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Dichtungsring
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Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring zur Verhinderung des Flüssigkeitsdurchtritts
zwischen einer Gehäusewand und einer die Gehäusewand durchsetzenden umlaufenden
Welle.
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Solche allgemein bekannten Dichtungsringe können in verschiedenartigster
Form ausgebildet sein, je nach den an sie zu stellenden Erfordernissen.
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Häufige Verwendung zur Abdichtung einer eine Gehäusewand durchsetzenden
umlaufenden
Welle finden sog. Lippendichtungen. Diese, mindestens eine ringförmig ausgebildete
Lippe aufweisenden Dichtungsringe sind entweder auf der Welle und mit dieser umlaufend
angeordnet, wobei ihre Lippe an der abzudichtenden Gehäusewand kreisförmig aufliegt,
oder sie sind festin dem abzudichtenden Gehäuse angeordnet und liegen mit ihrer
Dichtungslippe auf der Oberfläche der umlaufenden Welle dichtend an.
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Solche Lippendichtungen weisen aber den Nachteil auf, daß sie nur
für Wellen mit geringen Umlaufgeschwindigkeiten, besonders glatten Oberflächen und
mit möglichst keinen Schwingungen verwendet werden können.
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insbesondere bei schnell laufenden Wellen mit entsprechenden Schwingungserscheinungen,
neigen solche bekannten Lippendichtungen dazu,von der abzudichtenden Welle zumindest
partiel abzuheben und nicht mehr zu dichten. Häufig wird versucht, die Dichtungslippe
durch Anordnung von zusätzlichen Federringen etc. stärker auf die abzudichtende
Fläche zu pressen. Hierdurch wird aber lediglich eine größere Reibung zwischen Lippendichtung
und umlaufender Dichtungsfläche erreicht und eine entsprechende beschleunigte Abnutzung
bewirkt.
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Bekannt sind auch sog. Labyrinthdichtungen, welche im Gegensatz zu
den vorstehend beschriebenen Lippendichtungen keinerlei Berührung mit einer abzudichtenden
Fläche voraussetzen. Gleiches gilt auch fiir sog. hydrodynamische Dichtungen .Beiden
Dichtungsarten ist jedoch
gemeinsam, daß sie bei Stillstand der
Welle, auf welcher sie anqeordnet sind, unwirksam werden und eine Leckage auftritt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dichtungsring aus elastischem
Material, insbesondere zur Abdichtung von zum Beispiel kurbelw@llen in Kraftfahrzeugmotoren
zu schaffen, welcher sowohl bei hohen Umdrehungszahlen als auch im Stillstand eine
einwandfreie Dichturlg zwischen Gehäusewand und der die Gehäusewand durchsetzenden
unlaufenden Welle bewirkt, wobei weiterhin erreicht werden soll da? der Dichtungsring
möglichst verschleißfrei arbeitet und in einfacher Weise zwischen die zu dichtenden
Bauteile einbaubar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Dichtunosring der eingarl
genannten Art unmittelbar zwischen Gehäusewand und Welle unter Belassung eines ausreichenden
Spiels axial unverschieblich und dichtend auf der umlaufenden Welle angeordnet ist,
daß der Dichtunsring auf seinem Außenumfang ein Gewinde mit einer mindestens der
Gehäusewanddicke entsprechenden axialen Länge aufweist und daß an einer der Stirnflächen
des Dichtungsringes eine radial über den Außenumfang des Dichtungsringes hinausstehende,
gegen die Gehäusewandfläche elastisch anliegende axiale Dichtungslippe ausqebildet
ist.
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Diese erfindungsgemäße Ausbildung des Dichtungsrinaes kombiniert die
Vorteile der bekannten Lippendichtungen einerseits mit den Vorteilen der bekannten
hydrodynamischen Dichtungen ariduersei s.
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Im Stillstand der Welle liegt die Lippendichtung gegen die abzudichtende
Gehäusewand an und ein Durchtritt des abzudichtenden
Mediums zwischen
Welle und Gehäusewand wird verhindert.
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Andererseits kann das abzudichtende Medium aber bei umlaufender Welle
selbst dann nicht zwischen dieser und der Gehäusewand durchtreten, wenn die Lippendichtung
vollständig von der Gehäusewand abhebt, da dann das hydrodynamisch wirkende Außerngewinde
suf dem Dichtungsring das abzudichtende Medium durch die Pumpwirkung zuriìckhält.
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Vorteilhaft ist das Gewinde auf dem Außenumfang des Dichtungsringes
je nach Drehrichtung der Welle so ausgebildet, daß das abzudichtende Medium in die
von der Dichtungslippe weqweisenden axialen Richtung gefördert wird.
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Diese Ausbildung des Dichtungsringes ist insbesondere dann vorteilhaft
einsetzbar, wenn die Dichtungslippe zum Beispiel auf der atmosphärenseitigen Stirnfläche
des Dichtungsringes bei der Kurbelwelle eines Verbrennunqsmotors angeordnet ist
und das Außengewinde des Dichtungsringes das abzudichtende Medium, z.B. Ul , in
den Kurbelwellen-Innenraum zurückpumpt. Dabei sind Lippendichtung und Außengewinde-so
aufeinander abgestimmt, daß, wenn bei einer bestimmten Umdrehungszahl die hydrodynamische
Wirkung des Außengewindes mindestens dem Innendruck des Kurbel gehäuses entspricht,
die Lippendichtung zumindest entlastet wird oder von der abzudichtenden Gehäusewand
abhebt und damit verschleißarm bzw. verschleißfrei bleibt
Vorteilhaft
ist die Dichtungslippe winkelig aus der Radialebene gegen die Gehäusewand geneigt.
Der Neigungswinkel ist abhängig von der Wahl des verwendeten Materials sowie den
Materialeiqenschaften und soll die optimale Abdichtung der Welle im Stillstand,
gleichzeitig aber auch das Abheben der Dichtungslippe bei bestimmter Drehzahl gewährleisten.
$ Erfindungsgemäß können auf der von der Gehäusewand abqekehrten Außenseite der
Dichtungslippe gleichmäßig über deren Umfang verteilt, Vorsprünge angeordnet sein.
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In weiterer erfindungsgemäßer Ausbildung weisen die- Vorsprünge iu
wesentlichen die Form eines Dreiecks auf, wobei deren Hypotenusenseite mit der Dichtunqslippe
verbunden ist und die Katheteriseiten einen rechten Winkel miteinander bilden und
radial nicht iiber die Dichtungslippe bzw. axial nicht über die Stirnfläche des
Dichtungsringes hinausragen.
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Die Anordnung solcher Vorsprünge bewirkt, daß der umlaufende Dichtungsring
einen radial nach außen gerichteten Luftstrom erzeugt, welcher bewirkt, daß die
in der Atmosphäre befindlichen Staubpartikel nicht in den, bei umlaufender Welle
offenen Dichtunqsspalt zwischen Dichtungslippe und Gehäusewand eindringen.
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Vorteilhaft können die Vorsprünqe auch nach Art eines Gebläses flügelartig
ausgebildet sein und mit ihren Außenkante sowohl
radial als auch
axial über die Dichtungslippe bzw. die Stirnfläche des Dichtungsringes hinausragen.
Je nach dem zur Verfliqung stehenden Raum an der zu dichtenden Stelle können die
Vorsprünge so ausgebildet sein, daß ihre Wirkung mehr oder weniger stark ausgebildet
ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Dichtunqsring
aus einem elastischen Material, insbesondere ein Kunststoffmaterial hergestellt.
Zweckmäßig ist in dem aus elastischem Kunststoffmaterial bestehenden Körper des
Dichtungsringes ein als hohl zylindrischer Rohrabschnitt ausgebildeter Versteifungsring
konzentrisch eingebettet. Diese Ausbildung des Dichtungsringes gewährleistet, daß
dieser bei großen Umdrehungszahlen formbeständiq bleibt und insbesondere nicht von
der Welle abhebt und undicht wird.
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Vorteilhaft ist der Versteifungsring annähernd mittig zwischen Innen-und
Außenfläche des Dichtungsrinqes angeordnet und tritt auf einer der Stirnseiten,
vorzugsweise auf der die Dic htungslippe aufweisenden Stirnseite frei aus dem elastischen
Körper heraus. Diese Anordnung des hohl zylindrisch ausgebildeten Versteifungsringes
gewährleistet, daß dieser vor Herstellung des aus elastischem Material bestehenden
Dichtungsringes innerhalb der Form so angeordnet werden kann, daß dieser bei dem
Formvorgang bzw. bei späteren Nachbearbeitungsvorgänqen stets konzentrisch innerhalb
des Körpers des Dichtungsringes angeordnet ist.
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Zur Erreichung einer optimalen Abdichtung zwischen Dichtungsring und
umlaufender Welle weist dieser auf seiner Innenfläche konzentrische Wulstringe auf,
welche dichtend gegen die Welle anliegen.
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Ein die Erfinuungnicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ist in den
Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 -einen Radialschnitt durch den zwischen Welle und
Gehäusewand eingebauten Dichtungsring und Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß Ausschnitt
II in Flug. 1.
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Auf einer,die Gehäusewand 1 eines Gehäuses 2, zum Beispiel eines Verbrennungsmotors
durchsetzenden umlaufenden Welle 3 ist zwischen dieser und der Gehäuswand ein Dichtungsring
4 anilcordncl.
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Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Radialschnitt weist der Dichtungsring
4 einen annähernd rechteckigen Querschnitt auf urid entspricht im wesentlichen einem
hohlzylinderischen Rohrabschnitt.
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Der Dichtungsring 4 besteht vorzugsweise aus einem elastischen Material
und enthält zur Erhöhung der Formstabilität und Versteifung einen Versteifungsring
5. Dieser Versteifungsring 5 entspricht ebenfalls einem hohlzylinderischer Rohr
abschnitt mit geringerer Wanddicke als der Dichtungsring 4 selbst und istkonzentrisch
annähernd mittig in dem Dichtungsring 4 argeordnet. Der Versteifungsring 5 schneidet
mitseineratmosphän-'nseitigen Stirnfläche 6 mit der Stirnfläche 7 des Dichtungsringes
4 bündig ab.
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Auf der dem Innenraum i zugewandten Seite endet der Versteilngs-
ring
5 vor der Stirnfläche 8 des Dichtungsringes 4, so daß zwischen dem inneren und dem
äußeren Teil des Dichtungsringes 4 ein materialgleicher stegähnlicher Ringteil 9
bestehen bleibt.
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Auf seiner Innenfläche 10 weist der Dichtungsring 4 konzentrisch angeordnete
Wulstringe 11 auf, welche dichtend auf der Welle 3 aufliegen.
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Aus produktionstechnischen Gründen sind an dem Dichtungsring 4 Ausnehmungen
12 und 13 vorgesehen, welche jedoch hinsichtlich der Funktionsfähigkeit des Dichtungsringes
keinerlei Auswirkungen haben.
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Auf seiner)Außenfläche 14 weist der Dichtungsring 4 ein Außengewinde
15 auf, welches in einem Schnitt II in Fig. 2 detailliert dargestellt ist. Dieses
Außengewinde 15 ist in Abhänigkeit von der vorgegebenen Umdrehungsrichtung der Welle
3 vorzugsweise so ausgebildet, daß das sich zwischen Außengewinde 15 und Gehäusewand
1 in dem Spalt 16 befindliche Medium in den Innenraum i gefördert wird, sobald sich
die Welle 3 mit dem Dichtungsring 4 dreht.
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An seiner von der atmosphärenseitigen Stirnfläche 7 und der Außenfläche
14 -gebildeten Kante weist der Dichtungsring 4 eine Dichtungslippe 17 auf, welche
radial nach außen über die Außenfläche 14 hinausragt und unter einem bestimmten
Winkel, von der Radialebene gegen die Gehäusewandfläche 18 des Gehäuses 2 geneigt
ist und daran anliegt. Der Dichtungsring 4 wird soweit in Richtung
des
Innenraumes i auf die Welle 3 aufgeschoben, daß die Dichtunqslippe 17 mit einem
bestimmten Druck gegen die Gehäusewandfläche 18 zur Anlage kommt.
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Diese Dichtungslippe 17 übernimmt während des Stillstandes der Welle
3 und auch noch während der niedrigen Umdrehungszahlen die Abdichtung zwischen Innenraum
i und atmosphärenseitige.ii Paunr a.
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Bei größer werdenden Umdrehungszahlen der Welle 3 heb sich jedoch
die Dichtungslippe 17 aufgrund von Fliehkraftwirkungen von der Gehäusewandfläche
18 ab und die Dichtung zwischen Gehäusewand 1 und welle 3 wird nunmehr vollständig
von dem hydrodynamisch wirkenden Außengewinde 15 übernommen..
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel des Dichtungsringes
weist die Dichtungslippe 17 außerdem über deren Außenfläche 19 mit Abstand nacheinander
angeordnete Vorsprung 20 auf, welche, irl einem Radialschnitt gesehen, die Form
eines Dreiecks haben, welches mit der Hypotenusenseite an der Außenfläche 19 der
Dichtungslippe anliegt und dessen Kathetenseiten 21 und 22 rechtwinklig aufeinander
stehen. Jedoch können diese Vorsprünge 20 auch flächenmäßig größer ausgebildet sein
und radial über die Dichtungslippe 17 und axial über die Stirnfläche 7 des Dichtungsringes
4 hinausstehen.
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Diese Vorsprünge 20 bilden bei umlaufender Welle 3 einen radial nach
außen qerichteten Luftstrom, der bewirkt, daß Stauhpartikel etc., welche in dem
qasförmigen Medium auf der Aufreil
seite a enthalten sein können,
nicht zwischen Dichtungslippe 17 und Gehäusewandfläche 18 bzw. in den Spalt 16 und
damit in den Innenraum i gelangen können.
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