DE102018117306A1

DE102018117306A1 - Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018117306A1
Application number: DE102018117306.7A
Authority: DE
Inventors: Uwe Koch
Original assignee: ElringKlinger AG; ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: ElringKlinger AG; ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung (1) zur Abdichtung eines Innenraums (D) eines Maschinengehäuses (2) an einer austretenden Welle (3) oder einer Wellenhülse gegenüber einer äußeren Umgebung (A), die eine Wellendichtscheibe (5) mit eigenem Gehäuse (4) zur Fixierung in einem Maschinengehäuse (2) oder einem Gehäusedeckel aufweist, und eine Dichtlippe (8) mit einem eng benachbarten Abschnitt (9) einer Oberfläche (10) der Welle (3) oder der Wellenhülse zusammenwirkt, um eine Dichtwirkung hervorzurufen. Um die Dichtungseigenschaften einer Wellen-Dichtungsvorrichtung der genannten Art unter deutlicher Erhöhung der Betriebssicherheit weiterzubilden, wird vorgeschlagen, dass die Dichtlippe (8) die Dichtlippe aus mindestens zwei Schichten (8, 8', 8", 13) aufgebaut ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung, die zur Abdichtung eines Innenraums eines Maschinengehäuses an einer austretenden Welle oder einem Zylinder gegenüber einer äußeren Umgebung vorgesehen ist.
Dichtungsvorrichtungen werden vorzugsweise zur Abdichtung zwischen zwei Räumen im Bereich von Wellen oder Zylindern verwendet, insbesondere bei aus einem Maschinengehäuse austretenden drehend und/oder axial verschieblich beweglichen Wellen bzw. Zylindern, die gegenüber einer äußeren Umgebung abzudichten sind. Nachfolgend wird zur Darstellung der Erfindung vereinfachend und ohne Beschränkung auf diesen Anwendungsfall nur von einem Kontakt einer Dichtung mit einer Welle gesprochen. Diese Dichtungen werden bei Wellen als Radialwellendichtungen bezeichnet und beziehen sich auch auf Axialdichtungen. Beide Arten von Wellendichtungsvorrichtungen sind einbaufertige Dichtelemente, die durch radiale Pressung mindestens einer Dichtlippe auf einer Welle oder Wellenhülse eine Dichtwirkung erzielen. Eine zur Abdichtung erforderliche radiale Anpressung wird durch den Aufbau der Dichtung bestimmt, genauer durch die radiale Anpressung der Dichtlippe auf die Welle als Folge einer Verformung der Dichtscheibe. Zum Einbau in einer entsprechenden Ausnehmung eines Maschinengehäuses ist daher z.B. eine Radialwellendichtscheibe zur Voreinstellung von einem eigenen Gehäuse umgeben und bildet damit eine Radialwellendichtung als einbaufertiges Bauteil.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Ansätze zur konstruktiven Ausbildung von Radialwellendichtungen der genannten Art bekannt, siehe u.a. DE 10 2014 100 577 A1 , DE 31 26 716 A1 , DE 10 2016 120 219 A1 und DE 10 2016 205 057 A1 . Radialwellendichtungen nach DIN 3760 finden in der Technik verbreitet Einsatz. Häufig werden Radialwellen-Dichtungsvorrichtungen dazu verwendet, einen unter Druck stehenden Innenbereich eines Maschinengehäuses gegen einen Außenbereich abzudichten, der unter Normdruck steht. Da der Innenbereich des Maschinengehäuses häufig mit Kühl- und/oder Schmiermitteln gefüllt ist, ist eine hohe Dichtigkeit im Bereich eines Wellenaustritts eine wesentliche Anforderung an eine Radialwellen-Dichtungsvorrichtung. Im Fall jeder Undichtigkeit, sei sie durch Versagen des Materials der Radialwellen-Dichtungsvorrichtung oder durch Verschleiß hervorgerufen, muss ein Wechsel der betreffenden Radialwellen-Dichtungsvorrichtung umgehend vorgenommen werden, um die erforderliche Dichtigkeit wiederherzustellen. Ein Medienverlust und/oder eine Belastung und Verschmutzung eines Außenbereichs ist dauerhaft zu unterbinden. Damit kommt einer Betriebssicherheit einer Radialwellen-Dichtungsvorrichtung besondere Bedeutung zu. Gleiches gilt für Axialwellendichtungen.
Die vorliegende Erfindung hat daher das Ziel, die Betriebssicherheit einer Wellendichtungsvorrichtung deutlich zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Dichtlippe aus mindestens zwei Schichten aufgebaut ist. Diese grundsätzliche Abkehr von der Bauform bekannter Dichtlippen eröffnet Möglichkeiten neuartiger und sehr vorteilhafter Ausgestaltungen, die jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche sind.
Demnach ist eine erste Schicht mindestens in einem durch Umformung und/oder Montage beanspruchten Bereich der Dichtlippenkante vorgesehen, die beim Einbau zum Kontakt mit der Oberfläche der Welle oder der Wellenhülse bestimmt ist. Die Dichtlippe weist damit eine als Schutzschicht ausgebildete erste Schicht auf. Diese Schutzschicht deckt insbesondere einen sehr empfindlichen und für einen zuverlässigen Betrieb einer Wellendichtungsvorrichtung wesentlichen Bereich der Dichtlippe ab, nämlich die Dichtkante. Damit können durch Umformung und/oder Montage verursachte Beschädigungen durch die Schutzschicht von der eigentlichen Dichtlippe insbesondere im Bereich der Dichtkante abgehalten werden.
Diese Schutzschicht ist in eine Weiterbildung der Erfindung durch Anordnung, Dicke und/oder verwendetes Material so ausgelegt, dass sie die Dichtlippe mindestens in einem für eine gute Dichtwirkung erforderlichen Umfang abdeckt und erst nach einem Einlaufen der Wellendichtung freigibt, insbesondere durch Abtragen durch geplanten Verschleiß. Erfindungsgemäß ist damit also insbesondere eine Dichtlippenkante durch eine Schutzschicht schützend abgedeckt, so dass es bei der Dichtlippenumformung sowie vor und während der Montage zu keiner Beschädigung insbesondere der Dichtlippenkante kommen kann, in einem regulären Betrieb nach einer Einlaufphase dann aber eine vorstimmte Dichtungsfunktionalität zur Verfügung steht.
Vorteilhafterweise ist die Schutzschicht dazu ausgebildet, durch Abrasivstoffe eine definierte Einschleifhilfe zur Herstellung einer drallfreien Oberfläche der Welle oder einer Wellenhülse in dem in Kontakt mit der Dichtkante der Dichtlippe stehenden Abschnitt dieser Oberfläche zumindest beim Einlaufen der Radialwellendichtung auszubilden. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei einer Wellenoberfläche mit deutlich zu hoher Rauheit von großem Vorteil für eine zuverlässige Dichtungsfunktionalität und eine ausreichende oder gar verlängerte Standzeit der Wellendichtung. Eine separate Bearbeitung der Wellenoberfläche kann damit einem Einbau vorgelagerter als Zeit- und Kosten-intensiver Arbeitsschritt durch Einsatz einer Wellendichtung gemäß dieser Ausführungsform entfallen. Durch die sich im Einlaufvorgang durch gezielten Verschleiß vollständig abtragende Schicht der Einschleifhilfe wird eine Oberflächenstruktur geschaffen, die anschließend auch für einen Kontakt und Dauerbetrieb mit weichen Dichtlippen-Compounds genutzt werden kann. Nach dem verschleißbedingten Abtrag der Schicht der Einschleifhilfe kann als zweite Schicht ein weicher Dichtlippen-Compound auf eine funktionierende Oberflächenstruktur treffen, so dass in dem nun folgenden Regelbetrieb ein insgesamt vergleichsweise geringen Verschleiß erzeugt und eine hohe Standzeit erzielt wird. Die erste Schicht weist dabei als Schutzschicht eine Dicke von vorzugsweise max. 0,15 mm auf. Diese Bemessungsgrenze gilt insbesondere bei Ausbildung der Schutzschicht als vorstehend beschriebene Einschleifhilfe.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Schutzschicht mit einer die eigentliche Dichtlippe teilweise umschließenden Haltenase versehen. Hierdurch wird eine verbesserte Schutzfunktionalität erzielt. Herstellbar ist eine derartige wie auch alle sonstigen Ausführungsformen einer Schutzschicht durch Spritzgießen, Drehen oder Präge-Stanzen insbesondere einer Folie. Auch eine Beschichtung durch Tauchen, Rakeln, Drucken oder Sprühen ist zur Ausbildung einer Schutzschicht als zweiter Schicht an einer Dichtlippe möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist als Mittel zur Reduzierung der Reibung in dem Kontaktbereich der Wellendichtlippe mit dem Abschnitt der Oberfläche der Welle oder der Wellenhülse ein Depot für Fett und/oder andere Betriebshilfsmittel vorgesehen, das beim Einbau der Dichtungsvorrichtung durch die Schutzschicht überdeckt ist. Das Depot ist insbesondere in Form eines an der Dichtlippe vorgesehenen konzentrisch geschlossenen Einstichs ausgebildet, der fertigungstechnisch gut darstellbar ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Dichtungsvorrichtung dadurch eine aus mindestens zwei Schichten aufgebaute Dichtlippe auf, dass die Radialwellendichtscheibe teilweise umlaufend geschlitzt ist und/oder in der Dichtungsvorrichtung mindestens zwei Wellendichtscheiben vorgesehen sind. Alternativ oder zusätzlich ist an einer Radialwellendichtscheibe zumindest im Bereich der Dichtkante mindestens eine Beschichtung vorgesehen. Beide Ausführungsformen bilden eine Dichtungsvorrichtung mit einer aus mindestens zwei Schichten aufgebauten Dichtlippe. Eine Länge und Dicke der Schichten ist jeweils unabhängig zur Erzielung besonderer Eigenschaften einstellbar.
Gemäß einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung weisen die Schichten der Dichtlippe voreinander abweichende Längen und/oder Dicken auf. Sich daraus im Einsatz ergebende Stufungen bilden gegeneinander versetzte, eigene Dichtungszonen, die voneinander unabhängig sind und/oder erst im Zuge eines fortschreitenden Verschleißes zur Aufrechterhaltung einer geforderten Dichtigkeit und damit vorteilhafterweise verlängerter Standzeit einer derartigen Wellendichtung mit der Oberfläche der Welle gebildet werden.
Vorzugsweise ist eine Schicht der Dichtlippe elektrisch leitend ausgebildet, insbesondere durch Wahl eines entsprechend ausgebildeten Materials. In Kontakt mit der Oberfläche der Welle oder der Wellenhülse bildet sich damit eine elektrisch leitende Verbindung. Ein durch fortschreitenden Verschließ der Dichtlippe unterbrochener oder geschlossener Stromkreis kann gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung genutzt werden, um ein Signal zu generieren, so dass z.B. eine externe Warnlampe leuchtet auf. Auf jeden Fall ist damit ein Indikator erzeugbar, um einen mit einem entsprechenden zeitlichen Sicherheitsabstand anstehenden Bauteilaustausch einzuplanen.
Alternativ ist eine Schicht der der Dichtlippe aus einem Material gebildet, das in Kontakt mit der Oberfläche der Welle oder der Wellenhülse einen deutlich abweichenden Reibwert aufweist. Durch einen fortschreitenden Verschließ der der regulär dichtenden Dichtlippe tritt eine Veränderung einer Reibung der sich drehenden Welle oder eines axial verschieblichen Zylinders im oberflächlichen Kontakt mit der zumindest zweischichtig aufgebauten Dichtlippe auf. Diese Veränderung ist ebenfalls als Indikator für einen mit ausreichender auch zeitlicher Betriebssicherheit anstehenden Austausch einer weitgehend verschlissenen Wellendichtung auswertbar.
Ein vorstehend mit Ausführungsformen beschriebenes Funktionsprinzip ist vorteilhafterweise nicht auf eine Abdichtung bei rotatorischer Bewegung einer Welle beschränkt. Eine erfindungsgemäße Wellendichtung ist vorteilhafterweise auch bei Linearbewegung einer Welle bzw. eines Zylinders verwendbar.
Eine vorstehend beschriebene Schutzschicht einer mehrschichtigen Dichtlippe dient in einer Dichtungsvorrichtung sehr vorteilhaft als vorübergehender Schutz der Dichtlippe und besonders vorteilhaft als Schutz einer Dichtlippen mit einer Drallstruktur. Als Einschleifhilfe ausgelegt realisiert eine Schutzschicht eine Oberflächenbearbeitung für nachfolgende Dauerverwendung einer Dichtlippe aus weichen PTFE Compounds. Als Dichtlippenwerkstoff können so auch andere Werkstoffe als Fluorthermoplaste eingesetzt werden. Durch einen Schichtaufbau kann eine Verlängerung der Standzeit einer Dichtungsvorrichtung durch Mechanismen zum Ausgleich von Verschleiß erzielt werden, wobei dem Fachmann insgesamt neue Parameter zur Einstellung von Eigenschaften einer Dichtungsvorrichtung gegeben werden.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

1: ein Ausführungsbeispiel gemäß vorliegender Erfindung mit einer geschnittenen Seitenansicht der rotationssymmetrischen Anordnung;
2: ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß 1;
3: eine vergrößerte Einzelheit von 2;
4a und 4b: weitere Ausführungsbeispiele in einer Darstellung gemäß 1;
5 ein Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik in einer Darstellung analog der von 1 und
6: ein weiteres bekanntes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung analog derer der vorhergehenden Figuren.

Über die verschiedenen Abbildungen und Ausführungsbeispiele hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne Beschränkung der Erfindung auf diesen Anwendungsfall werden nachfolgend nur Radialwellen-Dichtungsvorrichtungen beschrieben.
5 stellt eine bekannte Radialwellen-Dichtungsvorrichtung 1 dar, die zur Abdichtung eines Maschinengehäuses 2 an einer aus einem druckbelasteten Innenraum D austretenden Welle 3 gegenüber einer äußeren Umgebung A ausgebildet ist. Die Radialwellen-Dichtungsvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 4, in dem eine Radialwellendichtscheibe 5 durch einen Profilring 6 gegen eine Sekundärdichtung 7 aus einem polymeren Werkstoff gedrückt wird, um die in gestrichelter Linie gezeichnete Radialwellendichtscheibe 5 in ihrer Lage zu fixieren und im Kontakt mit dem Profilring 6 und der Sekundärdichtung 7 abzudichten. Aus dieser Fixierung heraus erfolgt die Verformung durch Einführen der Welle 3, durch die eine Vorspannung erzeugt wird, um eine freie Dichtlippe 8 auf die Welle 3 zu drücken. Die Dichtlippe 8, die hier aus PTFE besteht, wirkt mit einem eng benachbarten Abschnitt 9 einer Oberfläche 10 der Welle 3 zusammen, um eine Dichtungsfunktionalität zwischen der drehenden Welle 3 und der Radialwellen-Dichtungsvorrichtung 1 hervorzurufen.
Um den Verschleiß an der Dichtlippe 8 in Kontakt mit der Oberfläche 10 gering zu halten, wird nach dem Stand der Technik eine hohe Oberflächengüte zumindest in einem Abschnitt 9 gefordert, in dem ein freies Ende 11 der Dichtlippe 8 als Dichtkante mit der Oberfläche 10 der Welle 3 in Kontakt steht. Geringe Rauheiten dieser Oberfläche mit R_z von 1-3 µm sind üblich und werden i.d.R. durch Schleifen realisiert.
In der Praxis können durch Umformung der Dichtlippe 8 und/oder bei der Montage der Radialwellendichtscheibe 5 leicht Beschädigungen insbesondere der Dichtkante 11 als freiem Ende der Dichtlippe 8 verursacht werden. Hierdurch können schon direkt bei einer ersten Inbetriebnahme Undichtigkeiten auftreten, zumindest kann eine Standzeit einer derartig vorgeschädigten Dichtungsvorrichtung 1 stark vermindert werden.
Als Abhilfe zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer geschnittenen Seitenansicht der rotationssymmetrischen Anordnung einer Radialwellen-Dichtungsvorrichtung 1 als Abwandlung der Radialwellen-Dichtungsvorrichtung 1 nach 5. Um die Betriebssicherheit einer Wellendichtungsvorrichtung 1 deutlich zu erhöhen zeigt 1 in einer gegenüber 5 um ein Formgebungselement 12 zur Vorformung der Dichtlippe 8 erweiterten Anordnung eine Dichtlippe 8, die hier nun zweischichtig aufgebaut ist. Vor der Dichtlippe 8 ist hier nun in Kontakt mit der Oberfläche 10 der Welle 3 eine erste Schicht 13 angeordnet. Durch diese erste Schicht 13 als Schutzschicht werden durch Umformung und/oder Montage verursachte Beschädigungen nun von der eigentlichen Dichtlippe 8 als zweiter Schicht effektiv abgehalten.
Diese erste Schicht 13 bzw. Schutzschicht ist in dem Ausführungsbeispiel von 1 als eigenständige Radialwellendichtscheibe 5 ausgebildet, der in direkter Anlage mit der Radialwellendichtscheibe 5 zusammen in dem Gehäuse 4 der Dichtungsvorrichtung 1 durch den Profil- oder Winkelring 6 gegen die Sekundärdichtung 7 gedrückt wird. Im Vergleicht mit der eigentlichen Radialwellendichtscheibe 5 ist die erste Schicht 13 mit einer Dicke d₂ von unter 0,15 mm gegenüber einer Dicke d₁ der Dichtlippe 8 vergleichsweise dünn. Da die erste Schicht 13 aber nur die Funktion einer Schutzschicht bis zum Abschluss einer Montage der Dichtungsvorrichtung 1 auf der Welle 3 zu erfüllen hat, soll sie sich durch geplanten Verschleiß im Zuge des Einlaufens verbrauchen. Die durch die erste Schicht 13 gebildete Schutzschicht ist also durch Anordnung, Dicke d₂ und verwendetes Material so ausgelegt, dass die erste Schicht 13 die Dichtlippe 8 mindestens in einem für eine gute Dichtwirkung erforderlichen Umfang abdeckt und erst nach einem Einlaufen freigibt. Die Abbildung von 1 stellt somit eine Situation vor dem Einlaufen dar. Nach dem Einlaufen steht dann nur die Dichtlippe 8 zur Bewirkung der vorbestimmten Abdichtungsfunktion in Kontakt mit der Oberfläche 10 der Welle 3.
Diese geplante Verschleißverhalten der ersten Schicht 13 kann über einen Einbauschutz für die Dichtlippe 8 hinaus aber noch weiter sehr vorteilhaft genutzt werden. Dazu ist die erste Schicht 13 dazu ausgebildet, durch Abrasivstoffe eine definierte Einschleifhilfe zur Herstellung einer drallfreien Oberfläche der Welle 3 in dem in Kontakt mit der Dichtlippe 8 stehenden Abschnitt 9 der Oberfläche 10 zumindest beim Einlaufen der Radialwellendichtung 1 zu bilden. Dieses zeichnerisch nicht weiter dargestellte Ausführungsbeispiel ist besonders vorteilhaft bei einer Wellenoberfläche 10 mit deutlich zu hoher Rauheit einsetzbar. Ohne einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt an der Welle 3 wird durch die erste Schicht 13 als Einschleifhilfe im Zuge des Einlaufens der Dichtungsvorrichtung 1 eine deutliche verbesserte Oberflächengüte geschaffen, die der Dichtungsvorrichtung 1 eine lange Standzeit verschafft.
Zur Erhöhung der Dichtigkeit weist eine bekannte Dichtlippe 8 gemäß 6 an einem freien Ende 11 eine Drallstruktur 14 auf. Diese Drallstruktur 14 umfasst spiralförmig verlaufende Einstiche oder Ausnehmungen 15 an dem mit der Oberfläche 10 der Welle 3 in Kontakt stehenden freien Ende 11 der Dichtlippe 8. Bei einer entsprechenden Drehbewegung der Welle 4 in einer festgelegten Drehrichtung wird durch diese Anordnung eine hydrodynamische Pumpe mit einer Fluidförderung entgegen einem Druckgefälle zwischen Innenraum D und Außenraum A gebildet. Dieser Aufbau wird auch als hydrodynamischer Rückförderdrall bezeichnet, der bei Rotation der Welle 3 entlang eines Pfeils F_r auch bei Einwirkung einer axialen Komponente F_a wirksam bleiben soll.
Bei allen bekannten Bauformen von Radialwellendichtungen 1 ist nachteilig, dass bei einer Umformung und/oder Montage einer Radialwellendichtscheibe 5 diese i.d.R. an der Dichtkante 11 oder generell an dem freien Ende der Dichtlippe 8 stark beansprucht wird, wodurch eine Beschädigung oder Deformation gerade an der Dichtkante 11 auftreten kann. Beschädigungen an der Dichtkante 11 und/oder der Dichtlippe 8 führen fast immer zu einer Undichtheit und damit zu einer Leckage. Bei Radialwellen-Dichtlippen 8 mit einer eingedrehter Drallstruktur 14 kommt es zudem häufig zu einem Zusammendrücken der in diesem Bereich durch Rillen 15 gebildeten Drallkanäle, wodurch die zusätzliche dynamische Förder- bzw. Dichtwirkung dieser besonderen Bauart einer Dichtlippe 8 nicht mehr vorhanden ist. Des Weiteren muss auch die Gegenlauffläche der Dichtlippe 8 als Abschnitt 9 der Welle 3 eine bestimmte Oberflächenqualität aufweisen und drallfrei sein. Ist eine der vorstehend genannten Bedingungen nicht erfüllt, kann dies direkt zu einer Leckage oder über einen zu starken Dichtlippenverschleiß kurzfristig zu einer fortschreitenden Leckage führen. Für eine gute und zuverlässige Abdichtung ist also vor und während der Montage besonders darauf zu achten, dass die Dichtlippe 8 nicht beschädigt wird. Dabei ist besonders bei Drallstrukturen 14 an der Dichtkante 11 der Dichtlippe 8 zu vermeiden, wobei derartige Drallstrukturen 14 zur Verbesserung des dynamischen Abdichtverhaltens des Dichtflächenbereiches vorgesehen sind, die gegenüber Beschädigungen sehr empfindlich sind. Zudem muss eine entsprechend hohe Oberflächengüte im Kontaktbereich der Dichtlippe mit der Oberfläche der betreffenden Welle gegeben sein. Durch die erste Schicht 13 ist eine ausreichende Schutzfunktionalität sowie eine Schaffung einer hohen Oberflächenqualität durch das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel realisierbar.
Eine weitere Verbesserung ist in 2 dargestellt. Hier ist die Schutzschicht 13 ist mit einer die Dichtlippe 8 teilweise umschließenden Haltenase 16 versehen. Durch die Haltenase 16 verbleibt die erste Schicht 13 als Schutz über der Dichtlippe 8 und verhindert damit eine Beschädigung der Drallstrukturen 14 sowie der Dichtkante 11. Dieser Schutz wirkt durch die Umklammerung der Nase 16 als Haltenase sogar unabhängig davon, in welcher Richtung die Welle 3 in die Dichtungsvorrichtung 1 eingeschoben wird. Hierzu zeigt 3 eine Vergrößerung aus 2 im Bereich der Nase 16. Erst durch Verschleiß während einer eingeplanten Einlaufzeit wird die Nase 16 entfernt und gibt insbesondere die Dichtkante 11 ohne Beschädigung frei.
Ferner weist die Dichtlippe 8 außerhalb der Drallstrukturen 14 ein Depot 17 auf, das als Kavität mit einem Schmiermittel oder einem sonstigen Hilfsstoff gefüllt ist. Aufgrund der Abdeckung durch die Schicht 13 wird das Depot 17 erst im Zuge des Verschleißens der Schicht 13 geöffnet, um dann den darin enthaltenen Hilfsstoff in Kontakt mit der Oberfläche 10 der Welle 3 abzugeben. Der Raum für das Depot 17 wird durch einen konzentrisch geschlossenen Einstich 18 in der Dichtlippe 8 nahe der Dichtkante 11 geschaffen.
Die erste Schicht 13 ist dabei auf verschiedene Weisen herstellbar: Als separates Bauteil ist die erste Schicht 13 durch Spritzgießen, Drehen oder Präge-Stanzen insbesondere einer Folie herstellbar. Aber die erste Schicht 13 kann auch als Beschichtung durch Tauchen, Rakeln, Drucken oder Sprühen zur Ausbildung einer Schutzschicht auf der Dichtlippe 8 angeordnet sein.
Jenseits eines Einbauschutzes kann die erste Schicht 13 aber auch als Verschleißanzeiger ausgebildet sein. Dazu ist eine Schicht der Dichtlippe 8 elektrisch leitend ausgebildet. In Kontakt mit der Oberfläche 10 der Welle 3 bildet sich damit eine elektrisch leitende Verbindung. Ist die erste Schicht 13 nicht elektrisch leitend, das Material der Dichtlippe 8 hingegen schon, so wird zum Abschluss des Einlaufens durch fortschreitenden Verschließ der ersten Schicht 13 ein Stromkreis über die Welle 3 geschlossen. Das wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genutzt, um ein Signal zu generieren. Anders herum kann eine weitere Schicht aus elektrisch leitendem Material in einem sonst isolierenden Aufbau genutzt werden, durch eine externe Warnlampe o.ä. einen fortgeschrittenen Verschleiß der Dichtlippe 8 anzuzeigen. Auf jeden Fall ist damit ein Indikator erzeugbar, um einen mit einem entsprechenden zeitlichen Sicherheitsabstand anstehenden Bauteilaustausch einzuplanen.
Darüber hinaus zeigen die Abbildung der 4a und 4b eine Dreischicht-Anordnung zur verlängerten Standzeit einer Wellendichtung 1. In Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von 1 sind in 4a drei Wellendichtscheiben 5, 5', 5" als Stapel in dem Gehäuse 4 fixiert. Anhand der gestrichelt eingezeichneten nicht umgeformten Ausgangsposition der drei Wellendichtscheiben 5, 5', 5" als Stapel ohne Vorspannung durch die Welle 3 sind Längenunterschiede erkennbar. Durch diese Längenunterschiede kommt es nach dem Einsetzen der Welle 3 dazu, dass in diesem Ausführungsbeispiel nur die Dichtscheibe 5 mit der Dichtkante 11 in Kontakt mit einem Bereich 9 der Oberfläche 10 der Welle 3 steht. Nach Art einer Blattfeder drücken die anderen Dichtlippen 8', 8" der Wellendichtscheiben 5', 5" auf die Dichtlippe 8 und erhöhen damit eine axiale Anpresskraft. Mit fortschreitendem Verschleiß der der Dichtkante 11 erweitert sich bei abnehmender axialer Anpresskraft der Bereich 9 von einer Kreislinie zu einem Zylindermantel, wobei nun fortschreitend auch die Dichtkanten 11', 11" eigene Kontaktbereiche 9', 9" an der Oberfläche 10 der Welle 3 bilden. Durch die gewählten Längenverhältnisse weist zu einem Zeitpunkt des laufenden Betriebs jede der Dichtlippen 8, 8', 8" nach einem separaten Einschleifvorgang eigene Dichtungsbereiche 9, 9', 9" auf. Da mit fortschreitendem Verschleiß auch eine axiale Anpresskraft bzw. eine Vorspannung dementsprechend abnimmt wirkt diese Erweiterung des abdichtenden Kontaktbereichs 9, 9', 9" einer absinkenden Dichtigkeit im Sinne einer Kompensation entgegen. Damit ist eine hohe Standzeit realisierbar. Sind in 4a die drei Wellendichtscheiben 5, 5', 5" als aus dem gleichen Material bei gleicher Stärke d₁ , d'₁ , d"₁ dargestellt, so können durch Variation auch dieser Parameter die Eigenschaften einer Radialwellendichtung 1 über einen jeweiligen Verschleiß hinweg eingestellt werden.
Die Abbildung von 4b zeigt eine Alternative zu der vorstehend beschriebenen Bauform einer Radialwellendichtung 1 nach 4a. Hier ist nur eine Wellendichtscheibe 5 vorgesehen, an der jedoch durch konzentrisch geschlossene tiefe Einstiche 18 zur Ausbildung separater Dichtlippen 8, 8, 8 gleicher Stärke bzw. Dicke d₁ führen. Im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel von 4a ergibt sich durch diese Einstückigkeit ein einfacheres Einbinden der Dichtscheibe 5 in das Gehäuse 4 unter leichterer Kontrolle einer Konzentrität der Dichtungsvorrichtung 1 gegenüber der Welle 3. Aufgrund der Verformung der Wellendichtscheibe 5 beim Einführen der Welle 3 würde eine solche Bauform auch ohne gestufte Längen der Dichtlippen 8, 8, 8 zu dem zu 4a beschriebenen Effekt einer nicht zeichnerisch dargestellten, betriebsbedingten Ausbildung jeweils eigener Dichtungsbereiche in Abschnitten 9, 9', 9" an der Oberfläche 10 der Welle 3 führen. Die gewählte Abstufung verstärkt diesen Effekt jedoch, was zur Einstellung vorteilhafter Eigenschaften bei verlängerter Standzeit einer derartigen Wellendichtung 1 vorteilhaft genutzt werden kann. Auch wäre eine Variation der einzelnen Schicht-Dicken d₁ , d'₁ , d"₁ möglich, wenngleich in den Abbildungen der 4a und 4b stets gleiche Dicken d₁ , d'₁ , d"₁ vorgesehen sind.
Ohne weitere zeichnerische Darstellung wird abschließend ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dreischicht-Anordnung als Form einer Mehrschicht-Anordnung zur Verlängerung einer Standzeit einer Wellendichtung 1 angegeben: Für die Abdichtung durch eine Radialwellendichtung 1 ist eine bestimmte radiale Anpressung erforderlich. Oftmals ist der Verschleißweg der Dichtlippe deutlich geringer als eine Dicke der Dichtlippen 8. In diesen Fällen wird nun durch eine dünnen, verschleißfesten und in der Regel vergleichsweise teuren Compound die Abdichtung realisiert. Auf dieser dünnen Dichtlippe wird eine zweite Dichtlippe aufgelegt, die nur für die Einstellung erwünschter radialer Anpressverhältnisse der dünnen Dichtlippe sorgt.
Zusammen mit einer ersten Schicht als Einbauschutz der Dichtlippe 8 ergibt sich damit eine Dreischicht-Anordnung, die als Stapel von drei Radialwellendichtscheiben 5, 5', 5" aus unterschiedlichen Materialien hergestellt und in das Gehäuse 4 der Dichtungsvorrichtung 1 eingesetzt durch den Profilring 6 abdichtend gegen die Sekundärdichtung 7 gedrückt wird. In diesem modularen Aufbau ist das Formgebungselement 12 von 1 als weiteres Mittel zur vorbestimmten Einstellung einer radialen Anpresskraft vorteilhaft einsetzbar.
Bezugszeichenliste

1: Dichtungsvorrichtung
2: Maschinengehäuse
3: austretende Welle
4: Gehäuse der Dichtungsvorrichtung 1
5: Wellendichtscheibe 5' zweite Wellendichtscheibe 5" dritte und weitere Wellendichtscheibe
6: Profilring / Winkelring / Deckscheibe
7: Sekundärdichtung z.B. aus einem Elastomer
8: freie radiale Dichtlippe der Wellendichtscheibe 5 8' Dichtlippe der Wellendichtscheibe 5' 8" Dichtlippe der Wellendichtscheibe 5"
9: Abschnitt der Oberfläche 10 der Welle 3
10: Oberfläche der Welle 3
11: Dichtkante / freies Ende der Dichtlippe 8 mit stärkstem Kontakt mit Oberfläche 10 der Welle 3 im Abschnitt 9 11' Dichtkante der Dichtlippe 8' 11" Dichtkante der Dichtlippe 8"
12: Formgebungselement
13: erste Schicht der Wellendichtscheibe 5
14: Drallstruktur
15: Rille
16: Haltenase, an der ersten Schicht 13 ausgebildet
17: Depot mit Fett oder sonstigem Hilfsmittel gefüllt
18: tiefer, geschlossener Einstich
A: äußere Umgebung
D: druckbelasteter Innenraum
d₁: Dicke der Wellendichtscheibe 5 an der Dichtlippe 8,...
d₂: Dicke der ersten Schicht 13
F_r: gebogener Pfeil / Drehbewegung der Welle 3
F_a: Pfeil / axiale Bewegung der Welle 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014100577 A1 [0003]
DE 3126716 A1 [0003]
DE 102016120219 A1 [0003]
DE 102016205057 A1 [0003]

Claims

Dichtungsvorrichtung (1) zur Abdichtung eines Innenraums (D) eines Maschinengehäuses (2) an einer austretenden Welle (3) oder einer Wellenhülse gegenüber einer äußeren Umgebung (A), die eine Wellendichtscheibe (5) mit eigenem Gehäuse (4) zur Fixierung in dem Maschinengehäuse (2) oder einem Gehäusedeckel aufweist, und eine Dichtlippe (8) mit einem eng benachbarten Abschnitt (9) einer Oberfläche (10) der Welle (3) oder der Wellenhülse zusammenwirkt, um eine Dichtwirkung hervorzurufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (8) aus mindestens zwei Schichten (8, 8', 8", 13) aufgebaut ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (8) mindestens in einem durch Umformung und/oder Montage beanspruchten Bereich des freien Endes (11) der Dichtlippe (8) eine Schutzschicht in Form einer ersten Schicht (13) aufweist, die beim Einbau zum Kontakt mit der Oberfläche (10) der Welle (3) oder der Wellenhülse bestimmt ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die erste Schicht (13) gebildete Schutzschicht durch Anordnung, Dicke (d₂) und/oder verwendetes Material so ausgelegt ist, dass sie die Dichtlippe (8) mindestens in einem für eine gute Dichtwirkung erforderlichen Umfang abdeckt und erst nach einem Einlaufen freigibt.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (13) dazu ausgebildet ist, durch Abrasivstoffe eine definierte Einschleifhilfe zur Herstellung einer drallfreien Oberfläche der Welle (3) oder einer Wellenhülse in dem in Kontakt mit der Dichtlippe (8) stehenden Abschnitt (9) der Oberfläche (10) zumindest beim Einlaufen der Wellendichtung (1) zu bilden, insbesondere bei einer Wellenoberfläche (10) mit deutlich zu hoher Rauheit, wobei die erste Schicht (13) als Schutzschicht vorzugweise eine Dicke (d₂) von max. 0,15 mm aufweist, insbesondere bei Ausbildung als Einschleifhilfe.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (13) mit einer die Dichtlippe (8) teilweise umschließenden Haltenase (16) versehen ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Reduzierung der Reibung in dem Kontaktbereich der Wellendichtscheibe (5) mit dem Abschnitt (9) der Oberfläche (10) der Welle (3) oder der Wellenhülse ein Depot (17) für Fett und/oder andere Betriebshilfsmittel vorgesehen ist, das beim Einbau der Dichtungsvorrichtung (1) durch die erste Schicht (13) insbesondere in Form eines an der Dichtlippe (8) vorgesehenen konzentrisch geschlossenen Einstichs (18) überdeckt ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 2 - 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsvorrichtung (1) dadurch eine aus mindestens zwei Schichten (8, 13) aufgebaute Dichtlippe (8) aufweist, dass in der Dichtungsvorrichtung (1) mindestens zwei Wellendichtscheiben (5, 5', 5") vorgesehen sind und/oder an der Wellendichtscheibe (5) zumindest im Bereich der Dichtlippe (8) mindestens eine Beschichtung vorgesehen ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (8, 8', 8", 13) voreinander abweichende Längen und/oder Dicken (d₁) aufweisen.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (13) durch Wahl eines entsprechend ausgebildeten Materials elektrisch leitend ausgebildet ist und in Kontakt mit der Oberfläche (10) der Welle (3) oder der Wellenhülse eine elektrisch leitende Verbindung bildet.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (13) aus einem Material gebildet ist, das in Kontakt mit der Oberfläche (10) der Welle (3) oder der Wellenhülse einen deutlich von dem der Dichtkante der regulär dichtenden Dichtlippe (8) abweichenden Reibwert aufweist.