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Radialwellendichtring
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Die Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring mit einem hülsenförmigen
Trägergehäuse sowie zwei von diesem umschlossenen kreisringscheibenförmigen, jeweils
einen Dichtlippen- und einen Halteteil aufweisenden PTFE-Manschetten, deren Halteteile
am Trägergehäuse befestigt sind und deren voneinander wegweisende, mit einer Dichtlippenkante
gegen eine Welle anlegbare Dichtlippenteile eine erste, von der jeweils anderen
Manschette abgekehrte konkave sowie eine zweiteokonvexe Seite aufweisen, wobei die
zweite Manschettenseite der einen Manschette mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden,
um die Dichtringachse umlaufenden Rückfördernut versehen ist.
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Bei einem bekannten Radialwellendichtring dieser Art (Figur 4 der
DE-OS 32 33 573) ist die mit der Rückfördernut versehene Manschette der abzudichtenden
Flüssigkeit, in der Regel einem Schmieröl, zugekehrt, während die andere Manschette
auf der Luftseite des Radialwellendichtrings liegt und eine Schutzlippe gegen das
Eindringen von Staub, Schmutz und dergleichen bildet. Beide Manschetten weisen,
sieht man von der Rückfördernut ab, überall dieselbe Wandstärke auf.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Frontantrieb und automatischem Getriebe ist
dieses in der Regel mit dem Differential in einem Gehäuse vereinigt. Dann enthält
dieses Gehäuse
auf der Seite.des automatischen Getriebes eine als
Automatic Transmission Fluid bezeichnete Flüssigkeit und auf der Seite des Differentials
ein Hypoidöl, die gegeneinander abzudichten sind, da sonst Funktionsstörungen auftreten.
Wegen der kompakten Bauart solcher Konstruktionen ist die für die Abdichtung zur
Verfügung stehende axiale Baulänge erheblichen Beschränkungen unterworgen, weshalb
sich in der Regel zwei Radialwellendichtringe oder ein Ra(1i.alwtollendi.chtring
mit zwei aus elastomerem McLeiial bestehenden Mcinsclicttcn nicht einbauen lassen,
da auch der letztere in axialer Richtung zu breit baut.
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In der Serie werden deshalb heute Radialwellendichtringe verwendet,
die nur eine einzige elastomere Abdichtmanschette aufweisen, jedoch in der Praxis
mit recht hohen Ausfallraten behaftet sind.
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PTFE-Manschetten für Radialwellendichtringe haben zwar die Vorteile,
daß die Dichtlippenteile in axialer Richtung kurz bauen und einem geringen Verschleiss
unterliegen, andererseits sind sie in radialer Richtung verhältnismässig steif,
so daß bei den bekannten Radialwellendichtringen mit PTFE-Manschetten schon der
geringste Schlag der abzudichtenden Welle zu einem partiellen Abheben der Dichtlippenkante
und damit zu Undichtigkeiten führt.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtvorrichtung zu
schaffen, mit der sich unterschiedliche Flüssigkeiten wie ein ATF-und ein Getriebeöl
optimal gegeneinander abdichten lassen und die dennoch in axialer Richtung kurz
baut.
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Ausgehend von einem Radialwellendichtring der eingangs erwähnten Art
lässt sich diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch lösen, daß zur optimalen Abdichtung
von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität zu beiden Seiten des Dichtrings der
Querschnitt eines jeden Dichtlippenteils eine die radiale Flexibilität der zugehörigen
Dichtlippenkante bestimmende Schwächungsstelle aufweist, welche derart ausgebildet
und angeordnet ist, daß die radiale Steifigkeit der Dichtlippenkante des der Flüssigkeit
höherer Viskosität zugewandten Dichtlippenteils kleiner als diejenige der Dichtlippenkante
des anderen Dichtlippenteils ist und daß auch die konvexe zweite Seite der anderen
Manschette mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden, um die Dichtringachse umlaufenden
Rückfördernut entgegengesetzter Steigungsrichtung versehen ist. Durch die Erfindung
wird nicht nur die radiale Steifigkeit von PTFE-Manschetten auf ein vorteilhaftes
Mass herabgesetzt, sondern die radialen Anpresskräfte zwischen den Dichtlippenkanten
der beiden Manschetten und der Welle lassen sich durch eine entsprechende Gestaltung
und Anordnung der Schwächungsstellen optimal auf das jeweils abzudichtende Medium
abstimmen. Durch die beiden Rückfördernuten entgegengesetzter Steigungsrichtung
wird schliesslich bei entsprechender Drehrichtung der Welle gewährleistet, daß die
Dichtlippenkanten unterwandernde Flüssigkeitsmengen wieder in das entsprechende
Flüssigkeitsvolumen zurückgefördert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Viskosität der jeweils abzudichtenden
Flüssigkeit, dividiert durch die radial Steifigkeit der zugehörigen Dichtlippenkante,
für beide Dichtungsseiten ungefähr denselben Wert ergibt.
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Bei der Abdichtung eines ATF-öls und eines Hypoidöls gegeneinander
bedeutet dies, daß die gegen das Hypoidöl abdichtende Manschette eine Schwächungsstelle
geringerer Wirkung aufweist und damit mit einer höheren Radialkraft gegen die Welle
anliegt als die gegen das ATF-Öl abdichtende Manschette.
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Wie sich aus der älteren Anmeldung P 33 27 229.8 der Anmelderin ergibt,
können die beiden Manschetten im Bereich ihrer Halteteile einstückig miteinander
verbunden sein.
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Dieselbe Anmeldung zeigt auch, daß die Schwächungsstelle die Form
eines den jeweiligen Dichtlippenteil in nebeneinanderliegende Ringbereiche spaltenden
Einschnitts aufweisen kann, wobei die Innendurchmesser der Ringbereiche zweckmässigerweise
so bemessen werden, daß die Ringbereiche bei auf die Welle aufgeschobenem Dichtring
miteinander einen sich radial nach innen öffnenden Spalt bilden. Ein solcher Dichtlippenteil
besitzt mehrere Dichtlippenkanten, von denen auch dann keine von der Welle abgehoben
wird, wenn diese etwas exzentrisch zur Dichtringachse verläuft oder einen geringen
Schlag aufweist. Bei einer besonders einfachen Ausführungsform des erfindungsgemässen
Radialwellendichtrings besitzt die Schwächungsstelle jedoch die Form einer die Dichtringachse
umgebenden Ringnut, die insbesondere in der konvexen Seite des jeweiligen Dichtlippenteils
liegt. Durch die Anzahl und radiale Tiefe der Einschnitte bzw. durch die Tiefe und
Breite der Ringnut lässt sich praktisch jede beliebige radiale Steifigkeit der zugehörigen
Dichtlippenkante erzielen.
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Besonders empfehlenswert ist es, die Halteteile der Manschetten über
eine elastomere Zwischen schicht mit dem Trägergehäuse zu verbinden, insbesondere
diese elastomere Zwischenschicht sowohl an das Trägergehäuse als auch an die Manschetten
anzuvulkanisieren. Vor allem dann, wenn diese elastomere Zwischenschicht eine Stärke
von mehr als 1 mm und eine Shore-Härte von 60 - 80 besitzt, erhält man eine derart
elastische "Aufhängung" der Dichtlippenteile, daß im Gegensatz zu den bekannten
Radialwellendichtringen mit PTFE-Manschetten auch Schwingungen höherer Ordnung als
die Umdrehungszahl der Welle Abdichtprobleme nicht auftreten lassen können.
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Da der erfindungsgemässe Radialwellendichtring unterschiedlich ausgebildete
Manschetten besitzt, muss bei seiner Montage darauf geachtet werden, daß man ihn
nicht seitenverkehrt in eine Aufnahmebohrung einsetzt. Ein falscher Einbau lässt
sich dadurch vermeiden, daß das Trägergehäuse in Montagerichtung vorn einen Zentrierringbereich
aufweist, welcher über eine Ringschulter in einen Ringbereich kleineren Aussendurchmessers
übergeht, dessen Aussenseite mit einer elastomeren Abdichtschicht versehen ist.
Vorzugsweise besteht das Trägergehäuse aus Metall. Ausserdem empfiehlt es sich,
den Zentrierbereich vorn abgerundet auszubilden. Mit seiner Hilfe lässt sich dann
der Radialwellendichtring einwandfrei in der ihn aufnehmenden Bohrung zentrieren,
während die Abdichtfunktion von der sich an den Zentrierringbereich anschliessenden
elastomeren Abdichtschicht übernommen wird.
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Durch im Querschnitt asymmetrische Vorsprünge an einer elastomeren
Ummantelung des Trägergehäuses lässt sich schliesslich die Kraft, mit der der Radialwellendichtring
in eine ihn aufnehmende Bohrung eingepresst werden muss, reduzieren, während diese
Vorsprünge die Gefahr eines Herausdrückens des Radialwellendichtrings aus dieser
Bohrung vermindern. Bei einer bevorzuaten Ausführungsform der erfindungsgemässen
Radialwellendichtrings weist deshalb die elastomere Abdichtschicht an ihrer Aussenseite
im Querschnitt sägezahnförmige, nach hinten geneigte Vorsprünge auf, welche vorzugsweise
umlaufende Rippen bilden.
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Werden die Manschetten als plane Abschnitte von einem PTFE-Rohr abaetrennt
und dann in die für die Manschetten eines Radialwellendichtrings übliche, im Querschnitt
gebogene Form gebracht, führt der sog. Memory-Effekt des Werkstoffs PTFE dazu, daß
sich im Gegensatz zu Manschetten aus elastomeren Werkstoffen bei erhöhten Betriebstemperaturen
die radialen Anpresskräfte der Dichtlippenkanten gegen die Welle vergrössern, da
die Manschetten beim Erwärmen das Bestreben haben, in den planen Ausgangszustand
zurückzukehren. Um diese Rückverformung schon während der Lagerung des erfindungsgemässen
Radialwellendichtrings zu unterbinden und seine Montage zu erleichtern, zeichnet
sich eine bevorzugte Ausführungsform durch eine in den Radialwellendichtring eingesteckte
Montagehülse mit abgestuftem Durchmesser aus, deren erster, in Montagerichtung vorderer
Bereich einen dem Wellendurchmesser entsprechenden Innendurchmesser aufweist und
sich an einen zweiten Bereich anschliesst, dessen Aussendurchmesser kleiner als
der Wellendurchmesser ist und den Radialwellendichtring über dessen beide Manschetten
trägt. Durch den unter dem
Wellendurchmesser liegenden Aussendurchmesser
des zweiten Bereichs der Montagehülse, welcher während der Lagerung den Radialwellendichtring
trägt, wird einerseits eine Rückverformung der Manschetten in den planen Zustand
verhindert, andererseits aber gewährleistet, daß die Manschetten bei der Montage
auf der Welle noch aufgeweitet werden.
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Ausserdem lässt sich die Montagehülse einfach und passend auf das
eine Wellenende aufstecken, worauf der Radialwellendichtring über die Montagehülse
hinweg auf die Welle aufgeschoben werden kann. Um das Verschieben des Radialwellendichtrings
über den vorderen Bereich der Montagehülse hinweg zu erleichtern, empfiehlt es sich,
den Aussenumfang der Montagehülse zwischen erstem und zweitem Bereich kegelstumpfförmig
zu gestalten.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung
sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung zweier bevorzugter Ausführungsformen
des erfindungsgemässen Radialwellendichtri,?gs sowie einer Montagehülse; in der
Zeichnung zeigen: Figur 1 einen Schnitt längs einer Durchmesserebene durch eine
auf eine Welle aufgeschobene erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Radialwellendichtrings;
Figur 2 eine der Figur 1 entsprechende Darstellung der zweiten Ausführungsform,
und Figur 3 den Radialwellendichtring gemäss Figur 1 im auf eine Montagehülse aufgestecktem
Zustand.
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Die Figur 1 zeigt eine Welle 10,auf die ein als Ganzes mit 12 bezeichneter
Radialwellendichtring aufgeschoben wurde. Der letztere besitzt ein metallisches
Trägergehäuse 14, welches zwei PTFE-Manschetten 16 und 18 umschliesst, die mit ihren
Halteteilen 16a bzw. 18a aneinander und am Trägergehäuse 14 mittels eines Klebers
befestigt wurden. Für das folgende soll davon ausgegangen werden, daß die erste
Manschette 16 gegen ATF-Ol, die zweite Manschette 18 gegen Hypoidöl abdichten soll.
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In den einander zugewandten Seiten der beiden Dichtlippenteile 16b
bzw. 18b befinden sich Schwächungsstellen in der Form jeweils einer Ringnut 16c
bzw. 18c, wobei die letztere einen kleineren Querschnitt als die Ringnut 16c besitzt,
was zur Folge hat, daß die radiale Steifigkeit des Dichtlippenteils 18b grösser
ist als diejenige des Dichtlippenteils 16b.
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Erfindungsgemäss befindet sicn in der der Welle 10 zugewandten Oberfläche
sowohl des Dichtlippenteils 16b als auch des Dichtlippenteils 18b jeweils ein schraubenlinienförmig
verlaufender Einschnitt 16d bzw. 18d , welcher eine sog. Rückfördernut bildet und
im folgenden auch als solche bezeichnet werden soll. Die Steigungsrichtungen der
beiden Rückfördernuten 16d und 18d sind entgegengesetzt und so auf die Drehrichtung
A der Welle 10 abgestimmt, daß das auf der Seite der ersten Membran 16 befindliche
ATF-öl gemäss Figur 1 nach oben, das Hypoidöl gemäss Figur 1 nach unten gefördert
wird, soweit es die mit 16e bzw. 18e bezeichneten Dichtlippenkanten unterwandert
hat.
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Für die Ausführungsform gemäss Figur 2 wurden dieselben Bezugszeichen'wie
in Figur 1 verwendet, jedoch unter Voransetzen der Ziffer "1". Im folgenden soll
die Ausführungsform nach Figur 2 nur insoweit beschrieben werden, als sie von der
Ausführungsform nach Figur 1 abweicht.
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Ein Trägergehäuse 114 der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform besitzt
einen beim Einpressen des Radialwellendichtrings in eine ihn aufnehmende Bohrung
vornliegenden Zentrierringbereich 114a mit nach innen eingezogenem vorderem Rand,
und dieser Zentrierbereich geht über eine Ringschulter 114b in einen hinteren oder
inneren Ringbereich 114c des Trägergehäuses 114 über. Nach dem Einlegen des Trägergehäuses
114 sowie der beiden Manschetten 116 und 118 in eine Form wird in diese eine elastomere
Masse 120 eingespritzt, die sich beim Vulkanisieren mit dem Trägertehäuse 114 und
den Manschetten 116 sowie 118 verbindet und auf dem inneren Ringbereich 114c eine
Abdichtschicht 120a bildet sowie um einen Flansch 114d des Trägergehäuser 11 4 henrfliesst
und so die miteinander verklebten Halteteile 116a und 118a der beiden Manschetten
mit dem Trägergehäuse 114 verbindet. Die mit 12Db bezeichnete Verbindungsschicht
der elastomeren Masse zwischen den Manschetten und dem Trägergehäuse soll eine Dicke
von mindestens 1 mm aufweisen, und die Shore-Härte der elastomeren Masse soll zwischen
60 und 80 liegen, um eine besonders wirksame elastische Aufhängung der Dichtlippenteile
116b bzw. 118b der beiden Manschetten zu bewirken.
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Die Abdichtschicht 120a ist an ihrem Aussenumfang mit im Querschnitt
sägezahnförmigen, umlaufenden Rippen 120c versehen, um bei guter Abdichtwirkung
zu erreichen, daß sich der Radialwellendichtring in Richtung des Pfeils B leicht
in eine Bohrung einpressen, jedoch nur schwer aus dieser wieder entfernen lässt.
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Die Figur 3 zeigt den in Figur 1 dargestellten Radialwellendichtring
mit einer Stütz- und Montagehülse 200 -Stützhülse deshalb, weil sie während der
Lagerung eine Rückverformung der Manschetten 16 und 18 in ihren planen Ausgangszustand
verhindert. Die Montagehülse 200 besitzt einen vorderen Auf steckbereich 202, dessen
Innendurchmesser D1 dem Aussendurchmesser der Welle entspricht, auf der der Radialwellendichtring
montiert werden soll. Der Aufsteckbereich 202 geht über einen konischen Bereich
204 in einen Stützbereich 206 über, dessen Aussendurchmesser D2 etwas kleiner als
der Aussendurchmesser der Welle ist, so daß die beiden Manschetten in einem Zustand
gehalten werden, der es erforderlich macht, sie beim Aufschieben auf die Welle noch
etwas aufzuweiten.
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Der Aufsteckbereich 202 wird zweckmässigerweise so kurz wie möglich
gemacht, da er nur dazu dienen soll, die Montagehülse 200 auf das Ende einer Welle
aufzuschieben, so daß sich anschliessend der Radialwellendichtring über den konischen
Bereich 204 und den Aufsteckbereich 202 hinweg auf die Welle aufschieben lässt.