DE1700137C - Axiale Beruhrungsdichtung als Flüssigkeitsdichtung zwischen einem umlaufenden und einem stillstehenden Teil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine axiale Berührungsdichtung als Flüssigkeitsdichtung zwischen einem umlaufenden und einem stillstehenden Teil.

Für die einwandfreie Funktion einer unter Berührung arbeitenden Flüssigkeitsdichtung, insbesondere einer Manschettendichtung mit Dichtungslippe, müssen eine Reihe Forderungen erfüllt sein. Sowohl die Lippe, als auch die Dichtfläche, gegen welche die Lippe anliegt, müssen eine äußerst hohe Oberflächengüte naben. Der spezifische Druck der Lippe gegen die Dichtfläche muß innerhalb verhältnismäßig enger Grenzen gehalten werden. Ein allzu hoher Druck ergibt einen unzulässig hohen Reibungswiderstand und birgt die Gefahr in sich, daß der zwischen der Lippe und der Dichtfläche befindliche Flüssigkeitsfilm durchbrachen wird, woraus Trockenlauf und abnorme Wärmeentwicklung folgen. Beim Überschreiten bestimmter Grenztemperaturen erhärtet auch der Gummi, aus dem die Manschettendichtung 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 Flächendruck' ; aufmerksam geworden. Man bedient sich hierzu der Pumpenwirkung, die dann auftritt, wenn den aufeinandergleitenden Flächen eine entsprechende Oberflächenstruktur gegeben wird. Hierzu versieht man die eine oder beide Flächen mit einer Spiral- oder Schraubennut. Abgesehen von einem verminderten Leistungsverlusi in der Dichtung selbst entsteht eine erhöhte Dichtwirkung, da die Dichtung als Pumpe 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. Ferne bleibt auch bei dieser Art von Dichtung die Forderung nach einer hohen Oberflächengüte bestehen.

Zum Rückpumpen des abzudichtenden Fluids unabhängig von der Drehrichtung und zur Verbesserung der Schmierverhältnisse an der Dichtungsstclle ist es schon bekannt, die Dichtlippen axialer Berührungsdichiungen exzentrisch zur Drehachse anzuordnen und derart anzufasen, daß sich im Bereich der Anfasung die Spaltweite zwischen der Dichtlippc und der mit dieser zusammenwirkenden Dichtfläche vom abgedichteten Raum nach außen hin zunehmend verringert.

Während bei der zuletzt geschilderten Dichtung öl am Ein- und Durchtritt in bzw. durch den Dichtung»- spalt gehindert werden soll, andererseits jedoch auch eine Schmierung der Dichtungsstelle und damit eine in Grenzen gehaltene Undichtigkeit gewollt ist, geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß es vorteilhafter ist, einen gewissen Flüssigkeitsdurchtritt zuzulassen und zu versuchen, das durch den Dichtungsspalt getretene Leckfluid noch an der Dichtungsstelle aufzufangen und ohne größeren Aufwand zurückzufordern,

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge- 6$ löst, daß das umlaufende Teil eine oder mehrere die Berührungszone überbrückende Durchbrechungen aufweist, die auf der Berllhrungsseite radial innerhalb der Berührungszone in deren unmittelbarer Nähe beginnen und auf der entgegengesetzten Seite auf einem größeren Radius zur Drehachse enden, wobei jede Durchbrechung so groß gewählt ist, daß I eckflüssigkeit unter der Wirkung der Zentrifugalkraft zurück in den abzudichtenden R-aum geschleudert wird.

Die neue vorgeschlagene Dichtung hat den Vorteil, daß der Berühnmgsdruck sehr klein gehalten werden kann und demzufolge auch an Material und Oberflächengüte der Dichtungsflächen keine besonders hohen Anforderungen gestellt zu werden brauchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Dichtung mit einer Manschette in Form eines sogenannten V-Ringes, der auf einer umlaufenden Welle montiert ist und das Kennzeichen der Erfindung aufweist,

Fig.2a einen Axialschnitt ähnlich Fig. 1 mit einer abweichenden Ausbildung der Durchbrechung in der Dichtlippc und des die a.ideve Dichtfläche tragenden Teils,

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

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

F i g. 4 einen Axialschnitt durch eine Dichtmanschette mit zwei Lippen, die bjide je eine Durchbrechung aufweisen, und

Fig. 5 einen Axialschnitt durch die Lagerung und Abdichtung einer Welle, bei welcher die Dichtung aus einer Manschette mit durchbrochener Dichtlippe auf der Innenseite einer von &ji Welle durchsetzten Wand und einer Manschette mit voller Dichtlippe auf der Außenseite dieser Wand besteht.

In Fig. 1 bezeichnet 11 einen sogenannten V-Ring. der mit Eigenspannung auf einer umlaufenden Welle 12 sitzt. Die Dichtlippe 13 des V-Ringes liegt gegen eine ebene Wand 14 an einem ortsfesten Maschinenteil an. Am Umfang der Dichtlippe sind ein oder mehrere Durchbrechungen 15 vorgesehen, die die Räume 16 und 17 beiderseits der Lippe 13 verbinden. Unter dem Gesichtspunkt, daß die Dichtung d\r. Aufgabe hat, ein Hinüberströmen von öl oder einei anderen Flüssigkeit aus dem Raum 16, in welchem sich der V-Ring befindet, in den auf der anderen Seite der Wand 14 befindlichen Raum J7 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 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 »vermutliche 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 Antiegedruck der Lippe herabgesetzt werden könnte. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung kann der Anliegedruck ohne weiteres beträchtlich vermindert werden, da eine gewisse Leckagemenge zwischen den Dichtflächen hin·

durchtreten darf. Das Lecköl wird nämlich durch die Durchbrechung IS 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.

In F i g. 1 ist schematisch gezeigt, ^w'^{e d}'^e Rückleitung erfolgen kann. Sollte ein Tropfen 18 nich> unmittelbar von der Lippe aufgefangen werden, wird er an der Wand 14 zur ringförmigen Kante l* hinabfließen, dieser Kante bis zu ihrer tiefsttn Stelle folgen und schließlich weiter an der Wand 14 hinabgleiten AO er unfehlbar vcii der Dichtlippe ergriffen und durch die Durchbrechung 15 geschleudert wird, wie ein Pfeil in Fig. 1 andeutet. Es ist im dargestellten Fall wichtig, daß der Durchmesser der Kante 19 um so viel größer ist als der der Welle 12, daß der öitropfen 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 befindlichen Kante 110 von im wesentlichen gleichem Durchmesser ist ein ringförmiger Hohlraum 111 mit beträchtlieh größerem Durchmesser als dem der Kanten 19 und 110 vorgesehen. Im Hohlraum 111 sich ansammelndes öl wird durch einen Kanal 112 abgeleitet.

Jn F ig. 2a und 2b ist eine Ausführungsform dargestellt, die nicht wesentlich von Ccx vorher beschrie- 3j benen abweicht. Der Unterschied liegt nur in der Form und Unterbringung der Durchbrechung 25. Diese ist hier etwas stärker radial gerichtet als die Durchbrechung 15 nach Fig. 1, und, wie aus F i g. 2b ersichtlich, ferner kanalförmig ausgebildet und a.i der Eintrittsseite breiter als an der Austrittsseite, wodurch sich eine bessere Abfangwirkung und eine kräftigere Abschleuderwirkung ergeben.

In dem der Welle 22 nächst gelegenen Teil ist die feststehende Wand ΊΑ 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 Begrenzungsfläche 210 am Ansatz 29 beseitigt jede Möglichkeit hierzu.

F i g. 3 stellt eine Dichtung dir, bei welcher dei V-Ring an einem ortsfesten Maschinenteil 38, z. B. einem Lagergehäuse montiert ist. Die Lippe 33 liegt gegen die ebene Oberfläche 34 eines Tellers 39 an, der auf der umlaufenden Welle 32 sitzt. Der Teller 39 ss hat eine kanalförmige Durchbrechung 35, deren Funktion mit der der früher beschriebenen Durchbrechungen in den Dichtlippen völlig übereinstimmt. Wie aus der Berohreibung ersichtlich, kann diese kanalförmige Durchbrechung in bezug auf sowohl ihre Form wie ihr Aussehen abgeändert werden. Es ist auch einfach, d>. beste Dichtungswirkung für verschieden gelagerte Dichtungsfälle durch Erfahrung festzustellen, nachdem das eigentliche Dichtungsprtnzip bekamt ist. Eine erfindungsgemäße Dichtung hat die folgenden äußerst wesentlichen Vorteile:

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

ι.

2. Sämtliche Forderungen nach einer hohen Oberflächengüte der Dichtflächen fallen weg. Eine Rauhheit bis zu 50 ,,< 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 Entlüftungslcclier können bei Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtung entfallen.

4. Der Anliegedruck kann iuf einem Mindestwen 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 weicher Gummi erhärtet und Rißbildung in der Lippe entsteht, wird die Dichtung dennoch einwandfrei funktionieren, da eine ausreichende ölleckage im Gleitflächenbereich zugelassen werden kann.

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 (s. Fig. 1) stehi. Bei höherem Pegelstand beispielsweise in Höhe der Wellenmitte kann die in Fig.4 gezeigte Dichtungsausführung erfolgreich verwendet werden.

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

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 jine auf der entgegengesetzten Seite der Wand angeordnete Manschette 56 mit einer undurchbroclienen Dichtlippe 57 ergänzt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Axiale Berührungsdichtung als Flüssigkeitsdichtung zwischen einem umlaufenden und einem stillstehenden Teil, dadurch gekennzeichnet, d*tß das umlaufende Teil (13, 39, 43a, 436, 53) eine oder mehrere die Berührungszone überbrückende Durchbrechungen) (15, 25, 35,55) aufweist, die auf der Berührungsseite radial innerhalb der Berührungszone in deren unmittelbarer Nähe beginnen und auf der entgegengesetzten Seite auf einem größeren Radius zur Drehachse enden, wobei jede Durchbrechung so groß gewählt ist, dall Leckflüssigkeit unter der Wirkung der Zentrifugalkraft zurück in den abzudichtenden Raum geschleudert wird.

2. Dichtung nach Anspruch 1, bei welcher die

umlaufende Dichtfläche von einer mit mindestens einer konischen Dichtlippe versehenen Ringmanschette aus elastischem Material wie Gummi od. dgl. getragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (15, 25, 35, 55) in der Nähe des äußeren Umfangs 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 der abzudichtenden Flüssigkeit zugekehrte Seite sich die durchgebrochene Dichtlippe anlegt, gekennzeichnet durch die an sich bekannte Anordnung einer zweiten auf der Welle an der anderen Seite der Wand (54) sitzende Ringmanschette (56) mit einer sich gegen die dortige Wandseite anlegenden geschlossenen! Dichtlippe (57). j

4. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmanschette (41) in an sich bekannter Weise zwei mit Radialabstand zueinander konzentrisch angeordnete und mit ihrem äußeren Umfang gegen die andere Dichtfläche anliegende konische Dichtlippen (43a, 43 b) aufweist, wobei jede Dichtlippe an ihrem Umfang je eine Durchbrechung besitzt und beide Durchbrechungen diametral zueinander versetzt sind.

5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Teil einen Radialflansch (39) trägt, an weichen sich die Dichtlippe einer undrehbar gehaltenen Lippendichtung anlegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen