DE2333182B2 - Lippendichtung - Google Patents

Description

C =

sin Φ '

wobei L die Lippenhöhe und Φ der Tangentenwinkel ist

4. Lippendichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (C) der Oberfläche (8) zwischen 2 mm und 7 mm einschließlich beträgt

Die Erfindung bezieht sich auf --ine Lippendichtung für umlaufende Wellen, bestehend aus einem geformten Ring aus elastomerem Material von relativ niedriger Steifigkeit mit einer Dichtlippe, die eine scharfe Dichtkante aufweist, wobei die Dichtkante auf der Luftseite durch eine konkav geformte Oberfläche begrenzt ist.

Eine derartige Lippendichtung ist beispielsweise aus der US-PS 28 19 106 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtwirkung einer derartigen Lippendichtung wesentlich zu erhöhen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die konkave Oberfläche die Dichtkante unter einem Tangentenwinkel von 50° bis 80" einschließlich trifft.

Bisher hatte man bei Dichtungen mit scharfer Dichtkante öffnungswinkel auf der Luftseite von circa 25° als optimal angesehen. Derartige öffnungswinkel führen nun zu einem sich nur relativ langsam vergrößernden Spalt zwischen Dichtung und Welle, was, wie durch die Erfindung ermittelt worden ist, jedoch der Aufrcchterhaltung einer stabilen Oberflächenkrümmung eines Ölfilms zwischen der Dichtung und der Welle abträglich ist. Abgesehen von dieser durch die Erfindung vermittelten Erkenntnis war es aber auch darum nicht naheliegend, die gemäß der Erfindung vorgeschriebenen relativ spitzen Winkel im Bereich von 50° bis 80° zu verwenden, da wegen des zugrundeliegenden weichen, elastischen Materials eine ungünstige Verformung einer zu schlanken Dichtkante hatte befüchtet werden müssen. Die durch die Erfindung erzielten Ergebnisse beweisen jedoch im Gegenteil die gegenüber den bekannten Lippendichtungen wesentlich größere Dichtwirkung bei Verwendung relativ spitzer Winkel in dem erfindungsgemäß angegebenen Bereich.

Es ist darüber hinaus in der GB-PS 5 85 488 eine Lippendichtung der eingangs beschriebenen Gattung offenbart, die allerdings nicht mit einer scharfen Dichtkante versehen ist Der Zeichnung dieser Patentschrift kann man einen öffnungswinkel von über 50" entnehmen. Wie der Verlauf der technischen Entwicklung auf dem hier zugrunde liegenden Gebiet zeigt konnte jedoch der durch die GB-PS 5 85 488 gegebene Stand der Technik offensichtlich nicht die Anregung

ίο liefern, einen derart spitzen Winkel auch bei weichen Lippendichtungen mit scharfer Dichtkante zu verwenden. Dem stand die oben erläuterte Überlegung entgegen, daß eine scharfe Dichtkante dann zu deren Verformung führen müßte, wenn der Öffnungswinkel zu spitz ist. Beim Gegenstand der GB-PS 5 85 488 kann man sich einen relativ spitzen öffnungswinkel darum leisten, weil die Lippendichtung mit einer relativ breiten Dichtfläche auf der Welle aufliegt was im übrigen wegen der dann notwendigen größeren Anpressung gegenüber einer scharfen Dichtkante zu größerer Wärmeentwicklung führt Die GB-PS 5 85 488 offenbart auch nicht das geringste darüber, daß ein relativ spitzer öffnungswinkel zu besonders guter Dichtwirkung führt, was auch nicht verwunderlich ist da, wie gesagt, diese Patentschrift auf die Verwendung einer relativ breiten Dichtkante abgestellt ist, so daß auch zchon aus diesem Grunde eine Übertragung von sonstigen Gestaltungsmerkmalen dieser bekannten Lippendichtung auf eine solche mit scharfer Dichtkante nicht sinnvoll erschien.

Aus fabrikatorischen Gründen ist es besonders zweckmäßig, die konkave Oberfläche der Lippendichtung im Querschnitt kreisförmig verlaufen zu lassen. In der Beschreibung wird hierzu weiter unten eine spezielle Formel angegeben. Zweckmäßig bewegt sich dabei der Radius der Oberfläche zwischen 2 mm und 7 mm. Dies umfaßt Dichtungen für Wellendurchmesser bis zu 200 mm, obgleich der Radius bestimmt ist als Funktion einer axialen Abmessung der Dichtung, genannt die Lippenhöhe L, und n-;cht etwa durch den Wellendurchmesser.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die konkave Oberfläche nicht zwangsläufig im Querschnitt kreisförmig verlaufen muß, es sind auch andere Kurven zweiter Ordnung verwendbar.

Nachstehend sei die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Lippendichtung für umlaufende Wellen im Querschnitt,
Fig.2 in vergrößerter Darstellung ausschnittsweise den Querschnitt einer Dichtlippe, die Verwerfungsfehler an der vorgeformten Oberfläche zeigt, die eine genaue Definition der Rückseite der Dichtungszone verhindert, F i g. 3 in vergrößerter Darstellung ausschnittsweise

die Dichtkante der erfindungsgemäßen Lippendichtung, F i g. 4 einen Querschnitt der Lippe der erfindungsgemäßen Lippendichtung nach dem Ausformen der konkaven Oberfläche und vor dem Beschneiden zur Schaffung der scharfen Dichtkante.

Eine Dichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt einen vorgeformten Gummiring 1, der durch eine Metalleinlage 2 so versteift ist, daß er als Zwischenteil in einem Wellengehäuse montiert werden kann, gegen das eine Gummiverkleidung 3 als statische Dichtung wirkt.

Um in Umfangsrichtung rund um die Welle in

b5 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 Kegelstumpf-

fönnigen Oberfläche 7, die wegen ihrer Abweichung von der Formgebung durch Nachbearbeiten des vorgeformten Rings bearbeitete Oberfläche genannt wird, und einer hinteren oder äußeren kegelstumpfförmigen Oberfläche 8 gebildet wird, die die vorgeformte Oberfläche genannt wird, da sie, im Gegensatz zur nachbearbeiteten Oberfläche 7, immer beim Vorformen des Rings 1 gebildet wird. An dieser Stelle sollte erwähnt werfen, 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 Winkel 9 ist der Bearbeitungswinkel und der Winkel 10 der Wellenwinkel, wie man den vorgeformten Winkel auch nennt

Im Betrieb ist die Oberfläche 7 gegen 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 Dichtungskranz von einer Bandfeder 11 umspannt die in einer Nut 12 ruht und der axiale Abstand zwischen der Mitte der Federnut und der Dichtkante ist als Wert R bekannt der positiv ist wenn, wie im Beispiel dargestellt die Federnut hinter der Dichtkante liegt oder negativ, wenn die Federnut vor der Dichtkante liegt

Die Dichtkante 6 ist anfangs eine feine Kante, sei sie nun vorgeformt oder nacliibearbeitet, aber im Betrieh 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 Berührungsband, das in übertriebenem Maße in F i g. 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 ständiger Ölfilm 15, der beibehalten werden sollte, um eine Leckage von der ölseite 16 zu der Luftseite 17 der Dichtung im Ringspalt rund um die Welle zu verhindern.

In Abhängigkeit vom Llnterschied der Innendurchmesser von Dichtung und Welle, der Härte des Gummis und der Vorspannung der Band/^der 11 besteht bei manchen bekannten Lippendichtungen die Neigung, daß sich die kegelstumpfförmige Oberfläche 8 gegen die Welle hin auswölbt, wie bei 8a angezeigt ist anstatt ihre vorgegebene Form beizubehalten, wie sie als gestrichelte Linie Sb angezeigt ist.

Wenn eine Verwerfung auftritt, dann besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit der Leckage an der 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 F i g. 3 dargestellt, die im Gegensatz zu F i g. 2 eine vorgeformte, konkave Oberfläche 8 zeigt, so daß die vorgeformte Oberfläche 8 sogar bei Verschieben oder Verformen des Dichtungskranzes 5 immer die Dichtungs-Verschleißzone 13 scharf begrenzt und klar definiert aufrecht erhält.

Hier muß äarajf hingewiesen werden, daß die vorstehenden Ausführungen bezüglich F i g. 2 über einen möglichen Verwölbungseffekt an der kegelstumpfförmigen vorgeformten Oberfläche 8 bei manchen bekannten Lippendichtungen nicht als bewiesene Theorie dargelegt werden, sondern vielmehr nur geboten werden, um zum 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 zweckmäßige konkave Ausgestaltung der vorgeformten Oberfläche

ίο scharfe oder klar definierte Berilhrungsstellen mit der Welle 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

is Kragen 4 und der Dichtkranz 5 so ausgestaltet werden, daß sich die Lippe um den Schnittpunkt von Kranz und Radialwand des vorgeformten Rings 1 biegen kann, oder um einen dementsprechenden Biegepunkt im Falle einer Vcrbund-Lippendichtung, bei der die Lippe am Radialflansch eines Metallgehäuse, angebracht ist.

Eine derartige Biegung der Lippe ^m einen Winkel, im Axialschnitt betrachtet gestattet eine größere Anpassungsfähigkeit der Dichtkante, die sich g'eichmäßig ausdehen kann, um sich einer Reihe von Well^ndurchmessern anzupassen, wenngleich auch verschiedene Bandfedern gefordert sein mögen, um den verschiedenen Wellendurchmessern zu entsprechen.

Überdies verbessert die größere Nachgiebigkeit der Lippe die Anpassung an Ungenauigkeiten der Oberfläehe und Schwingungen der Welle, wenn die Dichtung an einer Welle läuft

Es ist möglich, daß eine gewisse Verbesserung erzielt wird, wenn man jeder Wellen-Lippendichtung eine konkave vorgeformte Oberfläche anpaßt, die die

j5 Dichtkante, oder gegebenenfalls eine Dichtungs-Verschleißzone, trifft, aber es ist nicht wahrscheinlich, 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 elastomerem Material mit einem Elastizitätsmodul von 3,5 bis 8,5 MN/m² angewandt. Beispiele geeigneter Materialien sind ölbestänHiger künstlicher

r> Gummi, sowie nitrile Gummisorten und Silikongummis mit einer Härte im Bereich von 55° bis 90° I. R. H.

Ein Beispiel der Gestalt der Lippe einer Dichtung gemäß der Erfindung ist in F i g. 4 dargestellt; es ist eine vorgeformte Lippe gezeigt, die bei der Endbearbeitung

in längs der Linien 7a oder Tb getrimmt wird, um sowohl die bearbeitete Oberfläche im gewünschten Winkel als auch die Dichtkante 6 zum geforderten Nenndurchmes- -er* ii bilden.

Die axiale Abmessung L, die sich von der Dich'kante 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 Φ zu ergeben.

Für einen kreisförmigen konkaven Verlauf ergibt sich der Radius gemäß

sin Φ

Der konkave Verlauf muß nicht unbedingt kreisförmig sein, wenngleich dies wahrscheinlich die bequemste

Lösung zur Herstellung von Formwerkzeug ist; eine entsprechende Parabel oder andere Kurve Zweiter 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.

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

Obwohl der Beschreibung nach die Erfindung an einer Innendichtung Anwendung findet, kann sie selbstverständlich auch an einer Außendichtung angewandt werden, wo gegen die Oberfläche eines umlaufenden Gehäuses abgedichtet wird.

Hier/u 2 Mhilt

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lippendichtung für umlaufende Wellen, bestehend aus einem geformten Ring aus elastomerem Materia] von relativ niedriger Steifigkeit mit einer Dichtlippe, die eine scharfe Dichtkante aufweist, wobei die Dichtkante auf der Luftseite durch eine konkav geformte Oberfläche begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Oberfläche (8) die Dichtkante unter einem Tangentenwinkel (Φ) von 50" bis 80° einschließlich trifft.

2. Lippendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Oberfläche (8) im Querschnitt kreisförmig verläuft (F i g. 4).

3. Lippendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Krümmungsradius (C) der Oberfläche (8) aus folgender Gleichung ergibt: