DE2333182A1

DE2333182A1 - Lippendichtung

Info

Publication number: DE2333182A1
Application number: DE19732333182
Authority: DE
Inventors: David Ernest Johnston; Peter John Russel
Original assignee: George Angus and Co Ltd
Current assignee: George Angus and Co Ltd
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1973-06-29
Publication date: 1974-01-17
Also published as: IT986235B; IN139148B; DK144251C; AU5715273A; BE801651A; ES416417A1; DK144251B; ZA734168B; NL7309066A; JPS4963852A; CA993004A; FR2191685A5; SE397398B; JPS5650147B2; GB1429939A; DE2333182B2

Description

DlpJ.-Ιηα '^r -?-'

2' ■>' ^Tei- 29 25 55

München, den ²⁹' ^Juni

Moin Zeichen ί P1728

Anmelder: George Angus &.Company Limited Angus House
152 -158 Westgate Road

Newcastle upon Tyne 1 England

Lippe ndi chtung

vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wellendichtungen und Insbesondere auf Lippendichtungen für umlaufende Wellen, auch als öldichtungen bekannt, die im wesentlichen vorgcformte Ringe aus Gummi oder ähnlichen ■^laatomoron alnd und die dazu benutzt werden, um Hingspalte rund um Wollen oder fihnlicho Maschinenteile abzudichten, damit öl zurückgehalten und Schmutz und Stnub ferngehalten werden.

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Derartige Dichtungen sind in der Industrie weithin in Gebrauch, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und allgemein anerkannte Fachausdrücke .sollen in di-eser Beschreibung ihre Anwendung finden.

Die Erfindung bezieht sich auf die Gestalt der vorgeformten Oberfläche einer Dichtung in der unmittelbaren Nähe der Dichtkante und auf eine Dichtungs- Verschleisszone, die auch als Dichtungs- oder Berührungs— band bekannt ist, und die an der Rückseite scharf abgegrenzt wird, das heisst am Schnittpunkt der vorgeformten Oberfläche mit der Luftseite.

Die Untersuchung über das Verhalten von Dichtungen hat gezeigt, dass das Auftreten von Leckage begleitet ist vom unbestimmten oder allmählichen Divergieren der vorgeformten Oberfläche von der abgedichteten Oberfläche, und insbesondere, vor allem bei verhältnismässig weichen Elastomeren wie etwa Silikongummis, von Verwerfungen der vorgeformten Oberfläche, sodass sie zur abgedichteten Oberfläche einen allmählich sich vergrössernden Radialspalt von etwa keilförmigem Querschnitt bildet.

Ohne näher die Theorie über Plüssigkeitsdichtungen zu berühren, ist es sinnvoll, festzustellen, dass ein derartiger, sich allmählich vergrössernder Radialspalt dem Aufrechterhalten einer stabilen Oberflächenkrümmung

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einer, Ölfilms zwischen der Dichtung und der abgedichteten Oberfläche, so wie man sie bei einer wirksamen Lippendichtung für notwendig hält, abträglich ist.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Dichtung vor, die eine genau definierte, klare Divergenz zwischen der vorgeformten Oberfläche und der abgedichteten Ober— fläche vorsieht, wobei dieses durch eine passende Flexibilität des elastomeren Materials der Dichtung, durch einen passenden Winkel zur Welle, d.h. den Winkel zwischen der vorgeformten Oberfläche und der abgedichteten Oberfläche, und durch eine genau beschriebene Ausgestaltung der vorgeformten Oberfläche erreicht wird.

Gomäns der Erfindung ist eine Lippendichtung für umlaufende Wellen, die au3 einem vorgeformten Hing aus elastomerem Material mit einer Dichtlippe besteht, die eine Dichtkante aufweist, die ihrerseits durch eine vorgeformte Oberfläche an der Luftseite der Dichtung bestimmt wird, gekennzeichnet durch die Eigenschaften, di,s3 das elastomere Material des Rings G±nen Elantizitätsmodul von zwischen 3,5 und 8,5 MN/m" aufweist und riann die vorgoformte lvläche konkav ist, wobei sie dlo Dichtko.nte unter einem Tangentenwinkel von zwischen 50° und 80° einschliesslich trifft.

Bequomerweise ist die Hohlkrümmung der vorgeformten !•'lücho oino kroisformigo Kurve, sodaas die vorgeformte

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Oberfläche ein Ringsegment oiner kugeligen Oberfläche darstellt, was die maschinelle Herstellung des Mittelstempels einer ilatritze durch einfaches Drehen erleichtert.

vür die '"ohr zahl dor Dichtungen ist der go forderte RadiU3 ziemlich klein, 2.B. zwischen 2 sm und 7 mm. Das umfasst Dichtungen für Y/ellendurchmesser bis zu 200 sm, wenngleich auch der Radius bestimmt ist als Funktion einer axialen Abmessung der Dichtung, bekannt als Lippenhöhe (L), nicht etwa durch den V/ellendurchmesser.

Die Hohlkrümmung braucht nicht kreisförmig zu sein, wobei andere Kurven Zweiter Ordnung mit entsprechender Hohlkrümmung anwendbar sind.

Die Erfindung wird nun durch die beigefügte Zeichnung in Form eines Beispiels näher dargelegt, wobei:

Fig. 1 einen sinnbildlich dargestellten, axialen Halbschnitt einer gebräuchlichen Lippendichtung für umlaufende Wellen darstellt,

Fig. 2 in übertriebener Darstellung ausschnittsweise den Längsschnitt einer Dichtlippe darstellt, um den Verwerfungsfehler an der vorgeformten Oberfläche zu zeigen, der die genaue Definition der Rückseite der Dichtungs- Verschleisszone stört,

Fig. 3 einen vergro3serten Ausschnitt der Lippe einer^effindungngemessen Dichtung im Längsschnitt darstellt,

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Fig. 4 einen Längsschnitt einer Lippe einer erfinduncsgemässen Dichtung darstellt, wie sie nach dom Vorformen und vor der Endbearbeitung aussieht.

Kine Dichtung, wlo sie in Pig. 1 gozoigi; int, umfasst einen vorgeformten Gummiring 1, der durch eine Metalleinlage 2 so versteift ist, dass er als Zwischenteil in einem Y/ellengehäuse montiert werden kann, gegen das eine Gummiverkleidung 3 als statische Dichtung wirkt·

Um in Umfangsrichtung rund um die Welle in Wischberührung abzudichten, hat die Dichtung eine flexible Lippe, die aus dem Kragen 4 und dem Kranz 5 besteht, an dem eine Dichtungskante 6 durch den Schnitt von einer vorderen oder inneren kegelstumpfförmigen Oberfläche 7, die v/egen ihrer Abweichung von der Formgebung durch Nachbearbeiten des vorgeformten Rings bearbeitete Oberfläche genannt wird, und einer hinteren oder Uus3oren kegelstumpf förmigen Oberfläche 8 gebildet wird, die die vorgeformte Oberfläche genannt wird, da sie, im Gegensatz .zur nachbearbeiteten Oberfläche 7, immer beim Vorformen α es Rings 1 gebildet wird. An dieser Stelle sollte erwähnt werden, dass die Oberfläche 7 nicht unbedingt durch nachbearbeiten geformt sein muss, vielmehr auch vorgeformt sein kann, um dann zumindest teilweise eine "Dichtung mit vorgeformter Kante" zu bilden. Der Y.'inkel 9 ist der Bearbeitungswinkel und der Winkel 10 der V.' kol, wie man den vorgeformten Winkel auch nennt.

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Im Betrieb ist die Oberfläche 7 gegon das abgedichtete Strömungsmedium gerichtet, die entsprechende Seite der Dichtung ist auch als ölseite bekannt, und die Oberfläche 8 ist vom abgedichteten Strömungsmedium abgewandt, die entsprechende Rückseite der Dichtung ist auch als Luftseite bekannt.

Um die Dichtungskante elastisch gegen die Welle anzustellen, ist der Dichtungskrans von einer Bandfeder umspannt, die in einer Nut 12 ruht, und der axiale Aostand zwischen der Mitte der Federnut und der Dichtkante ist als Wert R bekannt, der positiv ist, wenn, wie im Bei— sp'iel dargestellt, die Federnut hinter der Dicht kante liegt, oder negativ, wenn die Federnut vor der Dichtkante liegt.

Die Dichtkante δ ist anfangs eine feine Kante, sei sie nun vorgeformt oder nachbearbeitet, aber im Betrieb buchtet sich die Kante ein und wird breiter, um, wenn auch nur leicht, einen schmalen Zylindermantel zu bilden, der als Dichtungs- Verschleisszone bekannt ist, oder als Dicht- oder Berurirungsband, das in übertriebeneTn Masse in Fig. 2 als zylindrische Zone 13 dargestellt ist, die anstelle der Kante 6 erscheint»

Zwischen der Zone 13 und der Welle 14 besteht im.Idealfall ein 3tUnd!ger Ölfilm 15, der beibehalten

3 O S 8 8 ? / ^r B 7 ?

v/erden sollte, um eine Leckage von der ölseite 16 zu der Luftseite 17 der Dichtung im Ringspalt rund um die zu verhindern.

In Abhängigkeit vom "Unterschied der Innendurchmesser von Dichtung und Welle, der Härte des Gummis und dev Vorspannung der Bandfeder 11 besteht bei manchen bekannten Lippendichtungen die Neigung, dass sich die kegel stump ff or rax ge Oberfläche 8 gegen die Welle hin ausv/olbt, wie bei 8a angezeigt ist, anstatt ihre vorgegebene Form beizubehalten, wie sie als gestrichelte Linie 8b angezeigt ist.

Wenn eine Verwerfung auftritt, dann besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit der Leckage an>d.er Dichtung, und es ist möglich, dass dies aufgrund des Ölfilms 15 geschieht: dieser erweitert sich an der Rückseite in einen progressiv zunehmenden Keil, dessen Ergebnis axiale Instabilität in der Beuge ist, als 18 angezeigt, die dann abbricht und Leckage verursacht.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist anhand der Fig. 3 dargestellt, die im Gegensatz zu Fig. 2 eine vorgeformte, konkave Oberfläche 8 zeigt, sodass die vorgeformte Oberfläche 8 sogar bei Verschieben oder Verformen des Dichtungskranzes 5 immer die Dichtungs-Verschleisszane 13 scharf begrenzt und klar definiert aufrecht erhält.

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2 3 2 3 18

Hler muss darauf hingewiesen werden, dans die vorstehenden Ausführungen bezüglich Fig. 2 über einen möglichen Vcrwolbungseffekt an der kegelstumpfförmigen vorgeformten Oberfl-icho 8 bei manchen bekannton Lippendichtungon nicht als bewiesene Theorie dargelegt worden, sondern vieiraehr nur geboten worden, um sum Verständnis einer möglichen Verbesserung zu verhelfen, die durch die neue Eigenschaft der konkaven Ausgestaltung der vorgeformten Oberfläche 8 gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird.

Es ist jedoch Tatsache, dass eine zweekmässige konkave Ausgestaltung der vorgeformten Oberfläche scharfe oder klar definierte Berührungsstellen mit der V/elle sichert, und es ist zu beobachten, dass dieses die Zuverlässigkeit der Dichtung steigert.

Dieselbe Eigenschaft einer konkaven Ausgestaltung der vorgeformten Oberfläche ermöglicht es, dass der Kragen und der Dichtkranz 5 so ausgestaltet worden, dasn sich die Lippe um den Schnittpunkt von Kranz und. R«dialv,-and des vorgeformten Rings 1 biegen kann, oder um einen dement sprechenden Biegepunkt im Falle einer Verbund- Lippendichtung, boi dor die Lippe am Radi al f lannch einen Metallgehäuse π angebracht ist.

Kino riorartir-o ^iogung der Lippe um oinon Winkel, in AxI al schnitt betrachtet, geslattot cine grör,:-, ήό

Anpao3unr_;sf"higkGit der Dichtkante, die sich gleichnrwlssig ausdehnen kann, um sich einer Reihe von Y/ellendurch-Eiossern anzupassen, wenngleich auch verschiedene Bandfedern gefordert sein mögen, um den verschiedenen Wellendur chmess er η zu entsprechen.

Überdies verbessert die grössere ,Nachgiebigkeit der Lippe die Anpassung an Ungenauigkeiten der Oberfläche und Schwingungen der Welle, wenn die Dichtung an einer V/θHe läuft.

Es i3t möglich, dass eine gewisse Verbesserung erzielt wird, wenn man jeder Wellen- Lippendichtung eine konkave vorgoformte Oberflüohe anpasst, die die Dichtkante, oder gegebenenfalls eine Dichtungs- Verschlelsszone, trifft, aber es ist nicht wahr scheinlich, dass dies bedeutsam ist für Dichtungen, die aus hartem Material bestehen müssen, z.B. mit mehr als 90° I.R.H.(International Rubber Hardness).

Dementsprechend wird, wie oben erwähnt, die vorliegende Erfindung auf eine Dichtung mit einer Lippe aus elastomerern. Material mit einem Elastizitätsmodul von 3,5 bis 8,5 MN/m angewandt. Beispiele geeigneter Materialien sind ölbeständiger künstlicher Gummi, sowie nitrile Gummisorten und Silikongummis mit einer Härte im Bereich von 55° bis 90° I.R.H.

3 0 Π > H ■■: / f) B 7 7

.!.ο- 233j!82

Ein Beispiel der Gestalt der Lippe einer Dichtung gemäns der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt; es ist eine Liope gezeigt, vorgeformt, doch vor der Endbearbeitung längs der Linien 7a oder 7b beispielsweise, um sowohl die bearbeitete oberfläche im gewünschten Winkel als auch die Dichtkante 6 zum geforderten Nenndurehme3ser zu bilden.

■ Die axiale Abmessung L, die sich von der Dichtkante bis zum Schnittpunkt zwischen Kragen 4 und Radialwand, oder einem entsprechenden Teil des vorgeformten Rings erstreckt, ist bekannt als Lippenhöhe, und von dieser aus kann die ungefähre Krümmung für den konkaven Verlauf der vorgeformten Oberfläche 8 bestimmt werden, Um so einen geforderten Tangentenwinkel 0 zu ergeben.

Für einen kreisförmigen konkaven Verlauf ergibt sich der Radius gem?iss

C =-

sin 0

Der konkave Verlauf musrj nicht unbedingt kreisförmig sein, wenngleich dies wahrscheinlich die bequemste Lösung zur Ho r si-ο llung von Formwerkzeug lot; eine entiiprochondo l'arabol oder andore Kurv ο Zwoitor Ordnung kann benutzt werden, insbesondere wenn es erwünscht ist, eine vorgegebene Abstufung in der Dicke und somit in der Flexibilität des Kragens 4 zu erhalten.

309033/0

_ u . ■ 233:i82

Die vorgeformte Oberfläche 8 muss nicht gänzlich konkav sein; sie könnte vielmehr einen konkaven Teil aufweisen, der die Dichtkante schneidet und innerhalb der Lippenhöhe L in einen geraden Kegelstumpf übergeht.

Obwohl der Beschreibung nach die Erfindung an einer Innendichtung Anwendung findet, kann sie selbstverständlich auch an einer Aus se ndx chtung angewandt v/erden,

wo gegen die Oberfläche eines umlaufenden Gehäuses abgedichtet wird.

3 Π 9 π 8 '>/ Π S 7 7

Claims

.y Lippendichtung für umlaufende Wellen, bestehend aus einem vorgeformten Ring aus elastomerem Material mit einer Dichtlippe, die eine Dichtlcante aufweist, die ihrerseits durch eine vorgcfornte Oberfläche an der Luftseite der Dichtung begrenzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material des Rings (1) einen Elastizitätsmodul (Young's modulus) von zwischen 3,5 und 8,5 MN/m aufweist und dass die vorgeformte Oberfläche (8) konkav ist, wobei sie die Dichtkante (ö) unter einem Tangentenwinkel [0) von
zwischen 50° und 80° einnchliesslich trifft.
2. Lippendichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die konkave vorgeforrnte Oberfläche (8) ein Ringsegment einer kugeligen Oberfläche darstellt, sodass deren Hohlkrümmung eine kreis förmige Kurve ist.
3. Lippendichtung nach Anspruch 2_f

dadurch gekennzeichnet, dass sich der Krümmungsradius der Kurve (G) der konkaven vorgeformten Oberfläche aus folgender Gleichung ergibt:

C =

sin 0 ,

L die Lipporihöhe und 0 der Tangentonwinkel ist.

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4. Lippendichtung nach anspruch 3,

dadurchgekennzeichnet, dass der Radius der Kurve (C) zwischen 2 ram und 7 mm einschliesslich -beträgt.

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