DE1700137A1

DE1700137A1 - Axiale Beruehrungsdichtung zwischen einer umlaufenden und einer stillstehenden Dichtflaeche zur Abdichtung von Wellen gegen Fluessigkeitsdurchtritt

Info

Publication number: DE1700137A1
Application number: DE19681700137
Authority: DE
Inventors: Malmstroem Dipl-Ing Sven Erik
Original assignee: Forsheda Gummifabrik AB
Current assignee: Forsheda Gummifabrik AB
Priority date: 1967-02-06
Filing date: 1968-02-01
Publication date: 1970-08-20
Also published as: GB1180492A; FR1553413A; DE1700137B2; SE322382B

Description

Der Patentanwalt
Dipl.-Ing. V.Beyer

Prankfurt/Main Freiherr-vom-Stein-Str.

In Sachen:

PORSHEDA Gummifabrik AB
Porsheda / Schweden

Axiale Berührungsdichtung zwischen einer tunlaufenden und einer stillstehenden Dichtfläche zur Abdichtung von Wellen gegen Flüssigkeitsdurchtritt.

Priorität der schwedischen Patentanmeldung Nr. 1626/67 vom 6. Februar 1967

Die Erfindung betrifft eine axiale Berührungsdichtung zwischen einer umlaufenden und einer stillstehenden Dichtfläche, von denen mindestens die umlaufende Fläche von einem ringförmigen Teil getragen ist, zur Abdichtung von Wellen gegen Flüssigkeitsdurchtritt.

Für die einwandfreie Funktion einer unter Berührung arbeiten- len Flüssigkeitsdichtung, insbesondere einer Manschettendichtung mit Dichtungslippe, müssen eine Reihe Forderunger erfüllt sein. Sowohl die Lippe, wie die Dichtfläche, gegen welche die Lippe anliegt, müssen eine äußerst hohe Oberflächengüte haben. Der spezifische Druck der Lippe gegen αϊ-Dichtfläche muß innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen gehalten werden. Ein allzu hoher Druck ergibt einen unzulässig hohen Eeibungswiderstand und birgt die Gefahr in sich, daß der zwischen der Lippe und der Dichtfläche befindliche Flüssigkeitsfilm durchbrochen wird, woraus Trockenlauf und abnorme Wärmeentwicklung folgen. Beim Überschreiten bestimmter Grenztemperaturen erhärtet auch der Gummi, aus■dem'die■Manschetten--

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dichtung besteht, und die Elastizitätsminderung, die bei einer fest anliegenden Gummilippe unausbleiblich ist, wird gewöhnlich durch ein temperaturbeständiges Federglied kompensiert. Weiterhin darf der spezifische Flächendruck der Dichtungslippe gegen die Dichtfläche nicht allzu niedrig sein, denn daraus kann leicht Leckage folgen.

In letzter Zeit ist man auf eine Möglichkeit zur Herabsetzung des Flächendruckes aufmerksam geworden. Man bedient sich hierzu der Pumpenwirkung, die dann auftritt, wenn den aufeinandergleitenden Flächen eine entsprechende Oberflächen-Q struktur gegeben wird. Hierzu versieht man die eine oder beide Flächen mit einer Spiral- oder Schraubennut. Abgesehen von einem verminderten Leistungsverlust in der Dichtung selbst entsteht eine erhöhte Dichtwirkung, da die Dichtung als Punroe arbeitet, die das öl von der Dichtungsstelle wegbefördert. Ein wesentlicher Nachteil dieser Maßnahme liegt jedoch darin, daß sie lediglich in einer Drehrichtung funktioniert. Sie läßt sich demnach nicht für Wellenabdichtungen mit wechselnder Drehrichtung anwenden«, Ferner bleibt auch bei dieser Art von Dichtungen die Forderung nach einer hohen Oberflächengüte bestehen.

_ Aufgabe der Erfindung ist es, eine axiale Berührungsdichtung ™ der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne die Forderung einer hohen Oberflächengüte an den Dichtflächen und ohne Beschränkung auf eine gleichbleibende Drehrichtung mit einem extrem niedrigen Berührungsdruck auskommt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der umlaufende Ringteil ein oder mehrere den Berührungsbereich überbrückende Durchbrechungen aufweist«

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Dichtung in bezug auf die Beseitigung der vorerwähnten Nachteile bekannter Dichtungen wird nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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Ea zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Dichtung mit einer Manschette in Form eines sogenannten V-Ringes,der auf einer umlaufenden Welle montiert isirund das Kennzeichen der Erfindung aufweist,

Fig. 2a einen Axialschnitt ähnlich Fig. 1 mit einer abweichenden Ausbildung der Durchbrechung in der Dichtlippe und des die andere Dichtfläche j tragenden Teils, ^

Fig. 2b einen Schnitt nach Linie I-I in Fig. 2a,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen V-Ring, der auf einem ortsfesten Maschinenteil sitzt und gegen eine umlaufende Scheibe anliegt,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch eine Dichtmanachette mit zwei Lippen, die beide Je eine Durchbrechung aufweisen, und

Fig. 5 einen Axialschnitt durch die Lagerung und Ab- , J dichtung einer Welle,bei welcher die Dichtung aus einer Manschette mit durchbrochener Dichtlippe auf der Innenseite einer von der Welle durchsetzten Wand und eine Manschette mit vo? *. er Dichtlippe auf der Außenseite dieser Wand begeht.

In Fig. 1 bezeichnet 11 einen sog. V-Ring, der mit Eigenspannung: auf einer umlaufenden Welle 12 sitzt. Die Dichtlippe •ies V-Ringes liegt gegen eine ebene Wand 14 an einem ortsfesten Maschinenteil an. Am umfang der Dichtlippe sind ein oder mehrere Duchbrechungen 15 vorgesehen, die die Räume 16 und 1? beiderseits

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der Lippe 13 verbinden. Unter dem Gesichtspunkt, daß die Dichtung die Aufgabe hat, ein Hinüberströmen von öl oder einer anderen Flüssigkeit aus dem Raum 16, in welchem sich der V-Ring befindet, in den auf der anderen Seite der Wand 14 befindlichen Raum 17 zu verhindern, scheint eine Durchbrechung in der Dichtungslippe 13» durch welche die oben erwähnten Räume ja verbunden werden, mit aller Vernunft im Widerspruch zu stehen.. In Wirklichkeit trifft ^e dies indessen nicht zu, was vermutlich auf folgender Wirkung beruht — (Da hier eine Reihe besonders schwer zu erfassender Faktoren und Kräfte, wie Adhäsion, Kapillarwirkung, Flächenspannungsphänomene, Trägheit, Viskosität usw. mitwirken, ist das Wort "vermutlich" an dieser Stelle angebracht):

Wie eingangs erwähnt, ist ein gewisser Flächendruck erforderlich, um die Dicke des Ölfilms zwischen der Dichtlippe 13 und der Wand 14- so klein zu halten, daß keine Leckage entsteht. Bei vermindertem Flächendruck ist die Gefahr einer Leckage groß. Unter allen übrigen Gesichtspunkten wäre es selbstverständlich vorteilhaft, wenn der Anliegedruck der Lippe herabgesetzt werden könnte. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung kann der Anliegedruck ohne weiteres beträchtlich vermindert werden, da eine gewisse Leckagemenge zwischen den Dichtflächen hindurchtreten darf. Das Lecköl wird nämlich durch die Durchbrechung 15 in den Raum 16 zurückgeleitet. Einer solchen Rückleitung steht nichts entgegen, sofern nur die Durchbrechung so groß ist, daß Kapillarkraft, Adhäsion und Flächenspannung zusammen geringer sind als die auf das öl einwirkende Schleuderkraft. Bei den bisherigen Dichtungsausführungen kann hingegen eine solche Rückleitung von Lecköl durch den Spalt zwischen Dichtlippe und gegenüberstehender Dichtfläche nicht stattfinden, denn in diesen Fällen ist die Schleuderkraft geringer als die das öl zurückhaltenden Größen.

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In Pig. 1 ist schematisch gezeigt, wie die Rückleitung erfolgen kann. Sollte ein Tropfen 18 nicht unmittelbar von der Lippe aufgefangen werden, wird er an der Wand zur ringförmigen Kante 19 hinabfließen, dieser Kante bis zu ihrer tiefsten Stelle folgen und schließlich weiter an der Wand 14 hinabgleiten, wo er unfehlbar von der Dichtlippe ergriffen und durch die Durchbrechung 15 geschleudert wird, wie ein Pfeil in Fig. 1 andeutet. Es ist im darge- · stellten Fall wichtig, daß der Durchmesser der Kante 19 um so viel größer ist als der der Welle 12, daß der öltropfen Jj nicht von der Welle abgefangen werden kann und an dieser entlang nach außen wandern,, kann. Die Wand 14 ist an der Wellendurchführung in besonderer Weise ausgebildet. Zwischen der Kante 19 und einer auf der anderen Wandseite befindliehen Kante 110 von im wesentlichen gleichem Durchmesser ist ein ringförmiger Hohlraum 111 mit beträchtlich größerem Durchmesser als dem der Kanten 19 und 110 vorgesehen. Im Hohlraum 111 sich ansammelndes öl wird durch einen Kanal 112 abgeleitet.

In Fig. 2a und 2b ist eine Ausführungsform dargestellt, die nicht wesentlich von der vorher beschriebenen abweicht. Der Unterschied liegt nur in der Form und Unterbringung der Durchbrechung 25· Diese ist hier etwas stärker radial ge- |

richtet als die Durchbrechung 15 nach Fig. 1, und, wie aus ) Fig. 2b ersichtlich, '.ferner kanalförmig ausgebildet und an der Eintrittsseite breiter als an der Austrittsseite, wodurch sich eine bessere Abfangwirkung und eine kräftigere Abschleuderwirkung ergeben.

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In dem der Welle 22 nächst gelegenen Teil ist die feststehende Wand 24 mit einem gegen die Dichtlippe 23 vorstehenden Ansatz 29 versehen, der die Aufgabe hat zu verhindern, daß an der Wand 24 nach unten fließendes öl mit der Welle 22 in Berührung kommt. Eine äußere konische Be-

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grenzungsfläche 210 am Ansatz 29 beseitigt jede Möglichkeit hierzu.

"Pig. 3 stellt eine Dichtung dar, bei welcher der V-Ring an einem ortsfesten Maschinenteil 38, z.B. einem Lagergehäuse montiert ist. Die Lippe 33 liegt gegen die ebene Oberfläche y± eines Tellers 39 an» der auf der umlaufenden Welle 32 sitzt. Der Teller 39 hat eine kanalförraige Durchbrechung 35» deren Funktion mit der der früher beschriebenen Durchbrechungen in den Dichtlippen völlig übereinstimmt. Wie aus der Beschreibung ersichtlich, kann diese kanalförmige Durchbrechung in bezug auf sowohl ihre Form wie ihr Aussehen abgeändert werden. Es ist auch einfach, die beste Dichtungswirkung für verschieden gelagerte Dichtungsfälle durch Erfalirung*festzustellen, nachdem das eigentliche Dichtungsprinzip bekannt ist. Eine erfindungsgemäße Dichtung hat die folgenden äußerst wesentlichen Vorteile:

1. Sie ist bei Drucklosigkeit, unabhängig von Drehzahl und Drehsinn, einwandfrei dicht.

2. Sämtliche Forderungen nach einer hohen Oberflächengüte der Dichtflächen fallen weg. Eine Rauhheit bis zu 50 ρ ist völlig hinreichend. Selbstverständlich sind scharfe Grate zu entfernen, die Rauhheit an sich ist jedoch von untergeordneter Bedeutung.

3. Die unter 1. geforderte Drucklosigkeit wird selbsttätig durch Druckausgleich bewirkt, der durch die im umlaufenden Ringteil befindliche Durchbrechung stattfindet. Die an den meisten geschlossenen Maschinenteilen wie Getriebekästen, Lagergehäusen und Reglern erforderlichen Entlüftmngslöclrer können bei Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtung entfallen·

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4. Der Anliegedruck kann auf einem Mindestwert gehalten werden, was bedeutet, daß Reibungsverluste und überflüssige Wärme auf einen Bruchteil der bisher als normal erachteten Werte herabgesetzt werden.

5. Falls die Dichtung unter hoher Temperatur arbeiten muß, bei welcher Gummi erhärtet und Rißbildung in der Lippe entsteht, wird die Dichtung dennoch einwandfrei funktionieren, da eine geringere ölleckage sogar vorzuziehen ist.

Die Dichtungen nach den Fig. 1 bis 3 lassen sich allerdings nur dann verwenden, wenn der ölpegel im Gehäuse bei Stillstand der Welle unterhalb der Kante 19 (s. Fig. 1) steht. Bei höherem Pegelstand beispielsweise in Höhe der Wellenmitte kann die in Fig. 4 gezeigte Dichtungaausfuhrung erfolgreich verwendet werden.

Die Manschette 41 hat hier zwei Lippen 43a und 43b mit je einer diametral zueinander liegenden Durchbrechung. Unabhängig von der Stellung der Wells im Stillstand wird die Dichtung bei einem ölpegel etwas unterhalb der Wellenmitte ^f dicht sein. Für noch höhere Pegelstände besteht die Lösung darin, die innere Dichtlippe 43a ohne Durchbrechung auszuführen. J

Eine andere, noch vorteilhaftere Lösung der bei einem hohen Pegelstand auftretenden Probleme ist in Fig. 5 veranschaulicht. Eine Manschette 51 mit einer eine Durchbrechung 55 aufweisenden Dichtlippe, die gegen eine im Bereich der Lippe ebene Wand 54 anliegt, ist durch eine auf der entgegengesetzten Seite der Wand angeordnete Manschette 56 mit einer undurchbrochenen Dichtlippe 57 ergänzt.

Patentansprüche /

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Claims

Patentansprüche

1. Axiale Berührungsdichtung zwischen einer umlaufenden und einer stillstehenden Dichtfläche, von denen mindestens die umlaufende Fläche von einem ringförmigen Teil getragen ist, zur Abdichtung von Wellen gegen Flüssigkeitsdurchtritt, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Ringteil (13,39,43a,43b,53) ein oder mehrere den Bertihrungsbereich überbrückende Durchbrechungen (15,25,35»55) aufweist)

2. Dichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtfläche von einer mit mindestens einer konischen Dichtlippe (13,23,33,43a,43b,53) versehenen Ringmanschette (11,41,51) aus Gummi oder ähnlichem elastischen Material getragen ist und dass die Durchbrechung bzw. Durchbrechungen (15,25,35,55) in der Nähe des äusseren Umfanges der Dichtlippe (13,33,53) angeordnet sind.

3. Dichtung nach Anspruch 2, bei welcher eine die Ringmanschette tragende umlaufende Welle eine beiderseits ebene feststehende Wand durchsetzt, gegen deren eine Seite sich die Dichtlippe anlegt, gekennzeichnet durch eine zweite auf der Welle an der anderen Seite der Wand (54) sitzende Ringmanschette (56) mit einer sich gegen die dortige Wandseite anlegenden geschlossenen Dichtlippe (57).

4. Dichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmanschette (41) zwei mit Radialabstand zueinander konzentrisch angeordnete konische Dichtlippen (43a,43b) aufweist, die mit ihrem äueseren umfang gegen die andere Dichtfläche anliegen, wobei jede Dichtlippe an ihrem Umfang je eine Durchbrechung aufweist und die beiden Durchbrechungen diametral zueinander versetzt sind.

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