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Die Erfindung betrifft eine Wellendichtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Wellendichtringe aus Kunststoff mit Formgedächtnis (”Memory”-Effekt) stehen unter der Gefahr, dass sich ihre Dichtlippe im Einsatz auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur erwärmt. Im Extremfall kann die Erhitzung so weit gehen, dass der ”Memory”-Effekt des Kunststoffmaterials verlorengeht und der Wellendichtring auf diese Weise unbrauchbar wird. Dies gilt insbesondere im Einsatz an ”schräg” verlaufenden Wellen, wo also die Mantelfläche der Welle nicht koaxial zur Drehachse der Welle ist. Durch die dort auftretende stetige Walkbewegung und den unterschiedlichen Anpressungsdruck kann es zu einer unbeabsichtigten Temperaturerhöhung kommen. Außerdem können sich häufig Dichtlippen von Wellendichtringen auf der Basis von Kunststoffen nicht ausreichend den Bewegungen der Mantelfläche der Welle anpassen. Daher kommt es zu lokalen Undichtigkeiten, die durch Kontaktverlust zwischen Dichtlippe und Welle hervorgerufen werden.
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Bei einer Wellendichtungsanordnung der eingangs genannten Art, wie sie in der
DE 44 09 642 A1 beschrieben ist, wird versucht, einer übermäßigen Verformung der Dichtlippe durch einen Zentriersteg vorzubeugen, der mit seiner inneren Mantelfläche auf der abzudichtenden Welle ”reitet”. Die dem Zentriersteg unmittelbar benachbarte Dichtlippe kann so immer in Anlage an der äußeren Mantelfläche der Welle verbleiben. Der Zentriersteg ist dabei auf der ”feuchten” Seite der Dichtlippe angeordnet. Durch geeignete Ausnehmungen an der inneren Mantelfläche des Zentriersteges wird Sorge dafür getragen, dass der Zentriersteg auf der Welle ausreichend geschmiert bzw. von einem Flüssigkeitsfilm getragen ist.
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Eine Wellendichtungsanordnung ähnlich derjenigen der eingangs genanten Art ist aus der
US 2 743 950 A bekannt. Dort ist allerdings der Zentriersteg auf der der abzudichtenden Flüssigkeit abgewandten Seite, so dass ein zusätzliches Schmiermittel, z. B. Öl oder Fett, erforderlich ist, um den Zentriersteg zu schmieren.
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Die aus der
DE 44 09 642 A1 bekannte Wellendichtungsanordnung löst die ihr gestellte Aufgabe gut; es besteht jedoch immer ein Bedarf nach weiteren Verbesserungen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Wellendichtungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass noch stärkere Abweichungen der Koaxialität von Mantelfläche und Drehachse der abzudichtenden Welle kompensiert werden können.
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Diese Aufgabe wird bei einer Wellendichtungsanordnung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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In der aus der
DE 44 09 642 A1 beschriebenen Wellendichtungsanordnung fand sich bereits eine Einrichtung, welche dafür sorgte, dass der Zentriersteg immer gut an die Mantelfläche der abzudichtenden Welle angedrückt ist. Bei dieser Einrichtung handelte es sich um einen in axialer Richtung verhältnismäßig kurzen, im Querschnitt kreisrunden Ring, der, dem Zentriersteg unmittelbar gegenüberliegend, in eine Nut des hohlzylindrischen Bereiches eingelegt war. Die Dichtlippe selbst war bei der bekannten Wellendichtungsanordnung nicht unterstützt. Insgesamt ging das Bestreben bei diesem Stande der Technik, auch durch Vorsehen von geeigneten Federelementen, dahin, der Dichtlippe gegenüber dem Zentriersteg eine gewisse Bewegungsfreiheit einzuräumen. Mit der vorliegenden Erfindung wird erkannt, dass überraschenderweise diese beim Stande der Technik für erforderlich gehaltene freie Beweglichkeit der Dichtlippe gegenüber dem Zentriersteg noch nicht zu optimalen Resultaten führt. Vielmehr hat sich herausgestellt, dass eine starre, sich über eine größere axiale Entfernung hinweg erstreckende Abstützung, die auch bis über die Dichtlippe hinweg verläuft, noch größere Abweichungen der Koaxialität der Mantelfäche der abzudichtenden Welle von der Drehachse zulässt, ohne dass es zu Undichtigkeiten oder unzulässigen Erwärmungen der Dichtlippe käme.
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Weiterhin erfindungsgemäß ist in die äußere Mantelfläche des hohlzylindrischen Bereiches des Wellendichtringes eine eine seitliche Dichtlippe bildende Ausnehmung eingearbeitet. Diese bewirkt eine Nebendichtung zum seitlich benachbarten Bauelement.
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Die Wirkung dieser Dichtlippe lässt sich in vorteilhafter Weise zusätzlich dadurch verstärken, dass in die Ausnehmung ein Vorspannelement eingelegt wird.
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In vielen Fällen wird eine Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, bei welcher die Wellendichtungsanordnung ein ringförmiges, zur Achse hin offenes Gehäuse umfasst, in welcher die den Wellendichtring und den starren Ring enthaltende Baugruppe in radialer Richtung schwimmend gehalten ist. Dieses Gehäuse wird vom Hersteller der Wellendichtungsanordnung mitgeliefert und vom Kunden vor Ort in geeigneter Weise an den jeweiligen Maschinenteilen festgelegt. Durch die werksseitige Zulieferung dieses Gehäuses kann die korrekte Wechselwirkung zwischen dem Wellendichtring und den Flächen, mit denen dieser zusammenarbeitet, sichergestellt werden.
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Wird ein Wellendichtring in ein derartiges Gehäuse eingesetzt, so empfiehlt sich, dass der Wellendichtring mit mindestens einer Ausnehmung, insbesondere einer stirnseitigen Nut, versehen ist, welche einen Druckausgleich zwischen den Räumen radial innerhalb und radial außerhalb des hohlzylindrischen Bereichs des Wellendichtringes herbeiführt. Der hohlzylindrische Bereich ist somit druckausgeglichen und unterliegt keinen Druckkräften, welche den Wellendichtring innerhalb des Gehäuses zu verschieben suchen.
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Alternativ ist auch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Wellendichtungsanordnung dasjenige bereits aus der
DE 44 09 642 A1 bekannte Konstruktionsprinzip verwendbar, bei welchem an den Wellendichtring einstückig über einen balgartigen Bereich ein Befestigungsabschnitt angeformt ist, der an einem Maschinenteil mit Hilfe eines Klemmringes festlegbar ist. In diesem Falle wird also werksseitig kein Gehäuse mitgeliefert; die Fläche an dem Maschinenteil, an welcher der Befestigungsabschnitt angelegt wird, muß in geeigneter Weise vorbearbeitet sein. Aufgrund des balgartigen Bereiches des Wellendichtringes ist eine ”Schwimmbewegung” des Zentriersteges und damit des hohlzylindrischen Bereiches und des starren Stützringes gegenüber dem Befestigungsabschnitt ebenso möglich wie bei dem Ausführungsbeispiel, welches ein Gehäuse umfaßt, wo Wellendichtring und starrer Stützring sich gegen dieses Gehäuse bewegen können.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
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1 einen axialen Teilschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wellendichtungsanordnung;
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2 einen axialen Teilschnitt, ähnlich der 1, durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wellendichtungsanordnung.
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In
1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wellendichtungsanordnung dargestellt. Sie umfaßt einen Wellendichtring, der insgesamt mit dem Bezugszeichen
1 versehen ist. Er ist aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis (”Memory”-Effekt) gefertigt, wie dieser an und für sich bekannt ist. Er umfaßt einen hohlzylindrischen Bereich
2, der koaxial zum gesamten Wellendichtring
1 verläuft und an dessen innnere Mantelfläche eine Dichtlippe
3 angeformt ist. Die Dichtlippe
3 ragt in entspanntem Zustand im wesentlichen eben in radialer Richtung auf die Achse des Wellendichtringes
1 zu, ähnlich wie dies in
1 der oben erwähnten
DE 44 09 642 A1 dargestellt ist. In der vorliegenden
1 ist die Dichtlippe
3 in deformiertem Zustand, an der abzudichtenden Welle
10 anliegend, gezeigt. Der dem freien Rand benachbarten Bereich der Dichtlippe
3 ist verdickt ausgebildet.
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An die innere Mantelfläche des hohlzylindrischen Bereichs
2 des Wellendichtringes
1 ist außerdem in axialem Abstand von der Dichtlippe
2 und zwar auf deren ”feuchter” Seite ein ebenfalls radial nach innen ragender Zentriersteg
4 angeformt. Dieser weist einen Innendurchmesser auf, der nur geringfügig größer oder gleich dem Außendurchmesser der abzudichtenden Welle
10 ist. Der Zentriersteg
4 ist mit einer Mehrzahl von im Querschnitt halbkreisförmigen Ausnehmungen
5 an der inneren Mantelfläche versehen. Der Sinn dieser Ausnehmungen ist in der oben erwähnten
DE 44 09 642 A1 im einzelnen erläutert.
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An der äußeren Mantelfläche des hohlzylindrischen Bereiches 2 des Wellendichtringes 1 ist eine nutartige Ausnehmung 9 ausgespart, in welche bei Bedarf ein U-förmiges Vorspannelement aus elastischem Material eingelegt werden kann. In 1 ist ein derartiges Vorspannelement nicht vorgesehen. Durch die Ausnehmung 9 wird eine Dichtlippe 30 gebildet, welche gegen den in 1 linken Schenkel des eines Gehäuses 12 gedrückt wird und eine Nebenabdichtung bewirkt. Hierdurch können kleine Relativbewegungen, die durch den exzentrischen Lauf der Welle hervorgerufen werden, ausgeglichen werden.
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Über der äußeren Mantelfläche des hohlzylindrischen Bereiches 2 des Wellendichtringes 1 ist ein Ring 11 aus verhältnismäßig starrem Material angeordnet, der sich im wesentlichen über die ganze axiale Abmessung des Wellendichtringes 1 hinweg erstreckt, also sowohl die axiale Position der Dichtlippe 3 als auch diejenige des Zentriersteges 4 überdeckt.
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Die aus dem Wellendichtring 1 und dem starren Ring 11 bestehende Baugruppe ist insgesamt in das schon erwähnte Gehäuse 12 eingeschoben, welches die Querschnittsform eines zur Achse des Wellendichtringes 1 hin offenen ”U” aufweist und im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei im Querschnitt L-förmigen Ringteilen zusammengesetzt ist.
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Die aus dem Wellendichtring 1 und dem starren Ring 11 gebildete Baugruppe läßt sich innerhalb des Gehäuses 12 in radialer Richtung verschieben, so daß also von der Koaxialität des ringförmigen Gehäuses 12 und der aus dem Wellendichtring 1 und dem starren Ring 11 gebildeten Baugruppe abgewichen werden kann. Das Gehäuse 12 selbst wird an den nicht dargestellten Maschinenelementen festgelegt, gegen welche die Welle 10 abzudichten ist.
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An der in 1 rechten Stirnseite des Wellendichtringes 1 ist sind mehrere radial verlaufende Nuten 13 eingearbeitet, welche einen Druckausgleich zwischen dem Raum radial außerhalb des Wellendichtringes 1 und dem Raum radial innerhalb des Wellendichtringes 1 erlauben.
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Die Funktion der beschriebenen Wellendichtungsanordnung ist wie folgt:
Die gesamte Wellendichtungsanordnung wird auf die abzudichtende Welle 10 unter elastischer Verformung der Dichtlippe 3 des Wellendichtringes 1 so aufgeschoben, daß sich der Zentriersteg 4 auf der ”nassen”, also der abzudichtenden Flüssigkeit ausgesetzten Seite der Dichtlippe 3, befindet. Die innere Mantelfläche des Zentriersteges 4 stützt sich auf der Mantelfläche der abzudichtenden Welle 10 ab. Dies bedeutet, daß die aus dem Wellendichtring 1 und dem starren Ring 11 zusammengesetzte Baugruppe auf der abzudichtenden Welle 10 ”reitet”, also Abweichungen in der Achslage der abzudichten Welle 10 gegebenenfalls unter radialer Verschiebung innerhalb des Gehäuses 12 nachvollzieht. Auch bei einer zu der Drehachse der Welle 10 nicht koaxial angeordneten Mantelfläche der Welle 10 bleibt so die dem Zentriersteg 4 benachbarte Dichtlippe 3 ständig in Anlage an der äußeren Mantelfläche der Welle 10. Der Kontakt zwischen der inneren Mantelfläche des Zentriersteges 4 und der Mantelfläche der Welle 10 wird insbesondere durch den starren Ring 11 gewährleistet.
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Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Wellendichtungsanordnung stimmt in wesentlichen Teilen mit dem ersten Ausführungsbeispiel von 1 überein; entsprechende Teile sind daher mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen.
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Der Wellendichtring von 2 dient der Abdichtung zwischen der Welle 110 und den diese umgebenden Maschinenteilen 120, 121. Ein gesondertes Gehäuse wie beim Ausführungsbeispiel von 1 ist nicht vorgesehen. Statt dessen begrenzen die Maschinenteile 120, 121 einen Aufnahmeraum 112 für die Wellendichtungsanordnung, der dem Innenraum des Gehäuses 12 von 1 vergleichbar ist.
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Der Wellendichtring 101 umfaßt wiederum einen hohlzylindrischen Bereich 102, an welchen ein radial nach innen geführter Zentriersteg 104 angeformt ist. Der Zentriersteg 104 ist mit Ausnehmungen 105 an der inneren Mantelfläche versehen, welche im übrigen auf der Mantelfläche der abzudichtenden Welle 110 ”reitet”. An die radial innere Mantelfläche des hohlzylindrischen Bereiches 102 des Wellendichtringes 101 sind außerdem zwei Dichtlippen 103a, 103b angeformt, die in entspanntem Zustand radial nach innen stehen und in 2 in deformiertem Zustand, an der Mantelfläche der Welle 110 anliegend, dargestellt sind.
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In die radial äußere Mantelfläche des hohlzylindrischen Bereiches 102 des Wellendichtringes 101 ist wiederum eine Nut 109 eingearbeitet, in welche – anders als beim Ausführungsbeispiel von 1 – ein Vorspannelement 115 aus elastischem Material eingelegt ist. Dieses drückt die durch die Nut 109 gebildete Dichtlippe 130 seitlich gegen das in 2 linke Maschinenteil 120 und verstärkt so die oben schon erläuterte Nebendichtwirkung.
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Im übrigen wird die radial äußere Mantelfläche des hohlzylindrischen Bereiches 102 des Wellendichtringes 101 wiederum von einem starren Ring 111 mit entsprechender axialer Erstreckung überdeckt, der dafür sorgt, daß der Zentriersteg 104 sowie die Dichtlippen 103a, 103b in guter Anlage an der Mantelfläche der Welle 110 verbleiben.
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An den hohlzylindrischen Bereich 102 des Wellendichtringes 101 ist außerdem ein im Querschnitt etwa S-förmiger balgartiger Bereich 106 einstückig angeformt, welcher zum in 2 linken Ende eines hohlzylindrischen Befestigungsabschnittes 107 verläuft. Der Befestigungsabschnitt 107 des Wellendichtringes 101 wird am Grund des nutartigen Aufnahmeraumes 112 durch einen starren Klemmring 108 gehalten.
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Die Funktion des Ausführungsbeispieles von 2 ähnelt sehr demjenigen von 1: Aufgrund des balgartigen Bereiches 106 des Wellendichtringes 101 kann sich der hohlzylindrische Bereich 102 mit dem angeformten Stützsteg 104 und den angeformten Dichtlippen 103a, 103b radial innerhalb des Aufnahmeraumes 112 so bewegen, daß er die Koaxialität zum Grund des nutartigen Aufnahmeraumes 112 verläßt und dabei einer entsprechenden mangelnden Koaxialität der Welle 110 zu den Maschinenteilen 120, 121 folgt. Der starre Ring 111 hält Zentriersteg 104 und Dichtlippen 103a und 103b in Anlage an der Mantelfläche der Welle 110. Hierdurch und durch die doppelte Anwesenheit von Dichtlippen 103a, 103b können erhebliche Abweichungen der Achslage der Welle 110 von der exakten Koaxialität zur Drehachse ohne Einbuße an Dichtigkeit kompensiert werden.
