DE10107723A1 - Wellendichtring - Google Patents

Abstract

Bei einem Wellendichtring mit einem umlaufenden Tragkörper, mindestens einer an dem Tragkörper angebrachten und sich zumindest teilweise radial erstreckenden Dichtlippe und einer Dichtfläche an der Dichtlippe, die eine feststehende Gegenfläche berührt, ist vorgesehen, daß die Dichtlippe aus einem für abzudichtendes Medium durchlässigen Material gebildet ist, welches abzudichtendes Medium von einer dem Dichtraum zugewandten Fläche der Dichtlippe zur Dichtfläche durchläßt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebe­ nen Art.

Bei einem solchen, aus der DE 23 39 353 C3 bekannten Wellendichtring ist die Dichtlippe aus einem für abzudichtendes Medium durchlässigen Material, wie einem Vliesstoff, gebildet. An der dem Dichtraum zugewandten Fläche der Dichtlippe ist eine Beschichtung aufgebracht, die Leckage durch die Dichtlippe hindurch verhindern soll.

Wellendichtringe setzen häufig die Grenzen für die Betriebsparameter einer Maschinenein­ heit, wie eines Getriebes, Wandlers oder dgl. Die Grenzen werden durch die chemische und thermische Beständigkeit des Werkstoffes der Dichtlippe zum abzudichtenden Medium be­ stimmt. Es muß hierbei beachtet werden, daß die Temperatur des sich in der Kontaktzone der Dichtung befindenden abzudichtenden Mediums durch die Reibungswärme noch zusätzlich erhöht wird.

Beispielsweise soll nach DIN 3761 bei den am höchsten belastbaren Wellendichtringen mit Dichtlippe aus Fluorkautschuk (FPM) bei der Abdichtung von Hypoidölen eine mittlere Tem­ peratur von 130°C im Ölsumpf nicht überschritten werden. Bei der Abdichtung von ATF-Öl ist dagegen eine mittlere Temperatur von 150°C zulässig. Ferner soll eine Drehzahl von 9.000 U/min bei einem für die Anwendung von Radialwellendichtringen in Automatikgetrieben typischen Wellendurchmesser nicht überschritten werden; dies entspricht einer Umfangsge­ schwindigkeit von deutlich unter 30 m/sek.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wellendichtring zu schaffen, der auch bei Überschreiten der oben genannten Temperaturen und Umfangsgeschwindigkeiten zuverlässig abdichtet und eine ausreichende Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe ist durch Anspruch 1 gelöst.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Wellendichtrings beispielsweise in einem Automat­ getriebe ist die freie, dem Dichtraum zugewandte Fläche der Dichtlippe des Wellendichtrings dem abzudichtenden Medium ausgesetzt. Durch das für das abzudichtende Medium durchläs­ sige Material der Dichtlippe hindurch gelangt abzudichtendes Medium zur Dichtfläche. Die auf Grund der Rotation des Tragkörpers mit Dichtelement wirkenden Fliehkräfte fördern ab­ zudichtendes Medium entlang der Dichtfläche zurück in den Dichtraum. Dies bewirkt einen schnellen Austausch des in der Kontaktzone des Dichtrings befindlichen abzudichtenden Me­ diums und somit eine schnelle Wärmeabfuhr.

Der aufgrund der Durchlässigkeit des Dichtlippenwerkstoffes und der Fliehkraft erzeugte Rückförderstrom von abzudichtendem Medium aus dem Dichtraum über die Dichtlippe zur Dichtfläche und zurück in den Dichtraum gewährleistet eine kontinuierliche Schmierung der Dichtfläche mit frischem abzudichtendem Medium. Dies bewirkt eine Verringerung der an der Dichtfläche und Gegenfläche auftretenden Reibung, wodurch die Reibungswärme und eine dadurch bedingte Temperaturerhöhung des abzudichtenden Mediums vermindert werden.

Das abzudichtende Medium ist aufgrund des schnelleren Austausches von abzudichtendem Medium den erhöhten Temperaturen an der Dichtfläche und Gegenfläche für wesentlich kür­ zere Zeiträume ausgesetzt. Die an der Dichtfläche erzeugte Reibungswärme wird durch den schnelleren Austausch des abzudichtenden Mediums kontinuierlich von dem Dichtflächenbe­ reich abgeleitet.

Ein Wellendichtring gemäß der Erfindung kann auch bei hohen Betriebstemperaturen und Umfangsgeschwindigkeiten ohne aufwendige konstruktive Abänderungen eingesetzt werden. Auch noch bei Drehzahlen im Bereich von 12.000 U/min und bei Wellendurchmessern im Bereich von 60 mm kann eine ausreichende Lebensdauer des Wellendichtringes gewährleistet werden.

Ein bevorzugtes Material für die Dichtlippe ist ein Vliesstoff, der mit dem abzudichtenden Medium verträglich ist. Hierfür sind mechanisch gebundene, vorzugsweise genadelte Vlies­ stoffe geeignet. Ein mechanisch gebundenes Vlies mit Polyesterfasern ist bevorzugt. Es eig­ nen sich aber auch durch Elastomere, insbesondere durch Latex, gebundene Vliesstoffe.

Ein wesentlicher Unterschied des erfindungsgemäßen Wellendichtrings zu demjenigen nach der DE 23 39 353 C3 besteht darin, daß die Dichtlippe nicht durch eine Beschichtung oder Abdeckung geschützt ist, die undurchlässig für abzudichtendes Medium ist. Obwohl somit grundsätzlich abzudichtendes Medium durch die Dichtlippe hindurch von der Dichtseite zur Luftseite der Dichtung gelangen kann, ist eine Leckage im Betrieb durch die Umlenkung des Mediumstroms radial nach außen aufgrund der Zentrifugalkraftwirkung vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen, mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung eines Wellendichtrings gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine zweite Ausführung eines Wellendichtrings gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 2.

In den Figuren sind der Einfachheit halber identische und funktionsgleiche Bauteile mit iden­ tischen Bezugsziffern versehen und nicht mehrfach beschrieben.

Der Wellendichtring 1 nach Fig. 1 hat einen ringförmigen, im Querschnitt T-förmigen Trag­ körper 3. Der Tragkörper 3 ist auf eine Welle 5 aufgepreßt.

In einem radial nach außen weisenden Schenkel des Tragkörpers 3 ist ein umlaufender Schlitz 7 vorgesehen. Eine ringscheibenförmige Dichtlippe 9 ist mit einem schmalen Befestigungsab­ schnitt 10 in dem Schlitz 7 fest eingesetzt oder eingeformt. Von dem Befestigungsabschnitt ragt die Dichtlippe 9 in unmontiertem Zustand in Richtung radial nach außen.

Der Dichtlippenkörper 9 weist zwei entgegengesetzte Flächen 11, 13 auf, von denen eine freie Fläche 11 dem Dichtraum 15 zugewandt und eine Dichtfläche 13 vom Dichtraum 15 abge­ wandt ist.

Dem Tragkörper 3 liegt ein ringförmiges gehäusefestes Gegenstück 17 gegenüber, das im Querschnitt ebenfalls etwa T-Form aufweist. Das Gegenstück 17 ist fest mit einem nicht dar­ gestellten Getriebegehäuse verbunden oder damit einstückig. Vorzugsweise ist das Gegenstück aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. aus Stahl, gebildet, damit die an seiner Gegenfläche entstehende Reibungswärme von der Gegenfläche weg in das Gehäuse abgeleitet werden kann.

Ein sich radial nach innen erstreckender Schenkel 19 des Gegenstücks 17 hat eine dem Dichtraum 15 zugewandte Gegenfläche 21, die zur Welle 5 hin um einen Winkel α bezüglich einer Normalebene E geneigt ist. In montiertem Zustand hält der Schenkel 19 die elastische Dichtlippe 9 um den Winkel α aus der radialen Richtung abgebogen, was zu einer durch die Fedrigkeit der Dichtlippe 9 bestimmten Anpreßkraft zwischen Dichtlippe 9 und Schenkel 19 führt.

Die Dichtlippe 9 besteht aus einem Faservlies, das abzudichtendes Medium aufnehmen und durchzulassen kann. Im Betrieb spritzt abzudichtendes Medium im Dichtraum 15 an die freie Fläche 11 der Dichtlippe 9 und dringt in das Faservlies ein. Die aufgrund der Rotation der Welle 5 mit Tragkörper 3 und Dichtlippe 9 auf das abzudichtende Medium wirkenden Zentri­ fugalkräfte fördern in die Dichtlippe 9 eingedrungenes Medium radial nach außen durch das Dichtelement 9 hindurch und zur Trennfuge zwischen Dichtfläche 13 und Gegenfläche 21. Das abzudichtende Medium wird unter der Wirkung der Fliehkraft an der geneigten Gegen­ fläche 21 entlang zurück in den Dichtraum 15 transportiert.

Der Wellendichtring 1 nach Fig. 2 hat außer der Dichtlippe 9, die eine Leckage von abzu­ dichtendem Medium aus dem Dichtraum 15 verhindert, zusätzlich eine weitere Dichtlippe 23, die ein Lecken von abzudichtendem Medium aus dem Dichtraum 37 verhindert. Die spiegel­ bildlich zur Dichtlippe 9 angeordnete Dichtlippe 23 ist ebenfalls in dem radial nach außen weisenden Schenkel des T-förmigen Tragkörpers 3 fixiert und liegt mit einer Dichtfläche 24 an einer dem Dichtraum 37 zugewandten Gegenfläche 25 eines Gegenstücks 17 an. Diese Gegenfläche 25 ist an der anderen Seite des Schenkels 19 des Gegenstückes 17 spiegelbildlich zur Gegenfläche 21, d. h. unter entgegengesetzter Neigung α, angeordnet.

Die Dichtlippe 23 besteht ebenfalls aus einem Faservlies, so daß auch eine Strömung von ab­ zudichtendem Medium vom Dichtraum 37 hin zur Dichtfläche 24 und zurück in den Dichtraum 37 unter Fliehkraftwirkung erreicht wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführung des Wellendichtrings 1 dichtet zu beiden Seiten hin gegen­ über zwei Dichträumen 15, 37 mit zwei abzudichtenden Medien ab. Mit dem Wellendichtring 1 nach Fig. 2 wird somit ein Austausch von abzudichtendem Medien der jeweiligen Dich­ träume 15, 37 verhindert. Dabei kann auf die sonst üblichen, mit hohen konstruktiven Auf­ wand verbundenen Drainagebohrungen zwischen den beiden Dichtlippen verzichtet werden.

Bei beiden Ausführungen gemäß den Fig. 1 und 2 soll der Neigungswinkel α vorteilhaft zwischen 10° und 60°, vorzugsweise 20°, liegen.

Um einfache Montage sowie sichere Lagerung und sicheren Transport zu gewährleisten, ist der prinzipiell gemäß Fig. 2 aufgebaute Wellendichtring 1 nach Fig. 3 als einteiliges Bauteil ausgeführt, das neben dem Tragkörper 3 und den Dichtlippen 9, 23 auch das gehäusefest montierbare Gegenstück 17 umfaßt. Für die drehsichere Verbindung des Tragkörpers 3 mit der Welle 5 ist eine Ringnut 27 in dem Tragkörper 3 eingebracht. Beide Ringnuten 27, 29 sind durch Gummiringe 28, 30 ausgekleidet, die außen gewellt sind und deren vorragende Wellenspitzen bei der Montage zur Erzielung eines sicheren Sitzes flachgequetscht werden.

Damit beim Transport und Einbau der erfindungsgemäßen Wellendichtung 1 die Dichtlippen 9 und 23 aus dem Faservlies nicht verletzt werden und eine Dichtwirkung auch im Ruhezu­ stand der Wellendichtung gewährleistet bleibt, sind Deckscheiben 31, 33 seitlich an dem Tragkörper 3 befestigt. Ein ringförmiger Spalt 35, 39 zwischen den Deckscheiben 31, 33 und dem Gegenstück 17 erlaubt einen begrenzten Zufluß von abzudichtendem Medium zu den Dichtlippen 9, 23.

Die in der obigen Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfin­ dung von Bedeutung sein.

Claims (14)

1. Wellendichtring mit einem umlaufenden Tragkörper (3); mindestens einer an dem Tragkörper (3) angebrachten und sich zumindest teilweise radial erstreckenden Dicht­ lippe (9, 23) und einer Dichtfläche (13, 24) an der Dichtlippe (9, 23), die eine festste­ hende Gegenfläche (21, 25) berührt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicht­ lippe (9, 23) aus einem für abzudichtendes Medium durchlässigen Material gebildet ist, welches abzudichtendes Medium aus dem Dichtraum (15, 37) zur Dichtfläche (13, 24) durchläßt.

2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkör­ per (3) mit der Welle (5) verbunden ist und sich die Dichtlippe (9, 23) von dem Trag­ körper (3) zumindest teilweise radial nach außen erstreckt.

3. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dichtlippe (9, 23) aus einem mit abzudichtendem Medium verträglichen Vliesstoff gebildet ist.

4. Wellendichtring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vlies­ stoff ein mechanisch gebundenes Faservlies, insbesondere ein genadeltes Faservlies, ist.

5. Wellendichtring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faser­ vlies Polyesterfasern enthält.

6. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vliesstoff ein elastomerer Vliesstoff, insbesondere ein durch Latex ge­ bundener Vliesstoff, ist.

7. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Dichtlippen (9, 23) an dem Tragkörper (3) angebracht sind, die mit ih­ ren Dichtflächen (13, 24) je einer von zwei Gegenflächen (21, 25) am Tragkörper an­ liegen, um eine Abdichtung zu beiden Seiten hin zu erzielen.

8. Wellendichtring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Dichtlippen (9, 23) und die Gegenflächen (21, 25) zueinander spiegelbildlich angeord­ net sind.

9. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die oder jede Gegenfläche (21, 25) gegenüber einer Normalebene zur Wel­ lenlängsachse (A) geneigt ist.

10. Wellendichtring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nei­ gungswinkel α zwischen der Normalebene und der oder jeder Gegenfläche (21, 25) zwischen 10° und 60°, vorzugsweise etwa 20°, beträgt.

11. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß er ein mit der Gegenfläche (21) oder den Gegenflächen versehenes gehäuse­ festes Gegenstück (17) aufweist.

12. Wellendichtring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gegenstück (17) aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet ist.

13. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß an dem Tragkörper (3) dichtraumseitig eine Deckscheibe (31, 33) angebracht ist.

14. Wellendichtring nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Deckscheibe (31, 33) und dem gehäusefesten Gegenstück (17) ein Spalt (35, 39) vorgesehen ist.