DE2743376A1

DE2743376A1 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE2743376A1
Application number: DE19772743376
Authority: DE
Inventors: Kevin George Forster; Harold Lawrence Reinsma; Reginald Karl Ringel
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1976-11-22
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1978-05-24
Also published as: BE860027A; CA1056869A; US4151999A; JPS5381866A; BR7707706A; GB1550293A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. 8000 MÜNCHEN 22

KARL H. WAGNER GEWÜRZMÜHLSRASSE

POSTFACH

^743376

27. September 1977 77-S-2835

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, 111. 61629, V.St.A.

Wellendichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Dichtungen und insbesondere auf eine Wellendichtung mit einer radialen Deformationsfähigkeit, um einen engen Abdichtkontakt mit der Welle aufrechtzuerhalten.

Es sind bereits zahlreiche Abdichtformen verfügbar, um eine Abdichtung gegenüber einer sich drehenden oder gleitenden Welle vorzusehen, um so Flüssigkeiten innerhalb einer Kammer zurückzuhalten, die ein Lager enthält, wobei ein Abschluß gegenüber von außen kommendem Material vorgesehen ist. In den meisten Fällen ist ein Schmiermittel für die ordnungsgemäße Abdichtwirkung zwischen Dichtung und Welle erforderlich, wcbei dieses Schmiermittel normalerweise von innerhalb der Kammer geliefert wird. Im Falle von nicht geschmierten oder trokken laufenden Lagern, wo Schmiermittel nicht vorhanden sind, ist es noch zweckmäßig, eine Dichtung vorzusehen, um diese Lager gegenüber Abriebsmaterial zu schützen, um so die Betriebslebensdauer der Lager zu erhöhen. Eine solche Dichtung sollte gute Abrasions- oder Abriebs-Widerstandseigenschaften aufweisen und muß in zahlreichen Anwendungsfällen in der Lage sein, radiale Schaftdurchbiegungen aufzunehmen. Da diese Abdichtungen ferner einem größeren Abrieb ausgesetzt sind, ist es zweckmäßig, wenn diese die Fähigkeit besitzen, sich radial zu deformieren, um eine enge Abdichtberührung mit der zusammenpassenden Oberfläche aufrechtzuerhalten, wenn Abrieb erfolgt.

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TELEFON: (089) 298527 TELEGRAMM: PATLAW MÖNCHEN TELEX: 5-22039 patw d

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine verbesserte Wellendichtung vorzusehen, und zwar für den Betrieb in einer ungeschnierten, einen Abrieb vorsehenden Umgebung. Die Erfindung bezweckt ferner, eine solche Wellendichtung vorzusehen, die relativ große Wellendurchbiegungen kompensiert. Die Erfindung bezweckt ferner eine Wellendichtung der beschriebenen Art vorzusehen, welche den Abrieb kompensiert, und zwar entweder den Abrieb der Dichtoberfläche der Dichtung oder der mit der Dichtung zusammenpassenden Oberfläche, wobei eine enge Abdichtberührung mit der zusammenpassenden Oberfläche beim Auftreten des Abriebs erhalten bleibt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung ist ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Wellendichtung dargestellt.

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 10 eine Wellendichtung allgemein bezeichnet, die zum Abdichten des Raums zwischen einer Bohrung 11 und einem Gehäuse 12 und einer Aussenoberflache einer Welle oder eines Schwenkzapfens 13 dient. Die Dichtung weist ein Aussengehäuse 14, einen inneren Abdichtring 16 und einen Zwischenlastring 17 auf, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und den Abdichtring umgibt. Das Aussengehäuse 14 besteht aus einem starren Material wie beispielsweise Stahl oder einer anderen Metallzusanunensetzung, die in der Lage ist, ihre Form bei Belastung beizubehalten. Das Aussengehäuse 14, 12 besitzt eine Innenbohrung 18 zur Erzeugung einer Sitzoberfläche für den Lastring und eine äußere statische Abdichtoberfläche 19, die, wie in der Zeichnung gezeigt, abdichtend durch Preßpassung innerhalb der Bohrung 11 des Gehäuses 12 sitzt.

Der Lastring 17 besteht aus einem Elastomer wie beispielsweise Naturgummi, Nitrilgummi, Neopren und dgl. Eine Aussenoberflache 21 des Lastrings sitzt abdichtend innerhalb der Bohrung 18 des Aussengehäuses (Hülse) 14 und kann entweder chemisch oder mechanisch damit verbunden sein. Ein sich radial nach innen erstrecken-

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der Teil 22 des Lastringes umkreist den Dichtring 16 in abdichtender Weise. Der Lastring 17 wird in einem zusammengedrückten Zustand zwischen der Hülse 14 und dem Abdichtring 16 aus einem noch zu erläuternden Grund gehalten.

Der innere Abdichtring 16 weist erfindungsgemäß eine ringförmige, flache, mit Boden versehene Nut 23 ausgebildet an seinem Aussenumfang auf und wird durch eine Bodenoberfläche 24 definiert, die im wesentlichen parallel zur Longitudinalachse der Dichtung verläuft und ein Paar von Seitenoberflächen 26 besitzt, deren jede von einer Ebene aus nach aussen abgewinkelt ist, die senkrecht zur Longitudinalachse der Dichtung verläuft. Die drei Oberflächen der Nut wirken in der Bildung einer Sitzoberfläche zusammen, und zwar für die abdichtende Aufnahme des radial sich nach innen erstreckenden Teils des Lastrings. Jede der Seitenoberflächen 26 ist die Innenoberfläche eines Flansches von einem Paar sich radial nach aussen erstreckender Flansche 27, die an den Axialenden des Abdichtrings 16 erfindungsgemäß vorgesehen sind. Die Basis jedes Flansches ist in dem Gebiet, wo die Seitenoberfläche die Bodenoberfläche schneidet, dicker als die Dicke des Abdichtrings 16 zwischen der Bodenoberfläche und der radial innen gelegenen zylindrischen Abdichtfläche 28, die in enger Dichtberührung mit Welle 13 steht. Eine Ringnut 29 ist in der Dichtfläche zwischen deren äußeren Kanten 31 vorgesehen.

Der Dichtring 16 ist aus einem Kunststoff oder dgl. aufgebaut, und zwar mit einem relativ hohen Abrasions- oder Abriebswiderstand und einem relativ niedrigen Reibungskoeffizienten beim Betrieb in einer nicht geschmierten Umgebung. Das Kunststoffmaterial oder dgl. sollte ebenfalls relativ steif sein, um zeitweise einer Deformation durch die Kraft des Lastrings während des Zusammenbaus auf der Welle Widerstand entgegenzusetzen, wobei jedoch die zeitabhängige Deformationseigenschaft derart sein sollte, daß dann, wenn die Dichtfläche sich nicht in Berührung mit der Welle befindet, der Dichtring langsam radial nach innen deformiert würde, und zwar unter der aufrechterhaltenen Kraft erzeugt durch den zusammengepreßten Lastring gegen die Sitzoberfläche. (Ein starrer Metallring wird innerhalb

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des Abdichtrings angeordnet, um dessen Deformation während der Aufbewahrung zu verhindern.) Einige Kunststoffe mit den genannten Eigenschaften sind Teflon (Warenzeichen für ein Polytetrafluoräthylen), Polyäthylen mit einem ultrahohen Molekulargewicht, ein relativ hartes Polyurethan, ein Polyurethan gemischt mit Teflon oder Molybdändisulfid, und dgl. Jeder dieser Kunststoffe kann auch mit Fasern oder Teilchen aus Fiberglas imprägniert sein, und zwar bis zu einer Menge von annähernd 25% ihres Elastizitätsmoduls, um den Widerstand gegenüber Abrieb zu erhöhen.

Die Form des Lastrings im freien oder unbelasteten Zustand ist durch die gestrichelten Linien dargestellt, wobei die Form des sich nach innen erstreckenden Teils (22) im freien Zustand im wesentlichen mit der Form der Ringnut (23) erfindungsgemäß zusammenpaßt. Die Kompression des Lastrings übt nicht nur eine Radialbelastung auf den Dichtring 16 aus, sondern bewirkt auch das axial nach aussen erfolgende Herauswölben, wie dies durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist. Dies erzeugt eine auf die Seitenoberflächen 26 der Flansche 27 ausgeübte Axialbelastung, welche die Tendenz besitzt, die Enden des Dichtrings am Schnitt der Seitenoberflächen 26 und der Bodenoberfläche 24 zu verbiegen, was eine Konzentration der Radialbelastung an den äußeren Kanten 31 der Dichtungsfläche zur Folge hat, um den anfänglichen Durchgang von Abriebteilchen zwischen Dichtungsfläche 28 und Welle zu verhindern. Die Ringnut 2 9 in der Dichtungsfläche wirkt als eine Falle zum Einfangen von Staub oder anderen Teilchen, die unter den Aussenkanten 31 der Abdichtfläche und der Welle hindurchdringen.

Im Gebrauch kompensiert die Elastizität des Elastomerlastrings 17 Durchbiegungen und Fehlausrichtungen der Welle 13 bezüglich des Gehäuses 12 und stellt sicher, daß die Abdichtfläche 28 in engem Abdichtkontakt mit der Welle entlang der gesamten Länge der Abdichtfläche gehalten wird. Der Reibungsantrieb wird zwischen dem Elastomerlastring 17 und dem Plastikabdichtring 16 ist größer als der Reibungswiderstand zwischen dem Plastikabdichtring 16 und der Welle 13, wodurch sichergestellt

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wird, daß die Relativdrehung zwischen der Dichtung und der Welle an der Abdichtfläche 28 erfolgt. Die zeitabhängige Deformationseigenschaft der Abdichtringe gestattet es, daß der Lastring 17 den Abdichtring 16 radial nach innen beim Abrieb der Abdichtfläche 28 oder der Welle 13 deformiert, um eine enge Abdichtberührung zwischen Abdichtfläche und Welle über eine lange Zeitperiode hinweg aufrechtzuerhalten. Diese Deformationseigenschaft gestattet auch die ungleichmäßige Belastung an der Abdichtfläche 28 derart, daß die Kraft an den äußeren Kanten 31 der Abdichtfläche konzentriert ist, um das Eintreten von Staub und dgl. zu verhindern.

Gemäß einer alternativen Ausbildungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, die Hülse 14 wegzulassen und den Lastring 17 abdichtend in die Bohrung 11 des Gehäuses einzusetzen, wobei sich der Lastring, wie oben beschrieben, im zusammengepreßten Zustand befindet. Es kann auch eine Vielzahl von Ringnuten 29 in der Abdichtfläche vorgesehen sein, um eine Vielzahl von Staubfallen zu bilden. Ferner können die Mittel zur Erzeugung einer Konzentration der Radialbelastung an den Aussenkanten das Vorsehen eines Dichtrings mit einer Sitzoberfläche umfassen, um mit einem Elastomer-Belastungsring mit einer unterschiedlichen Form zusammenzupassen, der beim Zusammenpressen eine größere Radiallast auf die Aussenkanten des Abdichtrings ausübt. Beispielsweise kann der Elastomer-Lastring erfindungsgemäß mit einer Ringnut in seiner Innenumfangsoberflache ausgebildet sein, wobei der Abdichtring eine gleichförmige Dicke über seine ganze Länge hinweg aufweist oder einen radial nach aussen sich erstreckenden Teil an der äußeren Sitzoberfläche zwischen seinen Axialenden besitzt. Alternativ kann der Elastomer-Belastungsring mit einer unterschiedlichen Durometerhärte an seinen Seiten als in seinem Mittelteil ausgebildet sein, so daß dann, wenn er zusammengepreßt ist und mit einem Abdichtring mit einer gleichförmigen Dicke über dessen Länge hinweg verwendet wird, der Lastring eine größere Axialbelastung an den Aussenenden des Abdichtrings und somit an den Aussenkanten der Dichtfläche ausübt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

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M.) Dichtung zur Abdichtung an einer Ringoberfläche <:ur Aufrechterhaltung einer innigen Dichtungsberührung mit -ier Ringoberfläche, wenn an entweder Dichtung oder Ringoberfläche ein Abrieb auftritt, gekennzeichnet durch eine zylindrische Anordnungsoberfläche (18), einen Dichtring (16) mit einer zylindrischen Dichtfläche (28) für die Abdichtberührung mit der Ringoberfläche längs der vollen Länge der Dichtfläche (28) , mit einer ringförmigen Sitzoberfläche (24, 26), und mit einem Paar von Aussenkanten (31) an entgegengesetzten Enden der Dichtfläche (28), wobei der Ring aus einem kunststoffartigen Material mit einem relativ niedrigen Reibungskoeffizienten, einem guten Abriebswiderstand und einer Fähigkeit besteht, die darin besteht, daß der Ring radial langsam dann deformiert wird, wenn eine Radiallast kontinuierlich auf die Sitzoberfläche ausgeübt wird,

einen Elastomerbelastungsring (17), der abdichtend mit cer Sitzoberfläche (24, 26) des Dichtrings (16) und der Anordnungsoberfläche in Eingriff steht und in einem zusammengepreßten Zustand gehalten wird, um die erwähnte Radialbelastung an die Sitzoberfläche (24, 26) anzulegen, und Mittel (27), welche mit dem Belastungsring (17) zusammenarbeiten, um die Radiallast an mindestens einer der äußeren Kanten (31) derart zu konzentrieren, daß eine größere Radialbelastunc] an der einen Aussenkante (31) ausgeübt wird a.s am Zwischenteil der Dichtfläche (28).
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannten Mittel mindestens einen sich radial erstreckenden Flansch (27) aufweisen, und zwar vorgesehen am Dichtring (16) am gleichen Ende wie die eine äußere Kante (31), wobei die Sitzoberfläche (24, 26) eine Ringoberfläche (24) aufweist, und zwar im wesentlichen parallel zur Longitudinalachse des Dichtrings, und wobei eine Seitenoberfläche (26) des Flanschs (27) die Ringoberfläche (24) schneidet,

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und wobei schließlich der Elastoirer-Belastungsring (17) uf der Ringoberfläche (24) sitzt und eine Axialkraft auf de: ^vlansch (27) ausübt, um die Radiallast an der erwähnten -inen Aussenkante (31) zu konzentrieren.
3. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (27) mindestens in dem Bereich, wo die Seiteroberfläche (26) des Flansches die Ringoberfläche (24) sei neidet, eine Dicke besitzt, die größer als die Dicke des Dientrings (16) zwischen der Ringoberfläche (24) und der Dichtangsfläche (28).
4. Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenoberfläche (26) des Flansches axial nach ausser abgewinkelt ist, und zwar gegenüber einer Ebene, die senkrfcht zur Longitudinalachse der Dichtung verläuft.
5. Dichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eire Ringnut (29) in der Abdichtfläche (28) des Dichtrings (U).
6. Wellendichtung zur Abdichtung zwischen einer Bohrt ig (11) eines Gliedes und einer Umfangsoberflache einer WeI? e (13) zur Aufrechterhaltung einer innigen Abdichtberührung mit der Umfangsoberflache der Welle, wenn Abrieb an entweder der Dichtung oder der Umfangsoberflache auftritt, gekennzeichnet durch eine Aussenhülse (14) mit einer äußeren statischen Abdichtoberfläche (19) zum Dichtungseingriff mit der Bohrung des einen Glieds und mit einer Innenbohrung (18), einen inneren Abdichtring (16) mit einer inneren Abdichtfläche (28) für einen innigen dynamischen Abdichtkontakt mit der Welle längs der vollen Länge der Abdichtfläche, mit einem Paar von Aussenkanten (31) an entgegengesetzten Axialenden der Dichtungsfläche, und mit einer äußeren Umfangssitzoberflache (24, 26), wobei der Abdichtring aus einem kunststoffartigen Material besteht, welches einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten, einen guten Abriebswiderstand und die Fähigkeit besitzt, radial nach innen zur Welle hin deformiert zu werden, und zwar unter dem Einfluß einer Radiallast oder -kraft, die kontinuierlich

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auf die Sitzoberfläche ausgeübt wird, und einen Elastomer-Belastungsring (17), der abdichtend mit der Aussenumfangssitzoberflache (24, 26) des Dichtrings (16) in Eingriff steht und innerhalb der Bohrung (18) der Aussenhülse (14) in einem zusammengedrückten Zustand sitzt, um die erwähnte Radialkraft an die Aussenumfangssitzoberfläche anzulegen.
7. Wellendichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomer-Belastungsring mit der Aussenhülse verbunden ist.
8. Wellendichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Ringnut (29) in der Dichtungsfläche des Dichtungsrings.
9. Wellendichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel (27), die mit dem Belastungsring zusammenarbeiten, um die Radialbelastung auf mindestens eine der äußeren Kanten der Dichtungsfläche derart zu konzentrieren, daß eine größere Radialbelastung auf die eine äußere Kante ausgeübt wird als auf einen Zwischenteil der Dichtungsfläche.
10. Wellendichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannten Mittel einen sich radial nach aussen erstreckenden Flansch (27) aufweisen, und zwar vorgesehen auf dem Dichtungsring am gleichen Ende, wo die eine Aussenkante angeordnet ist, und wobei die Sitzoberfläche eine Ringoberfläche (24) im wesentlichen parallel zur Längsachse des Dichtungsrings und eine Seitenoberfläche (26) des Flansches aufweist, welch letztere die Ringoberfläche schneidet, und wobei der Elastomer-Belastungsring auf der Ringoberfläche sitzt und eine Axialkraft auf den Flansch ausübt, um die Radiallast auf die eine Aussenkante zu konzentrieren.
11. Wellendichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (27) mindestens in dem Bereich, wo die Seitenoberfläche des Flanschs die Ringoberfläche schneidet, eine Dicke besitzt, die größer ist als die Dicke des Dichtrings zwischen der Ringoberfläche (24) und der Dichtfläche (28).
12. Wellendichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenoberfläche (26) des Flansches (27) nach aussen gegenüber einer Ebene abgewinkelt ist, die senkrecht zur Längsachse der Dichtung verläuft.
13. Wellendichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletztgenannten Mittel ein Paar von radial nach aussen sich erstreckenden Flanschen (27) aufweisen, die an den Axialenden des Dichtungsrings angeordnet sind und eine flache Boden-Umfangsnut (23) um den Dichtungsring herum bilden, wobei die erwähnte Sitzoberfläche die die Nut bildenden Oberflächen (24, 26) umfaßt, und wobei der Elastomer-Belastungsring innerhalb der Nut sitzt und eine Axialkraft auf die Flansche ausübt, um die Radiallast an den Aussenkanten zu konzentrieren.
14. Wellendichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (27) mindestens in der Zone, wo die innere Seitenoberfläche (26) des Flansches die Bodenoberfläche

(24) der Nut schneidet, eine Dicke besitzt, die größer ist die Dicke des Dichtungsrings zwischen der Bodenoberfläche (24) der Nut und der Dichtungsfläche (28).
15. Wellendichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche (26) jedes Flanschs axial nach aussen gegenüber einer Ebene abgewinkelt ist, die senkrecht zur Longitudinalachse der Dichtung verläuft.

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