DE2949838A1

DE2949838A1 - Verfahren zur herstellung eines wellendichtringes

Info

Publication number: DE2949838A1
Application number: DE19792949838
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Dr. Ernst Moritz von 6940 Weinheim Arndt; Helmut Dipl.-Ing. Hölzer
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1981-06-19
Also published as: GB2066388B; SE440391B; IT8050189A0; ES265071U; JPS6134024B2; FR2471530B1; SE8007343L; ES265071Y; BR8007793A; FR2471530A1; IT1146064B; GB2066388A; US4298203A; DE2949838C2; JPS5718862A; ATA602780A; MX153230A; AT378830B

Description

Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, Weinheim/Bergstraße

Verfahren zur Herstellung eines Wellendichtringes

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring, bestehend aus einem Versteifungsring, der einen umlaufenden Vorsprung in Richtung des abgedichteten Mediums aufweist sowie aus einem Lippenring aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff, der mit einer stirnseitigen Aussparung auf den an ihr Profil angepassten Vorsprung aufgeschoben ist.

Ein solcher Wellendichtring ist aus DE-GM 74 41 828 bekannt. Sowohl das Profil des Versteifungsringes als auch das Profil des Lippenringes zeichnen sich durch eine besondere Kompliziertheit aus, was insgesamt die Herstell kosten in unerwünschter Weise vergrößert. Außerdem können sich bereits aus geringfügigen Maßabweichungen der beiden Teile im Bereich der aneinander grenzenden Paßflächen Ungenauigkeiten beim Zusammenbau ergeben, die zu einer Veränderung der An/preßkräfte der Dichtlippe an die Oberfläche der abgedichteten Welle führen. Regulär tritt dadurch eine Beeinträchtigung der Abdichtwirkung ein, was unerwünscht ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellendichtring der vorstehend angesprochenen Art derart weiter zu entwickeln, daß bei einer einfachen Herstellbarkeit eine wesentlich verbesserte Abdichtwirkung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Wellendichtring der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Lippenring B die Gestalt eines Hohl Zylinders aufweist, mit einem an den Außendurchmesser der abgedichteten Welle 6 angepassten Innendurchmesser, daß das Verhältnis zwischen der Tiefe X, der Nut 5 und der Länge X2 des Lippenringes B bis zu der Dichtlippe maximal 0,6 beträgt, und daß der mittlere Durchmesser C, des Vorsprunges 3 größer ist als der mittlere Durchmesser C~ der Nut 5.

Der Versteifungsring A des erfindungsgemäßen Wellendichtringes besteht regulär aus Stahlblech und er wird durch Ausstanzen und einen anschließenden Tiefziehvorgang erzeugt. Die Verwendung von Kunsstoffen zu seiner Herstellung unter Anwendung geeigneter Herstellverfahren ist möglich, wenn die Einbaubedingungen und die Belastungen während des normalen Gebrauchs exakt bekannt sind. Häufig istdas jedoch nicht der Fall, und es wird dann der Verwendung von Verstärkungsringen aus metallischen Werkstoffen der Vorzug gegeben, weil diese bei einer größeren mechanischen Widerstandsfähigkeit frei sind von Relaxationserscheinungen, wodurch langfristig eine gleichbleibende Anpreßkraft des Außendurchmesser 2 an den Innendurchmesser der aufnehmenden Bohrung des abgedichteten Maschinenqehäuses gewährleistet ist. Eine gleichbleibend hohe Anspressung der beiden aufeinanderllegenden Flächen in diesem Bereich ist notwendig, weil sich nur dadurch neben der erforderlichen statischen Abdichtwirkung eine gleichbleibende gegenseitige Zuordnung

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auch beim Einleiten von Schwingungen gewährleisten läßt.

Der Versteifungsring A weist ein in axialer Richtung einseitig geöffnetes, U-förmiges Profil auf, wobei die einander gegenüberliegenden Flächen des den Innendurchmesser bildenden Vorsprunges untereinander einen Kegelwinkel W, einschließen. Die vorderste Kante des Vorsprunges erhebt sich um das Maß X~ über die zugehörige Innenfläche des Versteifungsringes A.

Unter dem mittleren Durchmesser C, wird der Abstand der Schwerpunkte zweier aneinder gegenüberliegender Profil flächen des Vorsprunges verstanden, wobei jede Profilfläche begrenzt ist durch die Innen- und die Außenfläche des Vorsprunges 3 sowie durch den Flächenbereich innerhalb der axialen Länge X₃ des Vorsprunges.

Der Lippenring B des erfindungsgemäßen Wellendichtringes besteht aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff, vorzugsweise auf Basis natürlichen oder künstlichen Kautschuks. Er wird hergestellt durch Extrusion eines Schlauches, von dem im Anschluß an die Vulkanisation Einzelstücke entsprechend der Länge und Gestalt des Lippenringes abgestochen werden. Zu verstehen ist hierunter das Ablängen des Schlauches auf einer Drehmaschine, wodurch eine absolut rotationssymmetrische Gestalt in jedem Falle gewährleistet ist. Wichtig ist außerdem, daß lediglich eine Bearbeitung der beiden Stirnflächen der einzelnen Lippenringe vorgenommen wird. Die in Bezug auf das Verschleißverhalten wichtige Vulkanisationshaut insbesondere im Bereich des Innendurchmessers D bleibt hierdurch unbeschädigt.

Die Anwendung eines Extrusionsverfahrens für die Herstellung des verwendeten Rohlingesführt zu einer wesentlichen Vergleichmäßigung der Molekularstruktur des Werkstoffes des fertigen

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Teiles. Bisher wurden entsprechende Werkstücke unter Anwendung von Preß- oder Spritzgießverfahren in Hohlformen hergestellt. Dabei waren aber die Fließvorgänge innerhalb der Form schwierig zu beherrschen, mit dem Ergebnis, daß Unregelmäßigkeiten in der Molekularstruktur und damit in den niechanischen Eigenschaften in Kauf genommen werden mußten-Werkstücke für eine hoherwertige Anwendung mußten aus diesem Grunde regelmäßig einer Einzelprüfung unterzogen werden. Das Verfahren zur Herstellung des erfindung§gemäß verwendeten Lippenringes gewährleistet dagegen eine vollständige Homogenität der Molekularstruktur aller Einzelbereiche des Lippenringes und dadurch ausgeglichene mechanische Eigenschaften sowie eine vollkommene Kontinuität hinsichtlich der Eigenschaften und Abmessungen nacheinander gefertigter Lippenringe. Das Verfahren ermöglicht damit bevorzugt die Herstellung hochwertiger WeIlendichtringe in der Großserie.

Das Hauptanv/endungsgebiet des erf indungsger.iäßen Well endichtringes bezieht sich auf die Abdichtung von Flüssigkeiten, Gasen oder Feststoffen im Bereich von Wellendurchführungen. Der ideale Winkel, den die die Dichtlippe begrenzenden Flankenflächen mit der Oberfläche der abgedichteten Welle einnehmen, wird durch gegenseitige Abstimmung der Lage und des Winkels der Nut 5 auf die Lage und den Winkel des Vorsprunges 3 der Versteifungsringes sowie durch entsprechende Anschrägung der Stirnflächen 15/16 erhalten. Das Anschrägen der Flächen 15/16 wird zweckmäßigerweise in einem einzigen Arbeitsgang mit dem Abstechen des Lippenringes von dem schlauchförmigen Rohling zusammengefasst.

Die umlaufende Nut 5 besitzt eine Breite, die im wesentlichen der Breite des Vorsprunges 3 entspricht. Ihre Tiefe X kann geringfügi tiefer sein als das Maß X- des Versteifungsringes. Der kleinste

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Durchmesser der Nut 5 ist in jedem Falle kleiner als der kleinste Durchmesser des Vorsprunges 3, wodurch sich während des Zusammenfügens der beiden Teile eine Aufweitung des Lippenringes im Bereich des Nutgrundes ergibt und dadurch ein Abheben von der Wellenoberfläche unter Ausbildung eines von den beiden Dichtlippen 7/8 begrenzten Hohlraumes 9. Der Innendurchmesser beider Dichtlippen entspricht nach dem Zusammenfügen der Teile A und B im wesentlichen dem Innendurchmesser D des Schlauches. Die beiden Dichtlipppen liegen mit einer dementsprechenden elastischen Vorspannung auf der Oberfläche der abgedichteten Welle 6 auf, wobei sich die Anpreßkraft aus der vorgenommenen Anpassung des Wellendurchmessers an das Maß D ergibt. Die im einzelnen optimale Abstimmung muß in Versuchen ermittelt werden. Es kann jedoch generell gesagt werden, daß eine weitgehende Identität zwischen dem Maß D und dem Durchmesser des Welle 6 bereits eine günstige Einstellung beinhaltet.

Bei einer günstigen Auslegung ist es im allgemeinen nicht erforderlich die Anpreßkraft der Dichtlippen durch das Auflegen von Ringwendelfedern oder ähnlichen Andrü'ckelementen zu vergrößern. Die Dichtlippen des erfindungsgemäßen Wellendichtringes vermögen dadurch den Schwingungen der abgedichteten Welle besser zu folgen, wodurch auch unter ungünstigen Bedingungen eine gute Abdichtwirkung erreicht wird. Diese gute Beweglichkeit wird maßgeblich dadurch beeinflußt, daß das Verhältnis aus der Tiefe X, der Nut 5 des Lippenringes und seiner Länge X~ bis zur Dichtlippe 7 maximal 0,6 beträgt. Noch vorteilhafter ist es, wenn das Verhältnis maximal 0,5 beträgt, mit der Maßgabe, daß die Nut in jedem Falle wenigstens so tief ausgebildet ist, daß der Vorsprung 3 des Versteifungsringes vollständig aufgenommen wird.

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Der Vorsprung 3 des Versteifungsringes ist in seinem vorderen Teil unter einem ersten Winkel W kegelig verjüngt, die Nut im Bereich des Nutgrundes unter einem zweiten Winkel IL . Beide Winkel können untereinander identisch sein, es hat sich aber als zweckmäßiger erwiesen, wenn der erste Winkel Wj größer ist als der zweite Winkel W~, und zwar maximal um das Doppelte. Die Nut des Lippenringes ist vorzugsweise in dem äußeren Drittel seiner Wandstärke enthalten. Ihre genaue Lage wird durch den mittleren Durchmesser C~ bestimmt und dieser entspricht dem gegenseitigen Abstand der Schwerpunkte zwei einander gegenüberliegender Profil flächen der Nut. Der außerhalb von der Nut liegende Teil des Lippenringes ist relativ dünnwandig und nach der relativ scharfen Abknickung dieses Teiles während des Zusammenbaues mit dem Versteifungsring ergibt sich eine sehr flexible Verbindung zwischen beiden Teilen. Günstige Ergebnisse wurden erzielt mit Winkeln W, in der Größenordnung von 40 bis 48 Grad, vorzugsweise von 44 Grad sowie mit zweiten Winkeln W~ in der Größenordnung von 20 bis 28 Grad, vorzugsweise von 24 Grad.

Das Verhältnis aus dem mittleren Durchmesser C^ der Nut 5 und dem mittleren Durchmesser C, des Vorsprunges 3 soll mindestens 0,9 betragen, vorzugsweise mindestens 0,95. In jedem Falle bestimmt das Verhältnis maßgeblich den Anstellwinkel der Dichtlippe gegenüber der abzudichtenden Welle. In Abhängigkeit von dem spezifischen Eigenschaften des abgedichteten Mediums können sich Abweichungen von den beanspruchten Werten ergeben. Die bisherigen Versuche machten diesbezüglich jedoch keine Änderungen notwendig, was angesichts der bisher gebräuchlichen Vielfalt von Anstellwinkeln zur Abdichtung unterschiedlicher Medien nicht zu erwarten gewesen ist.

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Für den Zusammenbau des Versteifungsringes A mit dem Lippenring B muß der letztere insbesondere in seinen Bereichen außerhalb der Nut und im Bereich des Nutgrundes in radialer Richtung elastisch aufgeweitet werden, was zweckmäßigerweise unter zu Hilfenahme einer Presse geschieht. Um nach der anschließenden Entlastung zu verhindern, daß der Lippenring von der Oberfläche des kegelig nach vorn verjüngten Vorsprunges 3 abgleitet, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn dieser auf dem Außenumfang eine oder mehrere konzentrisch umlaufende Hinterschneidungen aufweist. Eine weitere Verbesserung läßt sich erzielen, wenn die Nut den Hinterschneidungen 11 zugeodnete Wülste 12 mit einem entsprechend angepassten Profil aufweist. Die Wülste schnappen dann beim Zusammenpressen der Teile in die Hinterschneidungen 11 ein, und bewirken durch ihre elastische Anpreisung gegen deren Grund eine hochgradige Abdichtung und gute Verankerung.

Nach einem anderen Vorschlag ist es vorgesehen, den Vorsprung 3 auf der Außenseite mit der darauf aufliegenden Seitenfläche der Nut 5 zu verkleben. In Frage kommen hierfür insbesondere chemisch vernetzbare Kleber, deren Aushärtung durch eine Erwärmung beschleunigt werden kann .Der Kleber wird bevorzugt auf die Oberfläche des Vorsprunges des Versteifungsringes aufgetragen und vor dem Zusammenfügen mit dem Lippenring in den chemisch vorvernetzten B-Zustand überführt. Die Teile können dann sauber zusammengefügt und in einer Heizpresse unter vollständiger Aushärtung des Klebers dauerhaft verbunden werden.

Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnung nochmals näher erläutert;

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Figur 1 zeigt ein Versteifungsring aus Metall in längsgeschnittener Darstellung.

Figur 2 zeigt einen Lippenring in längsgeschnittener Darstellung in der Form, wie er nach dem Abstechen von dem vorextrudierten SchlauchstUck vorliegt.

Figur 3 zeigt die beiden Teile nach ihrer gegenseitigen Verklebung in längsgeschnittener Darstellung und unter Einbeziehung der abgedichteten Welle.

Figur 4 verdeutlicht in halbgeschnittener Darstellung eine Möglichkeit zur gegenseitigen Verknüpfung der beiden Teile.

Die Zeichnung gibt beispielhafte Ausführungen eines Wellendichtringes gemäß der vorliegenden Erfindung wieder ohne daß hierdurch eine Beschränkung beabsichtigt ist. Gegenständliche Variationen in Hinblick auf die Abdichtung von Stancjendurchführungen unter Berücksichtigung des diesbezüglich vorliegenden Standes der Technik sind ohne weiteres und ohne erfinderisches Hinzutun möglich.

In Figur 1 ist ein Versteifungsring A aus tiefgezogenem Stahlblech wiedergegeben. Der Werkstoff entspricht einer gebräuchlichen Qualität. Das Blech hat eine Dicke von 0,8 mm.

Der Versteifungsring ist nach der rechten Seite U-förmig geöffnet, und der Außenumfang ist auf ein exaktes Paßmaß abgeschliffen, so daß nach dem Einpressen in eine aufnehmende Gehäusebohrung ein flüssigkeitsdichter Preßsitz erreicht wird.

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Der sich im Bereich des Innenumfanges in axialer Richtung erstreckende Vorsprung ist dem vorderen Teil kegelig verjüngt, wobei die einander gegenüberliegenden Profilflächen zusammen einen Winkel W. von 44 Grad einschließen. Der kleinste Durchmesser beträgt 47,4 mm bei einer Ausführung zur Abdichtung einer Welle mit einem Außendurchmesser von 43 mm. Das Maß X, beträgt 3,8 mm.

In Figur 2 ist der zugehörige Lippenring wiedergegeben. Dieser wurde erzeugt durch stirnseitiges Abschneiden rotationssymmetrischer Teilstücke an einem vorextrudierten und ausvulkanisierten Schlauch. Der verwendete Werkstoff war ein Acrylnitril butadien Kautschuk mit einer Shore-Härte von 75 ShoreA. Die in die linke Stirnfläche eingedrehte Nut hatte einen größten Durchmesser von 49 mm. Die einander gegenüberliegenden Flächen des Profils erstreckten sich zueinander unter einem Winkel von 24 Grad. Das Maß X, betrug 5 mm bei einem Maß X~ von 10 mm. Der Lippenring hatte einen Außendurchmesser von 51 mm, einen Innendurchmesser von 43 mm sowie eine Gesamtlänge von 11 mm.

Der Versteifungsring A und der Lippenring B wurden anschließend im Bereich der gegenseitigen Kontaktflächen 10 entsprechend der Darstellung in Figur 3 untereinander verklebt. Dabei ergab sich neben einerdauerhaftenVerbindung beider Teile die schematisch dargestellte Deformation des Lippenringes. Die im Bereich der beidseitigen Stirnseiten des Lippenringes angeordneten Dichtlippen legten sich elastisch an die Oberfläche der abgedichteten Welle 6 mit einem Außendurchmesser von 43 mm an, wobei es zur Ausbildung eines Hohlraumes 9 im Bereich zwischen den beiden Dichtlippen kam. Mehrere Lauftests bestätigten unter praxisüblichen

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Bedingungen eine ausgezeichnete Abdichtwirkung.

In Figur 4 ist eine alternative Ausführung wiedergegeben, wobei das einzige Unterscheidungsmerkmal darauf Bezug nimmt, daß der kegelig nach vorn verjüngte Vorsprung des Versteifungsringes eine Hinterschneidung 11 aufweist, in die der Lippenring 12 mit einem entsprechend angepassten Wulst nach dem Zusammenfügen einschnappt. Eine entsprechende Montage beider Teile gewährleistet eine ausreichende Abdichtung bis zu einem Druck von 0,6 bar. Eine entsprechende Ausführung genügt damit für die meisten praktisch vorkommenden Anwendungsfälle.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. !Wellendichtung, bestehend aus einem Versteifungsring, der

einen umlaufenden Vorsprung in Richtung des abgedichteten Mediums aufweist sowie aus einem Lippenring aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff, der mit einer stirnseitigen Aussparung auf den an ihr Profil angepassten Vorsprung aufgeschoben und verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lippenring (B) die Gestalt eines Hohlzylinders aufweist mit einem an den Außendurchmesser der abgedichteten Welle (6) angepassten Innendurchmesser, daß das Verhältnis der Tiefe (χ,) der Nut (5) und der Länge (X₂) des Lippenringes (B) bis zu der Dichtlippe (7) maximal 0,6 beträgt und daß der mittlere Durchmesser (C,) des Vorsprunges (3) größer ist als der mittlere Durchmesser (C_?) der Nut (5).

2. WeIlendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Tiefe (X,) der Nut und der Länge des Hohlzylinders (X₂) bis zu der Dichtlippe (7) maximal 0,5 beträgt.

3. Wellendichtung nach Anspruch 1 his 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (3) im vorderen Teil unter einen ersten Winkel (W,) kegelig verjüngt ist.

4. Wellendichtring nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (5) im Bereich des Nutgrundes unter einem zweiten Winkel (W₂) kegelig verjüngt ist.

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5. Wellendichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel (W,) größer ist als der zweite Winkel (Wp).

6. Wellendichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel (W,) maximal doppelt so groß ist wie der zweite Winkel (VJ₂).

7. Wellendichtring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkel (Wi) 40 bis 48 Grad beträgt bei einem zweiten Winkel (W₂) von 20 bis 28 Grad.

8. Wellendichtring nach Anspruch'1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus dem mittleren Durchmesser (Cp) der Nut (5) und dem mittleren Durchmesser (C,) des Vorsprunges (3) mindestens 0,9 beträgt, vorzugsweise mindestens 0,95.

9. Wellendichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß das Maß der Tiefe (X₁) der Nut (5) größer ist als das Maß der Länge (X^) des Vorsprunges (3).

10. Wellendichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (3) auf dem Außenumfang eine oder mehrere, konzentrisch umlaufende Hinterschneidungen (11) aufweist.

11. Wellendichtring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (5) den Hinterschneidungen (11) zugeordnete Wülste (12) mit entsprechend angepasstem Profil aufweist.

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12. WeIlendichtring nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (3) auf der Außenseite mit der darauf aufliegenden Seitenfläche der Nut (5) verklebt ist.

13. Wellendichtring nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (3) in seinem rückwärtigen Teil einen umlaufenden, radial nach innen vorspringenden Steg (14) aufweist.

14. Wellendichtring nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lippenring (B) entgegengesetzt von der Dichtlippe (7) begrenzende Innenkante -als Staublippe (8) ausgebildet ist.

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