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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Abdich-
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tung von rotierenden Wellen, insbesondere Kurbelwellen in Hubkolbenmotoren,
bestehend aus einem Radialwellendichtring und einem diesem auf der Luftseite vorgeschalteten
Gewebepackungsring.
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Bei der Abdichtung rotierender Wellen, wie z. B. Kurbelwellen in Hubkolbenmotoren,
sind Radialwellendichtringe in großem Umfang im Einsatz. Insbesondere bei erschwerten
Betriebsbedingungen sind aber Grenzen der Funktionstüchtigkeit derartiger Radialwellendichtringe
erkennbar. Die Gründe hierfür sind vornehmlich in einem unregelmäßigen Bewegungsablauf
der Dichtstelle, dem Zutritt von Fremdkörpern, wie z. t. Schmutzpartikeln, dem Zustand
der Gegenlaufflächen, der hohen Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Welle, erheblicher
Belastungen aufgrund der hohen Temperaturen des abzudichtenden Mediums und anderen
Faktoren zu suchen.
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Die Bemühungen zur Verbesserung des Abdichtverhaltens und der Lebensdauer
waren bislang auf Konstruktion, Werkstoffe und Ausführung der Radialwellendichtringe
ausgerichtet.
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So ist es zum Beispiel bekannt, auf der Luftseite des Radialwellendichtrings
eine zusätzliche, mit der rotierenden Welle in Berührung kommende sogenannte Schutzlippe
vorzusehen. Als ergänzende Maßnahmen wurden auch sogenannte "Opferringe" auf der
Luftseite des Radialwellendichtrings vorgesehen.
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Als "Opferringe" bezeichnet man in der Regel solche Radialwellendichtringe
üblicher Bauart, die aus einem Manschettenwerkstoff geringer Temperatur- und Medienbelastbarkeit,
wie z. B. Nitril-Kautschuk, bestehen. Derartige Werkstoffe zeichnen sich durch sehr
geringe Kosten gegenüber den Werkstoffen (z. B. Fluorelastomer) aus, aus denen im
allgemeinen die längerlebigen Dichtringe auf der Medienseite gefertigt sind.
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Ein weiterer Schritt, dem geschilderten Problem Abhilfe zu schaffen,
bestand darin, Anordnungen der eingangs bezeichneten Art vorzusehen, bei denen ein
Radialwellendichtring jeweils mit einem Ring aus sogenanntem Packungsgeflecht kombiniert
wurde. Bei Versuchen mit dieser Ausführung zeigte sich indessen in gleicher Weise,
wie bei den Ausführungen mit zusätzlichen Opferringen und Ringkonstruktionen mit
in Berührung mit der Welle kommender Schutzlippe, eine Schädigung der Lauffläche
dieser auf den Schutz gegen eindringende Fremdstoffe ausgerichteten Elemente.
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Man hat inzwischen zweifelsfrei erkannt, daß die beschriebene Schädigung
der vorgeschalteten schmutzabweisenden Elemente durchwegs auf fehlende Schmierung
an der gleitenden Dichtfläche zurückzuführen ist. Um dem entgegenzuwirken, hat man
bei kombinierten Dichtungsanordnungen der eingangs bezeichneten Art den Gewebepackungsring
mit einer Imprägnierung, zum Beispiel einem geeigneten Öl oder Fett, versehen.
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Man hat auch durch Zugabe von PTFE die Gleiteigenschaften zu verbessern
versucht. In keinem der Fälle ist es jedoch gelungen, den durch eindringende Schmutzpartikel
verursachten vorzeitigen Verschleiß der vorgeschalteten Dichtelemente zu verhindern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung der
eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß die angestrebte Betriebsdauer des
vorgeschalteten Dichtelements bei voller Funktionstüchtigkeit desselben erreicht
wird.
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Zur Lösung des Problems ist die in Rede stehende Dichtungsanordnung
demgemäß nach ihrem Grundgedanken gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
oder periodischen Einleitung flüssigen Schmiermittels in den Gewebepackungs ring.
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Durch die Erfindung wird für eine regelmäßige und damit ausreichende
Schmierung des vorgeschalteten Gewebepackungsrings gesorgt, so daß dessen Verschleiß
auf ein Minimum herabgemindert und damit eine lange Lebensdauer der gesamten Dichtungsanordnung
erzielt wird. Die Erfindung macht sich hierbei die Eigenschaft des Packungsgeflechts
zunutze, eine Diffusion von Schmiermittel, zum Beispiel Öl, in begrenztem Maße zuzulassen.
Auf diese Weise gelangt immer genügend Schmiermittel zur Lauffläche des Gewebepackungsrings.
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Die Erfindung schließt es keineswegs aus, die Gewebepackungsringe
- etwa zur Erreichung eines abgestimmten Dichtungsverhaltens - nach wie vor mit
bestimmten Imprägnierstoffen zu versehen oder zu beschichten. Jedoch werden derartige
zusätzliche Behandlungen durch die Erfindung wesentlich vereinfacht, dergestalt,
daß man die Imprägnierung bzw. Beschichtung nicht mehr auf eine möglichst lange
Unterstützung des Gleitverfahrens auszurichten braucht.
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In vielen Fällen wird es aufgrund des durch die Erfindung erzielten
Effekts sogar möglich sein, auf zusätzliches Imprägnieren oder Beschichten der Gewebepackungsringe
gänzlich zu verzichten.
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Hinsichtlich der praktischen Durchführung des Grundgedankens der Erfindung
wird vorgeschlagen, daß die metallische Einfassung des Gewebepackungsrings eine
oder mehrere Bohrungen zur Zuführung von flüssigem Schmiermittel in das Gewebepackungsmaterial
aufweist. Hierbei können am Außenumfang und/oder an einer Stirnseite der metallischen
Einfassung des Gewebepackungsringes eine oder mehrere radiale Bohrungen vorgesehen
sein.
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Zur Zuführung von flüssigem Schmiermittel zu dem Gewebepackungsring
kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
das Radialwellendichtring
und Gewebepackungsring außen umgebende Gehäuse (z. B. Motorgehäuse) entsprechende
Zuführungsleitungen aufweisen. Alternativ ist es aber auch möglich, radial zwischen
das Radialwellendichtring und Gewebepackungsring außen umgebende Gehäuse (z. B.
Motorgehäuse) ein ringförmiges Zwischenstück einzufügen, welches Leitungen, vorzugsweise
Bohrungen, zur Zuführung von flüssigem Schmiermittel zu dem Gewebepackungsring aufweist.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, für
den Gewebepackungsring ein von dem abzudichtenden Ölraum unabhängiges separates
Schmiermittelsystem vorzusehen. Dies ermöglicht die Auswahl eines ganz speziell
auf den jeweiligen Zweck zugeschnittenen Schmiermittels sowie die Zuführung desselben
zum Gewebepackungsring unter dem jeweils optimalen Druck.
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Alternativ zu dem im Vorstehenden Gesagten ist es aber auch möglich,
zur Schmierung des Gewebepackungsrings Flüssigkeit (z. B. Öl) aus dem durch den
Radialwellendichtring abzudichtenden Flüssigkeitsraum (z. B. Kurbelgehäuse) zu verwenden.
Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besondere Einfachheit der praktischen
Verwirklichung aus.
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Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung
veranschaulicht und in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 im Längsschnitt eine Ausführungsform einer Dichtungsanordnung nach der Erfindung,
wobei zur Schmierung des Gewebepackungsrings ein separates Schmiermittelsystem dient,
und Fig. 2 in entsprechender Darstellung eine andere Ausführungsform der Erfindung,
bei der zur Schmierung des Gewebepackungsringes Öl aus den vom Radialwellendichtring
abzudichtenden Ölraum verwendet wird.
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Nach Fig. 1 bezeichnet 10 eine rotierende Welle, z. B. die Kurbelwelle
eines Hubkolbenmotors. Ein die Welle 10 umgebendes Gehäuse, zum Beispiel das Kurbelgehäuse
des Motors, ist mit 11 beziffert. Um den mit öl gefüllten Raum 12 nach außen hin
abzudichten, dient ein Radialwellendichtring bekannter Bauart, der insgesamt mit
13 bezeichnet ist.
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Der Radialwellendichtring 13 besteht im wesentlichen aus einer bei
14 mit der rotierenden Welle 10 in Berührung stehenden Dichtlippe 15 aus einem elastischen
Material und einem metallischen Gehäuseteil 16, der außen wiederum von einem Gummi-
oder Kunststoffmaterial 17 umgeben ist.
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Die elastische Dichtlippe 15 wird durch eine Ringfeder 18 mit der
Wellenoberfläche in dichtender Berührung gehalten.
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Auf der dem Ölraum 12 abgewandten Seite des Radialwellendichtringes
13, der sogenannten Luftseite, ist dem Radialwellendichtring 13 ein Gewebepackungsring
19 unmittelbar vorgeschaltet, derart, daß er an der Stirnseite 20 des Radialwellendichtrings
13 zur Anlage kommt. Der Gewebepackungsring 19 besteht aus einem textilen Packungsgeflecht,
welches in begrenztem Maße die Diffusion von Öl zuläßt. Der Gewebepackungsring 19
hat die Aufgabe, den Zutritt von Staub und anderen Schmutzpartikeln zu der Dichtlippe
14, 15 des Radialwellendichtrings 13 zu verhindern. Er liegt zu diesem Zweck mit
seiner Innenumfangsfläche 21 auf seiner gesamten Breite a auf der Oberfläche der
rotierenden Welle 10.
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Radialwellendichtring 13 und Gewebepackungsring 19 sind von einer
gemeinsamen metallischen Einfassung 22 umschlossen, welche die luftseitige Stirnfläche
des Gewebepackungsringes nahezu vollständig übergreift. Auf diese Weise bilden der
Radialwellendichtring 13 und der vorgeschaltete Gewebepackungsring 19 eine gemeinsame
Baueinheit, wodurch die Montage der Dichtungsanordnung wesentlich erleichtert wird.
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Als besonderes Merkmal der Ausführungsform nach Fig. 1 ist des weiteren
zu erwähnen, daß Radialwellendichtring 13 und Gewebepackungsring 19 denselben Außendurchmesser
aufweisen, so daß die gemeinsame metallische Einfassung 22 Zylinderform aufweist.
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Wie des weiteren aus Fig. 1 hervorgeht, ist radial zwischen der metallischen
Einfassung 22 der Baueinheit 13, 19 und dem Motorgehäuse 11 ein ringförmiges Zwischenstück
23 zwischengeschaltet. Dieses ringförmige Zwischenstück 23 weist eine Axialbohrung
24 und eine diese schneidende Radialbohrung 25 auf. Die Radialbohrung 25 fluchtet
hierbei mit einer ebenfalls radial angeordneten Bohrung 26 in der metallischen Einfassung
22 im Bereich des Gewebepackungsringes 19.
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Die Bohrungen 24, 25, 26 haben den Zweck, Schmieröl zu dem Gewebepackungsring
19 zu führen. Das Schmieröl dringt in Pfeilrichtung 27 in das Material des Gewebepackungsringes
19 ein und gelangt schließlich zur Dichtfläche 21 desselben, wo es dann eine Schmierfunktion
zwischen der Fläche 21 des Gewebepackungsringes 19 und der Oberfläche der rotierenden
Welle 10 ausübt. Hierdurch wird der Verschleiß des Gewebepackungsringes 19 an seiner
Dichtfläche 21 ganz wesentlich reduziert.
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Das in Pfeilrichtung 28 in die Bohrung 24 eingeleitete Schmieröl kann
aus einem separaten Schmiermittelsystem stammen und unter einem bestimmten Druck
zu dem Gewebepackungsring 19 hingeführt werden. Es ist aber auch möglich, hierfür
das ohnehin in dem ölraum 12 vorhandene öl zu verwenden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung, welche speziell auf die letztgenannte
Möglichkeit ausgerichtet ist, zeigt Fig. 2. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit
halber sind auch hier die einander entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen
wie in Fig. 1 versehen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 weist der Gewebepackungsring 19a
einen wesentlichen kleineren Außendurchmesser als der Radialwellendichtring 13 auf.
Hierdurch ergibt sich eine abgesetzte Form der gemeinsamen metallischen Einfassung
22a. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht
jedoch darin, daß der Radialwellendichtring 13 an der Stirnseite 29 seines Gehäuseteils
16 zwei Axialbohrungen 30, 31 aufweist. Die Axialbohrungen 30, 31 erlauben den Durchtritt
von Öl aus dem ölraum 12 zu dem Gewebepackungsring 19a. Dieses Öl hat wiederum dann
die Möglichkeit, durch das Material des Gewebepackungsringes 19a hindurchzudiffundieren,
bis es zur Dichtfläche 21 desselben gelangt und dort für eine Schmierung gegenüber
der rotierenden Welle 10 sorgt.
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Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeichnet sich gegenüber der Ausführungsform
nach Fig. 1 durch eine größere Einfachheit aus. Selbstverständlich ist aber bei
beiden Ausführungsformen die Erfindung keineswegs auf die gezeigte Anzahl von Bohrungen
zur Zuführung von Schmieröl zu dem Gewebepackungsring 19 bzw. 19a festgelegt. Auch
hinsichtlich der genauen Lage der Schmieröl-Zuführungsbohrungen sollen dem Fachmann
durch die Erfindung keinerlei enge Grenzen gesetzt werden.
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