DE102004035658B4

DE102004035658B4 - Axialwellendichtung

Info

Publication number: DE102004035658B4
Application number: DE102004035658.0A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Gerd (FH) Meier; Klaus-Jürgen Uhrner
Original assignee: Ceramtec GmbH; Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: DE102004035658A1

Abstract

Axialwellendichtung (1) mit einer Gegenlauffläche wenigstens eines Gleitpartners (8; 13), an der unter Vorspannung eine Dichtfläche (12a; 20, 21; 25; 29; 33; 36; 41; 431, 432; 49; 54, 55, 58) mindestens eines Dichtelements (12; 18, 19; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) als Primärdichtung anliegt, wobei die axiale Abdichtung durch Eigenvorspannung der zumindest im Dichtbereich ringscheibenförmigen, elastisch verformten Primärdichtung (12; 18, 19; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) frei drehbar gegen Dichtelement (18, 19) und Gehäuse (7, 8) gelagert ist, ein Dichtelement (18) mit dem stationären Gehäuseteil (7) und ein Dichtelement (19) mit dem rotierenden Gehäuseteil (8) verbunden ist und der Gleitpartner (13) zwischen den Dichtelementen (18, 19) angeordnet ist und der Gleitpartner (13) zusätzlich durch ein Dichtelement (22) an dem stationären Gehäuseteil (7) in axialer Richtung abgedichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialwellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Abdichtung einer Wellendurchführung durch eine Gleitringdichtung (GIRD) oder durch einen Radialwellendichtring (RWDR) ist üblicher Stand der Technik. Bei einer Gleitringdichtung läuft in der Regel ein federbelasteter, stationärer Gleitring gegen einen rotierenden Gegenring. Die gegeneinander gepressten Laufflächen der Ringe dichten das Gehäuse, beispielsweise einen Pumpenraum, gegenüber der Umgebung ab. Um den Einbau einer Dichtung zu vereinfachen und für die Dichtung optimierte, gleichbleibende Verhältnisse zu schaffen, gibt es vormontierte Dichtungen in Kassettenbauweise. Eine solcherart vormontierte Dichtung wird beispielsweise auf eine Welle aufgepresst oder aufgeschrumpft und dichtet nach dem Einschieben in das Gehäuse auch gegenüber diesem ab. Dichtungen dieser Bauart haben einen komplexen Aufbau und bestehen aus zahlreichen Einzelteilen.
Radialwellendichtringe laufen, wie die Bezeichnung aussagt, radial auf der abzudichtenden Welle. Die Abdichtung zum Gehäuse erfolgt über eine statische Dichtung. Die Hauptabdichtung gegenüber dem Druckraum erfolgt über eine in der Regel vorgespannte Radialdichtlippe, teilweise mit nachgeschalteten Nebendichtungen, die auch einen Vorratsraum für Schmier- oder Dichtmittel ausbilden können. Durch das Gleiten/Reiben der Dichtkante auf der Welle entstehen Laufspuren auf der Welle, die nach einem Austausch des Radialwellendichtrings störend oder sogar zerstörend auf die Dichtkante der neuen Dichtung wirken.
Aus der DE 102 28 621 A1 ist eine Axialwellendichtung zwischen einer Gehäusewand oder dergleichen und einer sich darin drehenden Welle bekannt. Die Axialwellendichtung besteht aus einem in die Gehäusewand ortsfest und dichtend einsetzbaren Außenring mit einer radial nach innen gerichteten Manschette aus einem polymeren Material in der Form eines Federbalgs, die an ihrem Innenrand eine oder mehrere axial ausgerichtete Dichtflächen hat, und aus einem verdrehfest und dichtend mit der Welle verbindbaren Innenring mit einem radial nach außen gerichteten, als axiale Gegendichtfläche ausgebildeten Ringflansch. Aufgrund ihrer konstruktiven Ausgestaltung eignet sich diese Dichtung nur für die Abdichtung großer Spalte. Außerdem ist diese Dichtung nur für eine Abdichtung gegen drucklose Räume oder Räume mit geringem Druck geeignet, da der Anpressdruck durch den Federbalg von der Umgebungsseite her ausgeübt wird. Ist der Druck des Mediums, das es abzudichten gilt, größer als der Anpressdruck des Federbalgs, leckt die Dichtung.
In der EP 1 239 710 A2 wird ein axial wirkender Dichtring zur Abdichtung einer Welle gegenüber einem Gehäuse vorgestellt. Der Dichtring umfasst ein Metallgehäuse, an dem eine Dichtung angeformt ist, die in Richtung des Gehäuses orientiert ist, und einen in axialer Richtung weisenden Gleitring aus PTFE, der ein im wesentlichen rechteckiges Profil aufweist, mit einer radial nach innen und einer radial nach außen weisenden Umfangsoberfläche, die sich im wesentlichen parallel zur Achse des Dichtrings erstrecken. Der Gleitring ist mittels eines Kunststoffs, der an das Metallgehäuse angeformt ist, elastisch aufgenommen sowie kraft- und formschlüssig verbunden. Auch hier muss der Anpressdruck der Dichtung gegen den Druck des abzudichtenden Mediums aufgebracht werden. Weiterhin sind die Bauteile dieser Dichtung nicht zu einer einbaufähigen Einheit zusammengefasst.
Eine Axialwellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US 4 348 031 A bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialwellendichtung mit einem konstruktiv einfachen Aufbau vorzustellen, die auch bei Beaufschlagung mit hohen Drücken sicher abdichtet, sowie Dichtelemente zur Verwendung in einer solchen Axialwellendichtung.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Axialwellendichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Einsatzgebiete der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Axialwellendichtung kann in verschiedenen Ausführungen aufgebaut werden:
In der Grundversion besteht die Axialwellendichtung aus einem stationären und einem rotierenden Gehäuseteil, wobei beide Gehäuseteile einen Gleitpartner, in der Regel einen Ring, als Gegenlauffläche, einschließen. Die Gegenlauffläche kann auch eine mit Hartstoff beschichtete Fläche eines Gehäuseteils sein.
Mindestens eine Dichtfläche eines Dichtelements, mindestens ein Primärelement, dichtet zwischen dem Gleitpartner mit seiner Gegenlauffläche und einem Gehäuseteil ab. Es können auch mehrere Dichtelemente in beliebiger Reihenfolge und Anordnung eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist der Gleitpartner frei rotierbar in dem Gehäuse angeordnet und kann somit eine Relativbewegung gegenüber den Gehäuseteilen ausführen. Erfindungsgemäß ist der Gleitpartner zwischen zwei Dichtelementen angeordnet, einem, das an dem stationären und einem, das an dem rotierenden Gehäuseteil angeordnet ist.
Je nach dem vorgesehenen Einsatz der Dichtung werden die geeignetesten Werkstoffe für den Gleitpartner verwendet. Eine Gruppe sind die Verbundwerkstoffe auf der Basis von Metall-Keramik-Verbindungen. Die Basiszusammensetzung eines bevorzugt verwendeten Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs besteht aus einer oder mehreren metallischen Phasen mit einem Anteil von 30 bis 75 Vol.-%, bevorzugt Aluminium und seinen Legierungen, und einer oder mehreren nichtmetallischen anorganischen Komponenten mit einem Anteil von 25 bis 75 Vol.-% als keramische Werkstoffe, bevorzugt Siliciumcarbide, Aluminiumoxide, Titanoxide und Silicate.
Weiter eignen sich oxidische Werkstoffe auf der Basis von Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Titanoxid sowie silikatische Werkstoffe.
Bei den metallischen Werkstoffen werden bevorzugt Werkstoffe auf der Basis von korrosionsbeständigen Stählen eingesetzt. Es werden auch Werkstoffe auf der Basis von Nichteisen-Metallen eingesetzt. Metallische Sinterwerkstoffe können aufgrund ihrer Porosität mit Ölen, Wachs oder Fetten getränkt werden.
Weitere Verbundwerkstoffe haben eine Basis von Kohlenstoff-Verbindungen, mit und ohne Imprägnierung, oder Kunststoff-Verbindungen, mit und ohne Faserverstärkung.
Für schwierige tribologische Einsätze eignen sich insbesondere gesinterte Siliziumkarbidkörper, die bevorzugt eine definierte Porosität von 2 bis 15 Vol.-% aufweisen, wobei die Poren geschlossen und nicht zusammenhängend sind. Der anorganische Bestandteil des Werkstoffs besteht aus 80 bis 98 Gew.-% Siliziumkarbid, 0,5 bis 5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,3 bis 5 Gew.-% Bor und 0 bis etwa 20 Gew.-% eines Hartstoffs aus der Gruppe der Boride und/oder Silicide. Es sind Einlagerungen von Kohlenstoffpartikeln bis zu 200 μm Größe möglich. Siliziumkarbid kann auch mit einer weiteren Komponente gesintert werden, bevorzugt Zirkondiborid mit einem Anteil von 6 Vol.-%. Siliziumkarbid kann auch infiltriert werden, beispielsweise mit metallischen Silizium, bevorzugt mit 12 bis 19 Vol.-%.
Erfindungsgemäß bildet das rotierende oder stationäre Gehäuseteil selbst den Gleitpartner. Dazu können diese Gehäuseteile, die die Gegenlauffläche bilden, aus einem für diesen Zweck geeigneten Werkstoff gefertigt und/oder beschichtet sein. Die Beschichtung kann beispielsweise aus der Plasmaphase abgeschiedenes Hartmetall, Karbid oder diamantartiger Kohlenstoff sein.
Als Werkstoff für das Dichtelement eignen sich neben den üblichen Gummiwerkstoffen auch insbesondere PTFE-Werkstoffe wegen ihrer Verschleißbeständigkeit und ihrer Beständigkeit gegen heiße und agressive Medien. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit können die Dichtelemente einer Plasmaaktivierung unterzogen werden und eine Verstärkungskomponente erhalten. Weiterhin kann eine Gleitkomponente wie beispielsweise Graphit beigefügt sein. Die Dichtelemente können, je nach mechanischer Beanspruchung, an ihrem Halter oder Träger angeklebt, angenietet oder angeschraubt oder zwischen zwei Haltern eingeklemmt sein.
Mindestens ein weiteres Dichtelement kann den Gleitpartner zusätzlich in radialer Richtung gegenüber dem stationären Gehäuse abdichten.
Zwischen dem Gleitpartner, dem Dichtelement und dem rotierenden Gehäuse kann der Raum als Reservoir für Dicht- und/oder Schmierstoffe oder Sperrmittel genutzt werden.
Durch die Erfindung reduziert sich die Anzahl der Bauteile gegenüber dem Stand der Technik, und es entsteht eine einfache Ausführung. Aufgrund der Eigenvorspannung sind zusätzliche Andruckelemente, wie beispielsweise Federn, nicht notwendig. Vorteilhaft ist es, wenn das abzudichtende Medium auf dem Dichtteil der Primärdichtung eine Kraft ausübt, so dass dieser Dichtteil zusätzlich durch die Eigenvorspannung auch durch den Mediumsdruck in Richtung auf seine Dichtstellung belastet wird. Eine Kassettenbauweise ermöglicht eine einfache Montage und Austauschbarkeit der Axialwellendichtung. Der Einbauraum ist gegenüber einer Gleitringdichtung wesentlich kürzer. Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen ist möglich. Ebenfalls ist der Ausgleich von System-Verwerfungen im Betrieb möglich. Bei Einsatz entsprechender Gleitpartner sind tribologisch und thermisch optimale Bedingungen möglich. Weiterhin besteht die Möglichkeit einer Einmalschmierung gegen Trockenlauf.
An den Einbauraum werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Die Welle und Gehäusebohrung können z. B. in Toleranzklasse IT7 mit Rundheit IT7 und Oberfläche Rz 10 μm ausgeführt werden.
In den 1 bis 11 sind in schematischer Form Ausführungsbeispiele einer Axialwellendichtung im Schnitt dargestellt. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
Als Ausführungsbeispiel ist in 1 eine Axialwellendichtung in Form einer Kassettendichtung 1 dargestellt, die zwischen einer Welle 2, auf der sie aufgeschrumpft ist, und einem Gehäuse 3, beispielsweise einem Pumpengehäuse, angeordnet ist. Die Kassettendichtung 1 dichtet zwischen dem Mediumraum 4 und der Umgebung 5 ab. Sie ist in eine Ausnehmung 6 als Einbauraum des Gehäuses 3 eingeschoben. Die Kassettendichtung 1 besteht aus zwei Gehäuseteilen, dem stationären Gehäuseteil 7 und dem auf die Welle 2 aufgeschrumpften rotierenden Gehäuseteil 8, die beide im Schnitt L-förmig aussehen. Die Umfangswand 9 des stationären Gehäuseteils 7 stützt sich stirnseitig in der Ausnehmung 6 an dem Gehäuse 3 ab und wird über ein statisches Dichtelement 10 zum Einbauraum 6 abgedichtet. Die der Umgebung 5 zugewandte radiale Stirnwand 11 trägt ein Dichtelement 12, die Primärdichtung, das mit seiner Dichtfläche 12a an der Gegenlauffläche des Gleitpartners 13 anliegt. Das Dichtelement 12 ist im Axialschnitt etwa U- bzw. V-förmig elastisch gebogen. Je nach Anwendungsfall kann zur Herstellung optimaler tribologischer Verhältnisse der Gleitpartner 13 beispielsweise aus Metall, Nichteisenmetall, Hartmetall, Kunststoff, Keramik, Glas, Glasfaser oder Verbundwerkstoffen gefertigt werden. Der Gleitpartner 13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ring. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist er mit der radialen Stirnwand 14 des rotierenden Gehäuseteils 8 verbunden, wobei die Gegenseite der Stirnwand 14 dem Mediumraum 4 zugewandt ist. Der Gleitpartner 13 kann aber auch frei beweglich angeordnet sein, so dass er Relativbewegungen zur Stirnwand 14 ausführen kann. Die Umfangswand 15 des Gehäuseteils 8 ist auf der Welle 2 aufgeschrumpft. Mit einer von der Welle 2 wegweisenden konischen Erweiterung 16 wird das stationäre Gehäuseteil 7 in Position gehalten, das von der Erweiterung 16 übergriffen wird.
Die Stirnwand 14 des Gehäuseteiles 8 endet mit Abstand von der zylindrischen Umfangswand 9 des Gehäuseteiles 7, so dass der Innenraum 17 der Kassettendichtung 1 zum Mediumraum 4 offen ist. Der Gleitpartner 13 steht radial gegenüber der Stirnseite der Stirnwand 14 des rotierenden Gehäuseteiles 8 zurück.
Der Raum 17 in der Kassettendichung 1 zwischen Dichtelement 12 und den beiden Gehäuseteilen 7 und 8 kann als Reservoir für Dicht- und/oder Schmierstoffe oder Sperrmittel genutzt werden. Dadurch können auch spezielle Anforderungen, wie z. B. Trockenlauf oder Geruchsdichtheit, beherrscht werden. Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist weiterhin, dass das Dichtelement 12 von der Druckseite aus so belastet wird, dass es dadurch zusätzlich an den Gleitpartner 13 angedrückt wird, was die Abdichtung unterstützt.
Die 2 und 3 unterscheiden sich von der 1 in der Anordnung des Gleitpartners 13 mit seiner Gegenlauffläche und der Anordnung der Dichtelemente. Übereinstimmende Merkmale sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
In 2 ist der Gleitpartner 13 in Form eines Ringes zwischen zwei Dichtelementen 18 und 19 frei beweglich angeordnet. Dichtelement 18 als Primärdichtung ist an der Stirnwand 11 des stationären Gehäuseteils 7 befestigt und drückt mit seiner Dichtfläche 20 gegen die Gegenlauffläche des Gleitpartners 13, während Dichtelement 19 als weitere Primärdichtung an der Stirnwand 14 des rotierenden Gehäuseteils 8 befestigt ist und mit seiner Dichtfläche 21 gegen den Gleitpartner 13 drückt. Damit wird bei einem frei beweglichen Gleitpartner 13 die Reibung mit einer der Gehäusewandungen vermieden. Gleichzeitig entstehen zwei nutzbare Reservoire 17 unter den jeweiligen Dichtelementen 18 und 19. Weiterhin entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Gleitpartner 13 und den beiden Dichtelementen. Einerseits versucht das Dichtelement 19 den Ring 13 mitzunehmen und andererseits hemmt das Dichtelement 18 am feststehenden Gehäuse diese Bewegung. Es entsteht eine Relativbewegung des Ringes 13 zur Welle 2, wobei nur die Hälfte der Umdrehungen der Welle erreicht werden können. Solche Axialwellendichtungen eignen sich vorteilhaft für hohe Drehzahlen, wie sie beispielsweise bei Turboladern auftreten. Der ringförmige Gleitpartner 13 greift mit seinem radial inneren Ende in eine Nut 60 eines Ringes 61 ein, der die zylindrische Umfangswand 15 des rotierenden Gehäuseteiles 8 mit Abstand umgibt. Im übrigen ist diese Ausführungsform gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach 1.
3 unterscheidet sich erfindungsgemäß von 2 dadurch, dass ein zusätzliches Dichtelement 22 vorgesehen ist, das neben den beiden Primärdichtungen 18 und 19 innenseitig an der Umfangswand 9 des stationären Gehäuseteils 7 befestigt ist, den Gleitpartner 13 konzentrisch umgibt und gegen seine Umfangsseite 23 drückt. Das Dichtelement 23 liegt flächig an der Umfangswand 9 an und hat mittig eine radial vorstehende, umlaufende Rippe 62, mit der das Dichtelement 22 an der Umfangsseite 23 des Gleitpartners 13 anliegt. Die Rippe 62 hat vorteilhaft teilrunden Querschnitt.
Auch bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird zumindest bei einem Dichtelement aufgrund seiner Anlage an den Gleitpartner 13 durch den im Mediumraum 4 herrschenden Druck der Anpressdruck an die Gegenlauffläche des Gleitpartners 13 zusätzlich erhöht.
Die 4 zeigt eine von der Konzeption anders aufgebaute Axialwellendichtung 100. Um den Vergleich mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zu erleichtern, sind die unveränderten Merkmale mit denselben Bezugsziffern wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement 24 als Primärdichtung an dem rotierenden Gehäuseteil 8 befestigt und liegt mit seiner Dichtfläche 25 an der Gegenlauffläche des Gleitpartners 13 an, der an dem stationären Gehäuseteil 7 befestigt ist. Die gestrichelten Konturen der Dichtfläche 25 und des Gleitpartners 13 deuten die Möglichkeit einer axialen Verschiebbarkeit an. Die Fliehkraft der sich drehenden Dichtfläche unterstützt die Anlage an den Gleitpartner. Steht das Medium 4 unter Druck, wird die Anlage des Dichtelements ebenfalls unterstützt. Das stationäre Gehäuseteil 7 ist im Unterschied zu den vorigen Ausführungsbeispielen mit einer konischen Verengung 63 am freien Ende der Umfangswand 9 versehen. Der Gleitpartner 13 liegt an der radial nach innen ragenden Stirnwand 11 des Gehäuseteiles 7 an.
Das rotierende, auf der Welle 2 drehfest sitzende Gehäuseteil 8 hat die radial nach außen ragende Stirnwand 14, deren freies Ende um 180° gebogen und vom Dichtelement 24 umgriffen ist. Es hat geringen radialen Abstand von der Umfangswand 9 des Gehäuseteiles 7. Die Stirnwand 11 des Gehäuseteiles 7, der Gleitpartner 13 und das Dichtelement 24 haben radialen Abstand von der Umfangswand 15 des Gehäuseteiles 8.
Das Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel durch die Anordnung und Halterung des Dichtelements 26, das mit einem Halteelement 27 an dem Schenkel 14 des rotierenden Gehäuseteils 8 befestigt ist. Das Halteelement 27 ist eine Klemmscheibe, die drehfest auf der Welle 2 sitzt und in einer Radialebene liegt. Das Dichtelement 26 ist zwischen dem Halteelement 27 und der radialen Stirnwand 14 des rotierenden Gehäuseteiles 8 eingeklemmt. Das freie, mit Abstand zur Umfangswand 9 des stationären Gehäuseteiles 7 liegende Ende 28 des Haltelementes 27 ist im Querschnitt bogenförmig gekrümmt. Mit dem gebogenen Endteil 28 wird das Dichtelement 26 gegen den Gleitpartner 13 umgelenkt. Das Anpressen der Dichtfläche 29 an die Gegenlauffläche des Gleitpartners 13 wird durch eine Tellerfeder oder Fingerfeder 30 unterstützt. Da die Stirnwand 11 des Gehäuseteiles 7 und der Gleitpartner 13 Abstand von der Umfangswand 15 des Gehäuseteiles 8 haben, ist der Mediumsraum 4 mit dem die Feder 30 aufnehmenden Raum 64 verbunden, so dass der im Mediumsraum 4 wirkende Druck die Anpressung der Dichtfläche 29 des Dichtelementes 26 an die Gegenlauffläche des Gleitpartners 13 unterstützt.
Das Ausführungsbeispiel nach 6 entspricht in seiner Konzeption wieder den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 3, bei denen das Dichtelement 31 am stationären Gehäuseteil 7 befestigt ist. Das Dichtelement 31 als Primärdichtung der Axialwellendichtung 1 ist zwischen dem Schenkel 11 des stationären Gehäuseteils 7 und einem Halteelement 32 eingeklemmt. Das stationäre Gehäuseteil 7 hat die Umfangswand 9, deren freies Ende 65 radial nach außen verläuft. Die Umfangswand 5 geht in die Stirnwand 11 über, die im Unterschied zu dem vorigen Ausführungsbeispiel konvergierend bezüglich der Stirnwand 14 des rotierenden Gehäuseteiles 8 verläuft. Das freie Ende 34 der Stirnwand 11 ist in Richtung auf die Stirnwand 14 des Gehäuseteiles 8 gebogen, so dass die Umlenkung des Dichtelementes 31 erleichtert wird. Mit der Dichtfläche 33 liegt das Dichtelement 31 an der Gegenlauffläche des Gleitpartners 13 an, der an der Stirnwand 14 des rotierenden Gehäuseteiles 8 anliegt.
Das ringförmige Halteelement 32 ist im Axialschnitt V-förmig ausgebildet und liegt mit einem zylindrischen Mantel 66 an der Innenseite der Umfangswand 9 des Gehäuseteiles 7 an. Der schräg verlaufende Schenkel 67 des Halteelementes 32 drückt das Dichtelement 31 gegen die Stirnwand 11 des Gehäuseteiles 7.
Die Stirnwand 14 des Gehäuseteiles 8 und der Gleitpartner 13 liegen axial vor dem freien Ende 65 des Gehäuseteiles 7. Dadurch ist der Innenraum der Dichtung 1 mit dem Mediumsraum 4 verbunden, so dass der Mediumsdruck die Dichtwirkung in der beschriebenen Weise unterstützen kann. Auch kann ein axiales Spiel im Lager ausgeglichen werden.
Beim Ausführungsbeispiel nach 7 weist der stationäre Gehäuseteil 7 eine im Axialschnitt Z-förmige Gestalt auf. Mit der zylindrischen Umfangswand 9 liegt das Gehäuseteil 7 an der Wandung des Aufnahmeraumes des Gehäuses 3 an. Das freie Ende 65 des Gehäuseteiles 7 ist radial nach außen abgewinkelt und liegt an der Stirnseite des Gehäuses 3 an. Die radial innen liegende zylindrische Wand 11 des Gehäuseteiles 7 umgibt die Welle 2 mit Abstand. An der Innenseite der Wand 11 ist das Dichtelement 35 befestigt. Es hat einen nach außen gebogenen Schenkel 80, der unter elastischer Verformung am Gleitpartner 13 dichtend anliegt. Er liegt seinerseits an der Stirnwand 14 des rotierenden Gehäuseteiles 8 an. Er sitzt mit der Umfangswand 15 drehfest auf der Welle 2. Die Umfangswand 15 erstreckt sich axial nach außen und ragt somit nicht in die Dichtung 1. Sie ist zur Mediumsseite 4 offen, so dass der Mediumsdruck auf die Dichtfläche 36 wirken kann. Die gestrichelte Kontur der Dichtfläche 36 und des Gleitpartners 13 zeigen, dass auch hier ein Ausgleich axialen Spiels möglich ist.
Das Ausführungsbeispiel nach 8 unterscheidet sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Schenkel 14 des rotierenden Gehäuseteils 8 selbst den Gleitpartner bildet. Der Schenkel 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel unter einem Winkel 37 von 45° gegen die Welle 2 geneigt. Seine dem Dichtelement 38 zugewandte Gleitfläche 39 kann mit einer den Verschleiß verhindernden Beschichtung 40 versehen sein, an dem die Dichtfläche 41 des Dichtelementes 38 anliegt. Der Schenkel 14 liegt vorteilhaft parallel zum gegenüberliegenden Steg 68 des Gehäuseteiles 7 und endet mit Abstand von der Umfangswand 9. Dadurch besteht wiederum eine Verbindung zwischen der Mediumseite 4 und dem Innenraum 17 der Dichtung 1.
In 9 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Doppeldichtung dargestellt. Das auf der Welle 2 aufgeschrumpfte rotierende Gehäuseteil 8 ist im Axialschnitt U-förmig ausgebildet. Von der auf der Welle 2 aufsitzenden Umfangswand 15 erstrecken sich senkrecht zur Welle 2 zwei Schenkel 141 und 142, an deren Innenseiten von dem im Axialschnitt U-förmig in das Profil des Gehäuseteils 8 hineinragenden gebogenen Dichtelement 42 die Dichtflächen 431 und 432 anliegen. Das stationäre Gehäuseteil 7 hat die an der Innenwand des Aufnahmeraumes des Gehäuses 3 anliegende Umfangswand 9, die am freien Ende den radial nach innen ragenden Flausch 69 aufweist. Am anderen Ende geht die Umfangswand 9 in die radial nach innen verlaufende Stirnwand 11 über, deren freies Ende 44 in Richtung auf den Flansch 69 etwas halbkreisförmig gebogen ist. An diesem Ende 44 ist das Dichtelement 42 befestigt. Das Ende 44 liegt mittig zwischen den beiden vorzugsweise gleich langen Schenkeln 141, 142 des rotierenden Gehäuseteiles B. Der Schenkel 142 hat geringen axialen Abstand vom Flansch 69, der ihn in Radialrichtung geringfügig übergreift. Der Schenkel 142 endet außerdem mit Abstand von der Umfangswand 9 des stationären Gehäuseteiles 7. Der andere Schenkel 141 liegt mit Abstand zur Stirnwand 11 des Gehäuseteiles 7. Das Dichtelement 42 ist an dem kreisbogenförmig gebogenen Ende 44 des Schenkels 11 des stationären Gehäuseteils 7 befestigt, durch das es in das U-Profil des rotierenden Gehäuseteils 8 hineingedrückt wird. Die Schenkel 141 und 142 können an der Gleitfläche mit einer den Verschleiß mindernden Beschichtung 45 versehen sein. Der Bereich zwischen dem Dichtelement 42 und dem Gehäuseteil 7 bzw. der Wandung des Gehäuseaufnahmeraumes ist zur Medium- bzw. zur Umgebungsseite 4, 5 offen.
Das Ausführungsbeispiel nach 10 entspricht in seiner Funktion dem Ausführungsbeispiel nach 1. Das stationäre Gehäuseteil 7 liegt mit seiner zylindrischen Umfangswand 9 an der Wandung des Aufnahmeraumes des Gehäuses 3 an. Das von der Luftseite 5 abgewandte Ende der Umfangswand 9 geht in die radial nach innen sich erstreckende Stirnwand 11 über. Mit Abstand von der Welle 2 geht die Stirnwand 11 in eine die Welle 2 umgebende zylindrische Umfangswand 46 über, die sich von der Stirnwand 11 aus in gleiche Richtung erstreckt wie die radial äußere Umfangswand 9. Das als Primärdichtung eingesetzte Dichtelement 48 wird zwischen der Umfangswand 46 des Gehäuseteiles 7 und einem zylindrischen Teil 70 des Halteelementes 47 eingesetzt, beispielsweise eingeklebt. Die Umfangswand 46 des Gehäuseteiles 7 liegt mit ihrer Stirnseite an einem radial nach außen gerichteten Schenkel 71 des Halteelementes 47 an.
Der in Richtung auf den Gleitpartner 13 überstehende Teil des Dichtelementes 48 ist elastisch radial nach außen gebogen und liegt mit seiner Dichtfläche 49 an der Gegenlauffläche des Gleitpartners 13 dichtend an.
Der Gleitpartner 13 stützt sich an der radial nach außen gerichteten Stirnwand 14 des auf der Welle 2 drehfest sitzenden Gehäuseteiles 8 axial ab und steht radial über die Stirnwand 14 vor. Zwischen dem Gleitpartner 13 und der Wandung des Aufnahmeraumes der Dichtung 1 besteht ein Durchgang von der Mediumseite 4 zum Innenraum der Dichtung 1. Aufgrund der Flexibilität des Dichtwerkstoffes kann das Dichtelement 48 geringe axiale Verschiebungen ausgleichen.
In 11 ist eine Kassettendichtung in Mehrlippenausführung dargestellt. Sie eignet sich insbesondere zur Abdichtung abrasiver Medien. Das stationäre Gehäuseteil hat die radiale Stirnwand 11, die radial innen in einen die Dichtwelle 2 mit Abstand umgebenden zylindrischen Fortsatz 50 übergeht. Mit der radial äußeren Umfangswand 9 liegt das stationäre Gehäuseteil 7 an der Innenwand des Aufnahmeraumes des Gehäuses 3 an. Die Umfangswand 9 geht in den rechtwinklig nach außen abgewinkelten Flausch 65 über, mit dem das Gehäuseteil 7 am Gehäuse 3 anliegt. Zwischen den Fortsatz 50 und die Umfangswand 9 ist ein im Axialschnitt U-förmiger Profilring 51 eingesetzt. Mit ihm werden zwei ringförmige Dichtelemente 52, 53 festgeklemmt. Das Dichtelement 52 wird mit seinem zylindrischen Mantel 72 zwischen der Umfangswand 9 und dem zylindrischen Mantel 73 des Profilstückes 51 und das Dichtelement 53 mit seinem zylindrischen Mantel 74 zwischen dem Fortsatz 50 und dem radial innen liegenden zylindrischen Mantel 75 des Profilstückes 51 eingeklemmt. Zusätzlich können die Dichtelemente 52, 53 verklebt sein. Der Mantel 72, 74 der Dichtelemente 52, 53 sowie die beiden Mantelabschnitte 73, 75 des Profilstückes 51 liegen koaxial zur Welle 2, die sie mit Abstand umgeben.
Die über das Profilstück 51 überstehenden Enden 76, 77 der Dichtelemente 52, 53 sind in Richtung zueinander elastisch abgebogen und liegen mit ihren radialen Dichtflächen 54, 55 an der radialen Stirnwand 14 des drehfest auf der Welle 2 sitzenden Gehäuseteiles 8 dichtend an. Es ist im Axialschnitt U-förmig ausgebildet und hat die Umfangswand 15, mit der das Gehäuseteil 8 auf der Welle 2 sitzt. Die Umfangswand 15 ist über die Stirnwand 14 mit einem zylindrischen Mantel 56 verbunden, der etwa in Höhe des Mantels 72 des Dichtelementes 52 liegt.
Auf dem Mantel 56 liegt ein weiteres Dichtelement 57 mit einer zylindrischen Dichtfläche 58 an. Das ringförmige Dichtelement 57 ist am radial nach außen gerichteten Flansch 65 des Gehäuseteiles 7 befestigt. Das Dichtelement 57 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel an dem stationären Gehäuseteil 7 angeklebt. Der Mantel 56 kann gegen Verschleiß beschichtet sein, aber auch einen keramischen Ring als Gleitpartner tragen. Das abrasive Medium 4 kann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtfläche 58 führen, bevor die anderen Dichtflächen 54 und 55 verschleißen. Das Dichtelement 57 kann im Verschleißzustand immer noch als Labyrinth wirken. Zur Steigerung des Verschleißschutzes und der Abdichtung kann im Profilstück 51 eine Fett-Füllung 59 vorgesehen sein, die von den Dichtelementen 52 und 53 eingeschlossen wird. Das radial äußere Dichtelement 52 hindert das Fett 59 am Austreten, so dass das radial innere Dichtelement 53 unter optimalen tribologischen Bedingungen arbeiten kann und dadurch eine lange Lebensdauer mit optimaler Abdichtung gewährleistet ist.
Bei allen Ausführungsbeispielen der Axialwellendichtungen ist ersichtlich, dass der Einbau der Dichtelemente so erfolgt, dass sie möglichst ringscheibenförmig elastisch verformt werden und so unter Eigenspannung mit ihrer Dichtfläche auf der Gegenlauffläche des Gleitpartners aufliegen. Weiterhin wird durch die beschriebene Anordnung das Dichtelement durch das Medium zusätzlich mit Druck beaufschlagt, so dass es mit seiner Dichtfläche gegen die Gegenlauffläche des Gleitpartners gedrückt wird. Die Dichtwirkung wird dadurch in vorteilhafter Weise unterstützt.

Claims

Axialwellendichtung (1) mit einer Gegenlauffläche wenigstens eines Gleitpartners (8; 13), an der unter Vorspannung eine Dichtfläche (12a; 20, 21; 25; 29; 33; 36; 41; 431, 432; 49; 54, 55, 58) mindestens eines Dichtelements (12; 18, 19; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) als Primärdichtung anliegt, wobei die axiale Abdichtung durch Eigenvorspannung der zumindest im Dichtbereich ringscheibenförmigen, elastisch verformten Primärdichtung (12; 18, 19; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) frei drehbar gegen Dichtelement (18, 19) und Gehäuse (7, 8) gelagert ist, ein Dichtelement (18) mit dem stationären Gehäuseteil (7) und ein Dichtelement (19) mit dem rotierenden Gehäuseteil (8) verbunden ist und der Gleitpartner (13) zwischen den Dichtelementen (18, 19) angeordnet ist und der Gleitpartner (13) zusätzlich durch ein Dichtelement (22) an dem stationären Gehäuseteil (7) in axialer Richtung abgedichtet ist.
Axialwellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) ringförmig ausgebildet ist.
Axialwellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenlauffläche auf einem Gehäuseteil (8) als Gleitpartner angeordnet ist.
Axialwellendichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenlauffläche auf dem Gehäuseteil (8) als Gleitpartner aus einer verschleißfesten Beschichtung (40; 45) besteht.
Axialwellendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (40; 45) aus der Plasmaphase abgeschiedenes Hartmetall, Karbid oder diamantartiger Kohlenstoff ist.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) flexibel ist.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Primärdichtung (12; 19; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 57) im Dichtbereich der Druck des Mediums (4) wirkt.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) aus einem Gummiwerkstoff besteht.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) eine Gleitkomponete beigefügt ist.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) eine Verstärkungskomponente beigefügt ist.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) einer Plasmaaktivierung unterzogen worden ist.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) an einem der Gehäuseteile (7; 8) geklebt ist.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) in einem Klemmsitz gehalten wird.
Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einem Dichtelement (12; 18, 19; 22; 24; 26; 31; 35; 38; 42; 48; 52, 53, 57) und einem Gehäuseteil (7; 8) ein Raum (17; 59) für Dicht- und/oder Schmierstoffe oder Sperrmittel gebildet ist.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus Metall ist, nämlich korrosionsbeständigem Stahl.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus Sintermetall besteht.
Gleitpartner (13) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Gleitpartner (13) aus einem porösen Sintermetall besteht, der Werkstoff mit Ölen Wachs oder Fetten getränkt ist.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus Kunststoffverbindungen besteht, oder PTFE.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus Kohlenstoffwerkstoffen besteht.
Gleitpartner (13) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus einem Kohlenstoffverbundkörper oder harzimprägnierten Kohlenstoffkörper besteht.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus einem Keramikwerkstoff besteht.
Gleitpartner (13) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus oxidischen Werkstoffen auf der Basis von Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Titanoxid besteht.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus silikatischen Werkstoffen besteht.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen besteht.
Gleitpartner (13) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) aus einer oder mehreren metallischen Phasen mit einem Anteil von 30 bis 75 Vol.-%, Aluminium und seinen Legierungen, und einer oder mehreren nichtmetallischen anorganischen Komponenten mit einem Anteil von 25 bis 75 Vol.-% als keramische Werkstoffe, Siliciumcarbide, Aluminiumoxide, Titanoxide und Silicate besteht.
Gleitpartner (13) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13) ein gesinterter Siliziumkarbidkörper ist.
Gleitpartner (13) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Siliziumkarbidkörpers eine definierte Porosität von 2 bis 15 Vol.-% aufweisen, wobei die Poren geschlossen und nicht zusammenhängend sind mit einem Nenndurchmesser von 10 bis 48 μm.
Gleitpartner (13) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Bestandteil des Werkstoffs besteht aus 80 bis 98 Gew.-% Siliziumkarbid, 0,5 bis 5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,3 bis 5 Gew.-% Bor und 0 bis 20 Gew.-% eines Hartstoffs aus der Gruppe der Boride und/oder Silicide.
Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Einlagerungen von Kohlenstoffpartikeln bis zu 200 μm Größe enthält.
Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumkarbid mit einer weiteren Komponente gesintert ist, nämlich Zirkondiborid mit einem Anteil von 6 Vol.-%.
Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumkarbid infiltriert ist mit 12 bis 19 Vol.-% metallischem Silizium.
Axialwellendichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Kühlwasserpumpe einsetzbar ist.
Axialwellendichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei der Benzindirekteinspritzung einsetzbar ist.
Axialwellendichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie in CO2-Kompressoren einsetzbar ist.
Axialwellendichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Trockenläufer einsetzbar ist.
Axialwellendichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dass sie in Turboladern einsetzbar ist.