DE2606127A1

DE2606127A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE2606127A1
Application number: DE19762606127
Authority: DE
Inventors: Dean R Bainard
Original assignee: Garlock Inc
Current assignee: Garlock Inc
Priority date: 1975-02-20
Filing date: 1976-02-17
Publication date: 1976-09-02
Also published as: IT1053388B; FR2301748A1; ES228075U; JPS51108152A; FR2301748B3

Description

DlPL-ING. HORST ROSE DIPL.-ING. PETER KOSEL PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, 16. Februar 1976

Postfach 129

Hohenhöfen 5

Telefon: (05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badganderaheim

Unsere Akten-Nr. 2Ö2O/15

Garlock Inc.

Patentgesuch vom '"] 6. Feb. 1976

Garlock Inc.
Division Street

Palmyra, New York
V.St. A.

Wellendi chtung

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung mit einem ringförmigen Gehäuse, einem flexiblen Dichtelement, welches nach Art einer Lippendichtung und zur Anlage gegen eine Welle ausgebildet ist, mittels eines Verbindungsglieds mit dem Gehäuse verbunden ist und dabei eine ringförmige Ausnehmung zwischen sich und dem Gehäuse und/oder dem Verbindungsglied definiert.

Derzeit werden für Kühlwasserpumpen in Kraftfahrzeugen hauptsächlich Dichtungen nach Art von Gleitringdichtungen verwendet. Diese sind jedoch relativ teuer, ziemlich unzuverlässig, und ihr Einbau ist schwierig, weshalb sich Immer wieder Dichtungsschäden beim Einbau ergeben. Ferner ist an der Dichtfläche Wasser vorhanden und wirrfzu Dampf erwärmt, welcher die Lager korrodieren kann. Radiale Lippendichtungen mit einem Dichtelement aus synthetischem Gummi sind für diesen Anwendungsfall nicht geeignet, denn obwohl Wasser an sich ein gutes Schmiermittel ist, ist die Hitze bei diesem

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Ra/Rg.

Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandersheim, Kto.-Nr. 22.118.970 ■ Postscheckkonto: Hannover 66715 970

ORIGINAL INSPECTED

Anwendungsfall so groß, daß Wasser rasch verdampfen und das Dichtelement dann rasch verschleißen würde©

Ein Dichtelement aus Polytetrafluoräthylen (im folgenden abgekürzt als PTFE) wäre zwar selbstschmierend, doch würde der im Betrieb hinter ihm wirkende Druck das Dichtelement gegen die Welle pressen, und diese würde auch ein PTFE-Dichtelement rasch verschleißen. Ferner muß berücksichtigt werden, daß bei solchen Wasserpumpen beim Abkühlen der Druck hinter dem Dichtelement unter den atmosphärischen Druck sinkt, wodurch die PTFE-Dichtlippe von der Welle abgehoben würde. Würde eine Feder benutzt, um diesem Problem der Verformung des Dichtelements während der Abkühlung zu begegnen, so müßte diese Feder teuer sein, also vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, um Korrosion zu verhindern, und selbst eine Feder aus rostfreiem Stahl würde rasch verkleben und dann wirkungslos werden.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Dichtung, insbesondere für Anwendungsfälle nach Art von Kühlwasserpumpen, zu schaffen.

Nach der Erfindung wird dies erreicht durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Eine solche Dichtung vermeidet die mit Dichtungen nach Art von Gleitringdichtungen verknüpften Schwierigkeiten, insbesondere die große Gefahr einer Beschädigung während der Montage. Sie ist relativ unempfindlich gegenüber Druckschwankungen. Sie widersteht höheren Temperaturen als die gegenwärtig verwendeten Dichtungen nach Art von Gleitringdichtungen, und sie ist wesentlich preiswerter als diese· Sie verursacht keine Korrosion, denn sie benötigt kein Wasser zur Kühlung zwischen den Dichtflächen, da bei ihr ein selbstschmierendes PTFE-Dichtelement verwendet werden kann.

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Der Ring aus elastomerem Werkstoff verhindert eine Verformung des Dichtelements unter Druck, und zwar sowohl eine Verformung in Richtung gegen die Welle (im Betrieb) und eine Verformung in Richtung von der Welle weg (in der Abkühlphase). Starke intermittierende Druckimpulse auf der Innenseite der Dichtung verformen eher..den Ring aus elastomerem Werkstoff, als daß sie das Dichtelement gegen die Welle pressen, und wenn der Druck auf der Innenseite der Dichtung unter den Umgebungsdruck sinkt, wie das z.B_o in der Abkühlphase der Fall ist, hält die vom Ring aus elastomerem Werkstoff radial nach innen auf das Dichtelement wirkende Kraft das Dichtelement gegen die Welle» Ferner bewirkt dieser Ring aus elastomerem Werkstoff auch eine Dämpfung von Schwingungen des Dichtelements, die durch Schwingungen der Welle bewirkt werden, und verlängert dadurch die Lebensdauer. Wenn eine erfindungsgemäße Dichtung auf der Welle montiert ist, liegt mit Vorteil eine flüssigkeitsdichte Druck- bzw. Preßpassung zwischen dem Dichtelement und dem Ring aus elastomerem Werkstoff vor·

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wasserpumpendichtung, und

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Fig· 2 einen teilweisen Querschnitt durch ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine radiale Wellendichtung 10, welche mit einer Dichtlippe versehen ist und welche in bevorzugter Weise bei Kühlwasserpumpen in Kraftfahrzeugen Anwendung finden kann. Die Dichtung 10 hat ein ringförmiges äußeres Gehäuse 12, das vorzugsweise aus Metall gezogen ist und etwa die Form einer Hülse hat. In ihm ist ein flexibles ringförmiges Dichtelement angeordnet, das z.B. aus PTFE bestehen kann, ferner eine ringförmige innere, das Gehäuse vervollständigende Metallhülse 16, eine Dichtscheibe 18 und ein Ring 20 aus elastomerem Werkstoff, welcher im wesentlichen die ringförmige Ausnehmung ausfüllt, die sonst zwischen dem Dichtelement 14 und der inneren Hülse 16 vorhanden wäre.

Das Gehäuse 12 hat einen zylindrischen Abschnitt 22 und einen radialen Abschnitt 24, und die innere Hülse 16 hat einen zylindrischen Abschnitt 26 und einen radialen Abschnitt 28. Die bevorzugten Längenverhältnisse dieser Abschnitte können direkt der Zeichnung entnommen werden. Das Dichtelement 14 hat einen radialen Abschnitt 30 und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 32. Die verschiedenen Teile der Dichtung 10 werden zusammengehalten dadurch, daß das Gehäuse 12 wie dargestellt an der Stelle 34 gegen die innere Hülse 16 umgebördelt bzw. durch Drücken umgeformt ist, so daß der Abschnitt 28 den Abschnitt 30 gegen die Dichtscheibe 18 gepreßt hält, Außjer dem Ring 20 sind alle Einzelelemente der Dichtung 10 bereits in der älteren Anmeldung P 25 53 290.5 beschrieben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ring dadurch geformt, daß die erwähnte ringförmige Ausnehmung mit flüssigem Gummi gefüllt wird, welcher vulkanisiert wird,

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nachdem er in die Ausnehmung gegossen oder sonstwie eingebracht worden ist. Alternativ kann der Ring 20 an Ort und Stelle mittels einer der bekannten Formgebungstechniken eingeformt oder gespritzt werden. Der Ring 20 kann durch eine Haftverbindung, gewöhnlich eine Gummi-Metall-Verbindung, mit dem Gehäuse 12 und/oder seiner Metallhülse 16 verbunden sein. Jedoch ist eine Haftverbindung zwischen ,dem Ring 20 und dem Dichtelement 14 nicht wesentlich. Die Trennfläche zwischen dem Ring 20 und dem Dichtelement 14 ist in bevorzugter Weise dadurch praktisch flüssigkeitsdicht verschlossen, daß ein flüssigkeitsdichter Preßsitz zwischen diesen beiden Teilen besteht, wenn die Dichtung 10 auf die zugeordnete Welle aufgesetzt ist.

Fig. 2 zeigt eine Dichtung 40 nach einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,, Auch hier können, wie bei Fig. 1, bevorzugte Maßverhältnisse und Winkel direkt der Zeichnung entnommen werden. Die Dichtung weist ein ringförmiges Metallgehäuse 42, ein ringförmiges Dichtelement 44, vorzugsweise aus PTFE, und einen Füllring 46 auf, vorzugsweise aus synthetischem Gummi, welcher an Ort und Stelle eingeformt ist und welcher durch eine chemische Haftverbindung mit dem Gehäuse 42 und durch eine mechanische Haftverbindung mit dem PTFE-Dichtelement 44 verbunden ist. Die Herstellung einer chemischen Haftverbindung, also einer üblichen Gummi-Metall-Verbindung, kann als bekannt unterstellt werden« Auch die Herstellung einer mechanischen Haftverbindung mit dem Teflonteil 44 ist bekannt und zu dem in früheren Anmeldungen der Anmelderin ausführlich beschrieben. Durch Ätzen o.dgl. werden dabei in dem Teflon Mikroporen erzeugt, in die der Gummi eindringt und sich dort verankert. - Ferner ist ein Ring 48 aus elastomerem Werkstoff vorgesehen, welcher wie dargestellt diejenige ringförmige Ausnehmung im wesentlichen ausfüllt, welche sonst zwischen dem Dichtelement 44 und dem Füllring 46 vorhanden wäre.

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Das äußere Metallgehäuse 42 hat einen zylindrischen Abschnitt 50 und einen radialen Abschnitt 52. Das Dichtelement 44 hat einen radialen Abschnitt 54 und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 56, welcher wie dargestellt mit 54 im entspannten Zustand einen Winkel von etwa 110 ·.· 130°, vorzugsweise etwa 120° einschließt«, (Dasselbe bevorzugte Winkelmaß gilt für die Abschnitte 30 und 32 in Fig. 1). Der Abschnitt 56 hat an seinem freien Ende eine Dichtlippe 58, sowie eine zur Anlage gegen eine Welle bestimmte Fläche 60, auf der während des Einformens des Füllrings 46 mehrere hydrodynamische Pumpelemente 62 von einer der bekannten Arten (vgl. z.B. die eigene DOS 2553 290) ausgebildet worden sind. Die Elemente der Dichtung 40 sind mit Ausnahme des Rings 48 in den USA an sich bekannt.

Beim Zusammenbau der an sich bekannten Bauelemente der Dichtung 40 geht man so vor, daß das Metallgehäuse 42 in eine Form eingebracht wird, wobei der radiale Abschnitt 54 des Dichtelements 44 gegen den radialen Flansch 52 angeordnet wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein Spritzpreßvorgang verwendet, also der Ring 46 gespritzt. Hierzu wird die Form geschlossen, so daß ein Ringraum zwischen dem zylindrischen Abschnitt 50 des Metallgehäuses und dem Dichtelement 44 gebildet wird, und in diesen Ringraum wird synthetischer Gummi gespritzt und ausvulkanisiert, um den Füllring 46 zu bilden. Man kann auch einen FormpreßVorgang verwenden, wobei ein ringförmiger Formrohling aus synthetischem Gummi in den genannten Ringraum eingebracht und dann nach Schließen der Form zum Füllring 46 umgeJTormt.-wird. Die Form wird gewöhnlich 3 bis 4 Minuten geschlossen, und es wird eine Temperatur von etwa 180 bis 210° C und ein Druck von etwa 1120 bis 1410 kp/cm verwendet. Der Ring 48 wird dann auf jede gewünschte Weise eingeformt, z.B. in einer der beiden oben bei Fig. 1

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zur Formung des Rings 20 beschriebenen Weisen.

Eine' bevorzugte Anwendung der Erfindung ist die Abdichtung einer Kühlwasserpumpe, bei der der normale Druck etwa 1 bis 1,5 atü, möglicherweise aber bis zu 5,3 atü im Betrieb, also bei drehender Welle, beträgt, und zwar auf der Innenseite der Dichtung, also bezogen auf . Fig. 1 und 2 oben, d.h. innerhalb der Wasserpumpe oder des sonstigen Geräts, und wobei ferner der Druck auf der Innenseite der Dichtung in der Abkühlphase unter den atmosphärischen Druck, manchmal sogar ziemlich erheblich unter diesen, sinkt. Der erfindungsgemäße Ring 48 aus elastomerem Werkstoff wirkt dabei wie eine Feder und erzeugt eine Kraft, welche in der Abkühlphase das Dichtelement 44 in Anlage gegen die Welle hält, wenn der Umgebungsdruck auf der Außenseite (also in Fig. 1 und 2: unten) höher ist als der Druck auf der Innenseite der Dichtung. Er verhindert so, daß der höhere Umgebungsdruck das Dichtelement 44 verformt, also es von der Welle wegdrückt und dadurch ein Lecken verursacht. Der Ring 48 verhindert auch, daß intermittierende hohe Druckimpulse auf der Innenseite der Dichtung das Dichtelement verformen, d.h. einen großen Teil von ihm gegen die Welle oder die Glockenmündung pressen; Dies ist eine positive Folge davon, daß solche Druckimpulse hauptsächlich den Ring 48 verformen und dieser die Druckimpulse kaum auf das Dichtelement 44 überträgt. Der Ring 48 nach der Erfindung wird als Feder nur während der Abkühlphase wirksam; während des normalen Betriebs (Drehung der Welle) wirkt er nicht als starke, dynamische Feder.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist naturgemäß nicht auf die beiden dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und sie ist auch nicht auf die Verwendung bei Kühlwasserpumpen von Kraftfahrzeugen beschränkt. Der

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Fachmann ist vielmehr in der Lage, aufgrund der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung andere Konstruktionsarten zu entwerfen und die Dichtung auch auf anderen Gebieten mit Erfolg einzusetzen. Das Dichtelement ist nicht auf PTFE beschränkt, sondern es können hierfür auch andere Werkstoffe verwendet werden, z.B. flexible, nicht . elastomere Dichtelemente, z.B. aus plastischen Kunstharzen.

Auch kann es elastomere Dichtelemente aufweisen. Der Ring (oder 48) aus elastomerem Werkstoff kann aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden, u_ea. aus Nitrilen, Folyacrylen, Fluoroelastomerem, Urethanen und Silikonkautschuk. Der Ring 20 (oder 48) sollte eine solche Härte haben, daß intermittierende Druckimpulse mit relativ hohen Drücken bis zu etwa 5,3 atü auf der Innenseite der Dichtung überwiegend den Ring verformen, und nicht das Dichtelement gegen die Welle pressen, und daß ein Umgebungsdruck, der höher ist als der Druck auf der Innenseite der Dichtung - bis zu einer Druckdifferenz von ca. 1,1 kp/cm - kein Abheben des Dichtelements von der Welle entgegen der radial nach innen wirkenden Kraft bewirkt, welche Kraft durch diesen Ring auf das Dichtelement ausgeübt wird.

Im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dip!.-Ing. Peter Kose!

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Claims

DIPL.-ING. HORST RUSE DIPL.-ING. PETER KOSEL

PATENTANWÄLTE

3353 Bad Gandershelm, 16. Februar 1976

Postfach 129

Hohenhöfen S

Telefon.-(05382) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim

Unsere Akten-Nr. 2620/15

Garlock Inc.

Patentgesuch vom 16. Februar 1976

Patentansprüche

(1.)Wellendichtung mit einem ringförmigen Gehäuse, einem flexiblen Dichtelement, welches nach Art einer Lippendichtung und zur Anlage gegen eine Welle ausgebildet, mittels eines Verbindungsglieds mit dem Gehäuse verbunden ist und dabei eine ringförmige Ausnehmung zwischen sich und dem Gehäuse und/oder dem Verbindungsglied definiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (20;48) aus elastomerem Werkstoff vorgesehen ist, welcher nur mit dem Gehäuse und/oder dem Verbindungsglied (26;46) fest verbunden ist, die ringförmige Ausnehmung im wesentlichen ausfüllt und welcher dem entgegenwirkt, daß das Dichtelement (14;44) durch auf es wirkenden Druck zur Welle hin oder von ihr weg verformt wird.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Gehäuse als Außengehäuse (12) aus Metall ausgebildet ist, eine ringförmige innere Metallhülse (16) und eine Dichtung (18) zwischen dem äußeren Metallgehäuse (12) und dem~D±chtelement (14) aufweist, und daß das Außengehäuse (12) durch Verformung (34), vorzugsweise Bördeln oder Metalldrücken, die innere Hülse (16) und damit die Elemente der Dichtung hält.

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Ra/Rg.

Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filial Postscheckkonto: Hannover 66715
3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (20) aus elastomerem Werkstoff durch eine Haftverbindung lediglich mit der inneren Hülse (16) verbunden ist.
4. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (I4j44) aus PTFE ausgebildet ist.

.»
5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß das Dichtelement aus einem nicht elastomeren plastischen Kunstharz ausgebildet ist.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus elastomerem Werkstoff ausgebildete Ring (20;48) aus flüssigem synthetischem Gummi hergestellt ist, welcher nach dem Einbringen in die ringförmige Ausnehmung vulkanisiert ist_o

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus elastomerem Werkstoff so bemessen ist, daß bei auf die Welle aufgesetzter Dichtung zwischen ihm und dem Dichtelement eine flüssigkeitsdichte Preßpassung gegeben ist.

8. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied einen Füllring (46) aus synthetischem Gummi aufweist, welcher sowohl mit dem Gehäuse (42) wie mit dem Dichtelement (44) fest verbunden ist.

9. Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (48) aus elastomerem Werkstoff nur-inxt dem Füllring (46) fest verbunden ist.

10. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring(20;48) aus elastomerem Werkstoff aus synthetischem Gummi ausgebildet und an Ort und Stelle eingeformt ist.

11. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus elastomerem Werkstoff bei eingebauter Dichtung eine radial nach innen gerichtete Kraft gegen das Dichtelement (14;44) ausübt, welche ausreicht, um von einer abzudichtenden Welle ausgehende Schwingungen hinreichend zu dämpfen»

12. Verfahren zum Abdichten einer Welle, dadurch gekennzeichnet, daß eine radiale Wellendichtung vom Lippentyp zwischen dieser Welle und einer von ihr durchdrungenen Gehäuseausnehmung vorgesehen wird, welche Dichtung ein ringförmiges Gehäuse und ein mit diesem durch ein Verbindungsglied verbundenes flexibles Dichtelement aufweist, wobei zwischen Gehäuse und Dichtelement eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen ist, daß diese A_usnehmung mit einem Ring aus elastomerem Werkstoff im wesentlichen gefüllt wird und dieser Ring nur mit dem Gehäuse und/oder dem Verbindungsglied fest verbunden wird, so daß dieser Ring verhindert, daß ein Druck das Dichtelement in Richtung hin zur Welle oder von ihr weg verformt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Füllen der Ausnehmung diese mit flüssigem Gummi gefüllt und dieser Gummi dann vulkanisiert wird.

14o Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Füllen der Ausnehmung synthetischer Gummi in die .Ausnehmung gespritzt wird.

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15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mit einer Härte ausgeführt wird, welche so bemessen ist, daß intermittierende Druckimpulse auf der Innenseite der Dichtung überwiegend diesen Ring verformen und nicht das Dichtelement gegen die Welle drücken, und

daß ein Umgebungsdruck, welcher bis zu ca. 1,1 kp/cm
höher ist als der Druck auf der Innenseite der Dichtung kein Abheben des Dichtelements von der Welle e'ntgegen der von dem Ring radial nach innen auf das Dichtelement
ausgeübten Kraft bewirkte

16. Verwendung einer Dichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche als Wellendichtung in der
Kühlwasserpumpe eines Kraftfahrzeugs.

Patentanwälte

Dip!.-Ing. Horst Rose
Dipl.-Ing. Peter Kosel

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