DE2350630A1

DE2350630A1 - Hydrodynamische wellendichtung

Info

Publication number: DE2350630A1
Application number: DE19732350630
Authority: DE
Inventors: Gustavus Andrews Bentley
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-09
Publication date: 1974-05-02
Also published as: US3868105A; AU6116273A; DE2350630C2; IT996796B; GB1386064A; ES419484A1; BE805916A; FR2202569A5; JPS4972548A; JPS5616314B2

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Β —8 MDNCHEN 22 Dipl.-ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

η ι ία/ u-r\aat=Ti 'S» (0811)'2966 84

Dr. rer. nat. W. KORBER Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 9. Oktober 1973

FEDERAl-MOGUL CORPORATION 2350630

Northwestern Highway,
Southfield, Michigan 48075, V.St.A.

Patentanmeldung

Hydrodynamische Wellendichtung

Die Erfindung betrifft eine in beiden möglichen Drehrichtungen zur Wirkung kommende hydrodynamische Wellendichtung der Bauart mit einem starren, in eine Bohrung einbaubaren Gehäuse und einem aus einem Elastomermaterial bestehenden Dichtungselement, das während seiner Herstellung als Formteil mit dem Gehäuse verbunden worden ist.

Es sind bereits zahlreiche Versuche gemacht worden, bei einer Wellendichtung ohne Rücksicht auf die Drehrichtung eine hydrodynamische Abdichtungswirkung zu erzielen. Unter einer solchen hydrodynamischen Abdichtung wird hier eine Wirkungsweise verstanden, bei der die Drehbewegung der abzudichtenden Welle bewirkt, daß zur Ölseite der Dichtungslippe alles Öl zurückgefördert wird, das an der Dichtungslippe vorbei deshalb entweichen konnte, weil auf der Welle Kratzer vorhanden waren, oder weil die Dichtungslippe kleinere Fehlstellen aufwies, oder weil an der Kante der Dichtungslippe Fremdkörper vorhanden waren. Der Ausdruck "hydrodynamische Wirkungsweise" bezeichnet im folgenden^:die Fähigkeit der Wellendichtung, mit der umlaufenden Welle so zusammenzuarbeiten, daß das entwichene Öl zur Ölseite der Dichtungslippe zurückgefördert wird, so daß keine bemerkbaren oder unerwünschten Leckverluste auftreten.

409818/0317

Bis jetzt bestellen zahlreiche Mißverständnisse bezüglich der genannten hydrodynamischen Wirkungsweise, und vielen Fachleuten ist es nicht klar, wann, warum und auf welche Weise eine solche hydrodynamische Wirkungsweise auftritt. Zahlreiche der Dichtungskonstruktionen, von denen behauptet wurde, daß sie mit einer hydrodynamischen Wirkungsweise arbeiten, haben bis jetzt insofern versagt, als sie auf die Dauer nicht die gewünschte hydrodynamische Wirkungsweise lieferten, woraus zu ersehen ist, daß die Theorien, auf denen ihre Konstruktion aufgebaut war, auf Irrtümern beruhten. Wenn man lediglich Rippen oder Nuten vorsieht, die dazu bestimmt sind, während der. Drehbewegung der Welle das entweichende Öl in Richtung auf die Kante der Dichtungslippe zurückzuleiten, reicht diese Maßnahme allein nicht aus, um eine hydrodynamische Wirkumgsweise zu gewährleisten, und zwar selbst dann nicht, wenn sich die Welle sehr schnell dreht, so daß erhebliche Fliehkräfte auftreten, und ferner hat es sich gezeigt, daß die Behauptung, daß den verschiedenen Winkeln, welche diese Rippen oder Nuten mit dem Rand der Dichtungslippe bilden, eine kritische Bedeutung zukomme, nicht den Tatsachen entspricht, und daß die Einhaltung dieser Winkel nicht ausreicht, um eine hydrodynamische Wirkungsweise zu gewährleisten. Im Hinblick auf diese letztere Theorie besteht ein bemerkenswertes Merkmal der Erfindung darin, daß es gemäß der Erfindung möglich ist, eine tangentiale Lage der Rippen vorzusehen, so daß in der Praxis ein Winkel vorhanden ist, der sich weitgehend dem Wert Null nähert, während es gemäß den meisten bis jetzt herrschenden Ansichten unmöglich sein soll, bei einem Annäherungswinkel von Null Grad eine hydrodynamische Wirkungsweise zu erzielen. Tatsächlich hat es sich jedoch bei der Erprobung erfindungsgemäßer Wellendichtungen gezeigt, daß sich bei diesen Dichtungen auf die Dauer und ohne Rücksicht auf die relative Drehrichtung eine hydrodynamische Wirkungsweise ergibt.

Gemäß der Erfindung wird die hydrodynamische Wirkungsweise durch eine Kombination bestimmter Lippenform-

4098 18/0317

elemente mit bestimmten Abmessungen von kritischer Bedeutung erzielt, die so gewählt .sind, daß innerhalb bestimmter kritischer Flächen ein Druckgradient auftritt, der gewährleistet, daß das entweichende Öl von der Luftseite der Dichtungslippe zur Ölseite zurückgefordert wird.

Bei der bevorzugten Ausführungsform einer Wellendichtung nach der Erfindung weist die kegelstumpfförmige Luftseite der Dichtungslippe mehrere Ansätze auf, die vorzugsweise halbmondförmig ausgebildet sind, und deren Hälften von beiden Enden aus jeweils in Richtung auf den Rand der Lippe konvergieren. Die- radial nach innen gerichteten Flachen dieser Ansätze treffen mit dem Rand der Lippe vorzugsweise von, beiden Richtungen her tangential zusammen. Wenn keine genaue Halbmondform vorhanden ist, kann anstelle eines tangentialen Zusammentreffens sogar tatsächlich ein Annäherungswinkel vorhanden sein, da ein genau tangentialer Verlauf nicht unbedingt erforderlich ist. Worauf es jedoch ankommt, ist die Tatsache, daß die radial nach innen gerichtete Fläche jedes Ansatzes auf dem gleichen Radius liegt wie der Lippenrand, und daß während des Gebrauchs bei sich drehender Welle jeder dieser Flächen am Punkt des Zusammentreffens mit dem Lippenrand in.axialer Richtung eine größere Breite hat als der Lippenrand. .Ferner muß die Umfangslänge zwischen den beiden Berührungspunkten, an denen die radial nach innen gerichetete Fläche jedes Ansatzes in den Lippenrand übergeht bzw. sich davon wieder entfernt, größer ist als die unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen gemessene axiale Breite'des Lippenrandes.

Es wird angenommen, daß die Wirkungsweise der bis jetzt gebräuchlichen Lippendichtungen ohne Rücksicht darauf, ob eine hydrodynamische Wirkung erzielt wird oder nicht, weitgehend auf dem Vorhandensein eines Druckgradienten in dem die Dichtungslippe von der ?i/elle trennenden Ölfilm beruht. Wenn ein ölteilchen in der Richtung des Druckgradienten den Punkt passiert hat, an dem in der Mitte der höchste Druck herrscht, neigt es dazu, seine

409818/0317

Bewegung in der gleichen Bichtung fortzusetzen, da es sich sozusagen "bergab" bewegt; mit anderen Worten, der vorhandene Druck fährt fort, eine weitere Bewegung des Ölteilchens in dieser Richtung zu erzwingen. Jede Unstetigkeit oder U_nregelmäßigkeit, die bewirkt, daß sich Öl von der Ölseite einer Dichtung aus an der Lippe vorbei bewegt und den Punkt passiert, an dem der höchste Druck herrscht, führt dazu, daß Öl aus der Dichtung entweicht. Ein solcher Leckverlust könnte als Folge dieses Druckgradienten auftreten, wenn sich die Welle abgenutzt hat, oder wenn ein Fremdkörper zwischen der Welle und der Dichtungslippe vorhanden ist, oder wenn die Lippe zerrissen oder die Welle zerkratzt ist usw. In allen diesen Fällen bildet, sich ein-Druckgradient aus, und in jedem Fall ist bei diesem Druckgradienten in dem Ölfilm eine Unstetigkeit oder Abweichung vorhanden, die bewirkt, daß Öl den Punkt passiert, an dem der höchste Druck herrscht, so daß das Öl veranlaßt wird, sich weiter in der Verlaufsrichtung des Druckgradi— enten zu bewegen.

Bei der erfindungsgemäßen Wellendichtung wird erreicht, daß die genannten Faktoren im entgegengesetzten Sinne zur Wirkung kommen, so daß die gewünschte hydrodynamische Wirkungsweise erzielt wird. Dies läßt sich erreichen, wenn man entsprechend geformte, hydrodynamisch wirksame Rinnen vorsieht, die so ausgebildet sind, daß sie Öl von der Luftseite der Dichtung aus durch die Zone hindurch, in der der höchste Druck herrscht, zur Ölseite der Dichtung fördern. Hierbei handelt es sich mit anderen Worten um eine Druckumkehrung oder eine geregelte Ungleichmäßigkeit des Druckgradienten.

Hierbei sind die Unterschiede zwischen bestimmten Abmessungen von Bedeutung. Insbesondere handelt es sich bei der Breite des Lippenrandes und ihrer Beziehung zur Breite des Flächenteils der Rinne oder Rippe bzw. des Ansatzes an dem Punkt, an welchem der Ansatz mit dem Lippenrand zusammentrifft, um ziemlich kritische Faktoren.

409818/0317

_ 5 —

Hiermit sind die tatsächlich vorhandenen Breitenmaße während des -betriebs und nicht etwa die Breitenmaße gemeint, mit denen die Wellendichtung hergestellt wird. Zwar kann eine Maßüberschneidung zwischen der Welle und der Dichtungslippe zu einer Vergrößerung der tatsächlichen Breite des Lippenrandes führen, wofür als Ursache auch eine Abnutzung der Welle in Frage kommt, doch wird gemäß der Erfindung die Lippe in dem Zustand betrachtet, in dem sie sich nach ihrer Herstellung als Formteil befindet. Jeder der gemäß der Erfindung verwendeten Ansätze kann vorzugsweise halbmondförmig ausgebildet und so angeordnet sein, daß er sich bei der bevorzugten Ausführungsform mit seiner nachsinnen weisenden Fläche längs einer £ügig gekrümmten Kurve auf die Welle zu und von ihr weg erstreckt; hierbei hat jeder Halbmond zwei sich verjüngende Enden, von denen aus sich der Halbmond in Richtung auf den Rand der Dichtungslippe so erstreckt, daß er mit diesem Rand vorzugsweise an einem Berührungspunkt zusammentrifft. Dieses Gebilde braucht jedoch nicht genau halbmondförmig zu sein, d.h. es kann sich tatsächlich unter einem Winkel zum Rand der Lippe erstrecken, wobei immer noch im wesentlichen die gleiche Wirkung erzielt wird, solange die Anlageflächen der Halbmonde die erfindungsgemäßen Proportionen aufweisen. Dadurch, daß die Breite der Anlagefläche jedes Halbmondes an der Welle größer ist als die Breite der Anlagefläche der Dichtungslippe dort, wo der Halbmond mit der Dichtungslippe zusammentrifft, und dadurch, daß diese Teile innerhalb eines Umfangsbereichs zusammentreffen, dessen Länge größer ist als die axiale Breite des Randes der Dichtungslippe, wird erreicht, daß sich ein solcher Druckgradient ausbildet, _m daß sich der Punkt, an dem der Druck sein Maximum erreicht, in axialer Richtung von einem in der Mittelebene des Lippenrandes liegenden Punkt zu einem Punkt verlagert, der in der Mitte der gemeinsamen Anlagefläche des Lippenrandes und des betreffenden Halbmondes liegt und somit auf die Luftseite der Wellendichtung zu verlagert ist. Dies hat zur Folge, daß der halbmondförmige

409818/0317

Ansatz mit Hilfe seiner Anlageflache bewirkt, daß der Druckgradient zur Mitte der ^esamtbreite des Lippenrandes und des betreffenden halbmondförmigen Ansatzes verlagert, und daß diese Verlagerung erhalten bleibt, solange die Berührung zwischen der Dichtungslippe und der Welle besteht. Wenn man die größte Breite des halbmondförmigen Teils der Anlagefläche so wählt, daß sie erheblich und vorzugsweise um das Zwei- oder Dreifache größer ist als die Brei.te des Eandes der Dichtungslippe, wird der Druckgradient so beeinflußt, daß der Punkt, an dem der höchste Druck herrscht, in der Mitte der Gesamtbreite der Lippe und des halbmondförmigen Ansatzes liegt, und daß sich daher dieser Mittelpunkt bis jenseits desjenigen Punktes verlagert, an dem das Öl in den Raum zwischen dem Ansatz und dem Lippenrand hineingef+hrt wird. Da das Öl in diesen Raum eintritt, unterliegt der iölfilm, der erzeugt wird, wenn das Öl durch die umlaufende Welle in der Umfangsrichtung mitgenommen wird, einer Druckumkehrung, so daß das Öl veranlaßt wird, sich unter dem Rand der Dichtungslippe hindurch wieder zur ölseite der Wellendichtung zu bewegen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer in beiden Drehrichtungen betriebsfähigen hydrodynamischen Wellendichtung;

Fig. 2 einen vergrößerten -eilschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; . .

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1, aus dem auch Teile der Welle und der Bohrung ersichtlich sind, mit denen die Wellendichtung zusammenarbeitet;

409818/0317

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung einer typischen Anlagefläche eines Teils des Randes der.Dichtungslippe und eines hydrodynamisch zur ¥i/irkung kommenden Ansatzes, aus der bestimmte Abmessungen ersichtlich sind, und in .der an einem Ende mit gestrichelten Linien der Querschnitt der Dichtungslippe angedeutet ist;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Druckverteilung im Querschnitt einer auf "bekannte Weise ausgebildeten, nicht hydrodynamisch wirkenden Wellendichtung im ■bereich der mit der Welle zusammenarbeitenden Dichtungskante ; und

Fig. 7 eine Fig. 6 entsprechende Darstellung einer der Anlageflächen bei einer Wellendichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 bis 5 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Ausführungsform einer Wellendichtung nach der Erfindung dargestellt, die einen geschlossenen Ring bildet, und zu der drei Hauptteile gehören, nämlich ein Gehäuse aus Metall, ein an das Metallgehäuse angeformtes Element fl2 aus einem Elastomermaterial sowie eine endlose Schlauchfeder 13, die gemäß Fig. 4 dazu dient, das Dichtungselement 12 gegen eine Welle 14 vorzuspannen. Das Gehäuse 11 aus Metall hat einen zylindrischen Anschnitt 15» eier sich mit einem Preßsitz unter Erzielung einer Abdichtungswirkung gemäß Fig. 4 in eine Bohrung 16 einbauen läßt, sowie im vorliegenden Fall einen allgemein radial nach innen ragenden Flansch 17* an dem das Element 12 aus dem Elastomermaterial verankert ist. Zu dem Elastomerelement 12 gehört ein Hauptkörper 18 mit einer Ringnut 19 zum Aufnehmen der Schlauchfeder 13 sowie mit einer Lippe .20, die durch zwei konvergierende kegelstumpfförmige Flächen 21 und 22 abgegrenzt ist, welche an einem Dichtungslippenrand 23 zusammentreffen. Der Rand bzw. die Kante 23 ist vorzugsweise ziemlich scharf ausgeprägt, doch kann sie so bemessen sein, daß zwischen ihr und der Welle 14 eine gewisse Maßüberschneidung vorhanden ü, so daß sie während

409818/0317

des Betriebs eine gewisse endliche Breite erhalten kann und tatsächlich auch erhält. Eine solche Lippenkante 23 bewirkt eine gute statische Abdichtung und arbeitet zwar unter normalen Bedingungen einwandfrei, doch können bestimmte Umstände eintreten, denen gegenüber die Lippenkante wirkungslos bleibt, so daß etwas Öl entweichen kann; hierzu gehören z.B. Kratzer oder ähnliche Fehlstellen, die an der Welle 14 entstehen, und denen gegenüber eine Lippendichtung bekannter Art wirkungslos bleibt.

Gemäß der Erfindung wird eine hydrodynamische Wirkungsweise der Wellendichtung dadurch erzielt, daß das Elastomerelement 12 mit mehreren damit aus einem Stück bestehenden angeformten Abschnitten derart versehen ist, daß' ein Satz von halbmondförmigen Ansätzen oder Vorsprüngen

25 vorhanden ist, die jeweils den gleichen Radius und die gleiche Krümmung haben wie die statische Dichtungslippe 2J, wobei diese Krümmung nur etwas kleiner ist als diejenige der Vifelle 14, so daß an jedem Ansatz 25 eine Arbeitsfläche vorhanden ist, deren Form aus Fig. 5 ersichtlich ist. Jeder Ansatz 25 ist vorzugsweise halbmondförmig und geht an seinen Enden in zwei Hörnern ähnelnde Abschnitte

26 und 27 über. Jeder Ansatz 25 verläuft derart in Richtung auf die Lippenkante 23, daß die radial nach innen gerichtete Fläche 30 jedes Ansatzes mit der Lippenkante an zwei Punkten 28 und 29 annähernd tangential zusammen» trifft. Zwischen diesen Übergangspunkten 28 und 29 geht die Fläche 30 jedes Ansatzes 25 in die Lippenkante 23 über. Somit ist die Wellendichtung 10 ohne Rücksicht auf die Drehrichtung der Welle 14 betriebsfähig, denn wenn die Welle in der einen oder anderen Richtung gedreht wird, ist immer ein Anlaufpunkt 28 oder 29 und ein Ablaufpunkt 29 oder 28 vorhanden.

Gemäß Fig. 5 ist die Breite W des halbmondförmigen Teils 25a der Anlagefläche 30 an den Punkten 28a und.29a wo der Abschnitt 25a in den Abschnitt 23a"der Lippenkante 23 übergeht, erheblich größer als die Breite E des Abschnitts 23a der Lippenkante, und zwar vorzugsweise um das Zwei-

409818/0317

bis Dreifache, doch kann die gewünschte hydrodynamische Wirkungsweise auch dann erzielt werden, wenn der Abschnitt 25a nicht ganfe so breit, jedoch mindestens breiter als der Abschnitt 23a ist. Ferner ist die Länge L der Anlagefläche 30 zwischen den beiden Berührungspunkten 28a und 29a erheblich größer als die Breite e des Abschnitts 23a der Lippenkante, und in dem in Fig. 5 dargestellten Fall um ein "Vielfaches größer. Worauf es ankommt, ist die Tatsache, daß die Länge L mindestens größer ist als die Breite der Lippenkante, und, wie erwähnt, entspricht die Länge L vorzugsweise einem Mehrfachen der Breite e.

Unter diesen Umständen wird das Öl, das infolge einer gewissen Druckumkehrung über die Lippenkante 23 hinaus entweicht, von dem sich dann darauf zu bewegenden hornähnlichen Abschnitt 26 bzw. 27 des Ansatzes 25 aufgefangen und zur Ölseite der Lippenkante 23 durch eine weitere erzwungende Druckumkehrung zurückgefördert, die auf eine geregelte Unstetigkeit des Druckgradienten zurückzuführen ist.

Die soeben beschriebene Wirkungsweise ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß sich die nachstehend beschriebenen Vorgänge abspielen;

Wird eine Wellendichtung bekannter Art auf einer Welle montiert, übt ihre Dichtungslipp'e eine Kraft auf die Umfangsflache der Welle aus. Diese Kraft wird gewöhnlich als radiale Kraft oder Belastung bezeichnet. Diese Belastung bewirkt, daß sich das elastische Dichtungselement an der eigentlichen Lippe verformt, so daß ein Teil der Lippenumfangsfläche tatsächlich in Berührung mit der Welle kommt, und der Teil, welcher die Welle tatsächlich berührt, wird auch als "Abdruck" bezeichnet; dieser Abdruck ist, in Fig. 5 bei 23a zu erkennen. Es sei nunmehr angenommen, daß diese radiale Belastung längs des Umfangs der Berührungsfläche zwischen der Dichtungslippe und der Welle konstant ist, und daß sich kein Flud oder ein anderes Material zwischen den beiden sich berührenden Flächen be-

409 8 18/0317

findet. Die radiale Belastung wird innerhalb des Abdrucks bzw. der Anlagefläche 2Ja verteilt, so daß ein radialer Druck entsteht. Hierbei verteilt sich der Druck jedoch auch auf eine bestimmte Weise innerhalb der Anlagefläche; diese Druckverteilung wird durch die geometrische Form der Dichtungslippe bestimmt. Bei einer nicht hydrodynamisch wirkenden Wellendichtung bekannter Art könnte die Druckverteilung z.B. der Darstellung in Fig. 6 entsprechen, wo gezeigt ist, daß der höchste Druck innerhalb der mittleren Zone 41 vorhanden ist, ein etwas niedrigerer Druck innerhalb der Zonen 42 und 4-3, ein noch etwas geringerer Druck innerhalb der Zonen 44 und 45, und der niedrigste Druck innerhalb der äußeren Randzonen .46 und 47.

Man kann diese Druckverteilung dadurch ändern, daß man zusätzlich zu der normalerweise vorhandenen Anlagefläche weitere Flächen vorsieht, die örtlich begrenzt sind. Zu diesem Zweck kann man Ansätze vorsehen, z.B. die beschriebenen halbmondförmigen Ansätze 25·

Fig. 7 zeigt eine angenäherte Darstellung der Verteilung des Drucks zwischen der Umfangsfläche der Welle und einem Abschnitt einer Wellendichtung nach der Erfindung. Hierbei ist angenommen, daß eine konstante radiale belastung vorhanden ist. Ferner ist angenommen, daß während des Betriebs das Vorhandensein eines Ölfilms zwischen den beiden sich berührenden Flächen nicht zu einer wesentlichen Änderung der Druckverteilung führt, obwohl die radiale Abmessung zwischen der Welle und der Dichtung etwas vergrößert sein kann. Auch in dem in Fig. 7 dargestellten Fall sind innerhalb der Anlagefläche 23a der Dichtungslippe Druckverteilungszonen 41, 42 und 43, 44, 45, 46, 47 vorhanden, doch entstehen weitere Druckverteilungszonen 51» 52 und 53 innerhalb des halbmondförmigen Ansatzes 25· Die Zonen 42 und 43 gehen in eine Zone 54- über, die Zonen 44 und 45 gehen "in die Zone 55 über, welche ihrerseits in die Zone 52 übergeht, und die Zone 47 geht in die Zone des Ansatzes über.

409818/0317

Solange kein Öl an der Hauptdichtungslippenkante 23 vorbei entweicht, bleiben die halbmondförmigen Ansätze 25 wirkungslos.

Nunmehr sei angenommen, daß ein Teil des zurückzuhaltenden Öls unter der Hauptdichtungslippenkante 23 hindurch entwichen ist und daher von dieser Kante nicht mehr zurückgehalten wird. Die Haftung zwischen dem Öl und der Welle 14 bewirkt dann, daß sich das entwichene Öl zusammen mit der Welle bewegt. Solange keine Hindernisse vorhanden sind, bleibt dieser Zustand erhalten, bis eine so große Ölmenge entwichen ist und sich angesammelt hat, daß das Öl von der Welle 14 unter der Wirkung von Fliehkräften und der Schwerkraft abgeschleudert wird. Wird jedoch dem zusammen mit der Welle 14 umlaufenden Öl ein Hindernis entgegengesetzt, wird seiner Neigung, sich zusammen mit der Welle zu bewegen, entgegengewirkt. Gemäß der Erfindung werden solche Hindernisse durch die Ansätze 25 gebildet.

Sobald das sich zusammen mit der Welle bewegende Öl zu dem nächsten Ansatz 25 gelangt, wird es verschiedenen Drücken ausgesetzt. Erstens verhindert äas Vorhandensein des Ansatzes 25» daß sich das Öl weiter in der Umfangsrichtung bewegt. Hierbei ist jedoch die Welle infolge ihrer weiteren Drehbewegung bestrebt, das Öl längs einer in der Umfangsrichtung verlaufenden Bahn zu bewegen, und hierdurch wird der Druck des Öls erhöht. In diesem Zeitpunkt ist jedoch das Öl in einen sich Y-förmig verjüngenden &aum 56 eingeschlossen, der durch die Lippenkante 23 und den hornähnlichen Abschnitt 26 des Ansatzes 25 abgegrenzt wird. Wenn sich an dieser Stelle der Druck des Öls infolge der Drehung der Welle erhöht, wird schließlich ein Punkt erreicht, an dem das Öl beginnt, erneut zu fließen, und zwar in der Richtung des geringsten Widerstandes. Die jeweilige Fließrichtung hängt vom Ausmaß der Drucksteigerung im Vergleich zu der in Fig. 7 dargestellten Druckverteilung ab. Übt die Wellendichtung auf die Welle an allen Punkten einen hinreichend hohen Druck aus, wird das Öl aufgestaut, so daß sich der V-förmige Raum 56 mit Öl·füllt,

AO 9 8 18/03-1 7

und weiteres Öl fließt dann um das freie Ende des horn- ähnlichen Abschnitts 26 des Ansatzes 25 herum, so daß Leckverluste entstehen. Wird der Druck unter dem Ansatz 25 herabgesetzt, während jedoch unter der Hauptdichtungslxppe noch ein genügend hoher Druck herrscht, entweicht öl an der Lippenkante und dem Ansatz vorbei, so daß wiederum einLeckverlust auftritt. Natürlich können auch Kombinationen zwischen den beiden soeben beschriebenen Fällen vorkommen.

Herrscht dagegen im Bereich des Ansatzes 25 im Vergleich zur Lippenkante ein hoher Druck, und wird das Öl infolge der Drehung der Welle einem hinreichenden Druck ausgesetzt, wird das Öl unter Kraftaufwand in den V-för- ' migen Raum 56 hineingedrückt und gezwungen, unter der Lippenkante 23 hinwegzufließen, so daß tatsächlich Öl zur Ölseite der Wellendichtung zurückgefördert wird. Mit anderen Worten, ein zweckmäßig konstruiertes Dichtungselement führt bei einer derartigen Wellendichtung zu einer solchen Druckverteilung, daß ein Weg vorhanden ist, längs dessen Öl zurückgefördert wird, wodurch es ermöglicht wird, Ölverluste zu verhindern.

Wenn eine hydrodynamische Wirkungsweise erzielt werden soll, können die Abmessungen und Formen innerhalb großer Bereiche gewählt werden. Vorzugsweise ist die Breite W nach Fig. 5 gleich dem Zweifachen der Breite e oder noch größer, und die Länge L ist vorzugsweise gleich dem Dreifachen der Breite e oder noch größer. Gemäß Fig. 5 ist der Abstand d zwischen dem freien Ende jedes homännlicheη Abschnitts des halbmondförmigen Ansatzes und dem Punkt, an dem der Ansatz mit der Lippenkante zusammentrifft, vorzugsweise gleich dem Dreifachen der Breite e oder noch größer. Jeder halbmondförmige Ansatz kann sich gegenüber der Lippenkante über einen Winkelbereich von etwa 30° erstrecken; er kann gemäß Fig. 5 durch eine erste Kurve 60 mit einem Radius R1 und durch eine zweite Kurve 61 mit einem kleineren Radius E2 abgegrenzt sein, so daß R1 größer ist als R2. Die Kurve 61 tangiert vorzugsweise den Mittelpunkt der Lippenkante 23.

409818/0317 Ansprüche:

Claims

- 13 ANSPRUCH Ε-

ί Λ J In beiden Drehrichtungen wirksame hydrodynamische Wellendichtung der Bauart mit einem starren, in Berührung mit einer Aufnahmebohrung stehenden Gehäuse und einem aus einem Elastomermaterial bestehenden Dichtungselement mit einer Dichtungslippe, bei welcher zwei kegelstumpfförmige Flächen zu einer kreisrunden Lippenkante konvergieren, um zusammen mit einer umlaufenden Welle eine ortsfeste Dichtung zu bilden, und bei der die Dichtungslippe eine Luftseite und eine Ölseite hat, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmige Luftseite

(22) der Lippe (20) mehrere halbmondförmige Ansätze (25) aufweist, daß die radial nach innen gerichtete Fläche (30) jedes der halbmondförmigen Ansätze einen Teil einer Zylinderfläche bildet und den gleichen Radius hat wie die Kante

(23) der Lippe, daß die radial nach innen gerichtete Fläche in axialer Richtung auf die Lippenkante zu von beiden hornähnlichen Abschnitten (26, 27) des halbmondförmigen Ansatzes aus konvergiert und der Lippenkante aus beiden Richtungen tangential zusammentrifft, daß die radial nach innen gerichtete Fläche des halbmondförmigen Ansatzes dann, wenn die Wellendichtung in Berührung mit einer Welle (14) steht, an der Welle eine Anlagefläche bildet, die dort, wo sie mit der Lippe zusammentrifft, eine axiale Breite (W) hat, die während des tatsächlichen Betriebs größer ist als die axiale Breite (e) der Lippenkante, und daß die beiden Punkte (28a, 29a), an denen die hornähnlichen Abschnitte des Ansatzes in die Lippe übergehen, in der Umfangsrichtung durch eine Strecke (L) getrennt sind, die während des tatsächlichen Betriebs erheblich größer ist als die axiale Breite der Lippenkante.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite (W) jedes .halbmondförmigen Ansatzes (25) an den Punkten (28a,29a)

409818/0317

.- 14- -

an. denen der Ansatz mit der Lippenkante (23) zusammentrifft, mindestens doppelt so groß ist wie die axiale Breite (e) der Lippenkante.
3. In beiden Drehrichtungen wirksame hydrodynamische Wellendichtung der Bauart mit einem starren in Berührung mit der Wand einer Bohrung stehenden Gehäuse und einem aus einem Elastomermaterial bestehenden Dichtungselement, das durch das Gehäuse unterstützt wird und mit ihm mit abdichtender Wirkung verbunden ist, bei der das Dichtungselement eine Dichtungslippe besitzt, bei welcher zwei kegelstumpfförmige !'lachen zu einer kreisrunden Lippenkante konvergieren, um beim Zusammenarbeiten mit einer umlaufenden Welle eine ortsfeste Dichtung zu bilden, und bei der die Dichtungslippe als Formteil derart hergestellt ist, daß sie im geformten Zustand eine Lippenkante einer Luftseite und einer Ölseite aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß gegenüber der kegelstumpfförmigen Luftseite (22) der Dichtungslippe (20) mehrere an sie angeformte, halbmondförmige Ansätze (25) nach innen vor-'springen, daß jeder der halbmondförmigen Ansätze eine radial nach innen gerichtete fläche (30) aufweist, die einen Teil einer Zylinderfläche bildet und den gleichen Radius hat wie die Kante (23) der Lippe, daß jede der radial nach innen gerichteten Flächen in axialer Richtung auf die. an dem Formteil ausgebildete Lippenkante zu von beiden hornähnlichen Abschnitten (26, 27) des betreffenden Ansatzes konvergiert und aus beiden Sichtungen tangential mit der Lippenkante zusammentrifft, daß jede radial nach innen gerichtete Fläche an den Punkten (28a, 29a), an denen sie mit der Lippenkante zusammentrifft, eine axiale Breite (W) hat, die erheblich größer ist als die axiale Breite (e) der Lippenkante, und daß die beiden genannten Punkte in der Umfangsrichtung durch eine Strecke (L) getrennt sind, die erheblich größer ist als die axiale Breite der Lippenkante .

409818/0317

7350630
4. Wellendichtung nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichne t, daß die axiale Breite (W) jedes halbmondförmigen Ansatzes (25) an den Punkten (28a, 29a), an denen der Ansatz mit der Lippenkante (23) zusammentrifft, mindestens doppelt so groß ist wie die axiale Breite (e) der Lippenkante.

5· In beiden Drehrichtungen wirksame hydrodynamische Wellendichtung der Bauart mit einem starren, in Berührung mit der Wand einer Bohrung stehenden Gehäuse und einem aus einem Elastomermaterial bestehenden Dichtungselement, das eine Dichtungslippe besitzt, bei welcher zwei kegelstumpfförmige Flächen von einer Luftseite und von einer Ölseite aus zu einer kreisrunden Lippenkante konvergieren, dadurch g e k e η ή ze i c h η e t , daß die kegelstumpfförmige Luftseite (22) der Dichtungslippe (20) einen Satz von Ansätzen (25) aufweist, deren radial nach innen ■gerichtete !'lachen jeweils einen Teil einer Zylinderfläche bilden, daß jeder dieser Ansätze den gleichen Hadius hat wie die Lippenkante (23), daß jede der radial nach innen gerichteten Flächen der Ansätze in axialer Richtung auf die Lippenkante zu von beiden Enden (26, 27) des betreffenden Ansatzes aus konvergiert und mit der Lippenkante (23) zusammentrifft, daß die Abschnitte der radial nach innen gerichteten Flächen der Ansätze an den Punkten (28a,29a), an denen sie mit der Lippenkante zusammentreffen, während des tatsächlichen Betriebs eine axiale Breite (W) haben, die größer ist als die axiale Breite (e) der Lippenkante, und daß die beiden genannten Punkte in der Umfangsrichtung durch eine Strecke (L) getrennt sand, die während des tatsächlichen Betriebs größer ist als die axiale Breite der Lippenkante.

Der Patentanwalt:

ElUAt

409818/0317

/4

L e e r s e i t e