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"Wellendichtung mit Druckkammer" Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung
mit einer aus elastischem Werkstoff bestehenden Dichtmanschette, die an ihrer dem
abzudichtenden Medium zugekehrten Seite eine an der Welle anliegende Dichtlippe
und an ihrer dem Medium abgekehrten Seite (Luftseite) mindestens eine im Abstand
von dieser angeordnete Zusatzlippe aufweist.
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Bei bekannten, zur axialen oder radialen Abdichtung einer Welle dienenden
Dichtringen dieser Art liegt die den abzudichtenden Medium zugekehrte Dichtlippe
unter Eigenvorspannung und unter der Einwirkung einer zusätzlichen Federkraft auf
der abzudichtenden Welle auf und verhindert dabei an der Auflagezone den Durchtritt
des abzudichtenden Mediums. Die auf der von dem abzudichtenden Medium abgekehrten
Seite (Luftseite) der Dichtung angebrachte Zusatzlippe bzw. angebrachten Zusatzlippen
können entweder ebenfalls auf der Welle aufliegend ausgebildet sein oder seine solche
Form haben, daß zwischen der Zusatzlippe und der Wellenoberfläche ein Spalt übrigbleibt.
Derartige Zusatzlippen
haben im wesentlichen die Aufgabe, des Vordringen
von Staub osder Se@@@tsteilchen bis zu der den Durchtritt des abzudichtenden Mediums
verhindernden Hauptdichtlippe zu unterbinden. Diese Wirkung kann allerdings nur
bei satt aufliegenden ZUsatzlippen voll erreicht werden. In diesem Falle muß aber
mit erhöhtem Reibungsverlusten und deshalb mit einer erhöhten Temperaturbelastung
der Wellendichtung gerechnet werden. Bei die Oberfläche der Wellen nicht berührenden
Zusatzdichtlippen kann die erwähnte Schutzwirkung nur ungenügend erreicht werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen
und eine Wellendichtung zu schaffen, welche neben einer verbesserten Dichtwirkung
eine erhöhte Lebensdauer aufweist. Diese Aufgabe kann erfindunggemäß dadurch gelöst
werden, daß die Zusatzlippe ebenfalls an der Welle anliegt und daß zwiechen der
Dichtlippe und der Zusatzlippe ein Kammerraum liegt. In welchem ein durch die Drehbewegung
der Welle erzeugter Überdruck gegenüber dem abzudichtenden Medium herrscht. Ein
solcher leichter Überdruck verhindert des Eindrigen von Staub- oder Schmutzteilchen
in den Kammerraum und damit auch das Vordringen der Fremdteilchen bis an die eigentliche
Dichtlippe. Außerdem wirkt der Überdruck einer bei ungünstigen Bedingungen an der
Dichtkante, z.B. bei kritischer Drehzahl, etwa auftretenden leichten Lockage entgegen.
Zur Erzeugung eines solchen Überdruckes ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, daß die Laufläche der Zusatzlippe mehrere über ihren Umfang verteilt
angeordnete Einschnitte aufweist, die zur Achse der Welle schräg geneigt angeordnet
sind. Bei einer zur radialen Abdichtung einer Welle dienenden Wellendichtung liegt
die Zusatzlippe auf einer in der Regel zylindrischen Umfangsfläche der Welle auf.
In diesem Falle wird die Schräglage der die Förderwirkung ergebenden,
an
inneren Umfang der Zusatzlippe angeordneten Einschnitte so gewählt, daß eine zur
Achse der Welle parallele Mantellinie mit zunehmendem Drehwinkel der Welle fortschreitend
von außen nach der Dichtlippe hjin die Anlagekanten der Einschnitte an der Umfangsfläche
der Welle überschneidet. Bei einer, eine axiale Dichtwirkung ergebenden Wellendichtung
hingegen liegt die Hauptdichtlippe gegen eine mit der Welle umlaufende, zu deren
Drehachse wenigstens annähernd senkrechte Schulterfläche an und bildet zusammen
mit wenigstens einer konzentrisch zu ihr liegenden, jedoch vonihr umschlossenen
Zusatzlippe den Kammerraum. In diesem Falle wird angestrebt, von der Luftseite her
einen radial nach außen gegen die inneren Begrenzungswände der Dichtlippe gerichteten
Überdruck zu erzeugen. In diesem Falle weisen die Anlagekanten der Einschnitte an
der Zusatzlippe einen nur wenige Winkelgrade ausmachenden Verschneidungswinkel gegenüber
einer Radiuslinie auf, die sich in Umlaufrich tung der Welle bewegt und dabei mit
zunehmenden Drehwinkel die Anlagekanten der Einschnitte von innen nach außen fortschreitend
überfährt.
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Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
vier verschiedenen Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Radial-Wellendichtring in
seinem Axialschnitt und Fig. 2 in abgewickelter Form ei ne Teilansicht dieses Dichtrings.
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Fig.3 zeigt als zweiten Ausführungsbeispiel einen abgewandelten Radial-Wellendichtring
mit besondern gestalteter Haupt-Dichtringe im Axialschnitt und Fig. 4 eine Teilensicht
seiner Abwicklung.
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Fig. 5 und Fig. 6 zeigen die Verhältnisse einer erfindungsgemäßen
Dichtung bei einer anderen, für Links- und Rechtslauf bestimmten Ausführungsform.
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Fig. 7 zeigt eine Axial-Gleitringdichtung; diese in ihrem Axialschnitt
und Fig. 8 in axialer Draufsicht.
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In Fig.9 ist die Wellendichtung nach Fig. 1 in einem gemäß der Linie
IX-IX geführten Querschnitt ausschnitsweise wiedergegeben.
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Die Radial-Welledichtung nach Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf, mit
welchem der Dichtring in eine hierfür vorgesehene Aufnahmebohrung 2 in einem Maschinengehäuse
dicht und fest eingepreßt werden kann. Mit dem ringförmigen Gehäuse 1 ist eine Dichtmanschette
4 aus elastischem Werkstoff, vorzugsweise aus @nnstkautschuk, beispielsweise durch
Vulkanisation, fest verbunden. Diese Dichtmanschette weist auf ihrer, dem abzudichtenden,
links von der Wellendichtung zu denkendem Medium zugekehrten Seite eine im dargestellten
Axialschnitt etwa dreieckförmige Dichtlippe 5 auf, die unter radialer Eigenvorspannung
und -beim dargestellten Ausführungsbeispiel - unter der Kraft einer zusätzlichen
Feder 6 gegen die Oberfläche 7 einer Welle 8 mit ihrer in Umfangsrichtung in sich
geschlossenen Dichtkante 9 satt anliegt und dabei die angestrebte Dichtwirkung gegenüber
dem abzudichtenden Medium ergibt.
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An der dem abzudichtenden Medium abgekehrten Seite der Dichtung (der
Luftseite) befindet sich eine aus dem elastischen Werkstoff der Dichtmanschette
mit angeformte Zusatzlippe 10, die mit ihrer Lauffläche 11 auf der zylindrischen
Umfangsfläche 7 sder Welle 8 aufliegt. Diese Lauffläche weist erfindungsgemäß mehrere
in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Einschnitte 12 auf. Figur 2 zeigt diese
Einschnitte 12 in abgewickelter Form in einer Teilamsicht der Abwicklung der Zusatzlippe
10. Diese Einschnitte 12 verlaufen schräg zu der Drehachse 13 der Welle 8 und verlaufen
außerdem, wie der in Fig. 9 in vergrößertem Maßstab wiedergegebene, nach der Linir
IX-IX in Fig. 1 geführte Querschnitt zeigt, auch schräg zur Oberfläche der Welle
8. Wie in Fig. 9 angegeben,schließen die Einschnitte 12 mit ihrer zugehörigen, an
die Welle gelegten Tangenten-Ebene T einen spitzen Winkel B von etwa 45° ein, dessen
Spitze in die mit einem Pfeil A angedeutete Drehrichtung der Welle 8 weist. In Bezug
auf eine zur Drehachse 13 der Welle parallele Mantellinie schließen die Einschnitte
12 einen spitzen Winkel a von etwa 45° ein, wobei der Winkel gegen die Luftseite
hin geöffnet ist und mit seiner Spitze gegen die Dichtlippe 5 zeigt. Die Einschnitte
12 sind derart angeordnet, daß eine zur Achse parallele Mantellinie an der Umfangsfläche
der Welle die mit dieser Umfangsfläche in Bohrung stehenden Gegrenzungskanten der
Einschnitte 12 mit zunehmendem Drehwinkel der Welle von außen gegen die Dichtlippe
5 bzw, die Dichtkante 9 fortschreitend überfährt. Hierbei ergibt sich für die durch
den Pfeil A angegebene Drehrichtung der Welle ein Druckaufbau in dem Kammerraum
14, der sich zwischen der Haupt-Dichtlippe 5 und der Zusatzlippe 10 befindet. Zur
Verdeutlichung ist in Fig. 1 mit +-Zeichen der durch die Drehbewegung der Welle
entstehende, leichte Überdruck gegenüber dem abzudichtenden Medium versinnbildlicht.
Durch diesen Überdruck
wird ein Eindringen von Starb oder Schmutzteilchen
in den Kammerraum 14 von der Luftseite her weitgehend unterbunden. Außerdem kann
diesen Überdruck eine eventuell bei ungünstigen Bedingungen an der Dichtkante 9
auftretende, leichte Leckage des abzudichtenden Mediums wieder zurückgedrückt werden.
Bei hohen Gleitgeschwindigkeiten der Wellenoberfläche 7 treten an der Dichtkante
9 auch erhebliche thermische Belastungen auf. Durch die erfindungsgemäß in der Zusatzlippe
10 vorgesehenen Einschnitte 12, die eine fortgesetzte Folge von Rippen und Nuten
ergeben, kann bei hohen Gleitgeschwindigkeiten eine erhebliche Erhöhung des Überdrucks
im Kammerraum 12 erzielt werden, so daß die Dichtkante 9 gegen ihre eigene @erspannung
und gegen die Kraft der Feder 6 entlastet wird, was nicht nur zu einer erheblichen
Verringerung der Reibungsverluste, sondern auch zu einer beträchtlichen Verringerung
der thermischen Belastung und Erhöhung der Lebensdauer der Dichtung führt.
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Für die entgegengesetzt Drehrichtung, welche in Fig. 2 durch einen
mit unterbrochenen Linien ausgeführten Pfeil B angedeutet ist, @ünßen die Einschnitte
12, die eine Folge von sich in Umfangsrichtung avwechselnden Rippen und Nuten ergeben,
entgegengesetzt zu der in der Zeichnung dargestellten Schräglage gegenüber der Wellenachse
13 angebracht werden.
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Während bei der Ausführungsform nach dem Fig. 1 und 2 lediglich auf
der Lauffläche der Zusatzlippe 10 Einschnitte 12 vorgesehen sind, mit welches ein
gegen die Haupt-Dichtlippe 5 gerichteter Fördereffekt erzielt werden kann, ist bei
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine ähnliche Ausbildung der lufseitigen Lauffläche
15 an der Haupt-Dichtlippe
5 vorgesehen. Dort befinden sich in
einer größeren Anzahl gleichmäßig über den Umfang verteilte Einschnitte 16, die
ebenso wie die Einschnitte 12 an der Lauffläche 11 der Zusatzlippe 10 zur Wellenachse
13 schräg geneigt sind. Diese Einschnitte 16 ergeben eine ununterbrochene Folge
von Rippen und Nuten, welche bei der eingezeichneten Drehrichtung C der Welle im
Mikro-Bereich einen Luftdurchtritt zwischen der Dichtkante 89 und der Wellenoberfläche
7 in Richtung auf das abzudichtende, von der linken Seite her anstehende medium
bewirken und dabei zu einer Art von Luftschmierung mit vermi nderter Reibung führen.
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Durch die an der luftseitigen Lauffläche 15 der Haupt-Dichtlippe 5
angeordneten Einschnitte 16 können etwaige, durech ungünstige Bedingungen an der
Dichtkante 9 auftretende Leckagen zurückgedrängt werden. Durch die erfindungsgemäße
Anordnung von zur Wellenachse 13 geneigten Einschnitten 12 bzw. Nuten und Rippen
an der zylindrischen Laffläche wird eine einwandfreie Funktion der Haupt-Dichtlippe
5 gewährleistet, was seither mit zusätzlichen, ein Spiel gegenüber der Wellenoberfläche
aufweisenden Dichtlippen nicht erreichbar war. Bei geeigneter Wahl hinsichtlich
ihrer Höhe, Länge ung und Teil der durch die Einschnitte 12 bzw. 16 entstehenden
Rippen oder Nuten kann für die in Betracht kommende betriebsdrehzahl leicht ein
solcher Überdruck im Kammerraum 14 erzeugt werden, daß ein Eindringen von Staub-
oder Schmutzteilchen von außen unmöglich gemacht wird. Dabei ist jedoch wesentlich,
daß die Einschnitte 12 in der Zusatzlippe 10 wenigstens annähernd die gleiche Neigungsrichtungs
zur Wellenachse 13 haben, wie die Einschnitte 16 an der Lauffläche 15 der Haupt-Dichtlippe
5. Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 in einer Teilansicht der Abwicklung
der
Dichtmanschette dargestellt, wobei mit einem in ausgezogenen Linien dargestellten
Pfeil C die Drehrichtung der Welleangedeutet ist. Wenn jedoch die Welle in einer
entgegengesetzten, durch den gestrichelten Pfeil D angedeutet Drehrichtung läuft,
müßen die Einschnitte und die durch die gebildeten Rippen und Nuten eine entgegengesetzt
Schräglage zu den in der Zeichnung dargestellten Ein@@bnitten 12 und 16 gegenüber
der Wellen@@beo 13 aufweisen.
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Während die vorher beschriebenen beiden Ausführungsbeispiele nach
den Fig. 1 bis 4 drehrichtungsabhängige Einschnitte aufweisen, ist in Fig. 5 eine
erfindungsgemäße Diochtung dargestellt, welche in beiden Drehrichtungen verwendet
werden kann und daher drehrichtungsunabhängig ist.
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Bei dieser Ausführungsform weist die Zusatzdichtlippe 10 eine unter
Eigen@@@@pennung auf der Wellenoberfläche 7 satt aufliegende Dichtkante 17 und eine
konische gegen die Luftseitze bis sich erweitende Lauffläche 18 auf-Wie bei den
Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 sind an der Zusatzlippe 10 Einschnittte
12 vorgesehen, welche die Lauffläche in Rippen und Nuten unterteilen.
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Unter Verwendung der bereits beim Ausführungsbeispiel nach den Fig.
3 und 4 gezeigten Anordnung befinden sich auch an derluftseitigen Schrägfläche 15
der Haupt-Dichtlippe 15 schräg zur Wellenachse vorlaufende Einschnitte 16, da die
Einschnitte 12 und 16 nur für eine der beiden möglichen Drehrichtunge wirksam sind.
An der konischen Lauffläche der Zusatzlippe 10 sind für die entgegengesetzte Drehrichtung
symetrisch zur Drehachse und spiegebildlich zu den Einschnitten 12 verlaufende Einschnitte
19 vorgesehen, zu denen mit gleicher Neigung ausgeführte Einschnitte 20 an der luftseitigen
Laufflächen der Haupt-Dichtlippe 5
gehören. Besonders vorteilhaft
ist es, wenn die Einschnitte abwechselnd in den beiden Schräglasen gegenüber der
Drehachse 13 der Dichtung angeordnet sind, so das bei beiden Drehrichtungen jeweils
ein über den ganzen Umfang etwa gleichmäßig verteilter Fördereffekt gewährleistet
ist.
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Die in den Fig. 1 bis 6 ndargestellten Ausführungsbeispiele sind für
eine radiale Dichtwirkung bestimmt. Im Gegensatz hierzu dient die in Fig. 7 in ihrem
axialen Längsschnitt und in Fig. 8 in axialer Draufsicht wiedergehebene Ringdichtung
dazu, eine axiale Dichtringe zu erzielen. Die dargestellte Ringdichtung weist ein
Gehäuse 31 auf, mit welchem die Dichtung in eine hierfür vorgesehene Aufnahmebohrung
32 in einem Maschinengehäuse 33 dicht und durch Preßpassung fest eingespannt werden
kann. Mit dem ringförmigen Gehäuse 31 ist eine Dichtmanschette 34 aus elastischen
Wekstoff, vorzugsweise Kunstkautsohuk, beispielsweise durch Vulkanisation fest verbunden.
Diese Dichtmanschette 34 weist auf ihrer dem abzudichtenden Medium zugekehrten Seite
eine im dargestellten axialen Längsschnitt dreieckförmige Haupt-Dichtlippe 35 auf,
welche die Abdichtung in axialer Richtung unter ihrer Eigenvorspannung und unter
der kraft einer zusätzlichen Feder 36 durch Anlage an die senkrecht zur Wellenachse
43 verlaufende Wellenschulter 37 bewirkt. Ihre Dichtkante 39 liegt dabei satt und
über ihren ganzen Umfang auf der Wellenschulter 37 auf. An der dem abzudichtenden
Medium abgekehrten, innerhalb der Dichtkannte 39 liegenden Luftseite befindet sich
eine konzentrisch zur Dichtlippe 35 und zur Wellenachse 43 angeordnete Zusatzdichtlippe
40, deren ringförmige Lauffläche 41 mit in erster Näherung radial verlaufenden Eischnitten
42 versehen ist. Diese radial verlaufenden
Einschnitte 42 sind
gegenüber der in Fig. 8 mit einem Pfeil E angedeuteten Umfangsdrehrichtung den Wellenstampfes
38 in der Weise geneigt, daß eine radiale Linie 45 die auf der Wellenschulter 35
aufliegenden Degrenzungskanten der Einschnitte 42 mit zunehmenden Drehwinkel von
innen nach außen radial fortschreitend überfährt und dabei einen gegen die weiter
außen liegende Haupt-Dichtlippe 35 gerichteten Luftfördereffekt bewirkt.
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Der besondere, in den beschriebenen Ausführungsformen erreichte Vorteil
liegt darin daß es mit verhält nismäßig einfachen Mitteln gelingt, in dem zwischen
einer Haupt-Dichtlippe und einer Zusatzlippe verbleibendend Kammerraum einen gegenüber
dem abzudichtenden Medium wirksamen Überdruck zu erzielen und dabei die Haupt-Dichtlippe
zu entlasten. Dies führt zu einer wesentlichen Verbessesrung der Dichteigenschaften
einer Wellendichtung und gleichzeitig zu einer Erhöhung ihrer Lebensdauer.
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Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils nur eine einzige
Zusatzlippe vorgesehen. Unter Ausnutzung des Hauptgedankens der Erfindung kann man
jedoch ohen weiteres auch mehrere, entweder axial hintereinander gestaffelt angeordnete
Zusatzlippen oder mehrere, in radialer Richtung hintereinander liegende Zusatzlippen
vorsehen, welche an ihrer an der Welle anliegenden Lauffläche in der erfindungegemäße
Weise mit Einschnitten versehen sind, die bei der Betriebsdrehricchtung der Welle
einen den Staudruck erhöhenden Fördereffekt bewirken, welcher gegen das abzudichtende
Medium gerichtet ist.