DE3413893A1 - Fluid-dichtung - Google Patents

Description

Fluid-Dichtung

Die Erfindung betrifft eine Fluid-Dichtung und bezieht sich allgemein auf Schmierfett- und Öldichtungen, die eine sogenannte primäre Dichtlippe zum Halten des Schmierfetts in einem abgedichteten und geschmierten Bereich, eine Sperrdichtlippe und eine Möglichkeit vorsehen, daß Gase oder Dämpfe nach außen entweichen können, so daß sich kein Druck in der abgedichteten Zone aufbauen kann, während andererseits Luft von außen in die abgedichtete Zone eintreten kann, was das Entstehen eines Unterdruckzustandes in der abgedichteten Zone verhindert.

In der Automobilindustrie und in ähnlichen industriellen Gebieten müssen häufig extrem kompakte Antriebbauteile vorgesehen werden. Die zunehmende Verkleinerung von Automobilen hat ferner den Frontantrieb populärer gemacht. Anders als die bisher gebauten herkömmlichen Automobile mit vorne liegendem Motor und Hinterradantrieb, erfordern frontgetriebene Automobile nicht nur die Unterbringung des Motors und zahlreicher Zusatzteile, sondern auch des Getriebes, des Differentials und der Halbachsen im vorderen Bereich des Automobils. Die unabhängige Aufhängung der Vorderräder und der Steuermechanismen bedingen zusätzliche mechanische komplizierte Bauteile , die in Bereichen mit graduell abnehmender Abmessung untergebracht werden müssen.

Mit dem Aufkommen solcher Kompaktanordnungen entstand der Bedarf nach einer Dichtung, die das Innere der mechanischen Teile zuverlässig abdichtet und aus dem abgedichteten Bereich bei Temperaturanstieg auftretende Gase oder

Dämpfe nach außen abführen kann. Diese kompakten Anordnungen w'erden gewöhnlich in großem Umfang mit Schmierfett oder anderen Schmiermitteln gefüllt und als Bauteile angesehen, die unter verschärften Bedingungen funktionieren müssen. Insbesondere unterliegen sie einem raschen Temperaturanstieg und sind während des kontinuierlichen Betriebs relativ hohen Temperaturen unterworfen.

Der durch die Gase und Dämpfe in der abgedichteten Zone hervorgerufene Druckanstieg kann, wenn der Druck nicht abgeleitet und gesteuert wird, dazu führen, daß die gesamte Dichtung aus ihrer Anordnungsstelle herausgedrückt wird oder zumindest rasch verschleißt bzw. vorzeitig leckt. Obgleich die Kosten der Dichtung selbst im Vergleich zu den Kosten der abgedichteten Teile von untergeordneter Bedeutung sind, ist der mit einem Auswechseln einer installierten Dichtung verbundene Arbeitsaufwand erheblich und kann der Ausfall selbst einer relativ preisgünstigen Dichtung dazu führen, daß die extrem teueren abgedichteten Teile rasch verschleißen oder vollständig versagen.

Erfindungsgemäß ist eine primäre Lippe mit verringerter Abmessung von bestimmter Querschnittsfläche und Flexibilität vorgesehen, die eine ölseitige Fläche, welche dem abgedichteten Bereich zugewandt liegt, und eine luftseitige Fläche hat, die dem abgedichteten Bereich abgewandt ist, wobei diese Flächen einander längs eines primären Dichtbandes schneiden, das von der zugehörigen Welle etwas beabstandet ist. Längs des primären Dichtbandes sind Pumpelemente vorgesehen, die mit der Welle in Eingriff tretende Flächen als auch Arbeitsflächen haben, die austretendes Schmiermittel zurück in den abgedichteten Bereich leiten. Eine Zusatzlippe ist wesentlich größer als bislang üblich und steht in axialem Abstand von der primären Lippe, wobei zwischen den beiden Lippen eine Ringnut mit einem

im wesentlichen V-förmigen Querschnitt vorgesehen ist.

Die Ringnut zwischen den Dichtlippen kann eine meßbare Menge an Schmierfett aufnehmen, so daß die Zusatzlippe in geschmiertem Zustand läuft, während die primäre Lippe in einem sehr geringen Abstand von der Oberfläche der zugehörigen Welle bleibt, was eine Entlüftung des abgedichteten Bereiches ermöglicht. Gleichzeitig dient die Reihe an hydrodynamischen oder Pumpelementen an der primären Lippe zur Rückführung des gesamten oder überwiegenden Teils des Schmierfetts, das während des Betriebs in die Nut entweichen will.

Die erfindungsgemäße Dichtung hat ein äußeres Dichtungsgehäuse mit einer Befestigungsfläche und einen Dichtungskörper, der mit einem Teil des Gehäuses verbunden ist. Der Dichtungskörper weist Ringflächen auf, die die luft- und ölseitigen Teile einer primären Lippe definieren. Diese Teile schneiden sich längs einer im wesentlichen zylindrischen Stelle mit meßbarer axialer Erstreckung unter Bildung eines primären Dichtbandes. An diesem Dichtband ist eine Vielzahl von in Abstand voneinander liegenden hydrodynamischen Pumpelementen vorgesehen. Eine Zusatzdichtung wird durch ein paar kegelstumpfförmige Flächen gebildet, die sich längs einer im wesentlichen kreisförmigen Stelle unter Schaffung eines zusätzlichen oder Sperrdichtbandes treffen. Die primären und sekundären Lippen sind durch einen ringförmigen Raum mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt voneinander beabstandet. Die Pumpelemente halten das primäre Dichtband etwas in Abstand von der zugehörigen Welle, wenigstens nahe den Elementen. Die Zusatzlippe hat einen verringerten Durchmesser in bezug auf die Dichtbandabmessung im entspannten Zustand der Dichtung.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine vertikal geschnittene Ansicht von einem Teil einer erfindungsgemäß aufgebauten Dichtung,

Fig. 2 eine endseitige, teilweise weggebrochene Draufsicht bei Betrachtung der Dichtung von ihrer Ölseite aus,

Fig. 3 eine fragmentarische, vertikal geschnittene Ansicht der Dichtung nach Fig. 1 und 2 bei Betrachtung längs der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine fragmentarische, vertikal geschnittene Ansicht der Dichtung nach Fig. 1 und 2 bei Betrachtung längs der Schnittlinie 4-4 in Fig. 2.

In der Beschreibung wird auf eine Dichtung Bezug genommen, die mit ihrem äußeren Umfang in einer Senkbohrung einer Maschine aufgenommen ist. Die Lippen der Dichtung wirken radial nach innen auf eine zugehörige Welle. Das abgedichtete Medium ist Schmierfett.

Fig. 1 zeigt eine Dichtungsanordnung nach der Erfindung, die das allgemeine Bezugszeichen 10 trägt. Die Dichtungsanordnung umfaßt ein Gehäuseteil 12 und einen Dichtungsgrundkörper 14 aus einem elastomeren Material. Der Gehäuseteil 12 trägt einen axial sich erstreckenden Befestigungsflansch 16, der an seinem axialen inneren Ende eine Umbiegung 18 aufweist. Mit "axial innen liegend" ist der Teil der Dichtung gemeint, der zum Inneren der abgedichteten Zone weist und teilweise als die "Ölseite" der Dichtung bezeichnet wird. Der Gehäuseteil 12 umfaßt ferner einen im wesentlichen radial sich erstreckenden Flansch 20, der mit einem zwischenliegenden oder axial

sich erstreckenden Versetzungsflansch 22 verbunden ist, der wiederum mit einem radial innen liegenden,radial sich erstreckenden Fersen- oder Anbindungsflansch 24 in Verbindung steht.

Beide ringförmigen Stirnflächen 25, 27 des Anbindungsflansches 24 werden von Teilen des elastomeren Dichtungskörpers 14 umgeben. Die hauptsächlichen Elemente des Dichtungskörpers sind eine kleine primäre Dichtlippe 26 und eine zusätzliche oder Sperrlippe 28. Im Gegensatz zu bekannten Dichtungen hat die primäre Lippe 26,wie dargestellt, eine verringerte Dicke und ist ihr innerer Durchmesser im Vergleich zum Innendurchmesser der Sperrlippe vergrößert.

Die primäre Lippe 26 umfaßt einen im wesentlichen ringförmigen ölseitigen Flächenbereich 30, einen kegelstumpf förmigen luftseitigen Flächenbereich 32 und eine primäre Dichtbandfläche 34, die sich im wesentlichen axial zwischen den radial innen liegenden Kanten der Flächen 30, 32 erstreckt und je nach dem, ob sie sich in einem entspannten oder eingebauten Zustand befindet, entweder zylindrisch oder leicht kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Wie dargestellt, ist eine allgemein mit 36 bezeichnete Ringnut mit V-förmigem Querschnitt vorgesehen, die zwischen der primären und sekundären Dichtlippe 26, 28 liegt und für die Funktion der Dichtung von wesentlicher Bedeutung ist, wie dies nachfolgend deutlich wird. "Primär" bedeutet eine Dichtung zwischen relativ beweglichen Teilen, während mit "sekundär" auf eine Dichtung zwischen zwei feststehenden Teilen oder Elementen hingewiesen wird.

Die zusätzliche oder Sperrlippe 28 wird teilweise durch eine axial innen liegende kegelstumpfförmige Fläche 38 und eine axial außen liegende kegelstumpfförmige Fläche 40 gebildet, wobei sich diese Flächen längs einer im we-

sentlichen kreisförmigen Stelle unter Schaffung eines zusätzlithen oder Sperrdichtbandes 42 treffen. Die Lippe 28 hat eine profilierte Außenfläche 43, die sich nach oben zu dem Stanzstück 12 und längs dessen Wand 25 erstreckt und eine sogenannte "Abreißkante" aufweisen kann. Die Abreißkante bildet einen restlichen lippenförmigen Teil 45,der während des Formungsprozesses gebildet wird.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß das primäre Dichtband 34 eine Vielzahl von Pumpelementen 44, 46 aufweist, die am Dichtband umfänglich in Abstand voneinander angeordnet sind. Jedes Pumpelement 44, 46 hat eine Spitze 48, die von der Rückwand 52 des Elementes 44, 46 in Abstand steht und durch den Schnittpunkt der Seitenwände 50 des Elementes gebildet ist.

Die andere Fläche des Pumpelementes 44,46 ist eine Berührungsfläche 54, die auf der Außenfläche 56 einer zugehörigen Drehwelle 58 aufliegen und damit in Eingriff treten kann. Wenn, wie in der Zeichnung dargestellt, die Pumpelemente 44, 46,die, wie zu sehen ist, eine unterschiedliche radiale Abmessung oder Höhe haben, mit der Fläche 56 in Eingriff stehen und auf dieser aufliegen, wird eine Vielzahl von Durchausgleichpassagen oder Räumen 60, 62 gebildet. Im Falle eines Pumpelementes 44 mit einer relativ großen radialen Abmessung ist der benachbarte Druckausgleichsraum 60 größer als der Raum 62, der nahe dem kleineren Element 46 liegt.

Erfindungsgemäß brauchen die Pumpelemente 44, 46 in bezug auf ihre radiale Höhe nicht unterschiedlich zueinander sein, doch stellt dies ein bevorzugtes Merkmal der Erfindung dar.

Wenn die Dichtung in der nicht gezeigten Senkbohrung einer Maschine- angeordnet ist, steht das Dichtband 42 der sekundären Lippe in relativ fester Eingriffsbeziehung mit der Außenfläche 56 der Welle 58; diese Fläche wird durch das Schmierfett geschmiert, das sich in der Ringnut 36 befindet. Die abgedichtete Zone, die in Fig. 3 und 4 mit 64 angedeutet ist, ist ebenfalls mit Schmierfett gefüllt, das sich auch unterhalb des primären Dichtbandes 34 befindet. Wie in Fig. 2 dargestellt, ergibt sich eine Reihe von kleinen Freiräumen oder Druckentspannungspassagen 60, 62 zwischen benachbarten Pumpelementen 44, 46; diese Passagen, die mit Fett gefüllt sind, um die Dichtung zu schmieren, leiten ferner Gase und Dämpfe aus dem abgedichteten Bereich 64 ab, wenn in diesem Bereich ein rascher Temperaturanstieg eintritt. Dies verhindert einen unerwünschten Druckaufbau im abgedichteten Bereich 64.

Mit minimalem Verlust an Schmierfett können die Gase oder Dämpfe längs unterhalb des Dichtbandes 34 strömen und in die Nut 36 gelangen. Von hier kann das Gas ohne weiteres unterhalb des Sperrlippen-Dichtbandes 42 strömen, zumal das Gleichgewicht der im Nutbereich 36 herrschenden Fluiddrücke bewirkt, daß die durch die Sperrlippe 38 geschaffene Dichtung sich öffnet oder in einen nicht mehr dichten Zustand gelangt. Der anfängliche Zufluß von geringen Schmierfettmengen in diesen Bereich während des Ausstossens des Gases beeinträchtigt nicht meßbar das Dichtungsverhalten, sondern verstärkt sogar die Dichtwirkung, da der Sperrlippenbereich hierdurch in einem gut geschmierten Zustand gehalten wird.

Bei früheren Konstruktionen war der geformte Innendurchmesser der Sperrlippe etwas größer als der Durchmesser der primären Lippe.

Bei der Erfindung besteht an der zusätzlichen oder Sperr-

lippe mehr "restliche Interferenz" (das Ausmaß, um das die Welle größer als die Öffnung in der Dichtung ist) und ist die Sperrlippe für einen Naßlauf statt Trockenlauf ausgelegt. Die primäre Lippe steht dagegen in relativ geringer restlicher Interferenz.

Das Vorsehen von Pumpelementen 44, 46 am Dichtband 34 zusammen mit der relativ großen axialen Erstreckung des primären Dichtbandes stellt sicher, daß, wenn das Schmierfett beim Abführen der Gase und Dämpfe längs des Dichtbandes 34 periodisch ausgestoßen wird, die hydrodynamischen Elemente oder Ausbildungen den Hauptteil dieses Schmierfettes zurück in den abgedichteten Bereich 64 "pumpen". Dies hält stets einen ausreichenden Vorrat an Schmierfett unter der Lippe, was insbesondere bei Einsatz der Dichtung mit erschwerten Arbeitsbedingungen erforderlich ist. Unter solchen Arbeitsbedingungen wird die erfindungsgemäße Dichtung normalerweise eingesetzt. Die Dichtung nach der Erfindung ermöglicht den Austritt von Gasen und Dämpfen, ohne daß dies mit einem nennenswerten Verlust an Schmierfett verbunden ist. Ferner bleibt die Zwischennut 36, die zwischen der primären und Sperrlippe 26, 28 angeordnet ist, in einem kühlen Zustand und kann diese Nut eine ausreichende Menge an Schmiermittel speichern, um das Dichtband 42 der Sperrlippe zu schmieren.

Die hydrodynamischen Elemente oder Ausbildungen haben in der Zeichnung eine dreieckförmige Konfiguration, doch versteht es sich, daß andere geeignete Konfigurationen, zum Beispiel sichelförmige Konfigurationen oder Dreiecke mit anderen Kantenverhältnissen, unidirektionale oder bidirektionale Kanten, zum Beispiel Trapezoide, Rhomben oder dergleichen für den Zweck vorgesehen werden können.

Was die Gestalt des Dichtbandes 34 im Zustand betrifft, wie er nach dem Formungsvorgang vorliegt, so kann in manchen Fällen die Kante 66 des Dichtbandes, die der

Ölseite zugewandt ist, einen etwas verringerten Innendurchmesser in bezug auf die Kante 68 haben, die der Luftseite der Dichtung zugewandt liegt. Diese Ausbildung ist in Fig. 1 gezeigt. Wenn die Dichtung gemäß Fig. 3 eingebaut ist, kann das Dichtband 34 eine faktisch zylindrische Konfiguration annehmen oder sogar gemäß Fig. 4 leicht in die entgegengesetzte Richtung geneigt sein. In jedem Fall gelangt das Dichtband in eine Konfiguration, die zylindrischer als bei den bekannten Dichtungen ist, wo die hydrodynamischen Ausbildungen an der luftseitigen, kegelstumpfförmigen Fläche, d.h. an der Fläche 32, vorgesehen sind, die teilweise die V-förmige Nut 36 bildet.

Die primäre Dichtlippe, die relativ dünn und flexibel ist, hat im Verhältnis zu ihrer Abmessung ein relativ breites Dichtband und eine kegelstumpfförmige, luftseitige Fläche; sie stellt jedoch nicht eine Hülsen- oder Büchsendichtung dar.

Die Dichtung schafft beim Einsatz eine gute druckentlastende Wirkung, ergibt einen Lauf mit niedriger Temperatur und ermöglicht einen zuverlässigen Einbau. Die Dichtung ist ferner für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten geeignet. Insbesondere eignet sie sich in Verbindung mit der kompakten Anordnung von Lagern, die mit Schmierfett geschmiert werden müssen, das nahezu die abgedichteten Bereiche ausfüllt.

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Claims (10)

Late- ■ Patentanwälte DiPL.-lNG^H^WEiciK&iÄNN; Di^X'-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel 8000 München se 4 O Änfil POSTFACH 860820 1^1 "^" MOHLSTRASSE 22 nt ·* O O ft O TELEFON (OW) »80352 UH 1 OO 9 0 TELEX522421 TELEGRAMM PATENTWE1CKMANN MÖNCHEN SdtJD Chicago Rawhide Manufacturing Company 900 North State Street Elgin, Illinois 60120 / V.St.A. Fluid- Dichtung PATENTANSPRÜCHE

1. Fluid-Dichtung zum Halten eines Schmiermittels in einem abgedichteten Bereich während der Relativbewegung eines ersten Maschinenelementes und einer Welle, die dem Maschinenelement beim Einsatz zugeordnet ist, gekennzeichnet durch ein relativ steifes Gehäuseteil (12), das in fluiddichter Beziehung von dem ersten Maschinenelement aufnehmbar ist, und einen Dichtkörper (14) mit Teilen, die in Berührung mit der zugehörigen Helle bringbar sind, wobei das Gehäuse einen Befestigungsflächenteil (16), der in bündiger Eingriffnahrne mit dem ersten Maschinenelement bringbar ist, und ein Anbindungsteil (24) aufweist, mit dem ein Teil des zugehörigen Dicht-

körpers verbindbar ist, wobei der mit dem Anbindungsteil des Gehäuses verbundene Dichtkörper eine primäre Dicht- -lippe (26) und eine Zusatzdichtlippe (28) aufweist, wobei die primäre Lippe wenigstens teilweise durch eine axial innen liegende, ringförmige ölseitige Fläche, eine axial beabstandete, im wesentlichen kegelstumpfförmige luftseitige Fläche und eine axial sich erstreckende ringförmige, im wesentlichen zylindrische Dichtbandfläche (34) definiert ist, die sich zwischen den zu innerst liegenden Kanten der ölseitigen und luftseitigen Fläche erstreckt und an der wenigstens ein hydrodynamisches Pumpelement (44, 46) vorgesehen ist, das einen radial nach innen gerichteten, mit der Welle in Berührung tretenden Flächenbereich (54) und wenigstens eine Arbeitsfläche hat, während die Zusatzlippe (28) teilweise durch eine erste kegelstumpfförmige Fläche, die teilweise beim Einsatz zur Welle und weg vom abgedichteten Bereich weist, und eine zweite kegelstumpf förmige Fläche definiert ist, die teilweise zur Welle und teilweise zum abgedichteten Bereich gerichtet ist,wobei die kegelstumpfförmigen Flächen einander längs einer im wesentlichen kreisförmigen Stelle unter Bildung eines Dichtbandes (42) schneiden und wobei die zweite Fläche, die besagten Teil der Zusatzlippe definiert und die luftseitige Fläche der primären Lippe axial in Abstand voneinander angeordnet sind und wenigstens teilweise zwischen sich eine Ringnut (36) mit im wesentlichen V-förmigem Querschnitt bilden, so daß bei Anordnung auf einer zugehörigen Welle die Dichtung einen im wesentlichen fluiddichten Sitz einnimmt und die Pumpelemente Teile des primären Dichtbandes (34) etwas von der zugehörigen Welle unter Schaffung einer Druckentlastungseinrichtung beabstanden, so daß Gase und Dämpfe aus dem abgedichteten Bereich abgeführt werden können.

2. Fluid-Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Lippe (26) in bezug auf die Querschnittsfläche der Zusatzlippe (28) eine verringerte Querschnittsfläche hat.

3. Fluid-Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Pumpelementen (44, 46) vorgesehen ist.

4. Fluid-Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpelemente (44, 46) untereinander eine unterschiedliche radiale Höhe haben.

5. Fluid-Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im entspannten Zustand der Innendurchmesser des primären Dichtbandes (34) größer als der Innendurchmesser des an der Zusatzlippe (28) ausgebildeten Dichtbandes (42) ist.

6. Fluid-Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Kante der ölseitigen Fläche der primären Lippe (26) einen Durchmesser hat, der kleiner oder gleich dem Durchmesser der innersten Kante der luftseitigen Fläche der primären Dichtlippe ist.

7. Fluid-Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpelemente (44, 46) die Konfiguration von Dreiecken haben, deren Scheitelpunkte zum axial inneren Teil der Dichtung gerichtet sind.

8. Fluid-Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpelemente (44, 46) in im wesentlichen gleichen Abstand voneinander umfänglich angeordnet sind.

9. Fluid-Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflächenteil des Gehäuses (12) ein axial sich erstreckender Befestigungsflansch (16) ist und daß das Gehäuse ferner einen radial nach innen gerichteten Flansch (24) und einen axial nach innen sich erstreckenden Versetzungsflansch (22) aufweist, der sich zwischen dem Anbindungsteil und dem Befestigungsteil erstreckt und diese Teile miteinander verbindet.

10. Fluid-Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflächenteil eine radial nach außen gerichtete Fläche an einem axial sich erstreckenden
Flansch (16) aufweist, der Teil des Gehäuses (12) ist.