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Wellendichtring
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Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring, bestehend aus einem
Gehäuse und einem kreisringförmigen Dichtelement, das sich im wesentlichen parallel
zueinander erstreckende Stirnflächen aufweist und das zwischen den nach innen-weisenden
Schenkeln des Gehäuses flüssigkeitsdicht eingeklemmt ist, und dessen Innendurchmesser
durch eine einseitige Abbiegung des Profils elastisch aufgeweitet ist und mit einer
Dichtkante auf der Welle aufliegt.
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Ein Wellendichtring dieser Art wird in US-PS 38 01 114 beschrieben.
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Das Dichtelement ist dreischichtig aufgebaut, und es besteht aus einem
Abschnitt eines Schlauches aus einem elastomeren Werkstoff, der vor oder nach dem
Zusammenbau so vorgeformt wird, daß sich eine kegelige Innenfläche ergibt.
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Aus US-PS 28 04 325 ist ein Wellendichtring bekannt, dessen mit konzentrischen
Nuten versehenes Dichtelement nach dem Einbau ein bogenförmiges Profil annimmt und
von einem Federelement gegen die Oberfläche der abgedichteten Welle gepreßt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wellendichtring
mit einem Dichtelement aus üblichen Gummiqualitäten zu entwickeln, der einfach herzustellen
ist und der sich durch ein gutes Laufverhalten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird bei einem Wellendichtring der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß von den beiden Schenkeln der auf der Seite der Abbiegung
angeordnete Schenkel eine umlaufende Einspannrippe aufweist, daß das Dichtelement
zwischen der Einspannrippe und der Dichtkante im wesentlichen gleichmäßig abgebogen
ist, daß das Verhältnis aus dem Durchmesser der Einspannrippe und dem Durchmesser
der Dichtkante 1,05 bis 1,3 beträgt und daß die kleinste Dicke des Dichtelementes
dem 0,2- bis 0,3fachen Wert des Abstandes der Einspannrippe von der Welle entspricht.
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Der vorgeschlagene Wellendichtring besteht regelmäßig aus einem Gehäuse
aus Stahlblech mit einem darin eingeklemmten Dichtelement aus einem elastomeren
Werkstoff üblicher Zusammensetzung. Die Einbaumaße des Wellendichtringes können
kleiner gehalten werden oder denjenigen gemäß DIN 3760 entsprechen. Ein unmittelbarer
Austausch der bekannten, sehr aufwendig herzustellenden Wellendichtringe durch solche
gemäß
gummielastischen Werkstoffes gegen die Oberfläche der abzudichteten
Welle gepreßt. Es ist außerordentlich uberraschend, daß die auf diese Weise erreichten
Anpreßkräfte relativ stabil sind, so daß es trotz der nicht zu verhindernden Relaxationsvorgänge
des gummielastischen Werkstoffes niemals zu einem Absinken auf eine Größenordnung
kommen kann, bei der eine Undichtheit befürchtet werden müßte, Dieses überraschende
Ergebnis tritt tatsächlich jedoch nur dann ein, wenn ein Wellendichtring die Kombination
der beanspruchten Merkmale auf weist. FUr Einzelmerkmale oder Teilkombinationen
wird dementsprechend nicht Schutz beansprucht, -Das Dichtelement kann aus jeder
einschlägig verwendeten Gummimischung hergestellt sein. Die spezielle Auswahl richtet
sich nach dem Einsatzgebiet, Härten yon 70 bis 90 ShoreA werden bevorzugt, Das Dichtelement
ist auf einem nach innen weisenden Schenkel des Gehäuses gelagert und wird von der
Einspannrippe des Gegenschenkels dagegen angepreßt und abgedichtet, Die Einspannrippe
hat regelmäßig ein symmetrisches Profil, Dieses kann scharfkantig oder abgerundet
ausgebildet sein, wobei die erstgenannte Ausfuhrung eine bessere Abdichtung, die
letztgenannte Ausführung eine bessere Einspannung gewährleistet, Dementsprechend
kann das Profil zwischen einer scharfkantigen und einer-runden Ausführung variiert
sein, Die geometrische Lage in bezug auf die Rotationsachse wird immer durch die
Symmetrieachse bestimmt, Das Dichtelement ist zwischen der Einspannrippe und der
Dichtkante im wesentlichen gleichmäßig abgebogen, wobei der Grad der durch die Abbiegung
bewirkten Deformation in den verschiedenen Teilbereichen außerordentlich niedrig
angesetzt ist, Die Gefahr einer Oberdehnung des Dichtelementes in irgendeinem dieser
Teilbereiche ist deshalb
auch beim Auftreten von radialen Wellenschwingungen
nicht zu befürchten.
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Es wird angenommen, daß insbesondere hierauf die langfristig guten
Gebrauchseigenschaften des vorgeschlagenen Wellendichtringes zurückzuführen sind.
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Neben einer guten Flexibilität ist auch der Winkel, unter dem das
abgebogene Dichtelement auf die Welle auftrifft, von großer Bedeutung für die erzielten
Gebrauchseigenschaften. Sowohl eine gute Flexibilität als auch ein günstiger Winkel
an der Dichtkante zwischen 10 und 600 wird erreicht, wenn das Verhältnis aus dem
Durchmesser der Einspannrippe und dem Durchmesser der Dichtkante 1,05 bis 1,3 beträgt,
und wenn die kleinste Dicke des Dichtelementes dem 0,2- bis 0,3fachen Wert des Abstandes
der Einspannrippe von der Welle entspricht. Ein Abweichen von den genannten Bereichen
nach oben führt zu kleineren Winkeln, was zu einer unzulässigen Erwärmung des Dichtelementes
im Bereich der Dichtkante führen kann. Eine häufige Folge einer solchen unzulässig
hohen Erwärmung ist eine Verhärtung des Werkstoffes und eine damit verbundene Beeinträchtigung
der elastischen Eigenschaften.
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Werden die genannten Bereiche hingegen nach unten verlassen, dann
ergibt sich ein ungünstiger, steiler Anstellwinkel des Dichtelementes und eine beeinträchtigte
radiale Beweglichkeit der Dichtlippe in bezug auf die Lage der abgedichteten Welle.
Das Dichtelement vermag infolgedessen den Bewegungen der Welle beim Auftreten von
Schwingungen nicht in dem erforderlichen Maße zu folgen, insbesondere beim Auftreten
von Schwingungen mit einer größeren Frequenz.
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Der vorgeschlagene Wellndichtring kann in Anpassung an bestimmte Einsatzbedingungen
vielfältig modifiziert werden. Für die Abdichtung höherer statischer oder dynamischer
Drücke hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der durch das Dichtelement von
der Einspannrippe
getrennte Schenkel des Gehäuses eine umlaufende,
nach innen vorspringende Abstützfläche für das Dichtelement aufweist. Die Abstützfläche
kann auf einem umlaufenden Vorsprung des Schenkels angeordnet sein, und sich bei
einer Ausführung, bei der das Profil im vorderen Bereich angeschrägt ist, ohne eine
Berührung der aJgedichteten Welle bis in die unmittelbare Nähe der Dichtkante erstrecken,
Nach einer besonderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß beide Schenkel mit Einspannrtppen
versehen sind, wobei der jeweilige Durchmesser gleich oder unterschiedlich ausgeführt
sein kann, Das Dichtelement ist auch in diesem Falle regulär als eine ebene, kreisringförmige
Scheibe mit einer zylindrischen Innenfläche ausgebildet, die in der ersten Einbaulage
beispielsweise nach rechts abgebogen wird, Die Abdichtkante wird dabei durch die
linke Innenkante der Scheibe gebildet. Nach eingetretenem Verschleiß der Dichtkante
kann der Wellendichtring ausgebaut und umgewendet werden, wobei die rechte Innenkante
der kreisringförmigen Scheibe auf der Oberfläche der abgedichteten Welle aufliegt
und eine neue, unverbrauchte Dichtkante bildet, Bei einer symmetrischen Zuordnung
des Dichtelementes zu dem Profil des Gehäuses bleibt die Berührungslinie zwischen
der Dichtkante und der Oberfläche der abgedichteten Welle unverändert erhalten.
Ist das Dichtelement dem Gehäuse hingegen unsymmetrisch zugeordnet, dann ergibt
sich nach einem solchen Wendevorgang ein axialer Abstand der neuen Bertihrungslinie
von der ursprünglichen Sowohl auf der Seite des. Dichtelementes als auch auf der
Seite der Welle stehen dadurch bei einer entsprechenden Ausführung des Wellendichtringes
nach dem Wenden vollkommen unverschlissene, neuwertige Kontaktflächen einander gegenüber.
Eine Nachbearbeitung der Welle kann dadurch in 50 % der Fälle unterbleiben.
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Ein Wellendichtring, bei dem sich die Durchmesser der beiden Einspannrippen
wesentlich voneinander unterscheiden,kann zur Abdichtung von
Wellen
mit zwei voneinander verschiedenen Nenndurchmessern verwendet werden. Es ist auf
diese Weise beispielsweise möglich, den selben Wellendichtring bei einer Abbiegung
des Dichtelementes nach links zur Abdichtung einer Welle mit einem Nenndurchmesser
von 41 mm zu verwenden, bei einer Abbiegung des Dichtelementes nach rechts zur Abdichtung
einer Welle mit einem Nenndurchmesser von 45 mm. Die Verwendung derartiger Wellendichtringe
ermöglicht sowohl eine Senkung der Herstell- als auch der Lager- und Montagekosten.
Durch Anbringung von Sichtmarken auf einer Stirnfläche lassen sich Fehler beim Einbau
zuverlässig vermeiden.
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In einer Ausführung, in der beide Schenkel des Gehäuses mit einer
Einspannrippe versehen sind, können zwei aufeinander aufliegende Dichtelemente eingespannt
werden. Durch die unsymmetrische Einspannung des Profils nur im Bereich des Außendurchmessers
klaffen in einem solchen Falle beide Dichtelemente im Bereich des Innendurchmessers
auseinander, wodurch das rechtsliegende Dichtelement während des Einbaues nach rechts?
das linksliegende Dichtelement während des Einbaues nach links abgebogen wird. Es
resultiert eine doppelt gerichtete Wirksamkeit, die durch Einlagerung eines Schmierstoffes
in den Spalt zwischen den beiden Dichtelementen wesentlich gesteigert werden kann,
beispielsweise durch Einlagerung von kolloidalem Graphit, von Fett oder einem Schmierstoffgemisch
auf Polytetrafluoräthylenbasis.
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In vielen Anwendungsfäl len werden Wellendichtringe yon der einen
Seite mit einer gegebenenfalls erwärmten Flüssigkeit beaufschlagt, von der anderen
Seite mit einem staubförmigen Bestandteile enthaltenden, gasförmigen Medium. In
Fällen dieser Art hat es sich als unzweckmäßig erwiesen, beide Dichtelemente bei
einem Wellendichtring der zuletzt behandelten Art vollkommen symmetrisch auszuführen,
sondern es hat sich als zweckmäßiger erwiesen, innerhalb des beanspruchten Bereiches
das dem gasförmigen Medium zugewandte Dichtelement an der oberen Grenze
anzusiedeln,
so daß sich ein steiler Anstellwinkel ergibt, das dem flüssigen Medium zugewandte
Dichtelement hingegen an der unteren Grenze, so daß sich ein relativ flacher Anstellwinkel
ergibt. Durch eine entv sprechende AusfUhrung lassen sich beide Medien in hervorragender
Weise abdichten, Nach einer besonderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die
der Außenluft zugewandte und die Dichtkcnte berührende Fläche des Dichtelementes
eine oder mehrere Drallrippen und/oder Drallnuten aufweist. In beiden Fällen handelt
es sich um dynaniisch wirkende Rückförderelemente, durch die unter der Dichtkante
hindurchgedrungene Leckflüssigkeit zurück in den abgedichteten Raum gefördert werden
soll. Die Wirkungsweise ist dementsprechend rein dynamischer Natur, Sie kann während
des Laufes der abgedichteten Welle die statische Abdichtung durch die Dichtkante
wesentlich unterstützen, Das Dichtelement besteht vorzugsweise aus einem Abschnitt
eines Schlauches Es wird erzeugt, indem von dem rotierenden Schlauch mit einem langsam
in Richtung des Mittelpunktes vorgeschobenen Messer ein kreisringförmiger Abschnitt
abgetrennt wird. Bei Verwendung eines Messers, das einen sich axial zu dem Schlauch
erstreckenden Vorsprung an der Schneide aufweist, ergibt sich dabei in Abhängigkeit
von der gewählten yorschubgeschwindigkeit eine Rille in der Stirnfläche des Abschnittes,
mit gleichem oder unterschiedlichem gegenseitigen Abstand der einzelnen Windungen.
Diese sowie die dazwischenliegenden Erhebungen haben die Wirkung von Drallnuten
bzw. von Drallrippen. Ihre Wirksamkeit ist auf eine bestimmte Wellendrehrichtung
beschränkt. Eine doppelt gerichtete Wirksamkeit wird erzielt, wenn die Bewegungsrichtung
des Messers nach dem Abtrennen des Schlauches bei gleicher Rotationsrichtung umgekehrt
wird.
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Die neugebildeten Windungen durchschneiden die ursprünglichen dann
in einem sich überkreuzenden Muster.
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Die in der Anlage beigefügte Zeichnung nimmt bezug auf einige beispiel
hafte Austührungen des erfindungsgemäßen Wellendichtringes, Es zeigen: Figur 1 einen
einseitige wirksamen Wellendichtring mit Einbauabmessungen entsprechend DIN 3760
in halbgeschnittener Darstellung, Figur 2 einen Wellendichtring mit zwei Dichtelementen
zur Erzielung einer doppelseitigen Wirksamkeit.
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Figur 3 einen Wellendichtring mit einseitiger Wirksamkeit, bei dem
das Dichtelement zwischen zwei Einspannrippen eines unterschiedlichen Durchmessers
eingeklemmt ist.
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Figur 4 einen Wellendichtring, bei dem das Dichtelement zwischen zwei
Einspannrippen eingeklemmt ist, die den selben Durchmesser haben, Figur 5 einen
Wellendichtring mit einseitiger Wirksamkeit, bei dem das Dichtelement zur Verbesserung
der mechanischen Stabilität auf der druckabgewandten Seite durch einen Vorsprung
des Gehäuses abgestützt ist.
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Der Wellendichtring nach Figur 1 besteht aus einem rotationssymmetrischen
Gehäuse 1 aus Stahlblech, an dem zwei nach innen weisende Schenkel 3, 6 angeordnet
sind, Der Schenkel 3 erstreckt sich in radialer Richtung nach Innen und der eben
darauf aufliegende Bereich des Dichtelementes 2 wird dichtend von der ljmiaufenden
Einspannrippe angepreßt. Die Einspannrippe ist im vorderen Bereich abgerundet, um
ein Einschneiden oder eine Beschädigung ds Dichtelementes zu verhindern,
Das
Dichtelement besteht aus einem zylindrischen Abschnitt eines Schlauches mit einer
Dicke, die bei einem Wellendurchmesser von 45 mm 2,5 mm betragen kann. Das Profil
des Dichtelementes wird während der Montage in der dargestellten Form gleichmäßig
in Richtung der Seite höheren Druckes 7 abgebogen, wobei sich die rechte Innenkante
unter Bildung einer Dichtkante 9 elastisch an die Oberfläche der abgedichteten Welle
anlegt. Die der Außenluft zugewandte Stirnfläche des Dichtelementes weist Drallrippen
5 auf, durch die unter der Dichtkante hindurchgedrungene Leckflüssigkeit zurück
in den abgedichteten Raum gefördert wird, Das Gehäuse des Wellendichtringes gemäß
Figur 2 enthält zwei auf gleichem Radius einander gegenüberliegende Einspannrippen,
zwischen denen zwei Dichtelemente der vorstehend angesprochenen Art eingeklemmt
sind, Durch die sich ergebende elastische Deformation des Profils beider Dichtelemente
im Bereich des Außendurchmessers stellt sich im Bereich des Innendurchmessers zwischen
beiden ein Spalt ein, in den vor der Montage eine Fettfüllung 10 eingebracht wird,'Der
Innendurchmesser des der Außenluft zugewandten Dichtelementes ist größer als der
Innendurchmesser des der abgedichteten Flüssigkeit zugewandten Dichtelementes, so
daß sich nach der Montage zwischen ersterem und der Oberfläche der abgedichteten
Welle ein größerer Anstellwinkel ergibt als zwischen letzterem und der Oberfläche
der Welle, Beide Dichtelemente weisen auf den der Außenluft zugewandten und die
Dichtkante berührenden Flächen Drallrippen auf, die eingeschnitten oder anvulkanisiert
sind, Die Drallrippen können aus einem in sich geschlossenen Kurvenzug bestehen
oder aus mehreren Einzelelementen, die auf der Gesamtfläche verteilt sind.
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Bei dem Wellendichtring gemäß Figur 3 ist das Dichtelement 2 in einem
Gehäuse eingespannt, dessen Schenkel 2 auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnete
Einspannrippen aufweisen, Das Dichtelement hat auch bei dieser Ausführung herstellungsmäßig
eine an sich zylindrische Gestalt
und es wird während des Einbaues
in der dargestellten Form deformiert, Es ist ohne weiteres erkennbar, daß der Wellendichtring
bei einer spiegelbildlichen Abbiegung des Dichtelementes 2 nach links für die Abdichtung
einer Welle mit einem kleineren Wellendurchmesser verwendet werden kann, Der Wellendichtring
gemäß Figur 4 ist in einem Gehäuse eingespannt, dessen Einspannrippen einander symmetrisch
und auf dem gleichen Durchmesser liegend zugeordnet sind, Das Dichtelement ist auch
in diesem Falle ein zylindrischer Schlauchabschnitt, der während des Einbaues in
der dargestellten Form deformiert wird, d,h. bei einer Abbiegung nach rechts legt
sich. die linke Innenkante des Dichtelementes an die Oberfläche der abgedichteten
Welle an, bei einer Abbiegung nach links die rechte Innenkante, Eine solche Ausführung
stellt infolgedessen zwei unabhängig voneinander benutzbare Dichtlippen zurVerfügung.
Bei einer unsymmetrischen Zuordnung zu dem Gehäuse ergeben sich außerdem zwei lagenmäßig
verschiedene Berührungslinien an der Oberfläche der abgedichteten Welle, und damit
zwei voneinander unabhängige, vollkommen neuwertige Dichtungszonen. Durch Anbringung
von Drallrippen auf beiden Stirnseiten läßt sich die dynamische Abdichtwirkung wesentlich
verbessern.
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Der Wellendichtring gemäl3 Figur 5 entspricht weitgehend einer Ausführung
gemäß Figur 1 mit dem Unterschied, daß das Dich in den unmittelbaren Bereich der
Dichtkante durch einen Vorsprung 11 des Gehäuses 1 zusätzlich abgestützt wird. Eine
solche Ausführung eignet sich insbesondere für die Abdichtung großer statischer
oder dynamischer Drücke.
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