DE10308479A1

DE10308479A1 - Vorrichtung und Welle

Info

Publication number: DE10308479A1
Application number: DE2003108479
Authority: DE
Inventors: René RICHERT
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: DE10308479B4

Abstract

Vorrichtung, umfassend ein Gehäuseteil, eine Welle mit mindestens einem Wellenabschnitt und einen Wellendichtring, der Wellenabschnitt eine Lauffläche für mindestens eine Dichtlippe des Wellendichtrings umfasst, wobei der Wellenabschnitt ein Rotationskörper ist, dessen Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung nicht konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und eine Welle.
Radialwellendichtringe sind aus den Schriften DE 41 05 746 A1 , DE 44 06 959 A1 , DE GM 76 16 124 , DE 199 36 511 , DE 3929 065 A1 , DE 40 12 160 A1 , GB 568 483 und DE 195 22 890 C1 beispielhaft bekannt und im Folgenden wird unter der Oberbegriff Radialwellendichtring für die in diesen Schriften gezeigten Arten von Mitteln zum Abdichten verwendet.
Unter manchen Betriebsbedingungen ist die Versorgung dieser Radialwellendichtringe mit Schmierstoff und somit auch die Lebensdauer vermindert. Beispielhaft sind hier niedrige Temperaturen, hohe Viskosität und schlechte Oberflächenspannungswerte im Vergleich zum Material der Welle oder zum Material des Wellendichtrings zu nennen.
Vorrichtungen, die eine Welle mit Radialwellendichtring zum Abdichten eines ersten Raumbereiches auf der ersten Stirnseite des Wellendichtrings gegen einen zweiten Raumbereich auf der zweiten Seite des Wellendichtrings umfassen, weisen oft Teile und konstruktive Ausführungen auf, die dem Schmierstoff, also beispielsweise Fett, Schmierfett, Öl, Fließfett, Schmieröl, es erschweren zur Dichtlippe des Wellendichtrings zu gelangen. Bei solchen Vorrichtungen ist also die Versorgung des Schmierfilms zwischen Dichtlippe und Welle nicht ausreichend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Welle mit Radialwellendichtring weiterzubilden unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile. Insbesondere soll die Lebensdauer der Dichtung in kostengünstiger Weise verbessert werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 1 oder 2 oder 13 oder bei der Welle nach den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass die Vorrichtung zumindest

– ein Gehäuseteil,
– eine Welle, umfassend mindestens einen Wellenabschnitt, und
– einen Wellendichtring mit mindestens einer Dichtlippe umfasst und

Von Vorteil ist dabei, dass der Schmierstoff, welcher sich in den Nachbarbereichen zur Dichtlippe auf der Oberfläche der Welle befindet, mittels der wirksamen Kräfteverteilung, also wesentlich auch mittels der Zentrifugalkräfte, zum Wellendichtring hin befördert wird. Denn bei einer nicht-verschwindenden Steigung und/oder endlichen Krümmung besteht in axialer Richtung auf der Oberfläche des Wellenabschnitts ein Zentrifugalkraftgefälle, das somit eine Strömung des Schmierstoffs anzutreiben vermag. Bei geschickter Auslegung, insbesondere Auswahl der Steigung und/oder Krümmung im Bereich der Dichtlippe, lässt sich somit die Versorgung des Schmierfilms zwischen Dichtlippe und Welle verbessern und die Lebensdauer des Wellendichtrings vergrößert. Bei anders ausgeführter Steigung oder Krümmung der Welle in axialer Richtung ist auch ein Wegtransportieren von Schmierstoff von der Dichtlippe hinweg ausführbar. Dies führt bei manchen Vorrichtungen dann zur Vergrößerung der Lebensdauer, wenn ohne dieses Wegtransportieren eine Überversorgung des Wellendichtrings auftreten würde.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellenabschnitt ein Kegelabschnitt. Insbesondere ist also der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung eine lineare Funktion, steigt also proportional zur Länge an. Von Vorteil ist dabei, dass er besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steigung einen nicht-verschwindenden Wert zwischen 0.3 Grad und 1 Grad auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verbesserung der Schmiertilmversorgung im Bereich der Dichtlippe erreichbar ist, wobei die Geometrie des Wellendichtrings nach Stand der Technik auslegbar ist.
Insbesondere weist die Steigung einen nicht-verschwindenden Wert zwischen 0.01 Grad und 5 Grad auf. Von Vorteil ist dabei, dass in diesem Bereich besonders vorteilhafte Wirkungen der Schmierfilmversorgung der Dichtlippe erzielbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung eine Polynomialfunktion oder eine logarithmische Funktion. Von Vorteil ist dabei, dass eine noch weiter verbesserte Versorgung des Schmierfilms und Abtransport von Schmutz erreichbar ist, wobei die Herstellung mittels CNC-Werkzeugmaschinen ebenfalls einfach und kostengünstig ist.
Alternativ ist bei der Erfindung wesentlich, dass der Wellenabschnitt ein Rotationskörper ist, dessen Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung monoton steigende Bereiche umfasst, wobei mindestens ein die Lauffläche umfassender zylindrischer Bereich vorgesehen ist.
Von Vorteil ist dabei, dass der Bereich der Lauffläche eine Reservoirfunktion für Schmierstoff erfüllen kann. Insbesondere dann, wenn der Bereich einen etwas kleinerer Radius aufweist, ist diese Reservoir-Funktion verbessert.
Wesentliches Merkmal bei der Erfindung ist, dass die Welle mindestens einen Wellenabschnitt umfasst, wobei der Wellenabschnitt ein Rotationskörper ist, dessen Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung mindestens einen monoton steigenden Bereich umfasst, der zum Zweck des Schmierstofftransports oder Schmutzabfuhr vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der Geometrievorgabe, also der Steigung und/oder Krümmung des monoton steigenden Bereichs während des Betriebs, also beim Rotieren der Welle und somit Wirken von Zentrifugalkräften, eine Transportaufgabe ausführbar ist. Insbesondere ist Schmierstoff oder Schmutz in die entsprechende Richtung transportierbar. Vorteiligerweise ist diese Transportaufgabe gelöst über die bloße geometrische Gestaltung des Wellenabschnitts. Das Transportieren ist dabei sogar steuerbar mittels der vorgegebenen Drehzahl der Welle.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist der Ausschnitt einer Vorrichtung mit erfindungsgemäßer Welle mit einem zugehörigen Wellendichtring 4 in Schnittansicht skizziert, wobei sich Schmierstoff zumindest im Bereich zwischen Wellendichtring 4 und Lager 6 befindet.
In der 2 ist eine erfindungsgemäße Welle mit einem zugehörigen Wellendichtring 24 in Schnittansicht skizziert, wobei sich Schmierstoff zumindest im Bereich außerhalb des Wellendichtrings 4 befindet, also auf der vom Lager 6 abgewandten Seite vom Wellendichtring 24 aus gesehen.
Die Welle weist bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen nach den beiden Figuren in axialer Richtung mehrere Wellenabschnitte 1, 2, 3 auf, wobei die Wellenabschnitte 1 und 3 beispielhaft im Wesentlichen zylindrische Abschnitte sind. Der erfindungswesentliche Wellenabschnitt 2 weist in axialer Richtung keinen konstanten Radius auf sondern einen in axialer Richtung in der Zeichnung von links nach rechts, also auf das Lager 6 zu, abnehmenden Radius. Der Radius ist also eine nicht-konstante Funktion der Länge in Achsrichtung.
Der Wellenabschnitt 2 ist als Drehkörper ausgeführt. Dies bedeutet, dass er mittels des Radius-Wertes als Funktion der Länge in Achsrichtung definiert ist. Diese Funktion weist erfindungsgemäß eine endliche Steigung auf oder eine endliche Krümmung. Ein unendlich großer Krümmungswert oder eine Steigung Null würde hingegen bedeuten, dass keine Veränderung des Radius in Abhängigkeit von der Länge in Achsrichtung vorliegt, der Wellenabschnitt also als gewöhnlicher Zylinderabschnitt ausgeführt ist.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Wellenabschnitt als einfach und kostengünstig zu fertigender Kegelabschnitt ausgeführt.
Der Wellendichtring 4, 24 umfasst eine Dichtlippe und eine Staublippe. Zwischen der Oberfläche der Welle im Bereich des Wellenabschnittes 2 und der Dichtlippe des Wellendichtrings (4, 24) befindet sich ein dünner Film von Schmierstoff.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Wellendichtring in verschiedenen Arten ausgeführt. Insbesondere ist er derart ausgeführt, dass eine rückführende Pumpwirkung für den Schmierstoff vorgesehen ist. Dazu ist er mit einer Dichtlippe ausgestattet, die in Umfangrichtung sinusförmig verläuft, wobei der Sinus in Achsrichtung verläuft. Mittels Wahl der Steigung oder der Krümmung ist erreichbar, dass der Schmierstoff vom Wellendichtring weg oder auf ihn zu transportierbar ist. Bei Vorrichtungen, die derart ausgeführt sind, dass zu viel Schmierstoff im Bereich der Dichtlippe auftreten kann, ist die Wegführung vorteilhaft. Bei Vorrichtungen hingegen, die derart ausgeführt sind, dass zu wenig Schmierstoff im Bereich der Dichtlippe vorhanden sein kann, ist die Zuführung vorteilhaft.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist er mit einer oder mehreren Dichtlippen und/oder Staublippen ausgeführt. Er ist auch in zwei oder mehreren Teilen ausführbar, die axial hintereinander angeordnet sind und jeweils zumindest eine Dichtlippe tragen oder zumindest teilweise ineinander gesteckt sind und jeweils zumindest eine Dichtlippe tragen.
Unter Radialwellendichtringe sind bei der vorliegenden Erfindung alle Arten von Wellendichtringen oder Dichtungen zu verstehen, an der die Erfindung analog einsetzbar ist. Erfindungswesentlich ist dabei der Gedanke, dass mittels der Topologie der Oberfläche des von der Dichtung zum Abdichten berührten oder mittelbar über einen Schmierfilm berührten Teils eine Kraftverteilung erzeugbar ist, die zu einer effektiven, auf den Schmierstoff wirkenden Kraft in Richtung auf die Berührfläche oder Berührlinie oder davon weg erzeugbar ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Teil eine Welle und die Kraftverteilung eine Zentrifugalkraftverteilung, die mittels der Topologie nicht-konstanter Steigung erzielt wird.
Die Vorrichtung ist vorteiligerweise ein Getriebe, wie Stirnrad-, Kegel- oder Planetengetriebe. Dabei ist die Welle eine schnell laufende Welle. Gerade bei solchen Wellen ist die Schmierstoffversorgung der Dichtlippe des Wellendichtrings besonders wichtig für die Lebensdauer des Wellendichtrings.
Mittels der Steigung ist im Vergleich zu einem bloßen konstanten zylindrischen Wellenabschnitt ein Zentrifugalkraftfeld bewirkt, das zusätzliche Strömungen zur Folge hat, insbesondere wird Schmierstoff in Richtung auf die Dichtlippe zu bewegt, wenn die Steigung oder Krümmung entsprechend gewählt ist, und somit die Zentrifugalkraftänderung entsprechend wirkt. Besonders vorteilhaft weist die Steigung einen nicht-verschwindenden Wert zwischen 0.3 Grad und 1 Grad auf. Aber auch Werte zwischen 0.01 Grad und 5 Grad sind vorteilig.
Bei der Ausführung mit einer nicht-konstanten Steigung, beispielhaft nach 2, wird auf der einen Seite des Wellendichtrings Schmierstoff zur Dichtlippe hin transportiert. An der anderen Seite auftretender Schmutz, Staub oder dergleichen wird sogar abtransportiert von der Dichtlippe. Bei Verwendung eines Wellendichtrings mit auf den Schmierstoff wirkender, rückpumpender Förderwirkung muss diese selbstverständlich abgestimmt werden mit der erfindungsgemäßen Zentrifugalkraftverteilung.
Weiterer Vorteil der Erfindung über die verbesserte Versorgung des Schmierfilms zwischen Dichtlippe und Welle hinaus ist auch die verbesserte Wärmeabfuhr an der Dichtlippe, wobei die Wärmeabfuhr wegen der verbesserten Schmierstoffversorgung verbessert oder optimiert ist.
Als, beispielhaft mit CNC-Werkzeugmaschinen, leicht herstellbare Funktionen des Radius in Abhängigkeit von der Länge in Achsrichtung im Wellenabschnitt 2 ist vorteiligerweise eine Polynomialfunktion oder eine logarithmische Funktion zu verwenden. Dabei ist dann die Krümmung optimiert abstimmbar auf die sonstigen Parameter des Wellendichtrings.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen steigt der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung monoton an und umfasst mindestens einen konstanten Teilbereich, insbesondere einen kleinen Teilbereich. Auf diese Weise wird nämlich der Schmierstoff in den streng monotonen Teilbereichen der Funktion in Richtung zu Dichtlippe hin transportiert. Die konstanten Teilbereichen erfüllen dann die Funktion eines Reservoirs für Schmierstoff. Dies ist in 3 gezeigt, wobei dort der Schmierstoff zum konstanten Plateau hingeführt wird und dort sich ansammeln kann.
Insbesondere können die Teilbereiche auch mit einem etwas kleineren Radius ausgeführt werden, also abgesetzt werden, wie in 4 gezeigt. Somit ist ein vergrößertes Reservoir vorhanden.
Bei beiden 3 und 4 läuft der Wellendichtring 34 auf einer konstanten Lauffläche, wie auch vom Stand der Technik her bekannt. Der Wellendichtring 34 ist also nach Stand der Technik in diesen Ausführungsbeispielen. Der Wellenabschnitt 2 weist jedoch Bereiche mit ansteigendem Radius auf und transportiert somit Schmierstoff zum Wellendichtring 34 hin und Schmutz vom Wellendichtring 34 weg.

1: weiterer Wellenabschnitt
2: Wellenabschnitt
3: weiterer Wellenabschnitt
4: Wellendichtring
5: Gehäuse
6: Lager
24: Wellendichtring
34: Wellendichtring

Claims

Vorrichtung, umfassend zumindest – ein Gehäuseteil, – eine Welle, umfassend mindestens einen Wellenabschnitt, und – einen Wellendichtring mit mindestens einer Dichtlippe, wobei der Wellenabschnitt eine Lauffläche für mindestens eine Dichtlippe des Wellendichtrings umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung und/oder Steigung des Wellenabschnitts in Achsrichtung endliche, nichtverschwindende Werte umfasst.
Vorrichtung, umfassend ein Gehäuseteil, eine Welle mit mindestens einem Wellenabschnitt und einen Wellendichtring, wobei der Wellenabschnitt eine Lauffläche für mindestens eine Dichtlippe des Wellendichtrings umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt ein Rotationskörper ist, dessen Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung nicht konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle am Wellenabschnitt mittels des Wellendichtrings zum Gehäuse hin abgedichtet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt ein Kegelabschnitt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung eine monoton steigende oder eine streng monoton steigende Funktion ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung eine lineare Funktion ist, also proportional zur Länge ansteigt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung einen nicht-verschwindenden Wert zwischen 0.01 Grad und 5 Grad aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung einen nicht-verschwindenden Wert zwischen 0.3 Grad und 1 Grad aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung eine Polynomialfunktion oder eine logarithmische Funktion ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung vom Raumbereich des Schmierstoffs zur Lauffläche hin ansteigt, insbesondere zur verbesserten Zuführung von Schmierstoff zur Lauffläche hin.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung vom Raumbereich des Schmierstoffs zur Lauffläche hin abnimmt, insbesondere zur verbesserten Wegführung von Schmierstoff von der Lauffläche.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung eine monoton steigende oder eine streng monoton steigende Funktion ist.
Vorrichtung, umfassend ein Gehäuseteil, eine Welle mit mindestens einem Wellenabschnitt und einen Wellendichtring, wobei der Wellenabschnitt eine Lauffläche für mindestens eine Dichtlippe des Wellendichtrings umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt ein Rotationskörper ist, dessen Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung monoton steigende Bereiche umfasst, wobei mindestens ein die Lauffläche umfassender zylindrischer Bereich vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Bereich unstetig an die monotone Bereiche angeschlossen ist.
Welle, umfassend mindestens einen Wellenabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenabschnitt ein Rotationskörper ist, dessen Radius als Funktion der Länge in Achsrichtung mindestens einen monoton steigenden Bereich umfasst, der zum Zweck des Schmierstofftransports oder Schmutzabfuhr vorgesehen ist.