DE2453118A1

DE2453118A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE2453118A1
Application number: DE19742453118
Authority: DE
Inventors: Emeric J Gyory
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1973-11-28
Filing date: 1974-11-08
Publication date: 1975-06-12
Also published as: US3913925A; FR2252515A1; GB1459352A; CA1020975A; DE2453118B2; JPS5084740A; FR2252515B1; BR7409927A

Description

Patentanwälte O / C O Λ Λ

Dipl. Ing. H. Hauck ^L ⁴ ° ° ' '

Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs

Dipl. Ing. W. Wehnert

Dipl. Phys. W. Carstens

8 München 2

Mozartstr. 23

Borg-Warner Corporation

200 South Michigan Ave.

Chicago, 111. 6o6o4,USA 29.Okt.1974

Anwaltsakte M-3249

Wellendichtung

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung zum Abdichten des zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse befindlichen Raumes sowohl bei Stillstand als auch Lauf der Welle.

Zu den in dauernder Berührung mit dem abzudichtenden Teil stehenden Dichtungen gehören Dichtungen mit an den Enden gelegenen Dichtflächen oder mit Dichtlippen, Dichtpackungen, O-Ringe und dergleichen. Diese führen das Abdichten im Prinzip dadurch herbei, daß federndes Dichtmaterial gegen die Oberfläche einer Welle angedrückt wird. Im wesentlichen alle bekannten elastomeren öldichtungen bewirken das gewünschte Abdichten zur Vermeidung des Austretens von öl unter Verwendung einer durchlaufenden Kontaktdichtung. Bei dieser wird ein normalerweise Dichtlippe genannter Teil der Dichtung in Berührung mit der Welle gebracht. Versuche

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haben ergeben, daß eine durchlaufende Dichtlippe einen gewissen Druck auf die Welle ausüben muß, damit befriedigende Dichteigenschaften erhalten werden. Wird eine Dichtung mit einer verhältnismäßig scharfen.Kante und zugleich der erforderliche Druck zum Schließen der Dichtlippe verwendet, so beobachtet man zu Beginn einen verhältnismäßig schnellen Verschleiß; die Verschleißgeschwindigkeit nimmt jedoch ab, nachdem der zunächst linienförmige Kontakt der Dichtlippe in einen flächigen Kontakt übergegangen ist, wobei die Breite der Kontaktfläche auf etwa 0,8 mm bis 1,5 mm (0,03 bis 0,06 inch) anwächst.

Aus diesen Versuchen ergibt sich, daß während dieses "Einlaufens" ein Verschleiß nicht nur an der elastomeren Dichtlippe, sondern auch an der umlaufenden Welle auftritt. Gewisse Elastomere bewirken einen ernst zu nehmenden Verschleiß der Welle, so daß die Voraussetzungen für ein zufriedenstellendes späteres Abdichten nicht mehr gegeben sind. Die zu Anfang beobachtete hohe Ver-

; Schleißgeschwindigkeit der Dichtlippe ist auf die nicht ausreichen-

j de Schmierung derselben zurückzuführen.

j Durch die vorgelegte Erfindung wird eine Dichtung geschaffen,

ι welche den sich widersprechenden Erfordernissen einer Flüssigkeitsdichtung gerecht wird; welche nämlich ein leckfreies Abdichten sicherstellt und zugleich die ursprünglichen Kontaktflächen der Dichtung erhält, ohne daß beim Lauf, d.h. bei Drehung der Welle ein Verschleiß auftritt. Hierdurch wird beim Stillstand ein fast ideales Anliegen der Dichtung erhalten«,

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Durch di,e Erfindung soll eine Flüssigkeitsdichtung geschaffen werden, die von den Prinzipien einer Pumpe, bei der viskoses Strömungsmittel unter Scherung gefördert wird, und der elastischen Eigenschaft vulkaninisierter Elastomere Gebrauch macht. Die Flüssigkeitsdichtung wird über umlaufende Welle·angeordnet und dichtet die öffnung zwischen der Welle und deren Gehäuse ab. Die Flüssigkeitsdichtung weist eine statische Lippe auf, die nahe ^;und durchgehend an der Welle anliegend vorgesehen ist und ein Austreten von Flüssigkeit längs der Welle zur Luftseite der Dich-.tung hin verhindert.

Durch die Erfindung soll ferner eine Flüssigkeitsdichtung geschaffen werden, welche beim Lauf, d.h. bei Drehung der Welle eine Pumpe zur Förderung viskosen Strömungsmittels unter Scherung desselben aufweist. Die Pumpe'zur Förderung viskosen Strömungsmittels unter Scherung weist eine Mehrzahl von Wendeln auf, die von dem Gebiet der statischen Lippe ausgehen und ein Strömen von Strömungsmittel aus demselben zur Flüssigkeitsseite der Dichtung her-

\ beiführen. Die Abmessungen der Dichtung sind so gewählt, daß die i vom Ausgangsdruck der Pumpe zum Fördern viskosen Strömungsmittels !unter Scherung erzeugten Kräfte ein Abheben der statischen ,Lippe von der Welle bewirken, solange die Welle gedreht wird,

j d.h. im bewegten Zustand ist.

iDurch die Erfindung soll ferner eine Dichtung für öl geschaffen werden, die laufend geschmiert wird, so daß trockene Reibung vermieden wird, und zwar auch zu Beginn der Drehung der Welle. An

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der inneren Kante des flexiblen Abschnittes der Dichtung ist eine sekundäre Dichtlippe angeordnet, welche von der statischen
Dichtlippe durch die Wendeln getrennt wird und welche dem Strömen von öl einen geeigneten Widerstand entgegensetzt. Eine beständige Zufuhr von öl zu dem zwischen den beiden Dichtlippen befindlichen Raum erfolgt durch Zufuhröffnungen, die in dem flexiblen Abschnitt der Dichtung ausgebildet sind und mit der Innenseite der
die Welle berührenden Oberfläche der Dichtung in. der Nähe der
statischen Dichtlippe in Verbindung stehen.

Durch die Erfindung soll ferner eine Dichtung geschaffen werden,
die einen möglichst einfachen Aufbau und hervorragende Dichteigenschaften aufweist, die wirtschaftlich ist, leicht eingebaut werden kann und einfach betrieben werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine erfindungs-

gemäße, aus Halbdichtungen aufgebaute Flüssigkeitsdichtung und durch einen Teil eines sie aufnehmenden Gehäuses, wobei die Welle in seitlicher Ansicht dargestellt ist;

Fig. 2 ein vertikaler Schnitt durch einen Teil der in

Fig. 1 dargestellten Flüssigkeitsdichtung in
vergrößertem Maßstabe;

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Pig. J5 ein zur Pig. 2 ähnlicher vertikaler Schnitt in

vergrößertem Maßstabe, in der jedoch die Richtungen der ölströme und der Kräfte dargestellt sind, welche durch das Pumpen der Flüssigkeit erzeugt werden;

Fig. H- eine Aufsicht auf das Ende der Flüssigkeitsdichtung von der Luftseite derselben her gesehen; und

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt durch eine erfindungs-

gemäße ,Flüssigkeitsdichtung, welche eine VoIlkreisdichtung aufweist.

In Fig. 1 ist ein Gehäuse Io für eine Dichtung dargestellt. Dieses weist eine öffnung 11 auf, welche von einer umlaufenden Welle durchsetzt wird. Das Gehäuse Io kann ein T~eil des hinteren Endes eines Automotors sein, bei dem eine aus zwei Halßdichtungen bestehende Flüssigkeitsdichtung verwendet wird. Es weist eine innen ; liegende ringförmige Rippe 15 auf, durch welche ein die Welle abj dichtender Dichtring 14 festgelegt wird, der seinerseits durch

ί -

' ein Paar von Halbdichtungen gebildet wird, die in der öffnung

11 Aufnahme finden. Der auf einer Seite des Dichtringes gelegene ' Raum 15 ist mit viskosem Strömungsmittel, z.B. mit öl gefüllt !.und wird später als ölseite bezeichnet. Die gegenüberliegende ! Seite des Dichtringes begrenzt dagegen einen Raum 16, welcher i

Luftseite genannt wird. Der Dichtring 14- dient dazu, ein Aus-

: treten von öl von der ölseite zur Luftseite und in den dort

gelegenen Raum 16 zu verhindern.

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Der Dichtring 14 ist aus geeignetem, vulkanisiertem elastomerem Material hergestellt und weist ein Paar .im wesentlichen identische? Halbdichtungen 17, 17' auf. Jede Halbdichtung hat einen Dichtringkörper 18 mit einem Paar von in axialer Richtung voneinander entfernten radialen Planschen 19 und 2o, welche in dem Dichtringkörper eine ringförmige Nut begrenzen, in der die Rippe IJ Aufnahme findet. Der Dicht ringkörper enthält ein halbkreisförmiges metallenes Band 22 zur Verstärkung und Versteifung, das in ihn eingebettet ist und-wie Fig. 1 zeigt-im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.

Ein flexibler Abschnitt 2J> des Dichtringes ist an dem Dichtringkörper l8 in der Nähe des Flansches 2o angeformt. Er verläuft unter einem solchen Winkel nach innen, daß er zur ölseite des Dichtringes hin zusammenläuft. Der flexible Abschnitt 2j5 endet in einer Dichtfläche 24, mit der er an der Welle anliegt und die in den Figuren 2 und J> deutlicher dargestellt ist. Die Dichtfläche ; 24 weist im wesentlichen zylindrische Gestalt auf und hat eine ■ nach innen laufende ringförmige, statische Dichtlippe 25 bei der an der Luftseite liegenden Kante der Dichtfläche sowie eine ι nach innen laufende ringförmige sekundäre Lippe 26 bei der der ι ölseite zugewandten Kante der Dichtfläche.

j Zwischen den beiden Dichtlippen weist die Dichtfläche einen mit innen liegenden Wendeln versehenen Abschnitt auf. Eine Mehrzahl

j von Wendeln 27 beginnen an der statischen Dichtlippe 25 und

! enden bei der sekundären Dichtlippe 26, in der sie auslaufen.

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In der Berührfläche ist ferner eine Mehrzahl von in radialer Richtung verlaufenden öffnungen 28 ausgebildet, welche von der äußeren, der ölseite zugewandten Oberfläche 29 des flexiblen Abschnittes 23 herkommen und sich bei der statischen Diehtlippe 25 zu den innen liegenden Wendeln hin öffnen. Wie noch ausführlicher dargelegt wird, erlauben diese Öffnungen ein Fließen von öl von dem bei der ölseite liegenden Raum 15 zu den innen liegenden Wendeln. Auf der inneren, geneigten, der Luftseite zugekehrten Oberfläche 31 des flexiblen Abschnittes 23 sind außen liegende Wendeln ausgebildet. Diese außen liegenden Wendeln j52 gehen von der statischen

Diehtlippe 25 aus und enden an einer von dieser entfernten Stelle. Die Wendeln 32 sind in derselben Richtung geneigt wie die Wendeln 27.

Steht die Welle 12, an der der Dichtring 14 anliegt, still, so ist ein statisches Abdichten derselben erforderlich. Das Abdichten erfolgt durch die statische Diehtlippe 25, die eng und durchgehend an der Welle.12 anliegt, so daß kein Fließen von öl längs der Welle zum bei der Luftseite liegenden .Raum 16 möglieh ist.

Der Druck zum Anlegen der Diehtlippe wird durch eine Preßpassung ! zwischen der Welle und der Diehtlippe 25 erhalten. Die sekundäre Diehtlippe 26 bewirkt keine Abdichtung, da sie bei der ölseite

j liegt, und da die sie umgehenden ZufUhrlÖcher 28 für Öl- vorgesehen

ι

sind. Bei stillstehender Welle verbleibt etwas öl zwischen der statischen Diehtlippe 25 und der sekundären Diehtlippe 26 sowie \ innerhalb der innen liegenden Wendeln 27, durch welche die beiden , Dichtlippen verbunden werden. Damit ist beim Inbewegungsetzen .'pr Welle 12 die Schmierung sichergestellt und wird eine trockene

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Zum Abdichten der umlaufenden Welle ist kein enges, durchgängiges Anliegen der statischen Dichtlippe 25 an der Welle 12 erforderlich, da die zwischen der statischen Dichtlippe 25 und der sekundären Dichtlippe 26 angeordneten innen liegenden Wendeln eine Pumpe zur Förderung viskosen Strömungsmittels unter Scherung desselben darstellen. Ohne dieses Merkmal würde die statische Dichtlippe weiterhin eng an der Welle 12 anliegen und wäre aufgrund der Reibung hohen Temperaturen und hoher Abnützung ausgesetzt. Daher soll das Anliegen der statischen Dichtlippe 25 an der Welle 12 im Lauf vermindert oder ganz ausgeräumt werden. Dazu muß der Abschnitt des Dichtringes von der Welle abgehoben werden, der zwischen der statischen Dichtlippe 25 und der sekundären Dichtlippe 26 liegt. Dies erfolgt unter Verwendung der innen liegenden Wendeln 27.

Beim Lauf dreht sich die Welle 12 in Richtung des Pfeiles A (Umlauf in einem vorgegebenen Drehsinne). Hierdurch wird öl durch die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen um den Dichtring herum angeordneten öffnungen 28 in den von der statischen Dichtlippe und der sekundären Dichtlippe begrenzten Raum gefördert. Die Drehung der Welle 12 und die Neigung der Wendeln 27 bewirken zusammen, daß das öl in Einwärtsrichtung zu dem auf der ölseite liegenden Raum 15 der Dichtung fließt. Zunächst tritt das öl in der Nähe der statischen Dichtlippe 25 durch die öffnungen 28 ein und fließt dann zwangsweise zwischen den Wendeln 27 in Richtung > der Pfeile B; die Bewegung des Öles ist dabei auf die Drehung der Welle und auf die viskosen Eigenschaften des Öles zurückzuführen.

,Die sekundäre Dichtlippe 26 befindet sich anfänglich in durchgän-

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giger Berührung mit der Welle 12. Die sekundäre Dichtlippe -liegt jedoch unter wesentlich geringerem Druck an der Welle an als die statische Dichtlippe 25. Dennoch stellt die sekundäre Dichtlippe für das in den Wendeln 27 fließende öl einen Widerstand dar und bewirkt ein Anwachsen des öldrucJkes unter diesem Abschnitt der Dichtung. Der Öldruck wächst weiter an, bis die sekundäre Dichtlippe abgehoben wird und das öl dann in Richtung der Pfeile C weiter zur ölseite des Gehäuses strömt, wobei sich ein dynamisches Gleichgewicht einstellt. '

Durch die Wahl der Abmessungen der Bestandteile der Dichtungen wird erreicht, daß die durch den beim Fördern viskosen Strömungsmittels unter Scherung entstehenden Druck·erzeugten Kräfte nach außen auf die an der Welle anliegende Dichtfläche 24 einwirken und das innere Ende des flexiblen Abschnittes 23 und damit die statische Dichtlippe 25 von der Welle abheben, und zwar in Richtung des in Fig. 3 dargestellten Pfeiles D. Da das Strömen von öl zwischen den innen liegenden Wendeln 27 In einer Richtung erfolgt, die von der statischen Dichtlippe 25 wegweist, wird eine

Abdichtung
volle hydrodynamische/erreicht. Bei laufender Welle dienen die außen liegenden Wendeln 32 nur dazu, eventuell unregelmäßig zu der Luftseite ausgetretene Leckflüssigkeit zurückzuhalten, indem etwa ausgetretenes öl zu dem mit den inneren Wendeln versehenen Abschnitt zurückgepumpt wird.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vollkreisdichtung 33, die in einer öffnung 11a eines Gehäuses 10a Aufnahme findet und durch

- Io -

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- Io -

Anlage an einer Schulter 34 festgelegt ist. Die Dichtung weist einen Dichtringkörper l8a mit einem Plansch 19a auf, der an der Schulter 34 anliegt. Sie'weist ferner einen ringförmigen Raum auf, in dem ein Plansch J56 eines ringförmigen, metallenen Bandes 35 zur Verstärkung des Dichtringkörpers Aufnahme findet. Ein gegenüberliegender Plansch 37 des L-förmigen Bandes verläuft längs einer radialen Oberfläche 38 des Dichtringkörpers l8a nach innen.

Ein flexibler Abschnitt 23a des Dichtringes ist an den Dichtringkörper l8a angeformt und verläuft von der Oberfläche 38 nach innen, so daß er zu der ölseite 15a der Dichtung hin zusammenläuft, und endet in einer Dichtfläche 24a. Die Dichtfläche 24a hat im wesentlichen zylindrische Gestalt und weist eine nach innen verlaufende, ringförmige statische Dichtlippe 25a und eine ringförmige, sekundäre Dichtlippe 26a auf, die durch eine Mehrzahl von innen liegenden Wendeln 27a getrennt in Abstand angeordnet ist. Auf der geneigten, der Luftseite zugewandten Oberfläche 31a

' sind außen liegende Wendeln 32a angeordnet, die in der statischen ; Dichtlippe 25a auslaufen.

Das statische Abdichten und das dynamische Abdichten bei umlaufender Welle unter Verwendung der "Pumpe zur Förderung viskoser Strömungsmittel unter Scherung" erfolgt in gleicher Weise wie oben bei dem aus zwei Halbdichtungen bestehenden Dichtring 14. Beide Sätze von Wendeln verhindern ein Austreten von öl von der ölseite 15a über die Dichtung zur Luftseite l6a in äußerst wirksamer Weise.

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Der Entwurf einer hydrodynamischen öldichtung macht somit von den Prinzipien der Strömung viskoser Strömungsmittel Gebrauch und beruht darauf, daß ständig:ein Strom von Strömungsmittel zu der Pumpe zum Fördern viskoser Strömungsmittel unter Scherung aufrechterhalten wird und daß dem Strömen von Strömungsmittel ein Widerstand entgegengesetzt wird, so daß ein hydrodynamischer Druck aufrechterhalten wird. Die Pumpe wird durch die innen liegenden Wendeln 27 bzw. 27a gebildet. Die Hichtung, in der Öl beständig fließt, wird durch den von den innen liegenden und außen liegenden Wendeln erzeugten Druckgradienten sichergestellt*

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Claims

Borg-Warner Corporation

South Michigan Avenue

Chicago, 111. 6o6o4,USA 29.Okt.1974

Anwaltsakte M-3249 /

Patentansprüche

.^Wellendichtung zum Abdichten des zwischen einer drehbaren Welle und einem Gehäuse befindlichen Raumes sowohl bei Stillstand als auch bei Lauf der Welle, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ringförmigen, federnden Dichtringkörper (14) aufweist, der in einer die Welle (12) umgebenden Lage bezüglich des Gehäuses (lo) fixiert ist; daß ein angeformter, nach Innen verlaufender flexibler Abschnitt (23) in einer im wesentlichen ringförmigen Dichtfläche (24) endet, welche gleitend am Umfang der Welle (12) anliegt; daß eine Seite des Dichtringkörpers (14) mit einer viskosen Flüssigkeit in Verbindung steht, deren Austreten verhindert werden soll; daß die Dichtfläche (24) bei der Luftseite der Dichtung eine statische Dichtlippe (25) ; aufweist; daß bei der Flüssigkeitsseite der Dichtung in Abstand von der statischen Dichtlippe (25), eine sekundäre Dichtlippe

(26) angeordnet ist; und daß in der Dichtung zwischen den voneinander entfernten Dichtlippen (25,26) eine Pumpe (27) ausgebildet ist, durch welche viskoses Strömungsmittel unter Scherung gefördert wird.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe zum Fördern viskosen Strömungsmittels unter Scherung durch eine Mehrzahl von innen liegenden Wendeln (2?) gebildet wird, die auf der Dichtfläche, (24) der Dichtung ausgebildet sind und sich zwischen den beiden in Abstand angeordneten Dichtlippen (25,26) erstrecken.
3. Wellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den flexible Abschnitt (23) eine Mehrzahl am Umfang verteilter Öffnungen (28) aufweist, die sich von der Flüssigkeitsseite der Dichtung zu der Dichtfläche (24) und-in die Nähe der statischen Dichtlippe (25) erstrecken. _N
4. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von außen liegenden Wendeln (32), welche auf der Luftseite der Dichtung angeordnet sind, wobei die außen liegenden Wendeln (32) dieselbe Neigung aufweisen wie die innen liegenden Wendeln (27).
5. Wellendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Abschnitt (23) eine nach außen geneigte innere Oberfläche (31) aufweist, und daß die außen liegenden Wendeln

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(32) auf der nach außen geneigten inneren Oberfläche (31) angeordnet sind.

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Leersei· te