Wellendichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellendichtung, bestehend aus einer Lippe aus nachgiebigem Material mit einem primären Dichtungsteil in Form eines kreisför migen Dichtungsrandes für einen Druckeingriff mit einer zu der Dichtung drehbaren Welle und einem auf der Lippe nahe dem Rand angeordneten sekundären Dich tungsteil zum Zurückstossen von zum Austreten über den Rand neigender Flüssigkeit.
Theoretisch müsste ein ununterbrochener, ringförmi ger Lippenrand ein perfektes Abdichten der Welle so wohl in Ruhestellung als auch während der Drehbewe gung derselben bewirken. In der Praxis ist jedoch ein Austreten von Flüssigkeit vorbei am Lippenrand infolge von Unebenheiten der Wellenoberfläche, Verziehens oder Schlagens der Welle oder infolge ungünstiger Arbeitsbe dingungen, z.B. übermässigem Druck, Vibration oder Vorhandensein von Fremdkörperteilchen in der abzu dichtenden Flüssigkeit, möglich.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Abdichtwir- kung dadurch zu erhöhen, dass die Lippe angrenzend an den Dichtungsrand mit schraubenförmigen Aussparun gen, Rippen oder ähnlichen Anordnungen versehen wird, die während der Drehbewegung der Welle in Tätigkeit treten, um die zum Auslaufen über die Dichtung neigen de Flüssigkeit zurückzustossen. Diese Vorschläge haben sich jedoch in der Praxis nicht immer als wirksam erwiesen.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer verbes serten Wellendichtung.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Dichtungsteil eine Mehrzahl von der Flüssig keitsseite der Dichtung zugekehrten und zu der Dich tungsachse geneigten Flächen aufweist, wobei die Flä chen paarweise angeordnet sind und jedes Paar aus zwei Flächen entgegengesetzter Neigung besteht, die im we sentlichen über ihre gesamte Höhe miteinander verbun den sind und in beiden Drehrichtungen der Welle zum Austreten über den Rand neigende Flüssigkeit zurück- stossen.
Mehrere Ausführungsformen der Wellendichtung nach der Erfindung werden nachstehend anhand von Beispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrie ben; in der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen radialen Querschnitt einer Grundausfüh rung einer Dichtung, auf einer Seite einer Mittellinie, mit Hauptdichtungslippenrand, und eine Form der sekundä ren Dichtungsausbildung; Fig. 2 bis 14 ähnliche Ansichten, jedoch jeweils mit einer anderen Form der sekundären Dichtungsausbil dung.
Die Grundform der Dichtung nach Fig. 1 besteht aus einem Körper 1 aus Gummi oder ähnlichem nachgiebigen Material, der ringförmig und im radialen Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und sich radial erstreckende innere und äussere Schenkel 2 bzw. 3 und ein Basisende 4 aufweist. Ein aus Metall bestehender Verstärkungsring 5 mit Winkelquerschnitt ist in dem äusseren Arm und dem Basisende des Körpers ange bracht. Die Dichtung ist ruhend in einem sie aufnehmen den Gehäuseteil angeordnet. Das Gehäuse ist mit 6 bezeichnet. Der innere Schenkel 3 bildet eine Lippe, die in Eingriff mit einer drehbar das Gehäuse 6 durchgreifen den und sich axial durch die Lippe erstreckenden Welle 7 steht.
Eine endlose ringförmige Schraubenfeder 8 liegt am inneren Arm an, um die Lippe nach innen zu drücken. Die Dichtung soll ein Austreten des ölschmier- mittels der Welle 7 aus dem Gehäuse 6 über die Dichtung von der Flüssigkeitsseite 9 zu der Luftseite<B>10</B> verhin dern.
Die Lippe weist als primären Dichtungsteil einen kreisförmigen Rand 11 auf, der unter Druck der Feder 8 in Eingriff mit der mit der Lippe zusammenwirkenden starren Fläche der Welle gebracht wird. Die Lippe weist eine an den Rand 11 angrenzende, im wesentlichen kegelstumpfförmige Wandung 12, 13 auf, wobei die Wandung 12 auf der Flüssigkeitsseite des Randes und die Wandung 13 auf der Luftseite liegt. Die Wandung 12 auf der Flüssigkeitsseite liegt in einem Winkel im Bereich von 20 bis 50 , z.B. von etwa 40 , und die Wandung 13 auf der Luftseite in einem Winkel im Bereich von 20 bis 35 , z.B. von 30 , zur Dichtungsachse.
Die Lippe weist als sekundären Dichtungsteil eine Ausbildung 14 auf, die in Fig. 1 auf der Wandung 13 liegt und aus einer ununterbrochenen zick-zack-wellenförmi- gen, am Scheitel bei 16 leicht abgeflachten Rippe 15 gebildet ist. die sich über die Hauptebene der Wandung 13 erhebt. Diese Rippenanordnung bildet eine Mehrzahl im wesentlichen geradliniger Flächen 18, 19, die allge mein der Flüssigkeitsseite der Dichtung zugekehrt sind und sich im grossen und ganzen in Umfangs richtung , jedoch mit einer Neigung von etwa 70 zu der Dichtungsachse erstrecken, wobei der eine Satz Flächen 18 in der einen Richtung und der andere Satz Flächen 19 in der entgegengesetzten Richtung geneigt ist.
Es versteht sich, dass die geneigten Flächen paarweise angeordnet sind, wobei jedes Paar aus zwei Flächen 18, 19 entgegen gesetzter Neigung besteht, die über ihre gesamte Höhe oberhalb der Hauptebene der Wandung 13 miteinander verbunden sind, indem sie sich auf der Ölseite 9 bei 20 verschneiden. Die Flächen 18, 19 schneiden den Dich tungslippenrand 11 im Bereich der Punkte 20. Die symmetrische Anordnung der Flächen 18, 19 bewirkt in beiden Drehrichtungen der Welle ein Zurückstossen der unter den oben beschriebenen unvollkommenen Bedin gungen zum Austreten über den Lippenrand 11 neigen den Flüssigkeit, und zwar mit gleicher Wirksamkeit für beide Drehrichtungen der Welle.
Die Neigung der Flä chen 18, 19 zu der Dichtungsachse ist derart, dass scheinbar austretende, mit der Welle in der einen oder anderen Richtung mit umlaufende Flüssigkeit in Um fangsrichtung getragen wird, um auf den entsprechenden Satz Flächen aufzutreffen und dadurch zur Flüssigkeits seite der Dichtung hin unter Pump- oder Quetschwirkung zurückgestossen zu werden.
Zur Bildung der zurückstossend wirkenden Flächen 18, 19 erhebt sich die Rippe etwa um 0,76 bis 1,27 mm über die umgebende Ebene der Wandung 13. In einer (nicht dargestellten) abgeänderten Ausführungsform der Dichtung nach Fig. 1 erhebt sich die Rippe über die Ebene einer ringförmigen Ausnehmung in der Wandung um denselben Abstand. Unter dem Federdruck erfolgt eine leichte Verformung der Rippe im Bereich des Hauptlippenrandes, und gestattet diesem ein wirksames Abdichten der Welle.
Die in Fig.2 dargestellte Grundform der Dichtung entspricht derjenigen nach Fig. 1, jedoch ist der sekundä re Dichtungsteil ein anderer, er besteht aus einer eine Mehrzahl von trapezförmigen Vorsprüngen 21 umfassen den Anordnung, wobei sich die Vorsprünge aus der Ebene einer ringförmigen Ausnehmung 22 in der Wan dung 12 erheben und von dem Hauptlippenrand 11 zu dessen Flüssigkeitsseite vorspringen. Stattdessen kann eine solche Ausnehmung fortgelassen werden, wobei sich dann die Vorsprünge über die Hauptebene der Wandung 12 erheben.
Jeder Vorsprung 21 weist ein Paar rückstos- send wirkender Flächen 22, 23 auf, die vergleichbar mit denjenigen nach Fig. 1 sind. Die Flächen 22, 23 bilden sich gegenüberliegende und zur Flüssigkeitsseite hin zusammenlaufende Seiten eines Trapezes. Die Flächen 22, 23 sind über ihre gesamte Höhe durch den Vorsprung 21 miteinander verbunden. In diesem Fall erfolgt die rückstossende Wirkung immer dann, wenn sich die Welle dreht, und reduziert so die Menge der den Hauptlippen rand 11 erreichenden Flüssigkeit, wobei der Hauptdich- tungseffekt nach wie vor durch den Hauptlippenrand herbeigeführt wird.
In Fig.3 besteht der sekundäre Dichtungsteil aus einer Mehrzahl von in der Wandung 13 gebildeten, zur Luftseite der Dichtung hin gerichteten und nach oben zu dem Hauptlippenrand 11 vorragenden trapezförmigen Vorsprüngen 24. Jeder Vorsprung weist rückstossend wirkende Flächen 25, 26 auf, die in vergleichbarer Weise wie diejenigen nach Fig.l arbeiten. Somit tritt der sekundäre Dichtungsteil nur dann in Aktion, wenn der Hauptlippenrand versagt.
Fig. 4 zeigt in der Wandung 12 und 13 gebildete und sich über den Hauptlippenrand 11 erstreckende Vor sprünge 27 zur Bildung rückstossend wirkender Flächen 28, 29, die sich ebenfalls über diesen Rand erstrecken und wie zu Fig. 2 und 3 beschrieben arbeiten.
Fig. 5 zeigt eine Kombination einer Rippenausbildung 30 auf der Luftseite des Hauptlippenrandes 11 mit einer Vorsprungsausbildung 31 auf der Flüssigkeitsseite des Randes. Die Vorsprungsausbildung weist rückstossend wirkende Flächen 34, 35 auf, die mit dem Rand 11 in Flucht mit den entsprechenden Flächen 32, 33 zusam mentreffen. Die Ausgestaltung und Wirkung sind im we sentlichen vergleichbar mit denjenigen wie zu Fig. 1 und 2 beschrieben.
Fig.6 zeigt eine in einer Ausnehmung 37 in der Wandung 12 auf der Flüssigkeitsseite des Hauptlippen- randes 11 vorgesehene sinuswellenförmige Rippenausbil dung 36 zur Bildung abstossender Flächen 38, 39. Wahlweise kann die Ausnehmung weggelassen werden, wobei sich die Wellen über die Hauptebene der Wandung erheben. Dabei sind Ausgestaltung und Wirkung im wesentlichen derjenigen nach Fig. 2 vergleichbar.
Fig. 7 zeigt eine in der Wandung 13 auf der Luftseite des Hauptlippenrandes 11 vorgesehene sinuswellenförmi- ge Rippenausbildung zur Bildung rückstossend wirken der Flächen 41, 42. Ausgestaltung und Wirkung sind im wesentlichen vergleichbar mit denjenigen nach Fig. 3.
Fig. 8 zeigt eine sich über den Hauptlippenrand 11 erstreckende sinuswellenförmige Rippenausbildung 43 zur Bildung rückstossend wirkender Flächen 44, 45. Ausgestaltung und Wirkung sind im wesentlichen ver gleichbar mit denjenigen nach Fig. 4.
Fig. 9 zeigt eine sekundäre Dichtungsausbildung, die aus vorstehenden dreieckigen Vorsprüngen 46 auf der Wandung 12 auf der Flüssigkeitsseite der Dichtung besteht, wobei die Vorsprünge mit ihrer Grundfläche 47' entlang dem oder angrenzend an den Hauptlippenrand 11 liegen; sie bilden rückstossend wirkende Flächen 47, 48, die ähnlich wie zu Fig.2 beschrieben arbeiten. Die Flächen 47, 48 begrenzen die zur Flüssigkeitsseite der Dichtung hin zusammenlaufenden Seiten eines Drei ecks.
Fig. 10 zeigt sich über die Wandung 13 erhebende, auf der zur Luftseite der Dichtung und mit ihren entspre chenden Scheiteln an oder nahe dem Hauptlippenrand 11 liegende dreieckige Vorsprünge 49 zur Bildung von Flächen 50, 51, die ähnlich wie zu Fig. 1 beschrieben arbeiten.
Fig. 11 zeigt eine Kombination der Ausgestaltung und Arbeitsweise entsprechend Fi,9 und 10. Die Dreiecke 49 auf der Luftseite sind derart versetzt zu den Dreiecken 46 auf der Flüssigkeitsseite angeordnet, dass entsprechen de, rückstossend wirkende Flächen im wesentlichen in gerader Linie über den Hauptlippenrand 11 verlaufen, so dass bei dieser Anordnung die auf der Flüssigkeitsseite befindlichen, rückstossend wirkenden Flächen die Ten denz haben, die Flüssigkeit von dem Hauptlippenrand hinwegzuwischen und daher die tatsächlich den Lippen rand erreichende Flüssigkeitsmenge auf ein Mindestmass herabzusetzen.
Die auf der Luftseite vorgesehene Ausgestaltung bildet eine weitere Verteidigungslinie und würde sich über den Lippenrand austretender Flüssigkeit annehmen. Eine derartige Dichtung kann bei kritischen und schwie rigen Anwendungsfällen Verwendung finden.
Fig. 12 zeigt eine Zick-Zack-Wellenausbildung 53, die in der Wandung 13 auf der Luftseite der Dichtung vorgesehen ist und nahe dem Hauptlippenrand 11 liegen de Scheitel zur Bildung von abstossend wirkenden Flä chen 54, 55 aufweist, die ähnlich wie zu Fig. 1 beschrie ben arbeiten.
Fig. 13 zeigt drei solcher Zick-Zack-Wellenausbildun- gen 56, 57 und 58 mit in axialer Richtung fluchtend ausgerichteten Scheiteln und Fig. 14 zwei solcher Wellen ausbildungen 59 und 60.
Shaft seal The invention relates to a shaft seal consisting of a lip made of resilient material with a primary sealing part in the form of a circular sealing edge for pressure engagement with a shaft rotatable to the seal and a secondary device part arranged on the lip near the edge for pushing back of liquid tending to leak over the edge.
Theoretically, an uninterrupted, annular rim of the lip would have to ensure perfect sealing of the shaft both in the rest position and during the rotation movement of the same. In practice, however, leakage of liquid past the lip edge as a result of unevenness in the shaft surface, distortion or hitting of the shaft or as a result of unfavorable working conditions, e.g. Excessive pressure, vibration or the presence of foreign body particles in the liquid to be sealed are possible.
It has already been proposed to increase the sealing effect by providing the lip adjoining the sealing edge with helical recesses, ribs or similar arrangements which come into action during the rotary movement of the shaft in order to allow it to run out over the seal tend to repel the liquid. However, these suggestions have not always proven effective in practice.
The purpose of the invention is to create an improved shaft seal.
The invention is characterized in that the secondary sealing part has a plurality of the liquid side of the seal facing and inclined to the axis of the device, the surfaces are arranged in pairs and each pair consists of two surfaces of opposite inclination, which we sentlichen over their entire height are connected to one another and in both directions of rotation of the shaft push back liquid that tends to escape over the edge.
Several embodiments of the shaft seal according to the invention are described below using examples in conjunction with the drawing; 1 shows a radial cross section of a basic embodiment of a seal, on one side of a center line, with a main sealing lip edge, and one form of the secondary seal formation; Figs. 2 to 14 are similar views, but each with a different form of secondary Dichtungsausbil training.
The basic shape of the seal according to FIG. 1 consists of a body 1 made of rubber or similar flexible material, which is annular and essentially U-shaped in radial cross section and has radially extending inner and outer legs 2 and 3 and a base end 4 . An existing metal reinforcement ring 5 with an angular cross-section is placed in the outer arm and the base end of the body. The seal is arranged resting in a housing part they accommodate. The housing is labeled 6. The inner leg 3 forms a lip which is in engagement with a rotatably penetrating the housing 6 and axially extending through the lip shaft 7 is.
An endless annular coil spring 8 rests on the inner arm to urge the lip inward. The seal is intended to prevent the oil lubricant of the shaft 7 from escaping from the housing 6 via the seal from the liquid side 9 to the air side.
The lip has, as the primary sealing part, a circular edge 11 which, under the pressure of the spring 8, is brought into engagement with the rigid surface of the shaft cooperating with the lip. The lip has an essentially frustoconical wall 12, 13 adjoining the edge 11, the wall 12 lying on the liquid side of the edge and the wall 13 on the air side. The wall 12 on the liquid side is at an angle in the range 20 to 50, e.g. of about 40, and the wall 13 on the air side at an angle in the range of 20 to 35, e.g. from 30, to the seal axis.
The lip has a formation 14 as a secondary sealing part, which in FIG. 1 lies on the wall 13 and is formed from an uninterrupted zigzag-wave-shaped rib 15 which is slightly flattened at the apex at 16. which rises above the main plane of the wall 13. This rib arrangement forms a plurality of essentially straight surfaces 18, 19, which generally face the liquid side of the seal and extend largely in the circumferential direction, but with an inclination of about 70 to the seal axis, with one set of surfaces 18 is inclined in one direction and the other set of surfaces 19 in the opposite direction.
It goes without saying that the inclined surfaces are arranged in pairs, each pair consisting of two surfaces 18, 19 of opposite inclination, which are connected to one another over their entire height above the main plane of the wall 13 by being on the oil side 9 at 20 blend. The surfaces 18, 19 cut the lip edge 11 in the area of the points 20. The symmetrical arrangement of the surfaces 18, 19 causes in both directions of rotation of the shaft a repulsion of the imperfect conditions described above to leak over the lip edge 11 tend to the liquid, with the same effectiveness for both directions of rotation of the shaft.
The inclination of the surfaces 18, 19 to the seal axis is such that apparently escaping liquid, which is circulating with the shaft in one direction or the other, is carried in the circumferential direction to impinge on the corresponding set of surfaces and thereby to the liquid side of the seal to be pushed back under pumping or squeezing action.
To form the repulsive surfaces 18, 19, the rib rises approximately 0.76 to 1.27 mm above the surrounding plane of the wall 13. In a (not shown) modified embodiment of the seal according to FIG. 1, the rib rises above the plane of an annular recess in the wall by the same distance. Under the spring pressure, the rib is slightly deformed in the area of the main lip edge, and this allows the shaft to be effectively sealed.
The basic shape of the seal shown in Figure 2 corresponds to that of Figure 1, but the secondary sealing part is a different one, it consists of a plurality of trapezoidal projections 21 comprise the arrangement, the projections from the plane of an annular recess 22 raise in the wall 12 and protrude from the main lip edge 11 to the liquid side. Instead, such a recess can be omitted, the projections then rising above the main plane of the wall 12.
Each projection 21 has a pair of repulsive surfaces 22, 23 which are comparable to those according to FIG. The surfaces 22, 23 form opposite sides of a trapezoid that converge towards the liquid side. The surfaces 22, 23 are connected to one another over their entire height by the projection 21. In this case, the repulsive effect always takes place when the shaft rotates and thus reduces the amount of liquid reaching the main lip edge 11, the main sealing effect still being brought about by the main lip edge.
In FIG. 3, the secondary sealing part consists of a plurality of trapezoidal projections 24 formed in the wall 13, directed towards the air side of the seal and protruding upwards towards the main lip edge 11. Each projection has recoil-acting surfaces 25, 26, which in comparable Way as those according to Fig.l work. Thus, the secondary sealing part only comes into action when the main lip margin fails.
Fig. 4 shows formed in the wall 12 and 13 and extending over the main lip edge 11 before cracks 27 to form repulsive surfaces 28, 29, which also extend over this edge and work as described for FIGS. 2 and 3.
5 shows a combination of a rib formation 30 on the air side of the main lip edge 11 with a protrusion formation 31 on the liquid side of the edge. The projection formation has repulsive surfaces 34, 35 which meet with the edge 11 in alignment with the corresponding surfaces 32, 33 together. The design and effect are we sentlichen comparable to those as described for FIGS. 1 and 2.
6 shows a sinusoidal rib formation 36 provided in a recess 37 in the wall 12 on the liquid side of the main lip rim 11 to form repulsive surfaces 38, 39. The recess can optionally be omitted, the waves extending over the main plane of the wall to raise. The design and effect are essentially comparable to those according to FIG.
FIG. 7 shows a sinusoidal rib design provided in the wall 13 on the air side of the main lip edge 11 to form the surfaces 41, 42 with a repulsive effect. The design and effect are essentially comparable to those according to FIG.
Fig. 8 shows a sine wave-shaped rib formation 43 extending over the main lip edge 11 for the formation of repulsive surfaces 44, 45. The design and effect are essentially comparable to those according to FIG.
9 shows a secondary seal formation consisting of protruding triangular projections 46 on the wall 12 on the liquid side of the seal, the projections lying with their base 47 'along or adjacent to the main lip edge 11; they form repulsive surfaces 47, 48, which work in a manner similar to that described for FIG. The surfaces 47, 48 delimit the sides of a triangle which converge towards the liquid side of the seal.
Fig. 10 shows the wall 13 uplifting, on the air side of the seal and with their corre sponding apices on or near the main lip edge 11 lying triangular projections 49 to form surfaces 50, 51, which work similarly to FIG .
Fig. 11 shows a combination of the design and operation according to Fi, 9 and 10. The triangles 49 on the air side are offset from the triangles 46 on the liquid side in such a way that corresponding de, repulsive surfaces essentially in a straight line over the edge of the main lip 11 run, so that in this arrangement the repulsive surfaces located on the liquid side have the tendency to wipe the liquid away from the main lip edge and therefore reduce the amount of liquid actually reaching the lip edge to a minimum.
The design provided on the air side forms a further line of defense and would take care of any liquid emerging over the lip edge. Such a seal can be used in critical and difficult applications.
Fig. 12 shows a zigzag wave formation 53, which is provided in the wall 13 on the air side of the seal and near the main lip edge 11 are de apex for the formation of repellent surfaces 54, 55 has similar to Fig. 1 work described.
FIG. 13 shows three such zigzag wave formations 56, 57 and 58 with vertices aligned in the axial direction and FIG. 14 shows two such wave formations 59 and 60.