DE19505405A1 - Dichtungsvorrichtung für Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere eine sogenannte "schwimmende Schneidendichtung" und ihre Verwendung in Lagern, insbesondere in Gleitlagern. Solche Dichtungsvorrichtungen und Lager sind für Wellen von jeder Art von Maschinen verwendbar, beispielsweise für elektrische Maschinen, Gebläse und Verdichter. Der Dichtungsring einer solchen Dichtungsvorrichtung besteht vorzugsweise aus zwei halbkreisförmigen Dichtungshälften, die in einem Dichtungsträger, welches das Gehäuse der betreffenden Maschine oder des betreffenden Lagers sein kann, beweglich angeordnet sind. Die beiden Hälften werden vorzugsweise durch eine Zugfeder zusammengehalten, deren Enden ineinander gedreht oder miteinander verhakt sind. Die radiale Beweglichkeit des Dichtungsringes im Dichtungsträger beträgt vorzugsweise allseitig ungefähr 1 mm. Dadurch wird verhindert, daß durch Fertigungsungenauigkeiten und bei der Montage die Dichtungsrippen oder die Dichtungsschneiden des Dichtungsringes durch die Welle beschädigt werden. Der Dichtungsring kann aus einem Material hergestellt werden, welches besonders unempfindlich gegen Temperatur, Strahlen und Chemikalien ist, beispielsweise aus hochfestem und hochtemperaturbeständigem Polyamid. Dieses hat hervorragende Gleiteigenschaften. Es kann Zusätze wie beispielsweise PTFE und Glasfasern enthalten.

Zwischen den Dichtungsrippen, bei Schneidendichtungen zwischen den Dichtungsschneiden, und einer sich durch sie hindurcherstreckenden Welle kann Lecköl von der inneren Stirnseite des Dichtungsringes in Ölsammelnuten gelangen, welche zwischen den Dichtungsrippen oder Dichtungsschneiden im Dichtungsring gebildet sind. Bei großen Leckströmen ist es wichtig, daß das Lecköl aus den Ölsammelnuten in einen Ölsumpf ungehindert ablaufen kann. Durch die Rotation der Welle, welche sich durch den Dichtungsring erstreckt, schleudert diese Welle Öl in das Lager- oder Maschinengehäuse, welches möglichst schnell und ungehindert in den Ölsumpf zurückgeführt werden sollte, ohne daß es sich wesentlich erwärmt.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Dichtungsvorrichtung derart auszubilden, daß von der Welle abgeschleudertes Öl aufgefangen und in einen Ölsumpf abgeleitet wird, ohne daß es auf die Welle zurückfällt.

Ferner soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, Lecköl aus den Ölsammelnuten des Dichtungsringes ungehindert schnell in den Ölsumpf abzuleiten, bevor es sich in den Ölsammelnuten besonders erwärmen kann. Somit soll durch die Erfindung insgesamt die Aufgabe gelöst werden, von einer Welle abströmendes Öl auf kurzem Wege und schnell in eine Sammelkammer abzuleiten, ohne daß es von der Welle wesentlich erwärmt wird, nachdem das Öl seinen Schmiereffekt erfüllt hat. Anstatt Öl können mit der Dichtungsvorrichtung auf einer Welle auch andere Arten von Flüssigkeiten abgedichtet werden, beispielsweise Wasser.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Anspruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche beinhalten Verbesserungen der Lösung und vorteilhafte Verwendungen der Dichtungsvorrichtung. Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen in verschiedenen Maßstäben

Fig. 1 eine Seitenansicht der Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung für eine Welle,

Fig. 2 eine Stirnansicht in Richtung eines Pfeiles II von Fig. 1 gesehen,

Fig. 3 einen Axialschnitt der Dichtungsvorrichtung nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt des oberen Teils der Dichtungsvorrichtung von Fig. 3, um 180° gedreht und eingesetzt in einen Dichtungsträger,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt des unteren Teils der Dichtungsvorrichtung von Fig. 3, um 180° gedreht und eingesetzt in einen Dichtungsträger,

Fig. 6 einen Axialschnitt durch ein Radiallager mit zwei beidseitig einer Lagerschale entgegengesetzt zueinander gerichtet angeordneten Dichtungsvorrichtungen nach den Fig. 1 bis 5,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des Lagers von Fig. 6 längs der Ebene VII, auf die innere Stirnseite der einen Dichtungsvorrichtung gesehen, ohne eine in Fig. 6 dargestellte Welle,

Fig. 8 perspektivisch die Dichtungsvorrichtung nach Fig. 1.

Die in den Zeichnungen dargestellte Dichtungsvorrichtung nach der Erfindung für Wellen besteht im wesentlichen aus einem Dichtungsring 2, welcher aus einer halbkreisförmigen oberen Ringhälfte 2.1 und einer halbkreisförmigen unteren Ringhälfte 2.2 an einer Teilungsfuge 4 zusammengesetzt ist, und aus einer Zugfeder 6. Die Zugfeder 6 ist in einer den Dichtungsring 2 auf seinem Außenumfang 22 umgebenden Umfangsnut 8 untergebracht und an ihren Enden miteinander verbunden. Die Außenumfangsnut 8 ist in einer vom Außenumfang des Dichtungsringes 2 radial wegragenden Außenumfangsrippe 10 gebildet. Die Außenumfangsrippe 10 dient zur axialen Positionierung des Dichtungsringes 2 in einer Innenumfangsnut 12 eines Dichtungsträgers 14. Der Dichtungsträger 14 kann entsprechend den Fig. 6 und 7 ein Lagergehäuse oder ein anderes Maschinengehäuse oder ein Haltering sein. Die Außenumfangsrippe 10 hat in der Innenumfangsnut 12 radialen Spielraum.

Der Dichtungsring 2 hat eine den Gehäuseinnenraum 16 begrenzende innere Stirnseite 18, eine davon abgewandte äußere Stirnseite 20, den Außenumfang 22 und einen Innenumfang 24. Die innere Stirnseite 18 ist die Dichtungsseite, auf welcher sich die Flüssigkeit befindet, deren Entweichen verhindert werden soll.

Am Innenumfang 24 ist eine Vielzahl von ringförmigen Dichtungsrippen oder Dichtungsschneiden 26 gebildet, welche bezüglich der Mittenachse des Dichtungsringes 2, welches gleichzeitig die Lagerachse 30 ist, axial hintereinander angeordnet sind und zwischen ihnen gebildete ringförmige Ölsammelnuten 32 begrenzen. Im untersten Ringbereich ist ein Ölrücklaufschlitz 34 in der inneren Stirnseite 18 gebildet, welcher sich unterhalb der Dichtungsrippen 26, angrenzend an den untersten Ringbereich der Ölsammelnuten 32, von der inneren Stirnseite 18 zu allen Ölsammelnuten 32 in Richtung von der inneren Stirnseite 18 zur Schlitztiefe hin erstreckt und den Nutgrund der Ölsammelnuten 32 kreuzt.

Dadurch sind die Ölsammelnuten 32 an ihrem tiefsten Umfangsbereich über Öffnungen 33 mit dem Ölrücklaufschlitz 34 strömungsmäßig verbunden. Die Länge des Ölrücklaufschlitzes 34 in Ringumfangsrichtung ist ein Vielfaches, mindestens zweimal, größer als die Breite des Ölrücklaufschlitzes 34 in Ringradialrichtung, mindestens auf der inneren Stirnseite 18, jedoch vorzugsweise auch über die gesamte Schlitztiefe. Der Querschnitt des Ölrücklaufschlitzes 34 muß an allen Stellen so groß sein, daß das aus den Ölsammelnuten 32 in ihn eindringende Öl ohne wesentliche Strömungsdrosselung aus dem Dichtungsring 2 auf seiner inneren Stirnseite 18 in einen Sumpf 36 im Gehäuseinnenraum 16 abfließen kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die radial äußere Schlitzwandfläche 38 schräg nach außen abfällt, wobei sie von der radial inneren Schlitzwandfläche 40 und damit auch von der Dichtungsring- und Lagerachse 30 unter einem bestimmten Winkel 42 wegdivergiert, derart, daß die radiale Breite und damit auch der Öffnungsquerschnitt des Ölrücklaufschlitzes 34, im Dichtungsring-Axialschnitt gesehen, im Bereich von der am tiefsten im Ölrücklaufschlitz 34 gelegenen Ölsammelnut 32 bis zur inneren Stirnseite 18 hin keilförmig radial nach außen hin größer wird. Durch diese besondere Form des Ölrücklaufschlitzes 34 ergeben sich zwei wesentliche Vorteile: Es ist auch bei einer Schräglage des Dichtungsringes 2, beispielsweise bei Verwendung auf einem Schiff, ein Ölrücklauf aus den Ölsammelnuten 32 durch den Ölrücklaufschlitz in den Gehäuseinnenraum 16 sichergestellt; und der Ölabfluß an den als Dichtungsschneiden dienenden Dichtungsrippen 26 und den Ölsammelnuten 32 wird verbessert, da der Öffnungsquerschnitt des Ölrücklaufschlitzes 34 von innen nach außen größer wird entsprechend der von Ölsammelnut zu Ölsammelnut 32 bzw. von Dichtungsrippe zu Dichtungsrippe 26 in Richtung zur inneren Stirnseite 18 hin zunehmend größeren Ölmenge. Durch die Verwendung eines sich in Ringumfangsrichtung erstreckenden Ölrücklaufschlitzes 34 anstelle von Rücklaufbohrungen für die einzelnen Ölsammelnuten 32 erhält man einen wesentlich größeren Ölablauf-Strömungsquerschnitt auch dann, wenn der Ölrücklaufschlitz 34 in Strömungsrichtung gleichbleibend groß gehalten wird, anstelle des in Strömungsrichtung keilförmig größeren Querschnittes bei der dargestellten Ausführungsform.

Am Außenumfang 22 des Dichtungsringes 2 ist zwischen seiner Außenumfangsrippe 10 und seiner inneren Stirnseite 18 eine sich über 360° des Außenumfanges erstreckende ringförmige Ölauffangrinne 44 gebildet, welche im Axialschnitt gesehen die Form einer Ölauffangnase hat. Die Ölauffangrinne 44 fängt das durch Rotation einer Welle 47 abgeschleuderte Öl auf und läßt es in beiden Ringumfangsrichtungen nach unten ablaufen und an einer Rinnenkante oder Nasenkante 46 auf der inneren Stirnseite 18 abtropfen. Die Welle 47 ist im Lagergehäuse 14 in einer schwenkbar angeordneten Lagerschale 48 drehbar gelagert und auf beiden Seiten der Lagerschale 48, in axialem Abstand von ihr, je durch einen Dichtungsring 2 abgedichtet, welcher im Lagergehäuse 14 undrehbar angeordnet ist und mit seinen Dichtungsrippen 26 auf der Welle 47 dichtend anliegt.

Die Ölauffangrinne 44 am Außenumfang des Dichtungsringes 2 hat einen Nutgrund, dessen Ringdurchmesser von der Außenumfangsrippe 10 bis zur Rinnenkante 46 auf der inneren Stirnseite 18 kegelstumpfförmig gleichmäßig größer wird, damit von der Ölauffangrinne 44 aufgefangenes Öl an ihrem untersten Umfangsbereich auf der inneren Stirnseite 18 abtropfen kann.

In den Fig. 6 und 7 ist durch Pfeile 52 angedeutet, wie Öl von der Welle 47 und aus der Lagerschale 48 in den Gehäuseinnenraum 16 abgeschleudert und von der ölauffangrinne 44 aufgefangen wird, welche das Öl auf dem von ihr vorgeschriebenen Weg in den Ölsumpf 36 zurückleitet, ohne daß es auf die Welle 47 oder die Lagerschale 48 zurückfallen kann.

Der Dichtungsring 2 hat, ausgehend von seiner Außenumfangsrippe 10, zu seiner inneren Stirnseite 18 eine andere Länge als zu seiner äußeren Stirnseite 20, und seine Außenumfangsfläche ist auf beiden Seiten der Außenumfangsrippe 10 unterschiedlich ausgebildet. Durch diese unsymmetrische Ausbildung kann der Dichtungsring 2 nur in einer bestimmten Richtung in den Dichtungsträger, im vorliegenden Falle das Gehäuse 14, eingesetzt werden. Gemäß Fig. 6 sind zwei Dichtungsringe 2 um 180° entgegengesetzt zueinander angeordnet. Damit der Dichtungsring 2 in Umfangsrichtung immer in der gleichen Winkelposition in das Gehäuse 14 eingesetzt wird, ist die untere Ringhälfte 2.2 mit einer Positioniernase 54 versehen, welche in der Teilungsfuge 4 angeordnet ist und in eine dort gebildete Positioniernut 55 des Lagergehäuses 14 eingreift. Das Lagergehäuse 14 ist in der Teilungsfuge 4 in einen abnehmbaren oberen Gehäuseteil 14.1 und einen unteren Gehäuseteil 14.2 geteilt. Die Positioniernut 55 befindet sich in der Teilungsfuge 4 im unteren Gehäuseteil 14.2. Die Teilungsfuge 4 verläuft in einer Ebene, in welcher sich auch die Lagerachse 30 befindet.

Zusammenfassung der wesentlichen Vorteile der als schwimmende Schneidendichtung ausgebildeten Dichtungsvorrichtung: Der Dichtungsring 2 ist unsymmetrisch aufgebaut, so daß Fehlmontagen ausgeschlossen werden. Ein Ölrücklaufschlitz 34 ersetzt die früher verwendeten Ölrücklaufbohrungen, aus welchen nur unzureichend Öl ablaufen kann. Der Ölrücklaufschlitz 34 hat eine radial nach außen verlaufende Neigung entsprechend dem Neigungswinkel 42 von beispielsweise 7,5°, so daß auch unter Schräglagen des Dichtungsringes 2, beispielsweise bei Verwendung auf Schiffen, ein Ölrücklauf aus dem Dichtungsring in das Lagergehäuse 14 sichergestellt ist.

Durch die Neigung der radial äußeren Schlitzwand 38 des Ölrücklaufschlitzes 34 wird auch der ungehinderte Abfluß des Öles verbessert. Durch Verlängerung des Dichtungssitzes 10 und 12 in radialer Richtung wird ein Umwandern des Dichtungsringes 2 durch das zu dichtende Öl besser verhindert. Selbstverständlich kann die Dichtungsvorrichtung nicht nur zum Dichten von Öl, sondern auch zum Dichten von anderen Flüssigkeiten verwendet werden. Die Kanten der Außenumfangsrippe 10 sind abgeschrägt, um das Einsetzen des Dichtungsringes in den Dichtungsträger 14 zu erleichtert. Die nach innen zeigende Stirnseite 18 ist durch die Ölfangnase oder Ölauffangrinne 44 gekennzeichnet. Sie verhindert, daß Spritzöl vom äußeren Rand der Dichtung wieder auf die Welle 47 tropft und in den Dichtungsspalt zwischen dem Dichtungsring 2 und der Welle 47 gelangt. Das Spritzöl wird in der Ölauffangrinne 44 um den Dichtungsring herumgeleitet. Die Positioniernase 54 zur Verdrehsicherung des Dichtungsringes 2 wurde in die Teilfuge 4 gelegt, um eine leichtere Ausrichtung und Montage zu ermöglichen. Die Anzahl der Schneiden oder Dichtungsrippen 26 wurde von bisher 5 auf 6 erhöht. Dadurch wird die Dichtwirkung der Schneidendichtung wesentlich verbessert.

Claims (9)

1. Dichtungsvorrichtung für Wellen, mit mindestens einem Dichtungsring (2), der eine innere Stirnseite (18), eine äußere Stirnseite (20), einen Außenumfang (22) und einen Innenumfang (24) hat, am Außenumfang (22) ist mindestens eine ringförmige Außenumfangsrippe (10) zur axialen Positionierung des Dichtungsringes (2) in einem Dichtungsträger (14) gebildet, am Innenumfang (24) ist eine Vielzahl von ringförmigen Dichtungsrippen (26) gebildet, die mit Abstand voneinander axial hintereinander angeordnet sind und zwischen ihnen gebildete ringförmige Sammelnuten (32) begrenzen, an deren unterstem Ringbereich Rücklaufmittel (34) vorgesehen sind, durch welche Flüssigkeit von den Sammelnuten (32) in Richtung zur inneren Stirnseite (18) hin aus dem Dichtungsring (2) heraus fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang (22) des Dichtungsringes (2), zwischen der Außenumfangsrippe (10) und der inneren Stirnseite (18), mindestens eine ringförmige Flüssigkeits-Auffangrinne (44) gebildet ist, in welcher Flüssigkeit, die durch Rotation einer gelagerten Welle (47) abgeschleudert wird, aufgefangen wird und dann in beiden Ringumfangsrichtungen nach unten ablaufen kann.

2. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangrinne (44) einen Rinnengrund hat, dessen Ringdurchmesser von der Außenumfangsrippe (10) bis zur inneren Stirnseite (18) kegelförmig größer wird, derart, daß von ihr aufgefangene Flüssigkeit in der unteren Ringhälfte axial in Richtung zur inneren Stirnseite (18) hin wandert und dann an dem Rinnenrand (46) abtropft, welcher an die innere Stirnseite (18) angrenzt.

3. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rücklaufmittel (34) mindestens einen Rücklaufschlitz (34) aufweisen, welcher in der inneren Stirnseite (18) gebildet ist und sich unterhalb der Dichtungsrippen (26), am untersten Ringbereich der Sammelnuten (32), von der inneren Stirnseite (18) in Richtung der Schlitztiefe zu allen Sammelnuten (32) erstreckt und am Nutgrund dieser Sammelnuten (32) in diese Sammelnuten (32) hinein offen ist,
daß die Länge des Rücklaufschlitzes (34) in Ringumfangsrichtung mindestens zweimal größer ist als seine Breite in Ringradialrichtung, je auf der inneren Stirnseite (18) gemessen,
daß die radial äußere Schlitzwandfläche (38) von der radial inneren Schlitzwandfläche (40) und von der Dichtungsring-Mittelachse (30) wegdivergiert, derart, daß die radiale Breite und damit auch der Öffnungsquerschnitt des Rücklaufschlitzes (34), im Dichtungsring-Axialschnitt gesehen, im Bereich von der am tiefsten im Rücklaufschlitz (34) gelegenen Sammelnut (32) bis zur inneren Stirnseite (18) keilförmig radial nach außen hin größer wird und Flüssigkeit aus dem Rücklaufschlitz (34) zur inneren Stirnseite (18) hin auslaufen kann.

4. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (2), oder seine Teile (2.1, 2.3) im Falle eines mehrteiligen Dichtungsringes, unsymmetrisch ausgebildet ist, derart, daß er bezüglich seiner beiden Stirnseiten (18, 20) nicht um 180° verdreht in den Dichtungsträger (14) eingesetzt werden kann.

5. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (2) eine Positioniernase (54) zum Einlegen in eine Positioniernische oder Positioniernut (55) aufweist, die in einer Teilungsebene (4) des Dichtungsträgers (14) gebildet ist, zur korrekten Umfangspositionierung des Dichtungsringes (2) im Dichtungsträger (14).

6. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (2) aus zwei halbringförmigen Ringhälften (2.1, 2.2) besteht.

7. Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsrippen (26) als Dichtungsschneiden ausgebildet sind.

8. Lager, gekennzeichnet durch mindestens eine Dichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dichtungsvorrichtungen (2, 6, 10, 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit axialem Abstand voneinander und entgegengesetzt zueinander in einem Lagergehäuse (14) angeordnet sind, beidseitig einer Lagerschale (48), die in dem Lagergehäuse (14) angeordnet ist.