DE3608954A1 - Wellendichtungsring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtungsring zur Abdichtung rotierender Wellen mit einer Dichtlippe aus polymerem Material, welche auf ihrer Lauffläche mit einer hydrodynamischen Dichthilfe versehen ist, und welche an ihrem Außenumfang im Haftteil mit einem bevorzugt metallischen Gehäusering oder einem Gehäuse durch Kleben, Anvulkanisieren und/oder eine Klemmverbindung verbunden ist, sowie einer der Dichtlippe luftseitig vorgeschalteten Schutzlippe.

Lippendichtungsringe zur Abdichtung rotierender Wellen bestehen üblicherweise aus einer Dichtlippe aus einem Elastomer oder einem Kunststoff, die am Innenumfang auf der abzudichtenden Welle aufliegt, während sie am Außenumfang im Haftteil in einem bevorzugt metallischen Gehäusering oder auch im Gehäuse selbst eingeklebt, einvulkanisiert und/oder eingespannt ist. Die Dichtlippe ist gegenüber der abzudichtenden Flüssigkeitsseite offen und besitzt meist auf ihrer Lauffläche eine hydrodynamische Dichthilfe bevorzugt in der Form erhabener Drallstege, die zwischen Welle und Dichtlippenlauffläche eingedrungene Abdichtflüssigkeiten in Richtung des Flüssigkeitsraumes zurückfördern. Der der Dichtlippe abgewandten Seite kann luftseitig eine Schutzlippe aus einem Elastomer oder einem Kunststoff vorgeschaltet sein, die Schmutzpartikel und Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft von der Lauffläche fernhält. Die Schutzlippe ist zusammen mit der Dichtlippe gegebenenfalls als separates Bauteil mit dem Gehäusering oder dem Gehäuse selbst gegebenenfalls in einer separaten Aufnahme durch Kleben, Vulkanisieren und/oder Einspannen verbunden.

Durch den in Richtung auf die abzudichtende Flüssigkeit wirkenden Rückförderungsdrall der Dichtlippe entsteht bei Rotation der Welle luftseitig vor der Dichtlippe eine Sogwirkung. Liegt die luftseitig vorgeschaltete Schutzlippe ebenfalls auf der Welle auf, so entsteht im abgeschlossenen Raum zwischen Dicht- und Schutzlippe ein Unterdruck, der die radiale Anpressung von Schutz- und Dichtlippe an die Welle und damit ihren Verschleiß verstärkt.

Bei die Welle nicht berührender und damit offener Schutzlippe ist zwar die Unterdruckbildung und damit ein frühzeitiger Verschleiß der Lippenlauffläche nicht mehr möglich, allerdings kann dann durch den Spalt zwischen Schutzlippe und Welle entsprechend der Spaltöffnung Schmutz und Feuchtigkeit eindringen, und die Schutzlippenwirkung ist im Grunde unwirksam.

Zur Abhilfe hat man beispielsweise schon die auf der Welle aufliegende Schutzlippe axial durchbohrt oder die Schutzlippe aus luftdurchlässigem Material, wie beispielsweise einer die Welle berührenden Bürste, hergestellt. In diesen Fällen kann sich zwar im Raum zwischen Dicht- und Schutzlippe im Betrieb kein Unterdruck ausbilden, allerdings setzen sich die funktionsbedingt kleinen Durchbohrungen oder Poren der Schutzlippe im Betrieb mit Schmutzpartikeln schnell zu. Diese Maßnahmen sind daher nur begrenzt wirksam.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wellendichtungsring gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches zu schaffen, dessen der Dichtlippe luftseitig vorgeschaltete Schutzlippe die Unterdruckbildung im Raum zwischen Schutz- und Dichtlippe bei gleichzeitig optimaler Schmutzabweisung verhindert. Der erfindungsgemäße Wellendichtungsring soll zugleich einfach und kostensparend herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Wellendichtungsring gelöst, dessen der Dichtlippe luftseitig vorgeschaltete und auf der Welle aufliegende Schutzlippe über den Umfang verteilt Bereiche relativ hoher radialer Anpressung und relativ geringer radialer Anpressung an die Welle besitzt. Bevorzugt besitzt deshalb die Schutzlippenlauffläche eine profilartige Struktur am Innenumfang, wobei die Vorsprünge der Lauffläche auf einer kreisförmigen Linie rund um die Lippendichtungsringachse liegen, deren Radius kleiner als der Wellenradius ist, während die Vertiefungen der Lauffläche bevorzugt auf einer kreisförmigen Linie rund um die Lippendichtungsringachse liegen, deren Radius etwa gleich dem Wellendichtungsradius ist. Beim Einbau des Wellendichtungsringes durch Aufschieben auf die Welle werden jetzt lediglich die vorspringenden Laufflächenbereiche elastisch aufgeweitet und liegen mit ihrer elastischen Rückverformungskraft mit Radialkraft auf der Welle auf. Die Laufflächenvertiefungen bleiben unverformt und üben auf die Welle praktisch keine Radialkraft aus.

Im Ruhezustand der Welle liegt der eingebaute Dichtungsring ganzflächig mit seiner Schutzlippe auf der Welle auf und ist statisch dicht. Im Betriebszustand bei rotierender Welle werden die Laufflächenbereiche der Schutzlippe entsprechend ihrer unterschiedlichen radialen Anpressung unterschiedlich stark belastet. Und zwar werden die vor dem Einbau vorspringenden und nach dem Einbau mit Radialkraft aufliegenden Laufflächenbereiche stärker auf Reibung beansprucht, es kommt zu einer Stauchung des Materials, und die benachbarten, vor dem Einbau vertieften und nach dem Einbau praktisch ohne Radialkraft aufliegenden und dadurch auf Reibung unbeanspruchten Laufflächenbereiche heben sich von der Welle ab. Im Betrieb bei Rotation der Welle besitzt somit die Schutzlippe auf der Welle aufliegende und nicht aufliegende Zonen und bildet somit eine Kombination einer offen und geschlossenen Schutzlippe. Durch die Öffnungen gelangt Außenluft in den Raum zwischen Schutz- und Dichtlippe, und eine Unterdruckbildung mit nachteiligen Folgen auf den Laufflächenverschleiß beider Lippen wird verhindert. Die auf der Welle im Betrieb aufliegenden Schutzlippenbereiche streifen gleichzeitig von außen eindringende Schmutzpartikel ab und fördern sie nach außen zurück, so daß die Schutzlippe auch voll ihre Schutzfunktion entfalten kann beziehungsweise die eigentliche Dichtlippe vor Zerstörungen durch eindringende Schmutzteilchen gesichert ist.

In bevorzugten Formen besitzt die Lauffläche der Schutzlippe eine wellenförmige Kontur am Innenumfang, deren Wellenberge die Vorsprünge und deren Wellentäler die Vertiefungen bilden. Bevorzugt sind ferner die Vorsprünge und Vertiefungen am Innenumfang der Schutzlippe gleichmäßig verteilt, so daß sich Erhebungen und Vertiefungen gleichmäßig miteinander ablösen. Bevorzugt ist die Höhe aller Vorsprünge gleich, und ihre Größe sollte nicht mehr als 5 Prozent vom Wellenradius abweichen. Die Anzahl der am Schutzlippeninnenumfang angeordneten Vorsprünge und Vertiefungen richtet sich ferner nach dem Durchmesser der abzudichtenden Welle. Gute Ergebnisse werden bei Schutzlippeninnendurchmessern von bis zu 25 mm mit jeweils vier am Innenumfang verteilten Vertiefungen und Vorsprüngen erzielt. Entsprechend sollten bei Schutzlippeninnendurchmessern bis zu 50 mm jeweils bis zu sechs, bei Schutzlippeninnendurchmessern bis zu 100 mm jeweils acht bis zehn und bei größeren Durchmessern entsprechend mehr Vertiefungen und Vorsprünge auf dem Schutzlippeninnenumfang verteilt sein.

Durch die Erfindung ist somit ein Wellendichtungsring mit der Dichtlippe luftseitig vorgeschalteter Schutzlippe geschaffen, welche bei optimaler Schutzwirkung vor eindringendem Schmutz oder Feuchtigkeit gleichzeitig eine unerwünschte Unterdruckbildung im Raum zwischen Dicht- und Schutzlippe nicht zuläßt. Der erfindungsgemäße Wellendichtungsring beziehungsweise seine Schutzlippe ist ohne Mehraufwand gegenüber entsprechenden herkömmlichen Wellendichtungsringen herstellbar.

Die Erfindung wird durch die beiden Abbildungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wellendichtungsring und

Fig. 2 ein schutzlippenseitiges Aufsichtsbild auf den Wellendichtungsring der Fig. 1 vor dem Einbau zeigt.

In Fig. 1 besteht der auf die Welle (1) geschobene Wellendichtungsring (2) aus einer Dichtlippe (3) und einer Schutzlippe (4) aus Polytetrafluorethylen, die in ihrem Haftteil (5) am Außenumfang in einen Gehäusering (6) unter Verwendung eines Spannringes (7) gemeinsam eingespannt sind. Die Dichtlippe (3) ist zur Flüssigkeitsseite (8) hin gebogen und liegt mit ihrer mit Drallrippen versehenen Lauffläche (9) auf der Welle (1) auf. Die Schutzlippe (4) ist zur Luftseite (10) hin gewölbt. Beim Aufschieben des Ringes (2) auf die Welle (1) wird lediglich der Vorsprung (11) am Innenumfang der Schutzlippe verformt und liegt mit Radialkraft auf der Welle (1) auf. Die vom Vorsprung (11) der Schutzlippe (4 ) verdeckte Vertiefung (12) am Innenumfang reicht bis zur gestrichelt angedeuteten Linie. Im Bereich der Vertiefung wird die Schutzlippe (4) am Innenumfang praktisch nicht verformt, und die Schutzlippe (4) liegt hier nur in der Linie (12) linienförmig praktisch ohne Radialkraft auf der Welle auf. Im Betrieb bei Rotation der Welle (1) unterliegt im Bereich des Vorsprunges (11) die Schutzlippe (4) einer Reibungsbelastung, während die Schutzlippe im Bereich der Vertiefung (12) allenfalls kleinen Reibungsbelastungen unterliegt. Der Schutzlippenvorsprung (11) wird daraufhin gestaucht, die Schutzlippe (4) hebt sich dann im Bereich ihrer Vertiefung (12) von der Welle (1) ab, und es entsteht dort eine Öffnung der Schutzlippe (4) zur Luftseite (10). Eine von der Dichtlippe (3) ausgehende Sogwirkung kann im Raum (13) zwischen Dicht- (3) und Schutzlippe (4) dann keinen Unterdruck mehr erzeugen.

Das Aufsichtsbild der Fig. 2 zeigt die Schutzlippe (4) der Fig. 1 im nicht eingebauten Zustand. Die Kontur der Schutzlippe (4) am Innenumfang ist wellenförmig und weist jeweils acht gleichzeitig über den Innenumfang verteilte Vorsprünge (11) und Vertiefungen (12) auf. Die Gipfel der Vertiefungen liegen auf der gestrichelten Kreislinie (13), die der Umfangslinie der zugehörigen Welle (1) entspricht. Beim Einbau durch Aufschieben auf die Welle (1) werden lediglich die Vorsprünge (11) verformt und liegen mit Radialkraft auf der Welle (1) auf, während die Schutzlippe (4) im Bereich der Vertiefung (12) praktisch unverformt bleibt und dort praktisch ohne Radialkraft auf der Welle (1) aufliegt.

Claims (7)

1. Wellendichtungsring zur Abdichtung rotierender Wellen mit einer Dichtlippe aus polymerem Material, welche auf ihrer Lauffläche am Innenumfang bevorzugt mit einer hydrodynamischen Dichthilfe versehen ist, und welche an ihrem Haftteil am Außenumfang in einem Gehäusering oder ein Gehäuse eingeklebt und/oder einvulkanisiert ist, sowie einer luftseitig der Dichtlippe vorgeschalteten Schutzlippe aus polymerem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzlippe (4) über den Umfang verteilt Bereiche relativ hoher radialer Anpressung (11, 14) und relativ geringer radialer Anpressung (12, 15) an die Welle (1) nach dem Einbau besitzt.

2. Wellendichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzlippe (4) am Innenumfang profiliert ist und dort Vorsprünge (11) und Vertiefungen (12) aufweist.

3. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (12) auf einer Kreislinie koaxial zum Schutzlippenmittelpunkt ( 4) angeordnet sind, wobei der Durchmesser der Kreislinie (13) gleich dem Durchmesser der entsprechenden Welle (1) ist.

4. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhendifferenz zwischen Vertiefung (12) und Vorsprung (11) maximal 5 Prozent des Kreisradius (13) beträgt.

5. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (12) und Vorsprünge (11) gleichmäßig über den Innenumfang der Schutzlippe (4) verteilt sind.

6. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Schutzlippe (4) am Innenumfang wellenförmig ist.

7. Wellendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Vertiefungen (12) und Vorsprünge (11) am Innenumfang der Schutzlippe (4) abhängig vom Innendurchmesser der Schutzlippe (4) ist.