DE2047631A1 - Wellendichtung - Google Patents

Description

Dana Corporation 2 8. Sep. 1970

Toledo, Ohio, V,$t.A.

Wellendichtung

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einem ortsfesten Glied und einer relativ dazu drehbaren Welle»

Herkömmliche Wellendichtungen dieser Art bestehen aus einem steifen äußeren Gehäuse und einem gegossenen Dichtglied, das mit dem Gehäuse verbunden und aus synthetischem Gummi oder einem ähnlichen elastischen Material gegossen ist. Bei Betrachtung im Querschnitt besteht die herkömmliche Dichtung aus einem längsverlaufenden, frei auskragenden Balken, der an seinem freien Außenende zwei konische Flächen aufweist, die unter Bildung einer Dichtlippe ineinander übergehen, welche in Berühung mit der Welle aufliegt. Die Radialbelastung wird durch eine Bandfeder erreicht, die der Dichtlippe gegenüberliegend am Balken angebracht ist« Diese Radialbelastung ist erforderlich, um die Dichtlippe in ständiger Berührung mit der Welle zu halten und den durch Exzentrizität der Welle und nicht konzentrische Lage zwischen der Dichtlippe und der Welle hervorgerufenen Kräften entgegenzuwirken, die häufig von nicht konzentrischer Ausrichtung zwischen der Welle und der Einbaueinrichtung des ortsfesten Gehäuses, wie der Bohrung eines Gehäuses, herrühren.

Die Größe der Radiaibelastung ist kritisch, da synthetischer Gummi und ähnliche Werkstoffe einer Härtung unter-

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worfen sind, die eine Punktion von Zeit, Druck und Temperatur darstellt. Wärme mit damit zusammenhängendem Temperaturanstieg wird dadurch erzeugt, daß die Dichtlippe mit der sich mit hoher Drehzahl drehenden Welle in Berührung steht. Aus diesem Grund wird herkömmlicherweise gewöhnlich eine als möglichst scharfe Messerkante ausgebildete Dichtlippe verlangt, um die Gesamtgröße der mit der Welle in Berührung stehenden Oberfläche herabzusetzen. Die Ausbildung einer Messerkante ist aber ein kritischer Vorgang.

Infolge der konisch ineinanderlaufenden Flächen ist es jedoch praktisch unmöglich, in einer herkömmlichen zweiteiligen Form eine scharfe Dichtlippe ohne Grat zu gießen. Infolgedessen muß die Dichtlippe mit einem Messer zurechtgeschnitten werden, was aber wegen der konvergierenden Flächen einen kritischen Arbeitsgang darstellt, wobei jede Abweichung eine Unrundheit und Ungleichförmigkeit des Querschnitts zur Folge hat. Außerdem würde eine Scharte in dem für das Zurechtschneiden verwendeten Messer einen Riß in der Dichtlippe hervorrufen, was zu Leckage sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen führt.

Aufgabe der Erfindung ist mithin in erster Linie die Schaffung einer verbesserten Wellendichtung, bei welcher eine kontrollierte Radialbelastung ohne äußere Federmittel erreicht wird und bei welcher die Dichtlippe gegossen werden kann, ohne ein späteres kritisches Zurechtschneiden zu erfordern. Diese Wellendichtung soll darüberhinaus vorzugsweise längere Betriebslebensdauer als die bisher bekannten Dichtungen dieser Axt besitzen und vergleichsweise billig herstellbar sein·

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Diese Aufgabe wird bei einer Wellendichtung mit einem radial verlaufenden Plansch aus elastomerem Material, der an seinem Außenumfang von einem Gehäuse gehaltert wird und an seinem Innenumfang eine mit einer drehbaren Welle zusammenwirkende Dichtlippe festlegt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtlippe durch eine axiale Verlängerung des Innenumfangs des Flansches festgelegt ist, deren eine Fläche sich im wesentlichen axial zum Plansch und deren andere Fläche sich im wesentlichen radial zum Plansch erstreckt und die erstgenannte Fläche schneidet, und daß der Durchmesser des Innenumfangs des Flansches kleiner ist als derjenige einer Welle, welcher er zugeordnet werden soll, so daß die axiale Verlängerung gedehnt und der Flansch in im wesentlichen axialer Richtung durchgebogen wird, um die Verlängerung in eine Lage zu verdrehen, in welcher der Schnittpunkt zwischen den genannten Flächen der Welle zugewandt ist.

Im folgenden sind einige bevorzugte Ausführungö"b=..:.spit-ie der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert«, Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Wellendichtung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 einen durch die Mittellinie der erfindungsgemäßen Wellendichtung geführten Querschnitt, welcher die obere Hälfte der Dichtung in ihrem unbelasteten Zustand zeigt,

Fig« 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Dichtung in ihrem in die Bohrung eines Gehäuses eingebauten und auf eine drehbare Welle aufgesetzten Zustand und

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Fig. 4 eine Fig. 2 ähnelnde Ansicht, welche jedoch eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Die erfindungsgemäße Wellendichtung besteht im wesentlichen aus zwei Hauptteilen, nämlich einem steifen äußeren Gehäuseteil 10 und einem gegossenen Dichtglied 20, das am Gehäuseteil 10 befestigt ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der äußere Gehäuseteil 10 ringförmig ausgebildet und steif und besteht vorzugsweise aus Stahl. Am einen Ende 11 ist er radial einwärts herumgebörtelt, so daß er an der Börtelung einen kleinen radial verlaufenden Plansch 13 bildet, welcher den Einbau in die Bohrung eines Gehäuses erleichtert. Am anderen Ende weist Gehäuseteil 10 einen größeren, radial einwärts gerichteten'Flansch 12 auf, während sich zwischen diesen beiden Flanschen ein einstückig mit ihnen verbundener, axial verlaufender Abschnitt 15 befindet.

Das Dichtglied 20 ist aus einem der herkömmlicherweise für öldichtungen verwendeten Werkstoffe gegossen. Bevorzugte Werkstoffe sind die Nitrilgummis, die Butadiene und die Aorylnitrile, Das Dichtglied 20 wird beim Gießen auf herkömmliche Weise mit dem Gehäuseteil 10 verbunden. Die Art der Verbindung des Dichtglieds 20 am Gehäuseteil 10 ist nicht kritisch, solange sie eine ununterbrochene Abdichtung zwischen den beiden Teilen gewährleistet und solange das Verbindungsverfahren ausreichende physikalische Festigkeit liefert, um diese beiden Bauteile während ihrer tatsächlichen Verwendung als Dichtungseinrichtung in zusammengesetztem Zustand zu halten·

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Das Dichtglied 20 weist einen ringförmigen Manschet« tenteil 22 auf, welcher den Ausgleich von Exzentrizität der Welle, auf welche das Dichtglied 20 aufgesetzt ist, unterstützt, sich axial zur Haupterstreckung des Dichtglieds 20 erstreckt und kurz vor seinem Außenende mit einem radial nach außen gerichteten Flansch 24 verbunden ist. Eine Fläche des radialen Flansches 24 sowie eine Fläche eines Außenendes 26 des Manschettenteils 22 sind mit dem äußeren Gehäuseteil 10 verbunden, "beispielsweise verklebt, so daß das Dichtglied 20 und der Gehäuseteil 10 als einstückige Einheit wirken₀ Am Innenende des radialen

ein/ Flansches 24 des Diohtglieds 20 ist /einstückig mit dem Manschettenteil 22 ausgebildeter einwärts gerichteter radialer Flansch 28 vorgesehen, der sich radial einwärts in Richtung auf die Achse des gegossenen Dichtglied3 20 erstreckt und unter einem rechten Winkel zum Manschetten·- teil 22 liegt und somit ein Element bildet, das praktisch parallel zum radialen Flansch 24 liegt. Der radiale Flansch 28 weist etwa an seinem radialen Innenende einen erweiterten Abschnitt 30 auf, der im wesentlichen quadratischen Querschnitt besitzt und eine vergrößerte Querschnitts-fläche zur Verstärkung der Säulenwirkung des Flansches 28 bietet, so daß unerwünschte, bei einem Springen bzw. Schlagen auftretende Flatterbewegungen nicht auf das gegossene Dichtglied 20 übertragen werden, während die Welle in ihm umläuft. Am Endpunkt des radialen Innen— endes des Dichtglieds 20 ist der einwärts verlaufende Flansch 28 mit einer -^ichtlippe 32 versehen, die ebenfalls praktisch quadratischen Querschnitt besitzt, in Axialrichtung langer als der erweiterte Abschnitt 30 ist und einstückig mit letzterem sowie mit dem einwärts gerichteten Flansoh 28 ausgebildet ist. Da gemäß ^¹Ig* 3 beim gegossenen ^iohtglied 20 keine einwärts gekehrten Entwurfs-

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winkel vorhanden sind, braucht die Trennlinie seiner Gießform nicht an der Stelle der Dichtlippe 32 zu liegen, sonder kann sioh vorzugsweise an einer gegenüberliegenden Ecke 34 des erweiterten Abschnitts 30 befinden. Hierdurch wird an einer der Ecken der Dichtlippe 32 eine messerkantenartige Ecke 33 gebildet.

Der nahe des radialen Innenendes des einwärts gerichteten Flansches 28 ausgebildete erweiterte Abschnitt 30 besitzt α die Form eines Reifens und spannt sich in aufgespreiztem Zustand über eine sich drehende Welle, um eine Radialbelastung für die Dichtlippe 32 zu gewährleisten. Dieser erweiterte Abschnitt 30 kann, selbstverständlich unter Berücksichtigung der Größe und Dicke der restlichen Teile des Dichtglieds 20, so bemessen sein, daß er die gewünschte Radialbelastung gewährleistet.

Zwischen den Enden des sich einwärts erstreckenden Flansches 28 ist ein erweiterter wulstförmiger Abschnitt 35 vorgesehen, welcher die Säulenwirkung des Flansches 28 verkürzt und gewährleistet, daß jegliche Biegeverformung des gegossenen Dichtglieds 20 entweder über oder unter φ dem erweiterten Abschnitt 35 auftritt.

Gemäß Fig. 3 sind der äußere Gehäuseteil 10 und das gegossene Dichtglied 20 in Dichtungsberührung zwischen eine Bohrung 36 und eine Welle 38 eingefügt. Der äußere Gehäuseteil 10 ist mit Preßsitz in die Bohrung 36 eines entsprechend montierten Gehäuses eingesetzt, welches auch die Welle 38 unter drehbarer Lagerung führt. Die Bohrung 36 ist daher gegenüber dem äußeren Gehäuseteil 10 und dem Dichtglied 20 ortsfest, wobei gewünsohtenfalls ein Dicht-

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mittel an der Innenfläche zwischen dem äußeren Gehäuseteil 10 und dem Gehäuse vorhanden sein kann, um eine einwandfreie Abdichtung zu gewährleisten«

Wie aus einem Vergleich der Fig«, 2 und 3 ersichtlich ist, ist'Durchmesser der Welle 38 wesentlich größer als der Innendurchmesser des Dichtglieds 20 in seinem unbelasteten, unverformten Zustand. Wenn das Dichtglied 20 auf die Welle 38 aufgesetzt wird, wird mithin sein Innenab-sehnitt verformt und in Axialrichtung ausgewölbt. Der erweiterte Abschnitt 30 wird unter Lieferung der Radialbelastung gedehnt, während der unter dem erweiterten, wulstförmigen Abschnitt 35 befindliche, sich einwärts erstreckende Plansch 28 eine gewölbte Form annimmt. Die Dichtlippe 32 wird verlagert und tatsächlich so verdreht, daß ihre vorher radial gerichtete Fläche in abgewinkelte Lage zum Umiaag der Welle 38 gelangt. Durch diese Anordnung wird nciicaierweise ein Winkel zwischen der Dichtlippe 32 und der Welle 3β festgelegt, wodurch der Flansch 28 derart zu liegen kommt, daß er von der axialen Innenseite des Dichtglieds 20 weg geneigt ist. Zu diesem Zeitpunkt steht die Ecke 33 in Berührung mit der Welle 38 und bildet eine wirksame Dichtung, während ein Teil der Fläche der Dichtlippe 32 ebenfalls mit der Welle 38 in Berührung steht. Nach gewisser Abnutzung der Dichtlippe 32 reibt sie sich im wesentlichen bis zu dem Punkt ab, an welchem ihre gesamte Fläche mit der Welle 38 in Berührung steht. Die anfänglich durch das Dichtglied 20 hergestellte Berührung sowie die schließlich festgelegte Berührung gewährleisten jedoch eine Abdichtung, die eine minimale Berührungsfläche an der Welle 38 aufweist, so daß ein Wärmestau vermieden und ein Dichtungsglied langer Betriebalebensdauer gebildet wird.

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ORIGINAL INSPECTED

Im Betrieb bilden der erweiterte Abschnitt 30 und die Dichtlippe 32 praktisch eine Manschette bzw. einen Dichtring um die Welle 38 herum, wobei die Radialbelastung durch die richtige Größenbemessung des erweiterten Abschnitts 30 unter Berücksichtigung der Art des zur Herstellung des gegossenen %chtglieds 20 verwendeten Werkstoffs erreicht wird. Der unter dem erweiterten Abschnitt 35 befindliche, sich einwärts erstreckende Flansch 28 vermag sich wegen seiner Bogenform ebenso wie der sich axial erstreckende ringförmige Manschettenteil 22 frei in Radialrichtung zu bewegen, so daß die Dichtlippe 32 mit der Welle 38 mitzuschwingen und Unkonzentrizität, Exzentrizität der Welle sowie "Schlag", d.h. Radialbewegungen der Welle während der Drehung, auszugleichen vermag.

In Fig. 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der äußere Gehäuseteil 10' in Verbindung mit dem gegossenen Dichtglied 20' zur Herstellung einer Abdichtung zwischen einer Bohrung und einer Welle von wesentlich kleineren Abmessungen als die Bohrung 36 und die Welle 38 der zuerst beschriebenen Ausführungsform dienen. Hierbei wird kein erweiterter, wulstförmiger Abschnitt 35 benötigt, um zu gewährleisten, daß eine entsprechende Säulenwirkung zur Verhinderung eines Flatterns der Dichtlippe 32' geboten wird. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist der radiale Flansch 24^f unter einem rechten Winkel herumgezogen, so daß er einen axial verlaufenden Abschnitt 25 und einen eingezogenen Abschnitt 27 am äußeren Endpunkt des axial verlaufenden Abschnitts 25 festlegt; auf diese Weise ist der äußere Gehäuseteil 10» mit dem Dichtglied 20» über eine Innenfläche desselben verbunden, welche durch ein Außenende 26»,

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den radialen Flansch 24¹, den rechtwinkelig abgebogenen Abschnitt 25 und den eingezogenen End-Absohnitt 27 gebildet wird» Der erweiterte Abschnitt 30* ist wiederum vorhanden, um die vorher erwähnte Reifenwirkung zu bieten und eine ausreichende Radialkraft für die Dichtlippe 32^f zu gewährleisten, so daß diese eine Abdichtung gegenüber der Welle 38 herstellt.

Der äußere Gehäuseteil 10' und das mit diesem verbundene, gegossene Dichtglied 20' sind auf ähnliche Weise wie der äußere Gehäuseteil 10 und das Dichtglied 20 in einer Bohrung, wie der Bohrung 36, bzw. auf einer Welle, wie der Welle 38, angeordnet, wobei der Durchmesser des Dicht— glieds 20* wiederum kleiner ist als derjenige der Welle, so daß die Dichtlippe 32* auf ähnliche Weise ausgerichtet ist wie die Dichtlippe 32 der zuerst beschriebenen Aus— führungsform und sioh der radiale Flansch 24" auf ähnliche Weise durchwölbt wie der unter dem wulstförmigen Abschnitt 35 befindliche Abschnitt des radialen Flansches 24⁷ beschriebenen Ausführungsfonn.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Wellendichtung mit einem radial verlaufenden Flansch aus elastomerem Material, der an seinem Außenumfang von einem Gehäuse gehaltert wird und an seinem Innenumfang eine mit einer drehbaren Welle zusammenwirkende Dichtlippe festlegt, daduroh gekennzeichnet, daß die Dichtlippe durch eine axiale Verlängerung des Innenumfangs des Flansches festgelegt ist, deren eine Fläche sich im wesentlichen axial zum Flansch und deren andere Fläche sich im wesentlichen radial zum Flansch erstreckt und die erstgenannte Fläche schneidet, und daß der Durchmesser des Innenumfangs des Flansches kleiner ist als derjenige einer Welle, welcher er zugeordnet werden soll, so daß die axiale Verlängerung gedehnt und der Flansch in im wesentlichen axialer Richtung durchgebogen wird, um die Verlängerung in eine Lage zu verdrehen, in welcher der Schnittpunkt zwischen den genannten Flächen der Welle zugewandt ist.

   2, Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch axial verdickte Abschnitte zur Steuerung des Ausmaßes und der Lage seiner Durchbiegung aufweist·

   3· Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die axial verdickten Abschnitte über eine begrenzte Radialausdehnung des Flansches erstrecken,

   4· Wellendichtung nach Anspruch 1,2oder 3_f dadurch gekennzeichnet, daß der Flansoh an seinem Außenumfang in eine axial gerichtete, flexible Manschette übergeht, die vom Gehäuse getragen wird*

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