossem
Durchmesser hinübergeführt werden muss. Die Teile 1, 2 und 3, 4 der Dichtung bestehen zweckmässig aus Metall, vorzugsweise Aluminium, um eine besonders einfache Herstellung im Spritz-oder Kokillen- guss zu ermöglichen. Zu diesem Zwecke sind alle in axialer Richtung liegenden Flächen etwas konisch ausgestaltet, um das Abziehen des Spritz-oder Gusserzeugnisses aus der Kokille oder Spritzgussform zu erleichtern.
Naturgemäss ist ebensogut möglich, die Teile 1, 2 und 3, 4 aus Blechstreifen zu stanzen, aus dem Vollen herauszudrehen oder sonstwie herzustellen. Durch die Herstellung der Teile 1, 2,3 und 4 durch Kokillenguss ergeben sich jedoch auch ohne Nachbearbeitung verhältnismässig glatte Aussenflächen, die an den bearbeiteten Abschlussflächen 17 und 19 fugenlos anliegen.
Die Teile 22 und 23 können in einfachster Weise bei Verschleiss ausgewechselt werden, indem die Spiralfeder 10 entfernt, die Teile 1 und 2 einerseits, 3 und 4 anderseits auseinandergezogen und die Streifen 22 und 23 umgewechselt werden. Hierauf werden die Teile 1 und 2 bzw. 3 und 4, die nicht ausgewechselt zu werden brauchen, wieder ineinandergesteckt, die Spiralfeder aufgelegt und die Staubtaschenkappe wieder mit dem Achslagergehäuse verbunden.
Wie aus dem Vergleich der Fig. 9 und 10 hervorgeht, besteht bei vollkommen starrer Ausbildung des nach senkrecht zur Achse stehenden und die Achsschenkelaehse enthaltenden Ebenen geteilten Dichtungsgliedes die Gefahr der Lückenbildung 33 zwischen der Oberfläche der abzudichtenden Welle 34 und den Teilen des Dichtungsgliedes 35,36 bzw. 37, 38. Zerlegt man jedoch erfindungsgemäss jeden Dichtungsgliedteil in zwei Abschnitte 35', 35"bzw. 36', 36" bzw. 37/, 37" bzw, 38'38" und verbindet man die so entstandenen Abschnitte bei 39 bzw. 40 durch Gelenke, wie dies Fig. 10 schematisch veranschaulich, so ergibt sich die Möglichkeit, trotz starrer Ausbildung der einzelnen Abschnitte des Dichtungsgliedes die Zwischenräume 33 mit Sicherheit zu vermeiden.
Die Fig. 11 und 12 veranschaulichen zunächst eine Ausführungsform der gelenkartigen Verbindung.
Beispielsweise die Teile 35'und 35'oder 36'und 36", die bei 39 (s. Fig. 10) gelenkig verbunden werden sollen, sind mit einer ringförmigen Ausdrehung 41 versehen, während die durch die Ausdrehung entstandene warzenförmig Erhebung 42 der Abschnitte 35'und 35"bzw. 36'und 36"etwas abgeflacht ist.
Eine Scheibe 43, deren Formgebung aus Fig. 11 zu erkennen ist, liegt derartig in der Ausdrehung 41, dass je zwei Abschnitte 35'und 35"bzw. 36'und 36"durch den Ringwulst 44 jeder Scheibe 43 gelenkig zusammengehalten werden. Nieten 45 verbinden dabei jeden Scheibenkörper 43 mit den Teilen 35" bzw. 36'.
Die Ausbildung der Gelenkverbindung nach den Fig. 13 und 14 entspricht derjenigen nach den
Fig. 11 und 12 mit dem Unterschied, dass die Scheibe 43 einen Mittelzapfen 46 aufweist, an dessen Stirn- seiten zwei stiftförmige Vorsprünge 47 bzw. 48 vorgesehen sind. Ausserdem weisen die zu verbindenden
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Abschnitte, beispielsweise wieder 36'und 36", eine kreisförmige Ausdrehung 49 zur Aufnahme-der Stifte 47 und 48 auf. Nachdem die zweckmässig in Dauergussformen herzustellenden, paarweise symmetrischen Diehtungsteile 35-38 bei 41 und 49 mit entsprechenden Ausdrehungen versehen worden sind, werden sie in die Abschnitte 35', 35", 36', 36"usw. zerlegt.
Hierauf wird beispielsweise zur gelenkigen Verbindung der Teile 36'und 36"die Scheibe 43 so zwischen die beiden Teile eingeführt, dass die Vorsprünge 47 und 48 mit ihrer Längsachse parallel zu den die Trennfuge begrenzenden Stirnflächen der Teile 36'und 36"liegen. Nachdem der Ringwulst 44 in die entsprechende Ausnehmung 41 der Abschnitte eingetreten ist, wird die Scheibe 43 um einen rechten Winkel verdreht. Hiebei legen sich die stiftförmigen Vorsprünge 47 und 48 in die in den Fig. 13 und 14 veranschaulichte Lage, in der die beiden Abschnitte 36' und 36"völlig über die allseitig verklammerten Teile 50 und 51 gelenkig miteinander verbunden sind.
Um nun auch die Trennfuge zwischen den Teilen 35', 35"und 37', 37"bzw. 36', 36"und 38', 38" bei auseinandergezogenen Dichtungsgliedteilen zu sperren, sind erfindungsgemäss folgende weitere Einrichtungen getroffen. Wie insbesondere aus dem Vergleich der Fig. 25 mit der früher vorgeschlagenen Ausbildung nach Fig. 17 (die etwas anders gezeichnet, aber im wesentlichen identisch mit Fig. 7 ist) hervorgeht, weist einer der zur Gehäusestirnfläche zu liegenden Dichtungsgliedteile, in diesem Fall der Dichtungsgliedteil 38"auf der rechten, der Dichtungsgliedteil 38'auf der linken Seite, an der Teilungfuge 52 bzw. 53, die nach den früheren Vorschlägen bereits stufenförmig unterteilt ist (vgl.
Fig. 17), besondere über die Trennfugenflächen nach den freien Seiten zu überstehende Lappen 54'bzw. 54" und 55'bzw. 55"auf, die sich in entsprechende Ausnehmungen 56'und 56"bzw. 57'und 57"hineinlegen, so dass die Trennfuge, wie dies Fig. 26 besonders anschaulich zeigt, auch bei völlig auseinandergezogenen
Dichtungsgliedteilen gesperrt bleibt.
Um die Sperrung auch bei dem Streifen zu erreichen, der aus elastischen Stoffen besteht und die innere Fläche des Dichtungsgliedes 35-38 dem Achsschenkel gegenüber abkleidet, sind in weiterer Durchführung der Erfindung folgende Massnahmen getroffen. Der Streifen, der sich mit seinem ringförmigen
Vorsprung 58 in die entsprechende Ausnehmung 59 des Dichtungsgliedes einlegt, weist gemäss den Fig. 27 und 28 eine Längsfuge auf, die ihn in zwei völlig getrennte Teile 60 und 61 zerlegt. Die Trennfuge 62 und 63, die ihn, ausgehend von der Längsfuge, nach den Stirnflächen 64 und 65 zu zerlegen, fallen dabei, von der Längsfuge ausgehend, nach aussen ab, so dass auf diese Weise das Eindringen von Fremdkörpern in das Gehäuse sowie das Austreten von Schmiermittel aus dem Gehäuse behindert ist.
Das Aus- führungsbeispiel nach den Fig. 29 und 30 entspricht völlig demjenigen der Fig. 27 und 28 mit dem einzigen
Unterschied, dass der Streifen einteilig ist, so dass sich die Längsfuge 66 nur auf einen verhältnismässig kurzen Teil erstreckt. Beide Ausführungen zeigen aber eine ständige Sperrung der Trennfuge, gleich- gültig, welchen Durchmesser gerade die abzudichtende Welle besitzt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 31 und 32 ist die Sperrung der Trennfuge 67 dadurch erreicht, dass in den unteren Teil 68 des Streifens ein Kupferblech 69 eingelassen ist, das in einer entsprechenden
Ausnehmung 70 des oberen Streifenteiles 71 ständig aufgenommen ist. Dieses Kupferblech sperrt den freien Durchgang durch die Trennfuge 67.
Der Streifen 60 verhindert, wie aus der Fig. 16 hervorgeht, dadurch die Verdrehung der Scheiben 43,
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für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 13'und 14.
Es liegt im Wesen vorliegender Erfindung, dass mannigfache Abänderungen des Ausführung- beispieles getroffen werden können, ohne dass der Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, statt eines Kupferbleches 69 zur Sperrung der Trennfuge in dem Streifen aus nachgiebigen Stoffen mehrere derartige Sperrwände anzuordnen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Abdichtung einer Welle mit räumlicher Bewegungsfreiheit gegenüber dem Lagergehäuse, insbesondere Staubabdichtung für Achslager von Schienenfahrzeugen, die sowohl an der Welle wie an den beiden Wandungen der sie aufnehmenden Gehäuseausnehmung federnd unter Spannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Dichtungsglied sowohl nach senkrecht zur Wellenachse (6-6) stehenden wie nach zu dieser Teilungsebene senkrecht stehenden Ebenen geteilt ist und mit seinen Stirnflächen unmittelbar die Gehäusewandungen (17, 19) berührt, während es an der Welle (12) über nachgiebige Dichtungsmittel (22, 23) anliegt, die es nach Art eines Gehäuses kapsel.