DE19839485A1

DE19839485A1 - Dichtung für eine rotativ- und linearbewegliche Welle

Info

Publication number: DE19839485A1
Application number: DE19839485A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Tisch
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-08-29
Filing date: 1998-08-29
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2018-08-30
Also published as: DE19839485C2

Abstract

Eine Dichtung (1, 14), angeordnet zwischen einem Gehäuse (2, 24) und einer rotativ-linearbeweglichen Welle (1, 23), mit mindestens einer nach innen weisenden Dichtlippe (4, 18), mit einem Lager (9, 19), wenigstens einer weiteren Dichtlippe (6, 16) und einem Balg (8, 22), soll mit einer Zusatzdichtung (7, 15) und einer Hülse (11) versehen werden, wobei an der Hülse (11) der Dichtflächen für die nach innen und außen weisenden Dichtlippen (4, 6, 16, 18) und die Zusatzdichtung (7, 15) ausgebildet sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Dichtung für eine rotativ und axial bewegliche in einem Gehäuse gelagerte Welle.

Dichtungen dieser Ausführung sind besonderen Beanspruchungen ausge setzt da ihre Dichtwirkung sowohl bei axialen Bewegungen der Welle als auch bei gleichzeitigen rotativen Bewegungen dieser Welle erforderlich ist. Nach dem Stand der Technik werden solche Dichtungen in einen Bereich, der die rotierende Welle gegen das Gehäuse abdichtet, und einen Bereich, der die axiale Bewegung der Welle zum Gehäuse dichtend ausgleicht, un terteilt. Die rotierende Welle wird in der Regel durch eine Radialdichtung, deren Kontakt mit der Dichtfläche in axialer Richtung unbeweglich immer auf der gleichen Kreislinie erfolgt, abgedichtet. Der dichtende Ausgleich der axialen Bewegung der Welle zum Gehäuse erfolgt über einen Balg.

Hintergrund der Erfindung

Eine Dichtung dieser Gattung ist zum Beispiel aus der deutschen Patent schrift DE 41 18 382 C2 bekannt. Diese Dichtung dichtet eine Welle ab, die ein Gehäuse durchdringt und Axial-, Dreh- und Kippbewegungen ausführen kann. Bei dieser Dichtung dichtet eine nach innen weisende Dichtlippe, das Gehäuse nach außen gegen eine Flüssigkeit aus dem Gehäuse ab. Eine weitere nach innen weisende Dichtlippe dichtet das Gehäuse nach innen gegen Wasser und Schmutz von außen ab. Die nach innen weisenden Dichtlippen sind fest mit einem Außenring eines Kugellagers verbunden. Der Innenring des Kugellagers ist über ein Zwischenglied auf der Welle fixiert. Das Zwischenglied ist so ausgebildet, daß es gleichzeitig die Dicht fläche für die nach innen weisenden Dichtlippen bildet und an seinem Ende nach außen weisende Dichtlippen aufnimmt. Die nach außen weisenden Dichtlippen sind den nach innen weisenden Dichtlippen vorgeschaltet und dichten ebenfalls das Gehäuseinnere gegen Schmutz und Wasser ab. Eine Verlängerung des Außenringes des Kugellagers dient dabei als Lauffläche für die nach außen weisende Dichtlippe. Durch das Kugellager sind die mit dem Außenring verbundenen Dichtlippen, die Laufbahn für die nach außen weisende Dichtlippe und die mit dem Innenring und der Welle fest verbun denen Laufbahnen für die nach innen weisenden Dichtlippen sowie die nach außen weisenden Dichtlippen jeweils zueinander nur drehbeweglich gelagert. Das in axiale Bewegungsrichtung als Festlager dienende Kugella ger sorgt dafür, daß die nach innen weisenden Dichtlippen und auch die nach außen weisenden Dichtlippen immer auf derselben Kreislinie ihrer Laufbahn geführt werden. Längsbewegungen der Welle, d. h. Bewegungen in axiale Richtung, und Kippbewegungen der Welle werden durch einen beweglichen Balg ausgeglichen. Der Balg verbindet dabei den Außenring des Kugellagers verdrehsteif mit der Wand des Gehäuses. Der Balg ist als Doppelbalg ausgebildet um eine möglichst hohe Sicherheit bei der Abdich tung des längsbeweglichen Teiles der Dichtung zu erreichen.

Durch eine solche Dichtungsanordnung werden überlagerte Rotativ- und Linearbewegungen in einem Dichtlippenbereich vermieden. Damit wird ver hindert, daß z. B. Flüssigkeit aus dem Gehäuseinneren durch Dichtlippen nach außen gepumpt und Schmutz und Wasser in das Gehäuseinnere ge pumpt werden. Solche Dichtungen werden vorzugsweise zur Abdichtung von getriebenen und gelenkten Wellen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ins besondere finden diese Dichtungen Verwendung in gelenkten und gleich zeitig getriebenen Achsen von Nutzfahrzeugen wie Lastkraftwagen, Bauma schinen und Traktoren. Da die Wellen in dieser Anwendung im Inneren von Achskörpern geführt sind, entfällt die Kippbewegung der Wellen. Diese Dichtungen müssen kombinierten Axial- und Drehbewegungen der Welle folgen. Diese Dichtungen sind oft äußerst harten Einflüssen wie starker Verschmutzung durch Schlamm oder Staub, extremen Temperaturen und Spritzwasser ausgesetzt. Häufig fallen die Dichtungen unter solch extremen Bedingungen vorzeitig aus.

Einen wesentlichen Schwachpunkt bilden dabei die nach außen weisenden Dichtlippen, die den Umwelteinflüssen unmittelbar und direkt ausgesetzt sind. Da diese Dichtlippe immer auf derselben Kreislinie ihrer Laufbahn um laufen, fehlt ihnen die selbstreinigende Axialbewegung. An dieser Stelle abgesetzter nasser Schlamm oder ein Staub-Wassergemisch trocknet z. B. bei längeren Standzeiten der Fahrzeuge aus und verklebt die äußere Schutzlippe mit der Laufbahn bzw. verringert die Flexibilität der Schutzlippe. Bei erneuten Drehbewegungen der Welle reißt sich die nach außen wei sende Dichtlippe gewaltsam von der Laufbahn los und wird so beschädigt. Die beschädigte oder die in ihrer Elastizität eingeschränkte Dichtlippe ver liert ihre Dichtwirkung. Schmutz und Wasser kann bis zur nächsten Dicht lippe und letztendlich bis in den Innenraum der Dichtung vordringen. Das bewirkt wiederum eine Schädigung der nach innen gerichteten Dichtlippen und führt somit zum vorzeitigen Ausfall der Dichtung. Der Dichtung vorge schaltete Schwall- bzw. Spritzbleche sorgen oft dafür, daß ein solcher Aus fall noch beschleunigt wird. Einmal hinter diese Bleche gelangter Schlamm oder Staub wird dort durch diese zurückgehalten, und ruft besagten Scha den hervor.

Die Laufbahnen solcher Schutzlippen werden oftmals durch in ihrer Ausfüh rung sehr teuere Ringe gebildet. Da sie den direkten Umwelteinflüssen aus gesetzt sind, sind diese Ringe entweder aus nichtrostendem Material gefer tigt oder mit einer nichtrostenden Oberflächenbeschichtung versehen. Weiterhin sind die Ringe im Laufbahnbereich der Dichtlippen geschliffen. Damit die Lippen während des Betriebes nicht aus der vorbestimmten Kreislinie auswandern, wird der Schliff drallfrei ausgeführt.

Bei herkömmlichen Balgdichtungen sind zum Teil sehr große Oberflächen des zumeist gummielastischen Materiales der Balge direkt schädigenden Umwelteinflüssen ausgesetzt. Die Folgen sind vorzeitige Alterung und brü chiges Material der Bälge. Die Dichtwirkung geht verloren. Doppelwandige Balgausführungen erhalten zwar die Dichtwirkung des Balges über längere Zeit, sind aber materialaufwendig und teuer. Die große und im Vergleich zur Umgebungskonstruktion relativ weiche Oberfläche eines Balges ist zugleich empfindlich gegen mechanische Zerstörung.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtung der vorgenannten Gat tung zu schaffen, die den Dichtbereich der nach außen weisenden Dichtlip pen von direkten Umwelteinflüssen frei hält, die große Oberfläche des Bal ges schützt, vorzeitige Ausfälle der Dichtung verhindert und den Kosten- und Materialaufwand für die Herstellung einer solchen Dichtung reduziert.

Diese Aufgabe wird nach dem Gegenstand des Anspruches 1 dadurch ge löst, daß eine U-förmig ausgebildete Hülse mit ihrem inneren Schenkel ver drehfest auf einer Welle fixiert ist und an ihrem äußeren Schenkel eine in nere und äußere Dichtfläche ausgebildet. Ein mit einer Armierung versehe ner und mit dieser Armierung auf dem Außenring des Lagers befestigter Radialdichtring bildet mindestens eine nach innen weisende Dichtlippe, )mindestens eine weitere nach innen weisende Dichtlippe und eine nach außen weisende Dichtlippe. Die nach innen weisenden Dichtlippen dichten gegen eine äußere Dichtfläche des inneren Schenkels der Hülse und die nach außen weisende Dichtlippe an der inneren Dichtfläche des äußeren Schenkels der Hülse. An dem Balg ist eine Zusatzdichtung ausgebildet, die auf der äußeren Dichtfläche des äußeren Schenkels der Hülse geführt ist. Dabei können die Elemente vorzugsweise, wie nachfolgend beschrieben, angeordnet sein:
Das Lager ist mit seinem Innenring auf der Welle fixiert und führt mit seinem Außenring direkt oder über den Armierungsring die nach innen weisenden Dichtlippen sowie die nach außen weisende Dichtlippe. Am äußeren Lager ring ist auch der Balg mit seinem inneren Bund befestigt. Der äußere Bund des Balges ist im Gehäuse eingepreßt. Die Hülse ist entweder fest mit dem inneren Lagerring oder direkt fest mit der Welle verbunden, und dreht sich, bei Drehbewegung der Welle, relativ gegen die Dichtlippen und die Zusatz dichtung. Bei Axialbewegungen der Welle gleitet die Hülse relativ zur am Gehäuse axial fixierten und somit feststehenden Zusatzdichtung.

Vorstellbar ist auch die Elemente wie nachstehend aufgeführt, anzuordnen. Das Lager ist mit seinem äußeren Ring fest mit dem Gehäuse verbunden und führt mit seinem Innenring die Dichtlippen direkt oder über den Armie rungsring. Der äußere Bund des Balges ist an dem inneren Ring des Lagers befestigt und der innere Bund des Balges sitzt auf der Welle. Am inneren Bund des Balges ist eine Zusatzdichtung ausgebildet, die im Kontakt mit der Hülse steht. Die Hülse ist verdrehfest im Gehäuse befestigt. Bei Drehbewe gung der Welle dreht sich die Zusatzdichtung relativ zur feststehenden Hül se und der verdrehsteife Balg nimmt den inneren Lagerring mit. Mit dem relativ zum stehenden äußeren Lagerring umlaufenden inneren Lagerring laufen auch die Dichtlippen um. Bei einer Längsbewegung der Welle gleitet die Zusatzdichtung in Längsrichtung auf der Hülse.

Für alle Anordnungen ist es wichtig, daß die Sitze der Hülse, der Lagerringe und des Balges auf der Welle oder im Gehäuse dichtend erfolgen. Das kann durch Preßsitze oder alle denkbaren Dichtmaßnahmen erfolgen. Der entscheidende Vorteil der Dichtungsanordnung gemäß Erfindung liegt darin, daß der nach außen weisenden Dichtlippe und dem Balg eine Zusatzdich tung vorgeschaltet ist. Die nach außen weisende Dichtlippe ist somit nicht mehr direkten schädigenden Umwelteinflüssen ausgesetzt. Die Zusatz dichtung übernimmt somit eine Opferfunktion und sorgt für längere Zeit da für, daß die nach außen weisende Dichtlippe im wesentlichen schmutz- und wasserfrei bleibt. Die Neigung der Zusatzdichtung zum Verkleben mit der Laufbahn ist gering, da deren axiale Bewegung über die Laufbahn einen gewissen selbstreinigenden Effekt hat. Da die nach innen weisenden Dicht lippen sowie die nach außen weisende Dichtlippe gemeinsam an einem der Lagerringe befestigt sind, können diese sehr kompakt und z. B. als eine Baueinheit aus einem Spritzwerkzeug kommend ausgebildet werden. Eine gemeinsame Hülse für alle Dicht- bzw. Laufflächen ist wichtig für die nach außen geschlossene und gegen schädigende Umwelteinflüsse unempfindli che Gestaltung der Dichtungsanordnung. Die Hülse bildet in ihrem Inneren die Laufbahnen für die Dichtlippen aus und bildet nach außen eine ge schlossene Kontur. Die auf der Hülse laufende Zusatzdichtung kann in ihrer Bauhöhe niedrig ausgelegt werden. Da diese Zusatzdichtung an einem Bund des Balges ausgebildet ist, verbirgt sich der Balg somit hinter der Zu satzdichtung und der Hülse im Gehäuse und ist durch die Zusatzdichtung vor direkten schädigenden Umwelteinflüssen geschützt. Die nach außen weisende Fläche der Dichtung wird somit im wesentlichen durch die ge schlossene Fläche der Hülse gebildet. Die Hülse ist vorzugsweise aus nicht korrodierendem Material gefertigt. Das Lager ist vorzugsweise durch ein Kugellager gebildet, es können aber auch alle anderen denkbaren Typen von Rotativlagern verwendet werden. Eine Dichtung dieser Ausführung kann in äußerst kompakter und platzsparender Bauweise ausgeführt wer den und ist unempfindlich gegen schädigende Umwelteinflüsse.

Alle erwähnten Dichtlippen können entweder als eine einzelne Lippe oder mehrere hintereinander angeordnete Einzellippen ausgebildet sein. Weiter hin ist es auch denkbar, federbelastete Dichtlippen, z. B. unter Verwendung einer Wurmfeder, oder Labyrinthdichtungen, einzusetzen. Die Gestaltung der Lippen im einzelnen und die zu ihrer Herstellung verwendeten Werk stoffe variieren in Abhängigkeit von ihrem speziellen Einsatzzweck.

Durch diese erfindungsgemäße Dichtungsanordnung sind innerhalb der Dichtung, im Vergleich zum durch die Dichtung beanspruchten Gesamtvo lumen zwei großvolumige ringförmige Hohlräume ausgebildet. Der erste Hohlraum folgt von der Außenseite des Gehäuses gesehen, unmittelbar hinter der Zusatzdichtung und erstreckt sich bis zur nach außen weisenden Dichtlippe. Dieser Hohlraum wird im wesentlichen durch die große Oberflä che des Balges begrenzt. Der zweite Hohlraum erstreckt sich von der In nenseite der nach außen weisenden Dichtlippe bis zur nach innen weisen den Dichtlippe und wird im wesentlichen durch die Innenmantelfläche, ins besondere durch den Boden, der U-förmigen Hülse begrenzt. Zweckmäßig ist es wie in Anspruch 2 und 3 beschrieben die Hohlräume der erfindungs gemäßen Dichtung mit Schmiermittel zu befüllen. Das Schmiermittel im er sten Hohlraum verhindert einerseits das Eindringen von Schmutz und Was ser in diesen Hohlraum so wie das Durchdringen bis zur nach außen wei senden Dichtlippe und andererseits schmiert es die Zusatzdichtung und erhöht damit deren Lebensdauer. Das Schmiermittel im zweiten Hohlraum gibt noch einmal eine zusätzliche Sicherheit gegen das Eindringen von Schmutz und Wasser für den Fall, daß sowohl die Zusatzdichtung als auch die nach außen weisende Dichtlippe nicht mehr ausreichend dichten.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Hülse nach Anspruch 1 wird in An spruch 4 beschrieben. Die Hülse wird z. B. als Ring mit U-förmigen Quer schnitt aus eine im Umformverfahren gefertigten Bauteil gebildet. Zur Her stellung dieses Ringes wird vorzugsweise nichtrostendes Blech verwendet, das im z. B. Ziehverfahren seine endgültige Form erhält. Es ist auch denk bar, daß der Ring nach seiner Fertigung eine gesonderte nicht korrodieren de Oberflächenbeschichtung erhält. Ein derartig gestalteter Ring läßt sich kostengünstig herstellen. Vorteilhaft ist insbesondere daß die Oberflächen qualität dieser Ringe nach dem Ziehen die Anforderungen an Dichtringlauf bahnen erfüllt. Die kostenintensive, spanende, d. h. Schleifbearbeitung von Dichtringlaufbahnen entfällt somit völlig.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Anordnung eines Ausführungsbeispieles einer erfin dungsgemäßen Dichtung zwischen Welle und Gehäuse mit einem Festsitz des inneren Lagerringes und des Dichtkörpers auf der Welle, wobei in der Figur ein Schnitt durch die Dichtungsanordnung dargestellt ist,

Fig. 2 Anordnung eines Ausführungsbeispieles einer erfin dungsgemäßen Dichtung zwischen Welle und Gehäuse mit einem Festsitz des äußeren Lagerringes und des Dichtkörpers im Gehäuse, wobei in der Figur ein Schnitt durch die Dichtungsanordnung dargestellt ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist mit 1 eine Welle bezeichnet, die ein Gehäuse 2 durchdringt. Die Welle 1 ist in dem Gehäuse 2 drehbar und entlang ihrer Längsmittel achse verschiebbar gelagert. Die Dichtung 3 dichtet die Welle 1 zum Ge häuse 2 ab. Die Dichtung wird aus einer nach innen weisenden Dichtlippe 4, einer weiteren nach innen weisenden Dichtlippe 5, einer nach außen weisenden Dichtlippe 6, einer Zusatzdichtung 7, einem Balg 8 und einem Kugellager 9 gebildet. Das Kugellager 9 ist mit seinem inneren Ring 9a auf die Welle 1 gepreßt und nimmt an seinem äußeren Ring 9b einen Armie rungsring 10 und einen inneren Bund 8a des Balges 8 auf. Der Balg 8 ist mit seinem inneren Bund 8a durch einen Preßsitz mit dem äußeren Ring 9b verbunden und mit einem äußeren Bund 8b in das Gehäuse eingepreßt. Die nach innen weisenden Dichtlippen 4 und 5 und die nach außen weisende Dichtlippe 6 sind einteilig an dem Armierungsring 10 ausgebildet und laufen im Inneren der Hülse 11 ab. Die Zusatzdichtung 7 dichtet am Außenmantel der Hülse 11, d. h. an der radial nach außen gerichteten Fläche des äuße ren Schenkels 11b, den ersten Hohlraum 12 gegen schädigende Einflüsse von außen ab. An der radial nach innen gewandten Seite des äußeren Schenkels 11b schützt die nach außen weisende Dichtlippe den weiteren Hohlraum 13. Eine zusätzliche Sicherheit gegen das Eindringen von Schmutz und Wasser von außen ist mit der weiteren nach innen weisenden Dichtlippe 5 geschaffen, die auf der radial nach außen gewandten Seite des inneren Schenkels 11a umläuft. Die nach innen weisende Dichtlippe 4, de ren Dichtlaufbahn ebenfalls an der radial nach außen gewandten Fläche des inneren Schenkels 11a ausgebildet ist, verhindert, daß Öl aus dem Ge häuseinneren nach außen dringt. Wenn sich die Welle 1 dreht, dreht sich auch die auf ihr befestigte Hülse 11. Da der Balg 8 fest im Gehäuse 2 ein gepreßt ist, ist die an seinem äußeren Bund 8b ausgebildete Zusatzdich tung 7 verdrehfest und auch in Längsrichtung verschiebefest zum Gehäuse 2 angeordnet. Der Balg 8 ist verdrehsteif ausgeführt. Deshalb werden durch ihn auch der äußere Ring 9b des Kugellagers 9 und somit die nach innen weisenden Dichtlippen 4 und 5 sowie die nach außen weisende Dichtlippe 6 in Umfangsrichtung am Verdrehen gehindert. Bei einer Drehbewegung der Welle gleitet also die Hülse mit ihren Dichtflächen gegen alle stehenden Dichtelemente der Dichtung 3. Bewegt sich die Welle 1 in Längsrichtung, so werden durch sie die Hülse 11 und das Lager 9 in diese Richtung mitge nommen. Da die Zusatzdichtung 7 unbeweglich in ihrer Position bleibt, gleitet die Hülse 11 mit ihrer äußeren Dichtfläche an ihr entlang.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dichtung gemäß Erfindung ist mit der Dichtung 14 in Fig. 2 dargestellt. Die Funktionen der Zusatzdichtung 15, der nach außen weisenden Dichtlippe 17, 18 und der nach innen wei senden Dichtlippen 16 und sind die gleichen wie die der Dichtung 3 nach Fig. 1. Die Dichtung 14 unterscheidet sich jedoch durch eine andere An ordnung ihrer Einzelteile. Der äußere Lagerring 19b des Lagers 19 ist ebenso wie die Hülse 20 fest ins Gehäuse 24 eingepreßt. Ein Armierungs ring 21 und der äußere Bund 22b des Balges 22 sind fest mit dem inneren Ring 19a verbunden. Der Balg 22 verbindet den inneren Ring 19a über ei nen Festsitz seines inneren Bundes 22a mit einer Welle 23. Bei einer Dreh bewegung der Welle 23 werden die Zusatzdichtung 15, und die Dichtlippen 16, 17 und 18 durch den verdrehsteifen Balg 22 zusammen mit der Welle verdreht. Die drehenden Dichtelemente der Dichtung 14 laufen somit auf den stehenden und somit verdrehfesten Dichtlaufbahnen ab. An einem Ar mierungsblech sind dabei zwei nach außen weisende Dichtlippen 17 und 18, sowie eine nach innen weisende Dichtlippe 16 ausgebildet. Die nach außen weisende Dichtlippe 18 verhindert, daß Schmutz in das Gehäuse 2 dringt. Eine weitere nach außen weisende Dichtlippe 18 dichtet das Gehäu se 24 gegen das Eindringen von Schmutz ab. Die nach innen weisende Dichtlippe 16 ist den nach außen weisenden Dichtlippen 17 und 18 vorge schaltet. Bei Bewegungen der Welle 23 in ihre Längsrichtung folgt die Zu satzdichtung 15 dieser Bewegung und gleitet auf der Hülse 20.

Bezugszeichenliste

1

Welle

2

Gehäuse

3

Dichtung

4

nach innen weisende Dichtlippe

5

weitere nach innen weisende Dichtlippe

6

nach außen weisende Dichtlippe

7

Zusatzdichtung

8

Balg

8

a innerer Bund

8

b äußerer Bund

9

Kugellager

9

a innerer Ring

9

b äußerer Ring

10

Armierungsring

11

Hülse

11

a innerer Schenkel

11

b äußerer Schenkel

12

erster Hohlraum

13

weiterer Hohlraum

14