DE2460951A1

DE2460951A1 - Gleitender dichtring

Info

Publication number: DE2460951A1
Application number: DE19742460951
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Vo Hackewitz
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1974-12-21
Filing date: 1974-12-21
Publication date: 1976-07-01
Also published as: SE422237B; FR2295321A1; DE2460951C3; IT1052708B; DE2460951B2; FR2295321B1; SE7513264L

Description

SKP KUGELLAGERFÄBRIKEN¹ GMBH Schweinfurt, YJ. Dezember 1974

Gleitender Dichtring

Die Erfindung betrifft einen gleitenden Dichtring mit elastisch gegen die Berührungsstelle einer Gleitfläche angedrückter Dichtlippe.

Dichtringe mit elastisch federnd angedrückter Dichtlippe haben den Nachteil, daß sich die Dichtlippe bei zu starker Andrückkraft, bei ungenügender Schmierung, z.B. infolge Schmierfett- oder Schmierölmangel, und/oder bei hoher Gleitgeschwindigkeit erhitzt, so daß diese schnell einem schädlichen Gleitverschleiß unterworfen ist und in ihrer Dichtungswirksamkeit entsprechend nachläßt. Dieser Nachteil gilt besonders dann, wenn, was häufig der Fall ist, die Dichtlippe aus einem temperaturempfindlichen Werkstoff, z.B. Kunststoff-Elastomer, gefertigt ist.

Es ist ein gleitender, auf der rotierenden Maschinenwelle befestigter Dichtring bekannt, bei dem eine Verbesserung insofern geschaffen ist, als sich eine erste Dichtlippe bei hoher Gleitgeschwindigkeit infolge Fliehkraft von ihrer Berührungsfläche abhebt, während sich eine zweite Dichtlippe infolge Fliehkraft zur Berührungsfläche hin bewegt (DT-PS 1 295 293)· Bsi ungenügender Schmierung der Dichtlippen, schnell wechselnden Rotationsgeschwindigkeiten der Maschinenwelle und hohen Anstellkräften der Dichtlippe (elastische Anstellung des Dichtringes beim Einbau) kann aber immer noch eine unzulässig große Dichtlippenreibung im Betrieb entstehen, so daß die entsprechende Reibungswärme die Dichtlippe überhitzt und ein rapider Gleitverschleiß an der temperaturempfindlichen Dichtlippe entsteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen gleitenden Dichtring zu schaffen, bei dem eine schädliche Überhitzung der temperaturempfindlichen Dichtungslippe sicher verhindert wird. Dabei soll auch einer ungleichmäßigen Reibungswärmeentwicklung am Umfang einer Dichtlippe entgegenwirkt werden mit dem Ziel der Verhinderung einer örtlichen Überhitzung der Dichtlippe.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daßr die elastisch angedrückte Dichtlippe des Dichtrings aus einem Schichtwerkstoff mit mindestens zwei Schichten besteht, wobei die Schicht, welche der Berührungsstelle der Dichtlippe zugewandt ist, einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, als die Schicht oder Schichten, welche dieser Berührungsstelle abgewandt sind. Eine Überhitzung der Dichtlippe durch übermäßige Gleitreibung ist ausgeschlossen, weil sich die Dichtlippe bei Erwärmung wie ein Bimetall verhält und sich entgegen der elastischen Andrückkraft wölbt. Also wird die Größe der Andrückkraft und damit auch die Größe der Gleitreibung der Dichtlippe mit zunehmender Dichtlippenerwärmung kleiner.

Bei ungleichmäßiger Erwärmung der Dichtlippe am Umfang, z.B. durch exzentrischen oder schiefen Einbau das Dichtrings oder Verschiebungen von Spannungslinien im Werkstoff des Dichtrings (DT-PS 1 954 279) kann sich wegen ungleichmäßiger Dehnung am Umfang der Dichtlippe eine schädliche Verwölbung einstellen, welche die gleichmäßige Anlage der Dichtlippe an ihrer Berührungsfläche stört und somit die Dichtungswirkung der Dichtlippe beeinträchtigt. Zu diesem Zweck weisen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schicht oder Schichten, welche der Berührungsstelle der Dichtlippe abgewandt sindjVon der Berührungsstelle der Dichtlippe zum Dichtlippenansatz gerichtete, am Umfang verteilte Einschnitte auf. Also können die Abschnitte der Dichtlippe entsprechend der verschiedenen Gleitreibung und Wärmeentwicklung am Umfang sich einstellen, ohne daß eine schädliche Verwölbung der Diehtlippe eintritt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen der ersten Schicht, welche der Berührungsstelle der Dichtlippe zugewandt ist, und der Schicht oder den Schichten, welche dieser Berührungsstelle abgewandt sind, eine dünne Zwischenschicht mit einer geringen Steifigkeit eingebracht, welche aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer oder Aluminium, besteht. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine schnelle Ansprechbarkeit der Dichtlippe gegenüber Änderungen der Wärmeentwicklung; denn die Wärmemenge wird ohne Wärmestau im Inneren der Dichtlippe durch die Zwischenschicht, weitergeleitet. Auch wirkt somit die Dichtlippe einer Vergrößerung der Reibungswärmeentwicklung zwischen Dichtlippe und Berüh-

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rungsstelle ohne Verzögerung durch Verminderung ihrer Andrückkraft entgegen, so daß eine gefährliche Überhitzung der temperaturempfindlichen Dichtlippe, z.B. aus Elastomer-Kunststoff-Schichtwerkstoff, verhindert wird.

Nach einem anderen Merkmal kann diese Zwischenschicht zumindest zum Teil aus einem Drahtgeflecht hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Aluminiumdrahtgeflecht, bestehen. Dieses Geflecht läßt sich mit den angrenzenden Schichten der Dichtl'ippe, z.B. im Spritzguß- oder Klebeverfahren, fest eingiessen, so daß der temperaturabhängigen Wölbung (Biegung) der Dichtlippe durch das Drahtgeflecht kein nennenswerter Widerstand entgegengesetzt wird. Gleichzeitig verteilt das Drahtgeflecht die Wärmemenge in der Dichtlippe, so daß kein Wärmestau mit örtlicher Überhitzung der Dichtlippe im Betrieb entstehen kann.

Nach einem weiteren Merkmal wird die Dichtlippe infolge ihrer eigenen Biegeelastizität an die Berührungsstelle zwischen Dichtlippe und Dichtfläche gedrückt. Erfindungsgemäß kann die Dichtlippe aber auch durch Hilfsmittel, z.B. einer Ringfeder, gegen die Berührungsstelle elastisch gedruckt sein.

Im übrigen besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mindestens eine Schicht des Schichtwerkstoffs aus einem mit metallischen Pasern, z.B. Kupferfasern, gefüllten Kunststoff. Die metallischen Fasern haben eine gute Wärmeleitfähigkeit, so daß wiederum eine schnelle thermische Ansprechbarkeit der Dichtlippe gegeben ist und ein gefährlicher Wärmestau im Inneren der Dichtlippe verhindert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen eingebauten, erfindungsgemäßen Dichtring,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Teils des in Figur 1 dargestellten Längsschnitts,

Fig. 5 einen Teil eines Längsschnitts durch einen abgeänderten, erfindungsgemäßen Dichtring,

6 0 9 R- ti-/ 0 A 6 1

Fig. 4 eine Ansicht gemäß der Linie A-A in Figur 3, und

Fig. 5 einen Teil eines Längsschnitts durch einen weiteren, abgeänderten, erfindungsgemäßen Dichtring.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Dichtring 1 ist auf der Maschinenwelle 2, z.B. durch Preßsitz, festgesetzt. Der Dichtring besteht aus einem Grundkörper 3, z.B. aus Elastomer-Kunststoff, an dem seitlieh eine einstückige Schicht 4 der Dichtlippe 5, auf die eine Schicht 6 geklebt oder aufvulkanisiert ist, angeordnet ist. Die Schicht 6 ist der Berührungsstelle 7 einer ebenen, senkrecht auf der Achse der Maschinenwelle 2 stehenden Gleitfläche 8 eines Gehäuses 9 zugewandt. Der Dichtring 1 ist axial gegen die Gleitfläche 8 angestellt, so daß die Dichtlippe 5 bekannterweise infolge eigener Biegeelastizität gegen die Berührungsstelle 7 der Gleitfläche 8 drückt und abdichtet. Die Gleitbewegung zwischen Dichtlippe 5 und Gleitfläche 8 des Gehäuses 9 ergibt sich aus einer Relativbewegung zwischen Gehäuse 9 und Maschinenwelle 2. Die der Berührungsstelle J der Gleitfläche 8 zugewandte Schicht 6 der Dichtlippe 5 weist erfindungsgemäß einen Wärmedehnungskoeffizienten auf, der größer ist als der Wärmedehnungskoeffizient der Schicht 4, welche dieser Berührungsstelle 6 abgewandt ist. Dadurch ergibt sich bei Erwärmung der Dichtlippe 5 eine Wölbung, wie sie in Figur 2 gestrichelt angedeutet ist. Diese Wölbung wirkt der Andrückkraft zwischen der Dichtlippe 5 und der Gleitfläche 8 des Gehäuses 9 entgegen, so daß sich bei größer werdender Erwärmung der Dichtlippe 5 selbsttätig eine kleinere Andrückkraft und somit eine kleinere Reibungswärmeentwicklung einstellt. Der Grundkörper J5 ^m^ Schicht 4 der Dichtlippe 5 kann dabei aus Elastomer-Kunststoff mit oder ohne Füllung mit metallischen Partikeln oder Fasern aus Kupfer, welche die Wärmeleitung in der Schicht 4 der Dichtlippe 5 verbessern, bestehen und die aufgeklebte oder aufvulkanisierte Schicht 6 kann aus Polypropylen-Kunststoff bestehen, der einen relativ großen Wärmedehnungskoeffizienten besitzt. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Dichtringes ist darin zu sehen, daß dieser in großen Stückzahlen wirtschaftlich zum Beispiel im Spritzgußverfahren, hergestellt werden kann. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß der Dichtring 1 ohne schädliche Folgen einer zu großen Reibungswarmeentwicklung im Betrieb mit verschiedenen Kräften oder Abständen gegen die Berührungsstelle 7 der Gleitfläche 8 axial angestellt werden darf, was eine Erleichterung der Dichtringmontage erbringt.

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In Figur J> und 4 ist ein erfindungsgemäßer Dichtring 10 gezeigt, welcher gegenüber dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel Änderungen aufweist, und zwar ist hier zwischen der Schicht 6, welche der Berührungsstelle 7 zugewandt ist, und der Schicht 4, welche dieser Berührungsstelle 7 abgewandt ist.eine dünne Zwischenschicht 11 eingebracht, welche eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, und welche infolge einer geringen Steifigkeit der temperaturabhängigen Verwölbung der Dichtlippe 5 keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Diese Zwischenschicht 11 kann zum Beispiel als Folie oder Drahtgeflecht aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Mit Hilfe dieser Zwischenschicht wird die von der Berührungsstelle 7 herkommende Gleitreibungswärme in der Dichtlippe zwischen der Schicht 6 und der Schicht 4 schnell, also ohne Wärmestau, verteilt. Bei diesem abgeänderten Ausführungsbeispiel sind außerdem in der Zwischenschicht 11 und der Schicht 4, welche der Berührungsstelle 7 abgewandt ist, gemeinsame schmale Einschnitte 12 angebracht. Diese Einschnitte 12, welche radial von der Berührungsstelle 7 der Dichtlippe 5 zum Dichtlippenansatz 1J> hin gerichtet sind, verhindern, daß sich die Dichtlippe 5* infolge ungleichmäßiger thermischer und/oder mechanischer Beanspruchung wölbt, was eine schädliche, ungleichmäßige Anlage der Dichtlippe 5 am Umfang zur Folge hätte.

In Figur 5 ist ein weiteres abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Es handelt sich um einen Radialdichtring oder Wellendichtring l4, der in der Bohrung des Gehäuses 9 mit einem Sprengring 15 eingebaut ist. Die Schicht 6 und die Schicht 4 berühren je am Ende der schräg zur Achse der Maschinenwelle 2 radial nach innen gerichteten Dichtlippe 5 die rotierende Maschinenwelle 2 und dichten somit ab. Durch eine Ringfeder l6, welche in der Schicht 4, die der Berührungsstelle 7 abgewandt ist, eingebettet ist, wird die Dichtlippe 5 elastisch radial gegen die Maschinenwelle 2 gedrückt. Auch hier wird bei Erwärmung der gleitenden Dichtlippe 5 eine temperaturabhängige Wölbung der Dichtlippe 5 hervorgerufen, welche den Änpreßdruck der Dichtlippe 5 verkleinert und somit einer überhitzung der Dichtlippe 5 entgegenwirkt. Die Schicht 4, welche der Berührungsstelle 7 abgewandt ist, kann dabei aus einem weicheren Elastomer gefertigt sein, als die Schicht 6, welche der Berührungsstelle 7 zugewandt ist. Bei temperaturabhängiger Wölbung der Dichtlippe 5 wird der Kontakt zwischen der

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harten Schicht 6 und der Maschinenwelle 2 gelöst, während der Kontakt zwischen der weichen Schicht 4, welche eine geringere Reibung als die Schicht 6 hervorruft, und der Maschinenwelle 2 noch bestehen bleibt. Somit ist eine ordentliche DichtungsWirksamkeit bei hoher Rotationsgeschwindigkeit der Maschinenwelle 2 gegeben, wobei die Dichtlippe 5 eine relativ niedrige Laufr temperatur annimmt, weil der Kontakt der harten Schicht 6 der Dichtlippe mit der Maschinenwelle 2 sich gelöst hat.

Die hier beschriebenen Ausführungen stellen nur Beispiele dar, so daß selbstverständlich Änderungen möglich sind, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen. Insbesondere kann eine der Schichten der Dichtlippe elastisch sein und am Umfang von der Berührungsstelle der Dichtlippe zum Dichtlippenansatz gerichtete, mit einem Messer oder dgl. angebrachte Einschnitte (nicht gezeigt) aufweisen, so daß auch durch diese Einschnitte einer schädliche Verwölbung der Dichtlippe entgegenwirkt wird, ohne daß die Dichtwirksamkeit der Dichtlippe beeinträchtigt ist; wobei die elastischen Wände des Einschnitts sich gegenseitig berühren und verhindern, daß Schmiermittel oder Schmutzpartikel durch diese Einschnitte hindurchtreten.

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Claims

SKF KUGELLAGERFABRiKEN GMBH . 3chwoin.'lurt, I7. Dezember 1974 P a t e η t a η s ρ r ü c h e

1.] Gleitender Dichtring mit elastisch gegen die Berührungsstelle einer Gleitflache angedrückter Dichtlippe, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (5) aus einem Schichtwerkstoff mit mindestens zwei Schichten besteht, wobei die Schicht (6), welche der Berührungsstelle (7) der Dichtlippe (5) zugewandt ist, einen größeren Warmedehnungskoeffizienten aufweist, als die Schicht oder Schichten (4), welche dieser Berührungsstelle (7) abgewandt sind.

2. Gleitender Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht oder Schichten (4), welche der Berührungsstelle (7) der Dichtlippe (5) abgewandt sind, von der Berührüngsstelle (7) der Dichtlippe (5) zum Dichtlippeharisatz (13) hin gerichtete, am Umfang verteilte Einschnitte (12)-aufweisen".

3. Gleitender Dichtring nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schicht (6), welche der Berührungsstelle (7) der Dichtlippe (5) zugewandt ist, und der Schicht oder den Schichten (4), welche dieser Berührungsstelle (7) abgewandt sind, eine dünne Zwischenschicht (ll) einer geringen Steifigkeit und einer großen Wärmeleitfähigkeit fest eingebracht ist.

4. Gleitender Dichtring nach Anspruch J5> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schicht (6), welche der Berührungsstelle (7) der Dichtlippe (5) zugewandt ist, und der Schicht oder den Schichten (4), welche dieser Berührungsstelle (7) abgewandt sind, eine Zwischenschicht (ll) fest eingebracht ist, welche zumindest zum Teil aus einem Geflecht, z.B. aus Aluminiumdraht oder Kupferdraht, besteht.

5. Gleitender Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (5) biegeelastisch ist.

-S-

b '; p P 2 7 / Q / ρ 1

6. Gleitender Dichtring nach Anspruch 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (5) durch elastische Hilfsmittel, z.B.. eine Ringfeder (l6) nachgiebig gemacht ist. _:

7· Gleitender Dichtring nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Schichten (4,6) des Schichtwerkstoffs der Dichtlippe (5) aus einem mit metallischen Partikeln oder Pasern einer hohen Wärmeleitfähigkeit gefüllten Kunststoff besteht.