DE2835359A1

DE2835359A1 - Hydrodynamische wellendichtung

Info

Publication number: DE2835359A1
Application number: DE19782835359
Authority: DE
Inventors: Joseph Antonini; Thomas Eugene Staab
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1977-11-21
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1979-05-23
Also published as: US4283064A; DE2835359C2

Description

HYDRODYNAMISCHE WELLENDICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Wellendichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Es sind verschiedene Arten von Wellendichtungen bekannt. Viele dieser Dichtungen umfassen Rippen oder Stege, die ringförmig verschoben so ausgebildet sind, daß sie eine Pumpwirkung auf die Flüssigkeit ausüben, wenn diese die Dichtung wegen Fehlern in der Welle passiert hat, um die austretende Flüssigkeit zur Flüssigkeitsseite der Abdichtung zurückzufördern. Viele dieser bekannten Vorrichtungen besitzen einen nachgiebigen Dichtungsabschnitt, der auf dem Wege des Formverf ahrens hergestellt worden ist. Das Formen ist ein relativ teurer Vorgang, der außerdem wenig geeignet ist für in anderer Weise wUnschenswerte Naterialien, insbesondere Polytetraflouräthylen.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, eine hydrodynamische Wellendichtung unter Verwendung einer Vielzahl von verschiedienen geformten Scheiben aus Materialien wie Polytetraflouräthylen herzustellen, wobei die Scheiben entlang der Welle in L axialer Richtung gestapelt sind, und dede Scheibe eine getremlte Funktion in Bezug auf die Gesamtabdichtung ausübt.
Ein Beispiel für eine solche Dichtung ist in der US-PS 3 801 114 gezeigt. Wenn auch diese bekannte Ausbildung geeigneter ist in Bezug auf Materialien Polytetraflouräthylen als andere Vorrichtungen, erweist sich Jedoch eine solche Abdichtung als außerordentlich kompliziert und damit auch teuer.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine hydrodynamische Wellendichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, welche in ihrem Aufbau einfach und billig ist und welche auch besonders geeignet ist für schwierige, aber für solche Zwecke wünschenswerte Materialien, und bei der ein Minimum an Einzelteilen notwendig ist und dennoch eine optimale Abdichtung erzielt wird mit hervorragenden hydrodynamischen Pumpeigenschaften.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst, i Hierbei kann ein ringförmiges Gehäuse aus Metall oder dergleichen Material vorgesehen sein, welches ein einzelnes ringfClrmi- 1 ges Abdichtungselement aus Polytetraflouräthylen oder dergleichen Material im Klemmgriff festhält. Das Abdichtungselement ist dabei vor seinem Einsetzen auf die Welle im wesentlichen eben und umfaßt eine innere Begrenzungswand, die unter rechtem Winkel zu den Flächenbegrenzungen des Abdichtungselementes verlaufen. Die innere Wand ist, wenn man sie senkrecht zur Begrenzungsebene der Ringscheibe betrachtet im unbelasteten Zustand des Dichtungselementes ausgebogt. Nach Einsetzen auf die Welle greift die Dichtung, bzw. das ringförmige Dichtungselement in einer entsprechend gebogten oder wellenförmigen Weise an den Umfang der Welle an, d. h. die radial innere Kante des Dichtungselementes liegt in näher und ferner liegenden axialen Stellungen bezogen auf eine in Umfangsrichtung verlaufende Basislinie, wobei derartige Stellungen bestimmt werden durch die relativen Abmessungen von Welle und Dichtungselement und durch die Größe derAmplitude des wellenförmigen Verlaufs an dem unbelasteten Abdichtungselement. Die Abdichtung greift an der Welle mit einer Ecke der Innenkante des Abdichtungselementes an, d. h.
im Bereich einer Schnittkante der flachen Begrenzungsseite und der ausgebogten Innenkante, wobei jeder der ausgebogten Kantenabschnitte senkrecht zu dem benachbarten Abschnitt der flachen Seite der Dichtung verläuft. Die ausgebogte oder wellenförmige Fläche der Innenkante ist in einer Richtung orientiert der Art, daß das Fluid, gegenüber dem die Dichtung wirksam sein soll zurückgedrängt wird. Dies erfolgt unter variierenden Winkel in Bezug auf die Welle, so daß ein Abschabeffekt zusammen mit einer sehr wirksamen hydrodynamischen Pumpwirkung erzielt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsforin der Erfindung, wobei die obere Hälfte der Abdichtung in ihrer Gebrauchsstellung auf einerWelle und die untere Hälfte im anfänglichen unbelasteten Zustand wiedergegeben ist.
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 der Fig. 1, wobei ein Abschnitt in seiner Gebrauchs stellung gezeigt ist, bei dem das Dichtungselement einen vorbestimmten Durchmesser aufweist und Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 2 entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 1 und zwar an einem Abschnitt des Dichtungselementes mit einem anderen vorbestimmten Durchineser.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Abdichtung der vorliegenden Erfindung in der Gebrauchsstellung in Anlage an der Welle S. Die Abdichtung umfaßt ein Gehäuse aus relativ steifen oder starren Material, z. B. Metall. Dieses greift unter Klemmwirkung an dem Dichtelement 10 an. Vorzugsweise weist das Gehäuse ein inneres L-förmiges Glied 11 und ein äußeres L-iormiges Glied 12 auf.
Zwischen diesen ist der äußere Bereich des Abdichtungselementes 10 eingeschlossen. Eine ringfrmige Scheibe aus elastomeren nachgiebigen Material, die mit 13 bezeichnet ist, ist vorzugsweise in Flächenanlage mit dem Abdichtungselement 10 gemeinsam zwischen den Hälften des Gehäuses eingeklemmt, um eine begrenzte Nachgiebigkeit sicherzustellen und die Haltekraft der Klemmverbindung zu verbessern. Die Abdichtung wird dadurch gebildet, daß der elastomere Ring 13 und das Abdichtungselement in das äußere L-förmige Glied 12 eingelegt werden. Darauf wird das innere L-förmige Glied 11 eingebracht und dann das äußere L-förmige Element bei 14 nach innen verformt um das Gehäuse zusammenzuhalten. Die Abdichtung 10 besteht vorzugsweise aus Polytetraflouräthylen, obwohl auch andere Kunststoffe oder gummiartige Materialien für die besondere Anwendung geeignet sind. So kann beispielsweise auch Neopren verwendet werden.
Das Dichtungselement 10 ist in der unbelasteten Stellung in der unteren Hälfte der Fig. 1 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die innere Wand (15 in den Fig. 2 und 3) des Abdichtungselements 10 senkrecht zu den in axialer Richtung im Abstand liegenden flachen Begrenzungsflächen des Dichtungselementes angeordnet ist.
Diese Innenkante ist außerdem gebogt, wenn man senkrecht auf die Ebene des Abdichtungselementes schaut, d. h. in Blickrichtung der Fig. 1. Der gebogte Verlauf ist der Art, daß das unbelastete Abdichtungselement eine Öffnung mit einem maximalen Radius R1 und einem minimalen Raidus R2 aufweist. Der Radius nimmt in allgemein gleichförmiger Weise von dem minimalen Wert R2 bis auf den maximalen Wert R1 zu und zwar mehrere Male, wenn man der Dichtungskante in Umfangsrichtung folgt. Die Zahl der "Zyklenn, d. h. die Zahl der Wiederholungen, bei denen der Radius vom minimalen Wert zum maximalen Wert und zurück zum minimalen Wert sich ändert nimmt vorzugsweise mit der Zunahme der Gesamtabmessungen der Abdichtung zu. Vorzugsweise liegen ein bis zwei Zyklen pro 2,5 cm Dichtungsdurchmesser vor. In einer Dichtung von sehr kleinem Durchmesser, z. B. von 2,54 cm ist ein einzelner oder doppelter Zyklus ausreichend. Für größere Abdichtungen bis annähernd 25,5 cm genügen etwa zwischen 6 und 12 Zyklen, wobei diese Zahl bevorzugt wird.
Für den Verlauf der Innenkante können verschiedene geometrische Figuren verwendet werden. In einer nicht dargestellten bevorzugten Ausführungsform verläuft die Ausbogen sinusförmig, d. h.
der Radius ist durch die folgende Gleichung definiert: R = R0 + K x Sin (NQ) Darin bedeuten Ro der durchschnittliche Radius, K eine Konstan te bezüglich der Amplitude der abweichungen vom durchschnittlichen Radius, N die Anzahl der Ausbogungen oder Zyklen um die Abdichtungslippe und 0 die Winkelstellung entlang des Umfanges der Dichtung bezogen auf einen angenommenen Nullpunkt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, wie sie dargestellt ist, kann die Ausbogung dadurch erzeugt werden, daß kreisförmige Bogen mit einem Krümmungsmittelpunkt zwischen der Mitte der Dichtung und dem Abdichtungsabschnitt der Dichtung erzeugt werden. Dabei ist ein Radius R3 kleiner als der durchschnittliche Radius der Dichtung und vorzugsweise im Bereich von 7596 bis 9096 eines solchen durchschnittlichen Durchmessers.
Dabei wird zweckmäßigerweise der durchschnittliche Durchmesser als Mittelwert zwischen dem kleinsten und dem grdßten Durchmesser ermittelt, Es ist ersichtlich, daß die Amplitude der radialen Abweichungen der Dichtungslippe und der durchschnittliche Durchmesser der; Abdichtungslippe in Bezug auf den Durchmesser der Welle den Gebrauchswinkel zwischen der inneren Begrenzungskante 15 des Abdichtungselementes und der Welle S beeinflussen. Vorzugsweise verändert sich dieser Winkel von einem minimalen Wert alpha1 gemäß Fig. 2, der einem maximalen inneren Durchmesser des Abdichtungselementes 10 entspricht mit einem Wert zwischen etwa 45 und 800 bis zu einem maximalen Winkel alpha2, der gemäß Fig. 3 mit einem minimalen Innendurchmesser des Abdichtungselementes 10 verbunden ist, wobei dieser Winkel maximal 900 beträgt.
Das Abdichtungselement 10 wird dabei in axialer Richtung über einen minimalen Abstand A verschoben oder versetzt, der vorzugsweise wenigstens gleich dem radialen Spalt B zwischen dem radial innersten Teil der Gehäuseglieder und der Welle iltq Zusätzlich ist die Größe der Amplitude der Ausbogung oder des wellenförmigen Verlaufs der Innenkante 15 der Art, daß die axiale Stellung der Abdlchtunskinte zwischen der minimalen Versetzung A und einer maximalen Versetzung C gemäß Fig. 3 liegt, der etwa einem Wert entspricht zwischen etwa 0,75 und 3.o mm.
Es wurde festgestellt, daß eine Abdichtung nach der vorliegenden Erfindung außerordentlich einfach herzustellen ist und eine sehr wirksame hydrodynamische Pumpwirkung zeigt.

Claims

Ansprttche 1. Hydrodynamische Wellendichtung mit einem nachgiebigen Dichtungsabschnitt dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Dichtungsabschnitt aus einer ringförmigen Scheibe (10) aus elastomeren Material besteht, deren radial innere Begrenzungskante gebogt ist oder eine wellenförmig sich ändernde lichte Weite aufweist.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß die Scheibe (10) aus Polytetraflouräthylen besteht.
3. WellendShhtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß die innere Begrenzungskante durch mehrere Bogenabschnitte mit Radien kleiner als der mittlere Radius der Abdichtung und Krilmmungsmittelpunkten im Bereich zwischen der Mitte der Abdichtung und dem Dichtungselement (10) gebildet ist.
4.,Wellendichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c hn e t, daß der Krflmmungsradius der Kreisbogen zwischen etwa 75 und etwa 9096 des Innenradius des Dichtungselementes beträgt.
5. Wellendichtung nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 4 dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die ringförmige Scheibe (10) im entspannten Zustand eben ist und eine etwa senkrecht zu den beiden Begrenzungsflächen der Scheibe verlaufende Innenkante (15) aufweist und an ihrem radial äußeren Bereich durch ein ringförmiges Gehäuse eingeklemmt ist.