DE2655499C2 - Dichtungsanordnung für eine drehbar gelagerte Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine drehbar gelagerte Welle, bestehend aus einem die Welle umgebenden Gehäuseblock mit einer zylindrischen Bohrung, in der die Welle mit einem Kragen mit Spiel geführt ist der an seinem Umfang eine Spiralnut aufweist die bei sich in einer bestimmten Richtung drehender Welle einem Austreten einer Flüssigkeit einen Widerstand entgegensetzt sowie aus einem zusätzlichen Dichtungsring, der an dem nach außen weisenden Rand des Kragens angrenzend angeordnet ist und aus einer topfförmigen Kappe mit einem elastischen Dichtelement besteht, die eine zentrale Öffnung zur Durchführung der Welle und eine parallel zur Bohrung im Gehäuseblock verlaufende Außenwand besitzt.

Solche Dichtungsanordnungen sind bekannt (Bericht GMR. 532 Jahrgang 1965, General Motors Research Laboratories, Warren Michigan, Seiten 36, 39 und 40). Bei diesen bekannten Bauarten ist die Welle mit einem Kragen versehen, der am Umfang mil der Spiralnut ausgerüstet ist, welche die dynamische Abdichtung übernehmen soll, während eine zweite auf der Außenseite des Kragens angrenzend angeordnete elastische Dichtung die Abdichtung dann übernehmen soll, wenn sich die Welle nicht dreht. Diese statische Dichtung besteht aus einer topfförmig ausgebildeten Kappe, die mit ihrem Boden an einer Seite des Kragens anliegt und mit ihrem freien Rand nach außen auf einen Abschlußring für die Führungsbohrung der Welle weist, der mit einem parallel zur Welle und zum Inneren der Dichtungsanordnung weisenden Rand versehen ist. Die Kappe ist dabei fest auf einen Abschnitt der Welle aufgedrückt, während sie mit der Außenwand frei drehbar in der Bohrung verbleibt. Sie nimmt in ihrem Inneren eine etwa parallel zur Außenwand der Kappe verlaufende Dichtlippe auf, die sich unter elastischer Vorspannkraft auf die Innenseite des Randes des Abschlußringes der Bohrung drückt. Wird daher die Welle nicht gedreht, so wird die Lippe unter der Wirkung des Druckes des abzudichtenden Schmiermittels fest auf den Rand des Abschlußringes gedrückt und verhindert so ein Austreten des Schmiermittels. Wird die Welle dagegen gedreht, so wird die Dichtlippe von einer bestimmten Drehzahl aufgrund der Zentrifugalkräfte nach außen gedrückt und hebt sich dabei von dem gehäusefesten Dichtrand ab. Die Dichtungsanordnung ist so ausgelegt, daß in ihrem Zustand die Spiralnut auf dem Kragen der Welle die Abdichtung bewirkt. Dabei tritt dann kein Verschleiß der Dichtlippe ein, die nicht an stillstehenden Teilen anliegt.

Diese Bauart, die aus einer statischen und einer dynamischen Dichtung zusammengesetzt ist, setzt für den Betriebszustand d. h. für den Zustand mit drehender Welle daher voraus, daß die Spiralnut alleine die Abdichtung übernimmt. Diese Spiralnut muß daher eine gewisse Länge aufweisen und sie muß auch mit engen Toleranzen in der Bohrung geführt sein, was eine relativ große Präzision bei der Herstellung und bei der Montage erforderlich macht. Nachteilig ist außerdem, daß in allen den Fällen, in denen die Wellenlager ein großes Laufspiel erfordern, eine solche Lösung nicht

oder nur sehr schwer möglich ist. Wenn Buchsen als Wellenlager vorgesehen sind, und wenn eine beträchtliche Durchbiegung der Welle möglich sein soll, dann *nuß das Laufspiel in den Lagern im allgemeinen so groß sein, daß es unmöglich ist, ausschließlich mit einer Spiralnut eine befriedigende Dichtwirkung zu erzielen. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit wesentlich geringeren Toleranzen trotzdem eine gute Abdichtung einer drehenden Welle in allen den Fällen zumindest erreichbar ist, wo der Druck des Schmiermittels nicht allzu hoch ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, daß sie trotz relativ einfacher Ausgestaltung eine gute Abdichtung bei sich drehender Welle gewährleistet Das aufgrund des größeren Spieles zwischen Spiralnut und Bohrung durchtretende Schmiermitte! wird aufgrund der Zentrifugalwirkung innerhalb der Kappe und innerhalb des Filzringes gehalten und tritt daher nicht aus. Für Dichtimgsanordnungen, die beispielsweise bei Sprühschmierung eingesetzt werden, stellt diese Ausgestaltung daher eine sehr einfache und vorteilhafte Lösung dar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteranspriiche, deren Vorteile im einzelnen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervorgehen, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Motorblock oder das Gehäuse einer anderen Maschine mit einer durch die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung hindurchtretenden Welle,

F i g. 2 ein eine ringförmige Schulter bildendes Teil in vergrößertem Maßstab, ebenfalls im Schnitt,

F i g. 3 eine Ansicht des Dichtungsverschlusses von vorn,

Fig.4 einen Schnitt durch den Dichtungsverschluß gemäß F i g. 3 längs der Linie IV-IV der F i g. 3 und

F i g. 5 eine Einzelheit des Dichtungsverschlusses gemäß den F i g. 3 und 4 im Schnitt längs der Linie V-V der F i g. 4.

Ein Gehäuse 1 ist mit einer Senkbohrung 2 (die die vorgenannte Bohrung darstellt) versehen, die koaxial zu einer öffnung 3 ausgerichtet ist, in der ein buchsenartiges druckgeschmiertes Wellenlager 4 sitzt. Eine Welle 5 ist in dem Wellenlager 4 drehbar gelagert und trägt einen kreisförmigen Ring 6 (der die vorgenannte ringförmige Schulter bildet). Der Innendurchmesser des Ringes 6 ist so gewählt, daß der Ring mit festem Paßsitz auf der Welle 5 sitzt und sich mit dieser dreht. Der Ring 6 hat eine zylindrische Mantelfläche, die mit einer Spiralnut 6a versehen ist, die sich in mindestens einer vollständigen Windung um den Ring herum erstreckt. Eine topfförmige Verschlußkappe 7 ist in der. einen Endabschnitt der Senkbohrung 2 eingepreßt und die Welle S tritt mit einem Arbeitsspiel durch eine zentrale öffnung 8 der Verschlußkappe 7 hindurch. Die Verschlußkappe 7 hat eine zylindrische Außenwand 9 und eine ringförmige Stirnwand 10, wobei zwischen dem rechten Ende der Außenwand 9 und dem Ring 6 ein definierter Zwischenraum 11 verbleibt. Durch die Seitenwand 9 und die Stirnwand 10 wird ein Filzring 12 in seiner Lage gehalten. Der Filzring 12 berührt den Ring 9, wird aber durch Rippen 13 und 14, die von der Außenwand 9 bzw. der Stirnwand 10 der Verschlußkappe 7 nach innen ragen, gegen Rotation gesichert. Die Rinnen 13 der Außenwand erstrecken sich in Achsrichtung der Verschlußkappe 7, während sich die Rippen 14 der Stirnwand 10 radial hierzu erstrecken. Wie aus den F i g. 3 und 5 hervorgeht, haben die Rippen 13 und 14 im allgemeinen einen quadratischen Querschnitt Zwischen dem Ring 6 und dem Grund der Senkbohrung 2 verbleibt ein Hohlraum 15, der über eine Abflußleitung 16 mit dem Inneren des Gehäuses 1 in Verbindung steht Im Betrieb hat das unter Druck stehende Schmiermittel das Bestreben, zwischen dem Lager 4 und der Welle ίο an den Lagerenden auszutreten, wobei ein Teil des austretenden Schmiermittels in den Hohlraum 15 gelangt und der Rest direkt in das Innere des Gehäuses 1 strömt Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft strömt das Schmiermittel in Richtung auf die zylindrische Wand der Senkbohrung 2 und würde, wenn die Spiralnut 6a nicht vorhanden wäre, ungehindert zwischen der Wand der Senkbohrung 2 und dem Umfang des Ringes 16 hindurchtreten. Die Spiralnut 6a ist jedoch so angeordnet daß aufgrund des Windungssinnes der Spirale das Schmiermittel in Richtung auf den Hohlraum 15 und die Abflußleitung 16 getrieben wird, wenn die Welle 5 rotiert und einer Bewegung des Schmiermittels über den Ring 6 hinaus wird daher ein Widerstand entgegengesetzt Wie vorstehend bereits ausgeführt, vermittelt eine Spiralnut nur dann eine hinreichende Dichtungswirkung, wenn das Laufspiel zwischen der Welle und der angrenzenden Wand der Bohrung sehr klein ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Laufspiel zwischen der Senkbohrung 2 und dem Umfang des Ringes 6 so gewählt, daß in dem Lager 4 ein verhältnismäßig großes Laufspiel vorgesehen ist. Daher kann eine gewisse Schmiermittelmenge den Widerstand der Spiralnut 6a überwinden. Dieses Schmiermittel gelangt dann in den Zwischen-J5 raum 11 zwischen dem Ring 6 und der Verschlußkappe 7. Die einzige Möglichkeit, wie das Schmiermittel in dem Zwischenraum 11 sodann den Raum zwischen der Welle 5 und der zentralen Öffnung 8 erreichen kann, besteht darin, daß es den Filzring 12 entlangkriecht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Wirkung der Zentrifugalkraft das Schmiermittel daran hindert, auf diese Weise den Filzring entlangzukriechen und daß eine wirksame Flüssigkeitsdichtung erreicht wird, ungeachtet der Tatsache, daß das Laufspiel zwischen der Senkbohrung 2 und dem Ring 6 verhältnismäßig groß ist. Dadurch, daß auf einem Ring, der einen größeren Durchmesser als die Welle 5 hat, eine Spiralnut 6a angeordnet wird und daß eine Verschlußkappe 7 verwendet wird, die eine Sperre für das Schmiermittel bildet und den Filzring 12 so in seiner Lage hält, wird dem Schmiermittel, das aus dem Lager 4 auszutreten bestrebt ist, eine bestimmte Richtungsänderung aufgeprägt. Wenn daher das Schmiermittel den Raum zwischen der Welle 5 und der zentralen Öffnung 8 erreichen soll, so muß es nicht nur den Widerstand der Spiralnut 6a sondern auch die auf der linken Seite des Ringes 6 vorhandene Zentrifugalwirkung überwinden.

Im folgenden sind beispielhaft typische Werte der Laufspiele und der Abmessungen angegeben:

Spiel zwischen der Senkbohrung 2 und dem Außenumfang des Ringes 6 :0,07 mm entlang des gesamten Umfanges.

Spiel zwischen der zentralen Öffnung 8 und der b5 VV eile 5 :0,1 mm entlang des gesamten Umfanges. Der Durchmesser der Senkbohrung 2 ist um 30% bis 50% größer als der Durchmesser der Welle 5. Die Gesamtlänge der Verschlußkappe 7 in axialer

Richtung ist etwa gleich der Gesamtlänge des Ringes 6 und beträgt etwa 10% bis 15% des Durchmessers der Welle 5.

Die Höhe der Rippen 13 und 14 beträgt etwa 10% bis 15% der Gesamtlänge der Verschlußkappe 7.

Zur Herstellung des Ringes 6 und der Schlußkappe 7 können verschiedene Materialien wie Kunststoff, Gummi, Aluminium, Zink, Stahl, Gußeisen oder Messing verwendet werden. Bei Bedarf kann die durch den Ring 6 gebildete Schulter einstückig mit der Welle 5 ausgebildet sein. Der Ring 12, der auch dazu dient, zu verhindern, daß Staub oder andere Verschmutzungen in den Motor oder die Maschine gelangen können, könnte auch aus einem geeigneten anderen Material als Filz ι gefertigt sein und anstatt durch die Rippen 13, 14 in seiner Lage gehalten zu werden auch angeklebt oder auf eine andere Weise an der Verschlußkappe 7 befestigt sein.

Obwohl die Spiralnut als an dem Ring 6 vorgesehen beschrieben worden ist, könnte hierzu alternativ oder auch zusätzlich an der angrenzenden Wand der Senkbohrung 2 eine Spiralnut vorgesehen sein.

Zwar ist die erfindungsgemäße Flüssigkeitsdichtung nicht unbedingt sehr wirkungsvoll, wenn das Schmiermittel unter hohem Druck steht; sie verhindert jedoch äußerst wirkungsvoll das Austreten von Schmiermittel in Niederdruck-Anwendungsfällen und wenn das Schmiermittel in Luft versprüht oder auf die Welle 5 gespritzt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsdichtung kann auch das Entweichen von anderen Flüssigkeiten als Schmiermitteln verhindert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Dichtungsanordnung für eine drehbar gelagerte Welle, bestehend aus einem die Welle umgebenden Gehäuseblock mit einer zylindrischen Bohrung, in der die Welle mit einem Kragen mit Spiel geführt ist, der an seinem Umfang eine Spiralnut aufweist, die bei sich in einer bestimmten Richtung drehender Welle einem Austreten einer Flüssigkeit einen Widerstand entgegensetzt, sowie aus einem zusätzlichen Dichtungsring, der an dem nach außen weisenden Rand des Kragens angrenzend angeordnet ist und aus einer topfförmigen Kappe mit einem elastischen Dichtelement besteht, die eine zentrale Öffnung zur Durchführung der Welle und eine parallel zur Bohrung im Gehäuseblock verlaufende Außenwand besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (7) in die Bohrung (2) eingepreßt ist, daß die Stirnkante ihrer Außenwand einen Abstand zu dem Rand des Kragens (6) aufweist und daß das Dichtelement ein in der Kappe (7) gehaltener und an dem Rand des Kragens (6) anliegender Filzring (12) ist, der an der Welle (5) anliegt und in der Kappe (7) gegen Verdrehung gesichert ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehsicherung für den Filzring (12) an der Kappe (7) angeordnete Vorsprünge (13,14) vorgesehen sind.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge als der Innenseite der Kappe (7) angeordnete, sich in radialer Richtung erstreckende Rippen (14) ausgebildet sind.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge als an der zylindrischen Innenfläche der Außenwand (9) der Kappe (7) voneinander angeordnete Längsrippen (13) ausgebildet sind.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüehe 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (13,14) einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweisen.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (12) durch Ankleben an der Kappe (7) gegen ein Verdrehen gegenüber dem die Welle (5) umgebenden Gehäuseblock (1) gesichert ist.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die exakte Länge des Kragens (6) etwa 10% bis 15% des Durchmessers der Welle (5) beträgt.

8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der topfförmigen Kappe (7) etwa 10% bis 15% des Durchmessers der Welle (5) beträgt.

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die von der Kappe (7) abstehenden Vorsprünge (13,14) über eine Länge erstrecken, die etwa 10% bis 15% der axialen Länge der Kappe (7) beträgt.

10. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der zylindrischen Bohrung (2) etwa um 30% bis 50% größer ist als der Durchmesser der Welle (5).

11. Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (2) an der der Kappe (7) abgewandten Seite des Kragens (6) eine Abflußöffnung (16) vorgesehen ist