DE3638863A1 - Ringfoermige wellendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ringförmige Wellendichtung mit einer kontinuierlichen Dichtlippe. Derartige Dichtungen werden ver­ wendet zum Abdichten gegen einen Ölfluß durch und zwischen rotierenden Wellen und den zugehörigen Gehäusebohrungen, wie z.B. bei Kurbel­ wellen und in Kurbelwellenbohrungen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Anpassung an radiale Wellenbewegungen die infolge von Fluchtungsfehlern oder ausgeschlagenen Bohrungen auftreten können, was zu vorzeitigem Ausfall solcher Dichtungssysteme führen kann.

Es sind Wellendichtungen bekannt, die die obengenannten Probleme zu eliminieren suchen. Solche Wellendichtungen haben flexible Ab­ schnitte, die die Dichtelemente mit festen Trägerelementen oder Stützelementen verbinden, die in den Gehäusebohrungen sitzen. Die flexiblen Abschnitte ermöglichen eine gewisse radiale Bewegung der Welle relativ zu der festen Abstützung, größere Exzentrizitäten lassen sich mit diesen Dichtungen, insbesondere nicht über längere Zeitperioden, beherrschen.

Einige der bisherigen Dichtungssysteme verwenden eine Feder, die über eine rückwärtige Fläche der Lippendichtung gelegt ist, um die Lippe gegen die rotierende Welle anzudrücken. Hier ist jedoch nicht gewähr­ leistet, daß die Feder bei stärkeren radialen Bewegungen der Welle, insbesondere bei Kurbelwellen, an Ort und Stelle bleibt. Erforderlich sind daher Mittel, um eine Anpassung der Dichtung an höhere Exzentrizitäten zu ermöglichen, denen die Wellen ausgesetzt sein können, sowie Einrich­ tungen, um die Feder auch unter starker Exzentrizität auf der Dichtung zu halten.

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung, die an Wellenexzentrizitäten von mehr als 0,75 mm anpaßbar ist. Die erfindungsgemäße Wellendichtung hat ferner einen flexiblen Abschnitt, der eine radiale Beweglichkeit zuläßt, die ausreicht, auch bei starker Exzentrizität den Winkel der Dichtlippe relativ zur Welle und die Größe der axialen Versetzung zwischen der Lippe und der Mittellinie der Feder praktisch konstant zu halten. Die Dichtung hat außerdem ein Paar ringförmiger Rippen oder Ansätze, welche eine Feder für die Dichtlippe, insbesondere eine Wurm­ feder, über einen Bereich von z.B. 200-270° des Federumfanges umgeben und umfassen.

Vorzugsweise ist eine ringförmige Wellendichtung vorgesehen mit einem Dichtelement, das kontinuierlichen Umfangskontakt mit der Welle hat, wobei die Dichtlippe auf einem elastomeren Körper abgestützt ist, der von einer Wurmfeder umschlossen ist. Die Dichtungsanordnung hat einen ersten Ring, von welchem das Dichtelement ausgeht, einen zweiten Ring, der integral mit dem ersten Ring über ein erstes Bogenstück verbunden ist, wobei der zweite Ring flexibel ist und eine Winkelbewegung bezüglich der Wellenachse zuläßt. Ein dritter Ring ist integral über ein zweites Bogenstück mit dem zweiten Ring verbunden und er verläuft parallel zur Wellenachse und ist fest an einem metallischen Träger angebracht. Das Bogenstück zwischen dem zweiten und dem dritten Ring ist vorzugsweise in der Dicke um ein Drittel geringer als die Dicke des ersten Bogenstückes.

Dieser Aufbau gibt der Dichtlippe eine sehr hohe radiale Beweglichkeit oder Schwimm-Möglichkeit zur Bewegung mit der Welle relativ zu der Abstützung bzw. einem Gehäuse. Ferner wird gleichzeitig ein konstanter Winkel zwischen der Dichtlippe und der Welle beibehalten, ebenso bleibt die Versetzung zwischen der Dichtlippe und der Mittellinie der Feder, jedenfalls im wesentlichen, konstant. Die Dichtungsan­ ordnung kann sich daher starken Exzentrizitäten anpassen unter Ver­ meidung der typischen Verformungen der Dichtlippe auf der hohen Seite der Welle und dem damit einhergehenden Verlust an Dichtwirkung auf der gegenüberliegenden niederen Seite der Welle.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 im Schnitt eine schwimmende Wellen-Lippendichtung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Dichtung nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt eine Dichtungsanordnung 10 mit einem elastomeren flexiblen gewundenen Dichtungskörper 12, der, wie bei 16 gezeigt, an ein ring­ förmiges festes metallisches Gehäuse 14 angeformt odermit diesem ver­ bunden ist. Eine drehbare Welle 18, z.B. eine Kurbelwelle, wird von dem elastischen Dichtungskörper 12 umgeben. Obwohl die Welle 18 hier als Kurbelwelle beschrieben wird, ist die Dichtungsanordnung 10 nach der Erfindung auch für andere Antriebswellen verwendbar, z.B. für die Antriebswellen von Fahrzeugen, Ritzelwellen und andere Wellen sowohl für Automobile als auch andere Fahrzeuge oder Maschinen.

Der Dichtungskörper 12 hat eine Dichtlippe 20, die längs einer Umfangs­ linie um die Welle in Kontakt mit der Welle 18 steht. Der Dichtungs­ körper 12 hat ferner eine Nut 22 radial auswärts von der Dichtlippe 20. In der Nut ist eine Drucksteuerfeder 24 aufgenommen, die vorzugsweise in Form einer Wurmfeder ausgebildet ist.

Der gewundene flexible Dichtungskörper 12 hat einen ersten Ring 26, dessen Dicke ausreicht, um bezüglich der Dichtlippe 20 stabil und damit radial fixiert zu sein. Ein zweiter Ring 30 ist über ein erstes Umkehrbogenstück 28 mit dem ersten Ring 26 verbunden, wobei der zweite Ring 30 relativ zum ersten Ring 26 eine Winkelbewegung ausführen kann und damit eine flexible Anpassung ermöglicht, wenn der erste Ring 26 aufgrund einer Exzentrizität der Welle radial vor- und zurückverschoben wird. In Fig. 1 ist der zweite Ring 30 auf der linken Seite der Welle 18 in zusammengedrücktem Zustand dargestellt. Auf der rechten Seite der Welle 18 dagegen, also gegenüber dem zusammengedrückten Teil, ist der zweite Ring 30 auseinandergezogen dargestellt. Die Figur zeigt damit die Art und Weise in welcher der zweite Ring 30 sich einer radialen Verschiebung der Welle 18 anpaßt, die, wie dargestellt, aus ihrer normalen Wellenmittellinie 50 bis zu einer Verschiebungs-Mittellinie 52 ausgelenkt ist.

Der zweite Ring 30 ist bei 16 mit dem Gehäuse 14 über ein zweites Umkehr-Bogenstück 32 verbunden. Zu diesem Zweck hat das stabile metallische Gehäuse 14 einen axial verlaufenden einwärts gerichteten Ring 34, mit welchem der elastomere Dichtungskörper 12 verbunden, z.B. angeformt oder aufgepreßt ist. Der innere Ring 34 erstreckt sich von einem radial verlaufenden Ring 36 aus, der integral mit dem axial verlaufenden Außenmantel 38 des Gehäuses 14 ist. Der Außenmantel 38 sitzt mit Festsitz oder Preßsitz in einer Bohrung 40, z.B. einer Bohrung im Kurbelgehäuse eines Motors.

Die Dichtungsanordnung 10 hat eine luftseitige Fläche 42 benachbart zur Dichtlippe 20. Vorzugsweise hat diese Fläche einen Winkel 44 zur Welle 18 von etwa 20-30°. Die Wurmfeder 24 hat zweckmäßigerweise eine Mittellinie a-a, die, wie bei 46 gezeigt, gegen den Kontaktpunkt 48 der Dichtlippe 20 auf der Welle 18 versetzt ist. Sowohl der Winkel 44 als auch die Versetzung 46 werden normalerweise bei der Entwicklung oder Konstruktion einer besonderen Dichtung vorgegeben und diese Werte bleiben während der Wellendrehung weitgehend konstant, wodurch man eine sehr wirksame Abdichtung durch die Dichtlippe 20 er­ hält.

Das zweite Bogenstück 32 hat eine Dicke, die vorzugsweise um ein Drittel kleiner ist als die Dicke des ersten Bogenstückes 28, damit der zweite Ring 30 sich geeignet durchbiegen kann, wie dargestellt. Vorzugsweise kann das Bogenstück 32 eine Dicke im Bereich von 25-50% geringer als die Dicke des Bogenstückes 28 haben.

Die Erfindung schafft eine Möglichkeit, die Parameter von Dichtlippe und Welle bzw. das Verhältnis von Dichtlippe zu Welle praktisch konstant zu halten mittels des elastomeren flexiblen gewundenen Dichtungskörpers 12 infolge von dessen Fähigkeit sich radialen Verschiebungen anpassen zu können. Die normale Wellen-Mittellinie 50 kann sich bis auf eine maximale exzentrische Verschiebung, d.h. bis zur Mittellinie 52 während der Wellendrehung verschieben. In extremen Fällen kann diese gesamte Verschiebung einen Wert von 0,75 mm übersteigen. Das Dichtungssystem nach der Erfindung hält ohne weiteres eine Gesamtexzentrizität von z.B. 1,5 mm über Perioden von mehr als 4000 Stunden aus.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Einrichtung, um die Wurmfeder 24 auch unter dynamischen Schwingungsbedingungen bei großen Exzentrizitäten besser zu halten. Zu diesem Zweck sind ein äußerer und ein innerer ringförmiger Wulst 54 und 56 vorgesehen, die sich um die Nut 22 in Umfangsrichtung erstrecken und die die Feder 24 über einen Bereich von z.B. 200-270° des Windungsumfanges der Feder umfassen. Vorzugs­ weise ist der innere Wulst 56 größer als der äußere Wulst 54, um das Einsetzen der Feder zu erleichtern.

Zum Vergleich zeigt Fig. 2 eine Wellendichtung nach dem Stand der Technik, wie sie durch die Dichtungsanordnung 10 nach der Erfindung ersetzt wird. Diese Dichtungsanordnung 10′ hat einen elastomeren Abschnitt 12′, der an einem Gehäuse 14′ befestigt ist. Der Abschnitt 12′ hat eine Dichtlippe 20′, die in Eingriff mit einer Welle 18, steht. Diese Anordnung 10′ hat jedoch nicht den gewundenen flexiblen Dichtungskörper, weshalb bei starker Exzentrizität die Welle die Dichtlippe 20′ nach einer Seite drückt, während der Kontakt mit der anderen Seite der Dichtlippe unterbrochen wird, wie in der Zeichnung links und rechts der Welle entsprechend dargestellt ist.

Auch bei weniger starker Exzentrizität ändert sich der Winkel 44 am Umfang der Welle 18′, wie auf beiden Seiten der Welle gezeigt ist. Auch die Versetzung 46′ zwischen der Dichtlippe 20′ und der Mittel­ linie a′-a′ der Feder verändert sich, was zu unterschiedlichen Kontakt­ pressungen um den Wellenumfang führt.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden.

Claims (10)

1. Ringförmige Wellendichtung mit einer kontinuierlichen Dichlippe zum Abdichten gegen Öl zwischen einer Bohrung und einer sich durch diese erstreckenden Welle, wobei die Dichtung mit einer festen Halterung verbunden ist, die in der Bohrung angeordnet ist und ein ringförmiger flexibler Teil das Dichtungselement mit der Halterung verbindet, um die Dichtlippe radial bezüglich der Halterung beweglich zu machen, gekennzeichnet durch einen ersten Ring (26), von welchem das Dichtelement ausgeht, daß der erste Ring (26) sich parallel zur Achse der Welle (18) erstreckt, einen zweiten Ring (30), der integral mit dem ersten Ring (26) über ein erstes Bogenstück (28) integral verbunden ist, und daß der zweite Ring (30) radial relativ zu dieser Achse beweg­ lich ist, ferner durch einen dritten Ring, der über ein zweites Bogenstück (32) integral mit dem zweiten Ring (30) verbunden ist, und daß der dritte Ring sich parallel zur Achse (50) erstreckt und fest mit der Halterung (36, 34) verbunden ist, und daß die radiale Dicke des zweiten Bogenstückes (32) kleiner ist als die Dicke des ersten Bogenstückes (28).

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (24) radial auswärts von der Dichtlippe (20) angeordnet ist, und daß die Feder (24) das Dichtungselement radial einwärts gegen die Welle (18) drückt.

3. Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (24) eine in Umfangsrichtung verlaufende Wurmfeder ist.

4. Wellendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke des zweiten Bogenstückes (32) um etwa 25-50% kleiner ist als die Dicke des ersten Bogenstückes (28).

5. Wellendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch einen Dichtungskörper (12) radial auswärts von der Dichtlippe (20), welcher die letztere abstützt und integral mit dieser ausgebildet ist, daß ferner in dem Dichtungskörper (12) eine ringförmige Nut (22) ausgebildet ist, welche durch ein Paar ringförmige Wulste (54, 56) begrenzt ist, durch welche die Wurmfeder (24) in der Nut (22) gehalten ist.

6. Wellendichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wulste (54, 56) die in der Nut (22) angeordnete Wurmfeder (24) längs ihres Umfangs über einen Bereich von etwa 200-270° in Richtung des Wickelumfangs der Feder umschließen.

7. Wellendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (36) aus einem metallischen Material besteht.

8. Wellendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (20), der diese abstützende Dichtungskörper (12), die drei ringförmigen Abchnitte und die diese verbindenden Bogenstücke (28, 32) aus einem einteiligen elastomeren Formkörper bestehen.

9. Wellendichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Halterung einen ersten langgestreckten zylindrischen Ab­ schnitt (38) aufweist, ferner einen radialen Flansch (36), der von einem Ende des zylindrischen Abschnittes (38) ausgeht, sowie einen zweiten kürzeren zylindrischen Abschnitt (34), der von dem Flansch (36) ausgeht und der einen radialen Abstand von dem zylindrischen Abschnitt (38) hat, und daß dieser zweite zylindrische Abschnitt (34) den dritten Ring des elastomeren Körpers abstützt.

10. Wellendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (12) und die Dicht­ lippe (20) direkt und integral mit dem ersten Ring (26) des elastomeren Körpers verbunden sind.