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Lippendichtungsring.
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Die Erfindung betrifft einen Lippendichtungsring für rotierende Maschinenteile,
wie insbesondere Kühlwasserpumpen, mit einer an einem meist winkelfdrmigen Dichtungsgehäuse
aufgehängten, in Richtung auf das abzudichtende Medium weisenden, elastischen Dichtlippe,
welche an einem ebenfalls im Querschnitt meist winkelförmigen, konzentrisch zum
Dichtungsgehäuse angeordneten Laufring dichtend anliegt, dessen Radialschenkel axial
vor der Dichtlippe ( mediumsseitig ) angeordnet ist und in Richtung des Dichtungsgehäuses
weist.
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Durch die US - PS 3 179 424 ist bereits ein Lippendichtungsring bekannt,
der ein Versteifungsteil aufweist, an welchem eine dem Medium zugewandte Hauptdichtlippe
und mehrere Schmutzlippen elastisch aufgehängt sind. Sowohl die Haupt w als auch
die Schmutzlippen liegen am Axialschenkel eines winkelförmigen Laufringes an. Der
versteifte Lippendichtungsring und der Laufring werden von einem weiteren, ebenfalls
winkelförmigen Dichtungsgehäuse derart umgeben, daß eine Einbaueinheit gebildet
wird. Der abgebogene Schenkel des Laufringes ist radial gegen das Dichtungsgehäuse
gerichtet, während der abgebogene Schenkel des Dichtungsgehäuses in entgegengesetzte
radiale Richtung weist. Axial zwischen den beiden Radialschenkeln wird somit ein
Labyrinthspalt gebildet, wobei der Radialschenkel des Laufringes im Einbauzustand
an der einen Stirnfläche des Elastomerkörpers, aus welchem die Dichtlippen gebildet
sind, anliegt und somit eine weitere Dichtstelle entsteht. Nachteilig ist neben
dem relativ umständlichen Aufbau der Dichtung und den vielen benötigten Teilen zu
sehen, daß die Dichtung axial an beiden Seiten übersteht und somit ziem-
licti
schwierig zu montieren ist, und daß durch die zusätzliche Dichtstelle im Anfahrzustand
der Dichtung durch die auftretende Reibung sich Gummi lösen und die eigentliche
Dichtfunktion der Hauptdichtlippe beeinträchtigen kann.
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Weiterhin ist durch die DE - PS 25 00 099 ein Lippendichtungsring
bekannt, der mit einem Laufring formschlüssig verbunden ist, um den Laufring gegen
axiales Verschieben zu sichern. Nachteilig ist auch hier zu sehen, daß sich der
angestrebte Labyrinthspalt zwischen Laufring und'der Verlängerung des Dichtungsgehäuses
beim Aufpressen der Dichtungseinheit auf die Welle nicht immer einstellt und somit
in der Anlaufphase der Dichtung mit erhöhter Reibung in diesem Bereich zu rechnen
ist, die sich ebenso auswirkt, wie schon vorab bei der US - PS 3 179 424 angesprochen.
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Der Erfindung lieae nunmehr die Aufgabe zugrunde, Lippendichtungsringe
de« angesprochenen Art auf einfache Weise konstruktiv so zu verändern, daß zum einen
die axiale Bauhöhe reduziert und somit der Anwendungsbereich vergrößert wird, und
zum anderen sicherzustellen, daß sich der gewünschte Labyrinthspalt zwischen Laufring
und Dichtungsgehäuse mit der Montage der Dichtung einstellt und auch während des
Betriebszustandes der Dichtung erhalten bleibt.
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Des weiteren soll sichergestellt erde, daß sich die Dichtlippe bei
Druckbelastung nicht öffnet und somit das Funktionsverhalten aufrechterhalten bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine vom Radialschenkel
des Laufringes und / oder vom Axialscher,:e des Dichtungsgehäuses ausgehende, unter
Druckbelastung am anderen Laufpartner anlegbare, membranartige, elastische
Verlängerung.
Diese Membran weist den Vorteil auf, daß sie bei auftretendem Druck im abzudichtenden
Medium schließt, d. h. sie legt sich an der korrespondierenden Gegenfläche an und
verhindert somit, daß das unter Druck stehende Medium die Dichtlippe abhebt und
gegebenenfalls sogar beschädigt.
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Der bevorzugte Anwendungsfall ist in Systemen zu sehen, die im Betriebszustand
mit Unterdruck und im Stillstand mit Oberdruck arbeiten, wie z. B. Kühlwasserpumpen
für Kraftfahrzeuge. Die Betriebszustände liegen etwa bei 0,5 bar Unterdruck und
bei etwa 2 bis 2,5 bar Oberdruck. Die Abdichtung erfolgte bisher in der Regel durch
relativ kostspielige Gleitringdichtungen. Die Anwendung von Radialwellendichtringen
scheiterte bisher an den extremen, oben genannten Bedingungen, zu denen auch noch
die relativ hohen Temperaturen ( ca. 100 bis 1200C ) und das im Medium vorgesehene
Frostschutzmittel eine negative Wirkung auf die Dichtlippe ausüben. Als weiterhin
nachteilig für bisher verwendete Radialwellendichtringe ist der vom Guß des Motorblockes
her sich in unzugänglichen Ecken festsetzende Fornsand anzusehen. Bei Inbetriebnahme
des Systems wird dieser dann nach und nach gelöst und gelangt u. a. auch an die
Dichtlippe, die auf diese Art relativ schnell zerstört wird. Mit dem vorgeschlagenen
Lippendichtungsring werden die angeführten Nachteile auf einfache und kostengünstige
Weise gelöst.
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Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß weist die membranartige
Verlängerung des Laufringes und / oder des Dichtungsgehäuses derart in Richtung
des anderen Laufpartners, daß unter Bildung eines Labyrinthspaltes im Be-
triebszustand
( Unterdruck ) der Dichtung eine Formschlußverbindung zwischen Dichtungsgehäuse
und Laufring entsteht.
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Diese Formschlußverbindung hat natürlich nicht nur im Betriebszustand
Vorteile, vielmehr wird durch sie ermöglicht, eine Einbaueinheit zu bilden, die
gegenüber dem Stand der Technik ( insbesondere DE - PS 25 00 099 ) den Vorteil aufweist,
daß der Labyrinthspalt sowohl bei der Montage der Einheit durch in einer radialen
Ebene angeordnete Radialschenkel als auch im Einbauzustand erhalten bleibt und somit
beim Anfahren der Dichtung mit keinem Gummiabrieb infolge Berührung der Elastomerteile
zu rechnen ist.
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Um eine optimale Abdicht - oder Schließwirkung der Membran bei Druckbeaufschlagung
zu erhalten, ist diese, im Querschnitt gesehen, in Richtung auf den korrespondierenden
Laufpartner sich verjüngend ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß das System je
nach Anwendungsfall und je nach Auslegung optimal ieder Druckschwankung gerecht
werden kann.
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Vorzugsweise ist dichtlippenseitig am Axialschenkel des Dichtungsgehäuses
ein radial vom Radialschenkel des Laufringes weg weisender Schenkel angeformt, wobei
beide Schenkel, radial nach außen abgebogen, in einer radialen Ebene angeordnet
und im äußeren stie--eitigen Bereich ( mediumsseitig ) mit einer gleich dicken Elastomerauflage
versehen sind. Damit ist der Vorteil verbunden, daß zum Einpressen der Dichtung
in das Gehäuse und / oder auf die Welle ein Werkzeug mit einer geraden Anschlagfläche
Verwendung finden kann, damit beide Teile im Einbauzustand richtig zueinander positioniert
sind.
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Des weiteren wird ermöglicht, daß bei beidseitiger Elasto-
merauflage
der Stirnflächen die dem Medium zugewandten Stirnflächen eine für die Gasprüfung
dichte Anlage erlauben und im Betrieb den Angriff von Korrosion verhindern.
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Zur Erhöhung der Dichtwirkung des Labyrinthspaltes während des Betriebszustandes
wird vorgeschlagen, die Elastomerauflage im äußeren stirnseitigen Bereich eines
oder beider Radialschenkel mit einer umlaufenden Nut zu versehen, in welcher hydrodynamisch
wirkende Rückförderelemente in Form von geraden oder leicht gebogenen Rippen angeordnet
sind.
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Durch diese Rippen ist eine Schleuderwirkung in Richtung des abzudichtenden
Mediums sichergestellt, welche die Schließwirkung der Membran noch unterstützt.
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Weiterhin vorteilhaft ist zu sehen, daß die axiale Länge des Laufringes
gleich oder kleiner ist als die axiale Länge des funktionsbedingten Dichtungsgehäuses.
Auf diese Weise wird der Anwendungsbereich der vorgeschlagenen Dichtung vergrößert,
da hier eine kompakte Einheit vorliegt.
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Durch die vorgeschlagene Ausbildung des erfindungsgemäßen Lippendichtungsringes
wird die Dichtlippe für den Transport gegen Beschädigung und Schmutzeinwirkung weitestgehend
geschützt. Damit die Lippe auch im Betriebszustand über ihre gesamte Lebensdauer
ausreichend geschmiert wird, ist der von der Dichtlippe und der Membran begrenzte
Raum zwischen Dichtungsgehäuse und Laufring mit einer Fettfüllung versehen. Durch
sie soll ebenfalls verhindert werden, daß gegebenenfalls aggressives Medium zur
Dichtlippe gelangen und diese vorzeitig beschädigen kann.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird wie
folgt
beschrieben: Figuren 1 bis 3 unterschiedliche Ausbildungsvarianten einer Lippendichtung
Die in Figur 1 abgebildete Lippendichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem im
Querschnitt winkelförmigen Dichtungsgehäuse 2, an welchem eine elastische Dichtlippe
3 aufgehängt ist, des weiteren aus einem ebenfalls winkelförmigen Laufring 4. Am
Axialschenkel 5 des Dichtungsgehäuses 2 ist ein radial nach außen abgebogener Schenkel
6 angeordnet, der als Anschlagfläche am korrespondierenden Maschinenteil dient.
Axial - 5 und Radialschenkel 6 sind sowohl im Bereich ihrer Stirnflächen 7,8 als
auch im Bereich ihrer Umfangsflächen 9,10 mit einer Elastomerschicht 11 überzogen.
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Die äußere Umfangsfläche 12 der Elastomerschicht 11 ist wellenförmig
profils c ausgebildet und gleicht somit nicht eingehaltene Einb jtoleranzen z. B.
des Gehäuses 13 aus.
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Der Laufring 4, der vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, ist
radial in Richtung auf das Dichtungsgehäuse 2 abgewinkelt 14, derart, daß sowohl
der Radialschenkel 6 des Dichtungsgehäuses 2 als auch der Qadialschenkel 14 des
Laufringes 4 in einer radialen Ebene angeordnet sind. Der Laufring 4 ist im Bereich
beider Stirnflärhen 15,16 des Radialschenkels 14 und im Bereit der inneren Umfangsfläche
17 seines Axialschenkels 18 mit einer Elastomerschicht 19 überzogen. Die Elastomerschicht
19 ist an der inneren Umfangsfläche 38 wellenförmig profiliert ausgebildet. m ebenfalls
nicht eingehaltenen Einbautoleranzen, z. B. dor Welle 20, entgegenzuwirken. Die
Elastomerschichten 11 und 19 sind im äußeren stirnseitigen Bereich 7,15 der Radialschenkel
6,14 gleich dick ausgebildet. Damit soll einem
nicht weiter dargestellten
Werkzeug, das eine glatte DruckflAche aufweisen kann, ermöglicht werden, das gesamte
System 1 gleichmäßig in die vorgesehene Position zu schieben. Die äußere Umfangsfläche
21 des Laufringes 4 dient als Lauffläche für die dem Radialschenkel 14 zugewandte
Dichtlippe 3, die einen Federring 22 zur Verschleißkompensation der Dichtlippe 3
trägt. Vom Axialschenkel 5 des Dichtungsgehäuses 2 ausgehend, erstreckt sich in
Richtung des korrespondierenden Radialschenkels 14 des Laufringes 4 eine membranartige
elastische Verlängerung 23, die vorzugsweise aus dem gleichen Elastomermaterial
wie die Dichtlippe 3 und die Elastomerschichten 11,19 besteht. Die Membran 23 hat
die Aufgabe, die Dichtlippe vor Beschädigung oder Zerstörung durch das abzudichtende
Medium und Fornsandrückständen zu schützen, indem die auftretenden Betriebszustände
ausgenutzt werden, d. h. Betriebszustände, wie sie z. B. in Kühlwasserpumpen von
Kraftfahrzeugen auftreten ( Unterdruck während des Laufes, Oberdruck in der ersten
Zeit des Stillstandes durch ansteigende Temperatur im System ). Während des Laufes,
also bei leichtem Oberdruck ( ca. 0,5 bar ) ist die Membran 23 unter Bildung eines
Labyrinthspaltes 24 auf den Radialschenkel 14 zu gerichtet. Im Stillstand hingegen,
also bei sich aufbauendem Oberdruck ( ca. 2 bis 2,5 bar ), liegt die Membran 23
- wie gestrichelt dargestellt - auf der korrespondierenden Umfangsfläche 25 des
Radialschenkels 14 auf und verhindert somit, daß das Medium an die Dichtlippe 3
gelangen kann. Zur Unterstützung dieses Effektes ist der durch die Dichtlippe 3
und die Membran 23 begrenzte Raum 39 mit einer Fettfüllung versehen, die gleichzeitig
dazu dient, die Dichtlippe 3 über ihre gesamte Lebenszeit ausreichend zu schmieren.
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Figur 2 ist Whnlich Figur 1 zu sehen, mit dem Unterschied, daß am
Axialschenkel 5 des Dichtungsgehäuses 2 ein radial sich in Richtung des Laufringes
4 erstreckender umlaufender Wulst 26 vorgesehen ist, und daß am Radialschenkel 14
des Laufringes 4 eine sich im wesentlichen radial in Richtung des Dlchtungsgehäuses
2 sich erstreckende membranartige elastische Verlängerung 27 erstreckt. Die Wirkungsweise
ist gleich der in Figur 1 beschriebenen Membran 23 zu sehen, nämlich, daß bei Unterdruck
ein Labyrinthspalt 28 vorhanden ist und im Stillstand der Dichtung 1 das unter Druck
stehende Medium die Membran 27 gegen die korrespondierende Fläche 29 des Wulstes
drückt.
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Figur 3 ist ebenfalls ähnlich den Figuren t und 2 zu sehen, wobei
der wesentliche Unterschied auch hier in der Ausbildung der Membran 30 zu sehen
ist. Im Bereich der äußeren Umfangsfläche 31 dr, Radialschenkels 14 ist eine Elastomerauflage
32 vorgese"ten, die wellenförmig profiliert ist.
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Zwischen jeweils zwei Erhebungen 33,34 ist die sich in Richtung des
Radialschenkels 14 verjüngende Membran 30 unter Bildung eines Labyrinthspaltes 35
im Betriebszustand angeordnet. Die Funktionsweise ist gleich den in den Figuren
2 und 3 beschriebenen Varianten zu sehen. Im Bereich der dem Medium zugewandten
und mit einer Elastomerschicht 19 versehenen Stirnfläche 15 des Padialscrenkels
14 ist eine umlaufende Nut 36 vorgesehen. Im Umfangsbereich die ser Nut 36 sind
hydrodynamisch wirkende Rückförderelemente in Form von leicht gebogenen Rippen 37
angeordnet, die die Abdichtwirkung der Membran 30 noch verstärken tna so angeordnet
sind, daß sie auf das abzudichtende Medium eine Schleuderwirkung ausüben.
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L e e r s e i t e