DE2540381C3 - Lippendichtungsanordnung für eine zylindrische Welle - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lippendichtungsanordnung für eine zylindrische Welle der im Oberbegriff des Anspruchs genannten Art.

Bei zahlreichen Maschinen, bei denen z. B. Wellen in reibungsmindernden Lagern gelagert sind, ist es wichtig, Leckverluste des Schmiermittels zu vermeiden, ebenso wie es wichtig ist, das Eindringen von abrasivcn oder korrosiven Fremdkörpern in die reibungsmindernden Lager zu verhindern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist es oft ratsam, mehrlippige Dichtungen (Labyrinthdichtungen) anstelle von Dichtungen mit einer einzigen Dichtungslippe zu verwenden, da es schwierig ist, einlippige Dichtungen zu schaffen, die angemessen Wasser, Staub, Schmutz und korrosive Fremdkörper fernhalten können, eine Aufgabe, die mehrlippige Dichtungen besser lösen. Jedoch übertragen mehrlippige Dichtungen höhere und manchmal sehr hohe Drehmomente bezüglich der Welle als einlippige Dichtungen, und daher besteht bei mehrlippigen Dichtungen die Neigung, mit der Welle zu drehen anstatt drehfest in dem Bohrungssitz zu verbleiben. Solche mehrlippigen Dichtungen haben ferner die Neigung, sich bei drehender Welle aus ihrem Bohrungssitz herauszuarbeiten. Das Problem wird insbesondere dann vordringlich, wenn relativ kleine Bohrungen, Wellen und Dichtungen zusammenwirken, weil dann das Drehmoment bezüglich der drehenden Welle groß wird im Verhältnis zu der Drehkraft, die die Dichtung in

ihrem Bohrungssitz hält.

Durch eine solche eingangs erwähnte bekannte Dichtungsanordnung soll das Problem gelöst werden, eine ungewollte axiale Entfernung der Dichtung aus ihrer Halterung zu verhindern (FR-PS 14 04 592). Da die Dirhtung nur mit einer Lippe an der sich drehenden Welle anliegt, ist die Gefahr, daß die Welle die Dichtung mitnimmt, gering, jedoch ist auch die Fähigkeit einer solchen Dichtung, das oben erwähnte Eindringen von abrarJven oder korrosiven Fremdkörpern zu verhindern, nicht sehr groß. Die Halterung der Dichtung im Gehäuse wird durch die Elastizität des weichen Gummi-Dichtungsmaterials selbst erzeugt. Der in den Gummi eingebettete Metallträgerkörper hat einen erheblich kleineren äußeren Durchmesser als dei Innendurchmesser des äußeren Laufringes des abzudichtenden Wälzlagers. Infolgedessen trägt der Metallträgerkörper wenig dazu bei, einen radialen Druck der Gummidichtung auf den äußeren Laufring zu erhöhen, der zur Vermeidung eines Mitdrehens der Dichtung gegenüber dem Gehäuse wesentlich wäre.

Die Befestigung von Abdeckgehäusen am äußeren Laufring eines Lagers durch in eine Nut eingreifende, am Gehäuserand angeordnete federnde Zungen ist an sich bekannt (FR-PS 14 77 198). Hierbei ist das Gehäuse nicht in Dichtlippen bildende Elastomerteile eingebettet. Die Zungen sollen das Gehäuse nur gegen Lösen in axialer Richtung aus seiner Einbaulage sichern.

Es ist ferner eine Abdichtung an Wälzlagern bekannt, bei der ein Stützkörper in einer elastomeren Abdichtung eingebettet ist (US-PS 27 55 113). Der Stützkörper ist als Ring ausgebildet, der an seinem äußeren Rand abgebogene, axial verlaufende, gleichmäßig über den Ringumfang verteilte Finger aufweist, deren Enden radial nach außen umgebogen sind. Die Finger sind von dem Elastomerwerkstoff umgeben, ihre äußeren Enden liegen jedoch frei und greifen bei eingebauter Dichtung in eine Ringnut im äußeren Laufring des Wälzlagers ein und halten so die Dichtung gegen ungewollte Entfernung der Dichtung in axialer Richtung aus ihrer Halterung fest Das innere Ende der Dichtung liegt mit einer Lippe am bzw. auf dem inneren Laufring des Lagers an, Ko daß nur verhältnismäßig geringe Mitnahmekräfte vom inneren Laufring auf die Dichtung übertragen werden. Die Gefahr des Mitdrehens der Dichtung tritt hier praktisch nicht auf.

Bei einer anderen Wellenabdichtung aus elastischem Material ist ein Stützkörper vorgesehen, der teilweise von dem elastischen Material umgeben ist (GB-PS 10 40 930). Die Haftung der Dichtung im feststehenden äußeren Gehäuse erfolgt durch den dicken äußeren Elastomcrring, der durch den Stützkörper gestützt wird. Diese Dichtung wird in eine glatte Gehäusebohrung eingesetzt. Der Stützkörper ist an seinen äußeren, in den Elastomerring eingreifendem Ende nach außen aufgebogen, offenbar um eine sichere Verbindung von Stützkörper und Elastomerdichtung zu erreichen und axiale Verschiebungen der beiden Teile gegeneinander zu verhindern. Eine Nut, in die diese Aufbiegung in eingebauter Stellung der Dichtung eingreifen könnte, ist nicht vorgesehen. Die Haftung der Dichtung in der Gehäusebohrung wird lediglich durch die Elastizität des Elastomermaterials, das durch den Stützkörper am Ausweichen nach innen gehindert wird, erreicht. Eine radial nach außen wirkende Federkraft des Stützkörpers, die zum Einbau überwunden werden müßte und nach dem Einbau wirksam würde, ist nicht vorhanden. Da es sich um eine Dichtung handelt, die mit mehreren

Dichtiippen am rotierenden Teil anliegt, besteht die Gefahr, daß die Dichtung mitgenommen wird.

Bei einer weiteren Dichtung mit einem Stützkörper (DE-OS 2317 749) ist dieser ebenfalls teilweise vom Elastomermaterial eingehüllt Am freien Hnde des zylindrischen Teils des Stützkörpers sind Auskröpfungen vorgesehen, die nach außen nicht voai Elastomermaterial überdeckt sind. Nähere Angaben über Zweck der Form des Stützkörpers und die Anordnung der Dichtung in einem ortsfesten Bauteil sind in der Druckschrift nicht enthalten.

Schließlich ist eine einlippige Abdichtung zwischen zwei relativ zueinander sich verdrehenden Bauteilen bekannt, bei der im Flastomerteil ein kegelstumpfförmiger Stützkörper vorgesehen ist (US-PS 28 30 858). In der Gehäusewand ist eine Ringnut vorgesehen, in die das Elastomermaterial beim Einbau hineinquillt. Durch den Stützkörper wird ein Herausdrücken der Dichtung in axialer Richtung durch den Schmiermitteldruck verhindert Die Frage eines Mitnehmens der Dichtung durch die rotierende Welle ist nicht angeschnitten und auch nicht relevant, da die Dichtung nur mit einer Lippe auf der rotierenden Welle aufliegt, so daß nur geringe Mitnahmekräfte entstehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lippendichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Dichtung drehfest in der Gehäusebohrung gehalten wird, auch wenn eine mehrlippige Dichtung auf dünnen Wellen und in engen Bohrungen vorgesehen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs genannten Merkmale gelöst.

Beim Einbau der Dichtung wird der zylindrische Elastomerabschnitt für den Bohrungseingriff sowohl in die Ringnut hinein verformt als auch an dem zylindrischen Bohrungsabschnitt verquetscht. Für den Einbau wird die Dichtung axial durch den zylindrischen Bohrungsabschnitt in Richtung der Ringnut und gegen eine Schulter am Ende der Ringnut geschoben. Beim Durchtritt durch den zylindrischen Bohrungsabschnitt werden die nach außen aufgebogenen Halterungsglieder aus Metall radial nach innen verbogen, da sie normalerweise einen Außendurchmesser beschreiben, der größer ist als der Durchmesser des zylindrischen Bohrungsabschnittes. Dann federn sie nach Erreichen der Ringnut und nach einer gewissen Zeit wieder nach außen, während das Elastomer seine Paßform einnimmt. Die Abdeckung aus Elastomer verformt sicii in der für Elastomere typischen Weise ausreichend, damit die Dichtung in eine Bohrung eingesetzt werden kann, deren Durchmesser kleiner ist als der der Abdeckung. Wenn die Dichtung vollständig eingesetzt ist, befindet sich eine beträchtliche Menge Elastomer in der Ringnut, während der Rest der überschüssigen Menge, d. h. die Mehrmenge im Vergleich zur Bohrungsgröße, einen Teil der Zylinderwand des Trägerkörpers abdeckt.

Ein Ergebnis dieser Bauweise ist, daß die elastomere Abdeckung nicht nur eine Abdichtung gegen Leckverluste an der Bohrung gewährleistet, sondern darüber hinaus ein sehr viel größeres Drehmoment erzeugt als zwischen den Lippen und der Welle besteht. Durch diese Bauweise wird die Dichtung daran gehindert, beim Drehen der Welle mitzudrehen und sich aus der Bohrung herauszuarbeiten.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.

Die Figuren zeigen

F i g. 1 ist in vergrößertem Maßstab eine Stirnansicht einer mehrlippigen Dichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist eine Ansicht ähnlich F i g. 1 des Trägerkörpers aus Metall der Dichtung vor der Anbringung des Elastomere;

F i g. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

F i g. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in F i g. 1 durch ein nach außen aufgebogenes Halterungsglied;

Fig.5 zeigt im Maßstab der Fig. 1 in einer Längsschnittansicht einen Teil einer Dichtungsanordnung mit einer Bohrung, einem Kugellager und einer Dichtung nach F i g. 1 bis 4;

Fig. 6 zeigt stark vergrößert einen Teil der Anordnung nach Fig.5 mit der Bohrung und dem Außenumfang der Dichtung zu Beginn des Einsetzens der Dichtung;

F i g. 7 zeigt ähnlich F i g. 6 die teilweise eingesetzte Dichtung;

Fig.8 zeigt ähnlich Fig.6 und 7 die vollständig eingesetzte Dichtung;

Fig.9 zeigt die eingesetzte Dichtung an einem Abschnitt, der dem Abschnitt in Fig.8 diametral gegenüberliegt.

Die mehrlippige Dichtung 10 umfaßt zwei Grundelemente, nämlich einen Trägerkörper 11 aus Metall und ein Elastomerelement 12. Der Trägerkörper 11 weist einen zylindrischen Teil 13 auf, dessen Außenumfang 14, wie nachstehend näher beschrieben, gegenüber der Bohrung, in der die Dichtung eingesetzt werden soll, unterdimensioniert ist. Bei eingesetzter Dichtung verleibt ein Abstand zwischen dem Umfang 14 und der Bohrung. Der zylindrische Teil 13 weist ferner eine Innenfläche 15 auf. An einem Ende des zylindrischen Teiles 13 weist der Trägerkörper oder das Gehäuse 11 einen sich radial nach innen erstreckenden Teil 16 auf, der zur Versteifung des Trägerkörpers dient und die Halterung des Elastomerelements 12 verbessert.

Am freien Ende 17 des zylindrischen Teiles 13 weist die Dichtung 10 eine Mehrzahl von untereinander winkelbeabstandeten und winkelig nach außen aufgebogenen Halterungsglicdern 18 auf. Diese Halterungsglieder 18 können ausgebildet sein durch Auseinanderspreizen von untereinander beabstandeten Abschnitten am freien Ende 17, und zwar in einem Arbeitsgang ähnlich Stanzen oder Tiefziehen, wobei jedoch die Bewegung radial nach außen und nicht nach innen erfolgt. Diese Halterungsglieder 18 mit einem Außendurchmesser 19 sind in F i g. 2 und 3 gezeigt, während die F i g. 2,3 und 4 zeigen, daß der Trägerkörper 11 geschlossen ist und daß die Halterungsglieder 18 voneinander beabstandet sind durch sehr viel breitere, unverformte Umfangsabschniite 20 (F i g. 2), die in dem freien Ende 17 auslaufen. Die Aufbiegung nach außen ist gering im Vergleich zum Dichtungsdurchmesser, wobei in Erinnerung zu bringen ist, daß Fig.4 eine erhebliche Vergrößerung zeigt, jedoch sind diese aufgebogenen Halterungsglieder 18 von entscheidender Bedeutung.

Das Elastomerelement 12 weist einen Körper 21 auf, der an der Innenfläche 15 und an der innenliegenden Fläche 22 des sich radial nach innen erstreckenden Teiles 16 des Trägerkörpers 11 verklebt ist. Der Körper 21 ist an seiner radialen Innenbegrenzung mit einer Mehrzahl von Dichtungslippen ausgestattet, und zwar drei verrippten, wischerartigen Lippen 23, 24 und 25. (ede dieser Lippen 23, 24 und 25 kann im Längsschnitt

gesehen im wesentlichen Rechteckform aufweisen mit einer flachen Innenkante 26 (Fig.4). Da jedoch die Zeichnungen stark vergrößert sind, ist die Lippenform dahingehend zu verstehen, daß diese Lippen 23, 24 und 25 dünnen und biegsamen Wischern ähnlich sind. Wie in F i g. 5 gezeigt, werden diese Lippen 23, 24 und 25 beim Aufschieben der Dichtung auf die Welle 30 nach außen umgebogen. Dieses Umbiegen genügt, um im Vergleich zu einer einlippigen Dichtung ein erhebliches Drehmoment zu erzeugen, insbesondere bei einer scharfen Lippenkante. Dadurch ist diese Dichtung sehr wirksam für das Fernhalten von Fremdkörpern sowie für das Zurückhalten von Fett und anderen Schmierstoffen.

Das Elastomerelement 12 erstreckt sich um das freie Ende 17 des Trägerkörpers 11 herum bis über etwa die Hälfte des zylindrischen Teiles 13, so daß es die äußeren Kanten der winkelig aufgebogenen Halterungsglieder 18 überdeckt und einen zylindrischen Elastomerabschnitt 27 mit einem Außenumfang 28 bildet, dessen Durchmesser größer ist als derjenige der Bohrung, in die die Dichtung 10 eingesetzt werden soll. Dieser Elastomerabschnitt 27 erstreckt sich nur über einen Teil der Strecke von dem freien Ende 17 in Richtung auf den sich radial nach innen erstreckenden Teil 16, um einen Freiraum zu schaffen, in den das Elastomer ausweicheii kann. Die winkelig aufgebogenen Halterungsglieder 18 sind nur geringfügig abgedeckt, und das Zusammenwirken der beiden Teile 18 und 27 ist, wie nachstehend näher erläutert, sehr bedeutsam.

Fig.5 zeigt eine typische Anordnung, bei der die Dichtung 10 eine Welle 30 umgreift, wobei alle drei Lippen 23,24 und 25 abgebogen sind. Das Maschinenteil oder Gehäuse 31, in dem die Dichtungsanordnung vorgesehen ist, besitzt eine Bohrung mit einem zylindrischen Abschnitt 32, an den eine Ringnut 33 anschließt, die ihrerseits in einer Schulter 34 oder einem radial nach innen ragenden Wandteil ausläuft. An diese schließt sich ein weiterer zylindrischer Bohrungsabschnitt 35 an. In dem Bohrungsabschnitt 35 ist ein reibungsminderndes Lager 36 angeordnet. Dieses kann ein zwischen der Welle 30 und der Bohrung 35 liegendes Kugellager 36 mit einem entsprechenden Lagerkäfig 37 sein.

Die Wirkungsweise der Dichtungsanordnung ist am besten aus Fig.6 bis 9 ersichtlich, wobei in starker Vergrößerung sowohl der Einbau der Dichtung in der Bohrung als auch ihre Halterung im eingebauten Zustand gezeigt sind. So zeigt F i g. 6, daß die winkelig nach außen aufgebogenen Halterungsglieder 18 einen größeren Durchmesser beschreiben, als der zylindrische Abschnitt 32 der Bohrung aufweist, und daß der zylindrische Elastomerabschnitt 27 vergleichsweise einen größeren Umfangsdurchmesser aulweist als der Bohrungsabschnitt 32. Ebenfalls ist ersichtlich, daß der zylindrische Teil 13 des Trägerkörpers 11 eine äußere Umfangsfläche 14 aufweist, die einen Durchmesser kleiner als der des Bohrungsabschniltes 32 besitzt, so daß zwischen diesen beiden Teilen ein Abstand verbleibt.

Bei der Beschreibung der Anordnung und Halterung der Dichtung 10 darf nicht vergessen werden, daß die Dichtung 10 ein Ringglied ist und nicht einfach in die in F i g. 8 gezeigte Konfiguration geschoben werden kann.

Während des Einbaues müssen das Elastomer und die Mctallhalterungsglieder 18. die einen größeren Durchmesser aufweisen als der Bohrungsabschnitt 32, irgendwohin ausweichen können. So zeigt F i g. 7 eine Zwischenstellung während des

is Einbaues. In dieser Stellung sind die winkelig aufgebogenen Halterungsglieder 18 abgeflacht, so daß der Einbau möglich wird, d. h. sie sind nach innen abgebogen. Auch ist der Elastomerabschnitt 27 durch Kaltfließen zu einer Anhäufung 38 verschoben worden, die einen Durchmesser größer als den ursprünglichen Durchmesser des Umfanges 28 beschreibt. Dadurch ergibt sich ein sehr strenger Sitz, wobei jedoch ein Freiraum für das überschüssige Material geschaffen werden muß.

F i g. 8 zeigt die vollständig eingebaute Dichtung. Die nach außen aufgebogenen Halterungsglieder 18 sind wieder nach außen zurückgefedert und halten die Dichtung gegen Abziehen fest Dabei ist eine beachtliche Menge 39 des Elastomerabschnitts 27 in die Ringnut 33 eingedrungen und bestrebt, diese Ringnut auszufüllen, während ein anderer Teil 40 entlang des zylindrischen Teiles 13 und zwischen dem Umfang 14 und dem Bohrungsabschnitt 32 ausgewichen ist. wobei hierfür für das Elastomer ein Freiraum zum Verfließen besteht.

F i g. 9 zeigt einen solchen Teil des Trägerkörpers II, an dem kein nach außen aufgebogenes Halterungsglied 18 besteht. Hier ist die Dichtungshalterung geringfügig weniger wirkungsvoll. Jedoch ist auch dies voii Bedeutung, weil es ohne die zwischen den winkelig aufgebogenen Halterungsgliedern 18 liegenden Umfangsabschnitte 20 unmöglich würe. die Dichtung 10 einzusetzen, da eine Abflachung nach F i g. 7 und ein Zurückfedern der Halterungsglieder 18 nach Fig.8 unmöglich wäre. Daher sind auch die Umfangsabschnitte 20 zwischen den nach außen aufgebogenen Halterungsgliedern 18 von Bedeutung.

So wird durch ein entsprechendes Zusammenwirken der verschiedenen Abschnitte der Bohrung sowie der Abmessung, Form und Werkstoffwahl der Dichtung 10 eine sichere Dichtungshalterung erzielt. Die einmal eingebaute Dichtung 10 bleibt fest sitzen und bewegt sich gegenüber der Bohrung nicht, wenn sich die Weiie 30 dreht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Lippendichtungsanordnung für eine zylindrische Weile, die in einer Gehäusebohrung einer Maschine s gelagert ist, wobei die Dichtung aus einem Elastomerkörper besteht, in den ein ihn versteifender ringförmiger Metallträgerkörper mit L-förmigem Querschnitt eingebettet ist, der einen äußeren zylindrischen Teil aufweist, dessen Durchmesser kleiner als der der ihn aufnehmenden Bohrung ist und der von einem Teil des die Dichtlippe aufweisenden Elastomerkörpers umgeben ist, dessen inneres Ende in eine im wesentlichen im Querschnitt halbkreisförmige in der Bohrung angeordnete Ringnut einge- is preßt ist und die Ringnut in einem erweiterten zylindrischen Abschnitt der Bohrung angeordnet ist und in einer im wesentlichen radial zur Welle hi*i gerichteten Ringwand zwischen Bohrung und zylindrischem Abschnitt ausläuft, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Trägerkörper (11) am freien Ende (17) seines geschlossenen zylindrischen Teils (13) eine Mehrzahl von winklig nach außen aufgebogenen Halterungsgliedern (18) mit Abstand voneinander aufweist, deren Außendurchmesser (19) ge- 2s ringfügig größer als der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts, aber kleiner als der Durchmesser der Ringnut ist, und die Halterungsglieder vollständig und ihre Außenkanten nur in dünner Schicht von einem durchgehend zylindrischen Elastomerabschnitt (27) überdeckt werden, der sich auf der Außenseite in axialer Richtung über einen Teil des zylindrischen Teils des Trägerkörpers fortsetzt und dessen Außendurchmesser größer als der des zylindrischen Abschnitts, aber kleiner als der Durchmes- 3s ser der Ringnut ist