DE3642082A1 - Fluessigkeitsdichtung fuer zueinander rotations- und axialbewegliche maschinenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsdichtung entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruches 1 und vermeidet den Auf­ wand einer Zwangsbespülung der Dichtspalte, wie er bei Gleit­ ring-Dichtflächen aus harten Werkstoffen üblich ist.

Bemühungen zur Behebung von Problemen an Flüssigkeitsdich­ tungen der Gattung sind z. B. bekannt aus der DE-OS 20 25 118. Gemäß derselben wird den Verschleißvorgängen, infolge Schmutz­ eindringens in den Dichtspalt von außen her zwischen zwei gleichzeitig rotierende und verschiebliche, relativ zueinan­ der bewegte Maschinenteile, mittels einer einzigen Hülse aus Elastomermaterial begegnet, welche einen einzigen, sowohl ra­ diale als auch axiale Veränderungen erfahrenden Dichtspalt über­ brückt. Eine derartige Dichtung, deren Dichtelement sowohl Tor­ sions- als auch Schuhspannungen im ständigen Wechsel ausgesetzt ist, ist besonders an kritischen Querschnittstellen sehr rißge­ fährdet. Die bekannte Dichtung kann bei Beschädigung ihres langen, dem Schmutz stark ausgesetzten Hülsenteiles auch die Dichtwirkung des ihr flüssigkeitsseitig vorgeordneten zylindri­ schen Teiles verlieren. Hinzu kommt, daß Dichtungen mit so ungewöhnlichen Spezial-Preßlingen eine Ersatzbeschaffung sehr erschweren.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegen Eindringen von Schmutz und mechanische Beschädigung von außen sowie gegen überlagerte Torsions- und Schubbewegungswechsel gut geschützte und dabei kurzbauend ausführbare, einfache Dichtung zu schaffen, deren verschleißgefährdetste Teile einfach herstellbar und kostengünstig beschaffbar sind.

Die Lösung wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 er­ reicht, indem die Schnittstellen für die Torsions- und Schub­ spannungen in eine radial zwischen zwei Teilen der Dichtung vor­ gesehene, zum wellenförmigen Maschinenteil eine parallele Haupt­ richtung aufweisende Zwischenhülse aus steiferem Material (z. B. Stahlblech) gelegt werden. Indem diese Zwischenhülse zwar be­ grenzt axial mitnehmbar, jedoch verdrehgesichert montiert ist, kann sich an dem den axialen Dichtspalt verschließenden Dich­ tungsteil nur noch eine lineare Relativbewegung einstellen. Und da die Zwischenhülse außerdem verdrehgesichert ist gegenüber der Gegenfläche im axialen Dichtspalt, kann sich an dem den radialen Dichtspalt verschließenden Dichtungsteil nur noch eine Rotationsbewegung ergeben. Hiermit wird verhütet, daß von außen angelagerter Schmutz bei Axialbewegungen immer weiter in das Dichtungsinnere gepumpt wird, weil er sich im Bereich der Dicht­ rillen als Schleifmittel immer breitere Dichtspalte schafft, in denen die Dichtkanten der Elastomerringe schließlich an Anlage­ kraft verlieren.

Die erfindungsgemäß unverändert bleibenden, eindeutigen Relativ­ bewegungen können durch bewährte Einzweck-Dichtungselemente aus elastomeren Materialien und ohne komplizierte Federelemente bzw. Druckanpressungen zuverlässig ertragen werden. Daneben wird auch der Abrieb durch die Minderung der Effektiv-Geschwin­ digkeiten an den einzelnen Dichtkanten reduziert, und es können unter Verzicht auf kompliziert gestaltete, längliche Blechbiege­ teile bzw. Gummipreßlinge einfache und kurze Standarddichtungs­ ringe mit für die klar definierte Beanspruchung optimal ausge­ legten Lippen und Abstreifkanten etc. in eine entsprechend genutete bzw. profilierte steife Zwischenhülse als Trägerteil eingelegt werden. Die Ersatzbeschaffung solcher einfacher Dichtringe ist unproblematisch und kommt den Verhältnissen in Entwicklungsländern und auf Großbaustellen sehr entgegen. Da wegen des verlangsamten Abriebes und der guten Vorspannungskon­ stanz auf eine gesonderte axiale Anfederung mittels Federn oder Druckelementen verzichtet werden kann, wird auch eine einfache Kurzbauweise begünstigt. Mittels eines der eigentlichen Dichtung innen unmittelbar vorgeordneten Lagers läßt sich das den axialen Dichtspalt verschließende Dichtungsteil von Querkräften, wie sie gerade bei Lenkachsen infolge der Reaktionskräfte von Uni­ versalkreuzgelenken häufig sind, entlasten und trägt weiter zur Lebensdauerverlängerung bei guter Dichtqualität und zu guten Laufeigenschaften bzw. geringer Erwärmung der Dichtungsmate­ rialien bei.

Die angegebene Flüssigkeitsdichtung kann dabei je nach An­ wendungsfall mit auf der Innenfläche oder der Außenfläche der Zwischenhülse angeordneter Axialspaltdichtung ausgeführt werden. Weiterhin kann das den radialen Dichtspalt verschließende Dich­ tungsteil ohne Axialfederverwendung gegen Vor- bzw. Rücksprünge der Zwischenhülse einerseits und des zugeordneten wellen- oder gehäuseförmigen Maschinenteiles allein aus seiner eigenen Ela­ stizität ausreichend axial gespreizt bzw. vorgespannt sein. Die gegenüber mit Federn arbeitenden Dichtelemente verringerten Anpreßdrücke ermöglichen zusammen mit den gleichbleibenden Be­ anspruchungsrichtungen längere Lebensdauer und auch geringere Reibungsverluste im Betrieb.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen die Unteransprüche.

• - Die Anordnung eines eng bei den Dichtelementen angeordne­ ten Lagers, welches gleichzeitig als Axialfixierung der Zwischenhülse zu einem der beiden Maschinenteile dient, verhütet weiterhin, daß die Dichtelemente durch Seiten­ kräfte, wie sie gerade bei Lenkgabeln häufig sind, radial zu ungleichmäßig belastet und bis zum Undichtwerden defor­ miert werden können.
• - Ein Wälzlager als Axialfixierung hilft, die Reibung im Dichtbereich weiter zu senken und die Temperaturen niedrig zu halten.
• - Wird die Verdrehsicherung aus in den axial bewegten Ma­ schinenteil eingreifenden Vorsprüngen bzw. Profileingrif­ fen derselben gegenüber der Zwischenhülse ausgeführt, kann das den radialen Dichtspalt überbrückende Dichtele­ ment sicher vor Torsionsspannungen geschützt und die Zwischenhülse samt Dichtelementen leicht montiert werden.
• - Eine allein durch höhere radiale Vorspannung der Dichtele­ mente im axialen Dichtspalt bewirkte Verdrehsicherung ist insbesondere bei Zuordnung zu einem besonders reibungsar­ men Lager, z. B. Wälzlager, vertretbar und dann kostensen­ kend und platzsparend gegenüber einer Verdrehsicherung mit Profileingriff.
• - Mittels einer Axialfixierung, die sich mit einer in den radialen Dichtspalt hineinragenden, ringförmigen Zwischen­ scheibe (Sperring) zwischen den Dichtelementen und einer radialen Anlaufkante der Zwischenhülse erreichen läßt, können die Axialkräfte von der Radialdichtung ferngehalten werden und diese dennoch die Axialbewegungen mitmachen.
• - Durch radiale Übereinander-Anordnung von Lager und Axial­ spaltdichtelement kann man erreichen, daß bei kurzer Ge­ samtbaulänge der Dichtung die Radialkräfte von den Dicht­ elementen besonders wirksam ferngehalten werden.
• - Bei ausreichender Bemessung kann das Lager der Dichtung auch die Aufgaben eines weiteren, flüssigkeitsseitigen Lagers der Gelenkwelle in Doppelfunktion mitübernehmen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Zeichnun­ gen ersichtlich:

Fig. 1 zeigt eine Version der Flüssigkeitsdichtung mit radialer Abstützung der Zwischenhülse durch ein Rollenwälzlager gegen das wellenförmige Maschi­ nenteil.

Fig. 2 zeigt eine Version mit Zwischenhülse als Blech­ formteil und einfachem Gleitlager; im übrigen entsprechend Version 1.

Fig. 2A zeigt die Vorderansicht auf eine Verdrehsiche­ rung nach Fig. 2.

Fig. 3 zeigt eine Version mit radialer Abstützung durch ein Radialkugellager, das auch gegen die Innen­ wand des umhüllenden Maschinenteiles und die Zwischenhülse axial abgestützt ist.

Fig. 4 zeigt eine Version, bei der die Verdrehsicherung allein durch Reibkräfte aus dem axialen Dicht­ spalt erreicht wird und im übrigen etwa nach Fig. 1 angeordnet ist.

Fig. 5 zeigt eine Version mit Verdrehsicherung, eben­ falls durch Reibkräfte, jedoch etwa dem Prinzip nach Fig. 3 entsprechend.

In Fig. 1 ist ein wellenförmiges Maschinenteil 1 aus einem gehäuseförmigen Maschinenteil 2, in welchem sich eine Flüssig­ keit befindet (in der Zeichnung nach links), herausgeführt. Mit dem wellenförmigen Maschinenteil 1 über eine Keilverzahnung 1 A drehfest, und mittels eines Sperringes 1 B axialfest verbunden, ist hier eine das wellenförmige Maschinenteil 1 zum Teil über­ greifende Muffe 3 vorgesehen, welche gemeinsam mit dem wellen­ förmigen Maschinenteil 1 nicht nur gegenüber dem gehäuseförmi­ gen Maschinenteil 1 rotiert, sondern auch bis in eine Endlage 4 axial wandern kann.

Handelt es sich bei den Maschinenteilen 1, 2 z. B. um eine Wellengelenkführung für angetriebene Lenkachsen, können während des Axialschubes noch beträchtliche Radialkräfte auftreten, durch die bei ungenügender Abstützung die Dichtungselemente stark deformiert werden können.

Die radial zwischen den Maschinenteilen 1 und 2 angeordnete Flüssigkeitsdichtung 5 verhindert das Auslaufen der Flüssigkeit, beispielsweise von Öl aus einer Tauchschmierung. Erfindungsge­ mäß ist die Flüssigkeitsdichtung durch einen sich parallel zum wellenförmigen Maschinenteil 1 erstreckende Zwischenhülse 6 aus steifem Material (z. B. Blech) radial unterteilt, wobei sich ein axialer Dichtspalt 7 und ein radialer Dichtspalt 8 ergibt. Der axiale Dichtspalt 7 ist durch mindestens ein die vorwiegend radiale Vorspannung leicht aushaltendes, elastomeres Dichtele­ ment 9 verschlossen. Dieses ist teilweise in eine Ringnut auf dem Außenumfang der Zwischenhülse 6 eingelassen ist und von innen gegen die fein polierte Bohrungsoberfläche des gehäuse­ förmigen Maschinenteiles 2 andrückt. Den Bewegungsbereich des axialen Dichtelementes 9, außen vorgeordnet, ist noch ein in dem gehäuseförmigen Maschinenteil 2 eingebetteter Schmutzab­ streifer 9 A, der sich gegen einen fein polierten Bereich der Zwischenhülse 6 anlegt.

An diesen Dichtelementen 9, 9 A tritt keine Rotationsbewegung auf, weil die Zwischenhülse 6 durch eine den axialen Dicht­ spalt 7 übergreifende und in einer Ausnehmung 10 des gehäuse­ förmigen Maschinenteiles 2 eingreifende Verdrehsicherung 11 in Umfangsrichtung festgehalten ist und somit lediglich begrenzte axiale Bewegungen vollziehen kann.

Die Verdrehsicherung 11 besteht im Beispiel aus einem axial von der Zwischenhülse 6 ins Innere des gehäuseförmigen Maschinen­ teiles 2 vorkragenden Bolzen, der sich in Rotationsrichtung an die Wände einer inneren Ausnehmung 10 anlegt, ohne dabei aber die axiale Beweglichkeit der vom wellenförmigen Maschinenteil 1 getragenen Zwischenhülse 6 gegenüber dem gehäuseförmigen Maschinenteil 2 zu beeinträchtigen.

Der radiale Dichtspalt 8 ist durch mindestens ein vorwiegend axiale Vorspannung aufweisendes, elastomeres Dichtelement 12 verschlossen, das eine Relativdrehung zwischen dem wellenförmi­ gen Maschinenteil 1 bzw. der damit umlaufenden Muffe 3 und der Zwischenhülse 6 zuläßt, ohne aber deren Axialbewegungen unter­ worfen zu sein. Die Zwischenhülse 6 ist dazu durch eine belie­ big rotationsbewegliche Axialfixierung 13 gegenüber der Muffe 3 bzw. dem wellenförmigen Maschinenteil 1 axial festgehalten. Im vorliegenden Beispiel wurde für die Axialfixierung ein durch Sperringe 14, 15 bzw. entsprechende Anlagekanten dichtungssei­ tig in der Zwischenhülse und wellenseitig in der Muffe 3 fest­ gehaltenes Wälzlager 13 A gewählt, dessen Innenring 13 B dich­ tungsseitig gegen einen Absatz 15 A in der Muffe 3 und flüssig­ keitsseitig gegen einen Sperring 15 in der Muffe 3 abgestützt ist. Sein Außenring 13 C ist dichtungsseitig gegen einen Sperr­ ring 14 und flüssigkeitsseitig gegen einen Innenbund 14 der Zwischenhülse 6 abgestützt. Dadurch läßt das Wälzlager 13 A keinen Axialversatz zwischen Zwischenhülse 6 und Muffe 3 zu, wenn diese in das gehäuseförmige Maschinenteil 2 hinein- oder daraus herausgeschoben wird. Gleichzeitig entlastet das Wälz­ lager 13 A das den axialen Dichtspalt 8 verschließende Dicht­ element 12 sowie einen ihm vorzugsweise vorgeordneten Axial­ spalt- Schmutzabstreifer 12 A vor unzulässigem Radialversatz infolge eventueller Seitenkräfte quer zur Hauptachse. Das Ein­ dringen von Schmutz von außen her ist hier durch einen axialen Schmutzabstreifer 12 A erschwert, dessen Dichtlippe flüssig­ keitsseitig gegen eine radiale Zwischenscheibe 16 angefedert ist.

In Fig. 2 ist die Zwischenhülse 6 als dünnwandiges Blech­ element mit zungenartigen Vorsprüngen als Verdrehsicherungen 11 in die Ausnehmungen 10 des gehäuseförmigen Maschinenteiles 2 hineingreifend vorgesehen. Im übrigen sind die Dichtelemente 9, 9 A und 12, 12 A hier ähnlich, wie bereits in Fig. 1 dargestellt, plaziert. Anstelle eines Sperringes zur Axialfixierung wurde lediglich eine radiale Bördelkante der Zwischenhülse 6 benutzt. Auf der Innenseite der Zwischenhülse 6 wurde im Bereich der Dichtelemente 12, 12 A ein (nicht näher bezeichnetes) Träger­ element für einen Wellendichtring innen angeschweißt. Damit wird eine kassettenartige Gestaltung des Dichtelementes 12, 12 A für den radialen Dichtspalt 8 ermöglicht. Anstelle eines Wälz­ lagers wurde ein Gleitlager 13 flüssigkeitsseitig vor einer Anlaufkante 15 des gehäuseförmigen Maschinenteiles 2 angeordnet.

In Fig. 2A ist die Verdrehsicherung 11 als zungenartiger Vorsprung der Zwischenhülse 6, der in die Ausnehmung 10 des gehäuseförmigen Maschinenteiles 2 hineingreift, dargestellt.

In Fig. 3 wurde gegenüber der Version nach Fig. 1 bzw. 2 die Lage des axialen Dichtspaltes 7 vertauscht. Er befindet sich hier auf der Innenseite der Zwischenhülse 6 gegenüber dem wellenförmigen Maschinenteil 1 bzw. der darauf befestigten Muffe 3. Die Verdrehsicherung 11 kann aus einem aus der Zwi­ schenhülse 6 radial in eine axiale Ausnehmung der Muffe 3 ein­ greifenden Bolzen bestehen. Das Lager 13 ist zwischen Außenseite der Zwischenhülse und dem gehäuseförmigen Maschinenteil axial fixiert. Die den radialen Dichtspalt 8 verschließenden Dicht­ elemente 12 A bzw. 12 schleifen auf der Zwischenhülse bzw. der Innenseite der radial stehenden Zwischenscheibe 16 am außensei­ tigen Ende der Zwischenhülse 6.

In Fig. 4 ist wieder eine Anordnung nach dem Prinzip der Fig. 1 gewählt, jedoch die Verdrehsicherung 11 allein der Klemm­ wirkung der den axialen Dichtspalt 7 verschließenden Dichtele­ mente 9 überlassen. Die Zwischenhülse 6 ist innenseitig mit einem großen Rücksprung zur Unterbringung der den radialen Dichtspalt 8 verschließenden Dichtelemente 12 und außenseitig mit einer umlaufenden Ringnut zur Aufnahme des den axialen Dichtspalt 7 verschließenden Dichtelementes 9 vorgesehen. Un­ mittelbar radial unter dem den axialen Dichtspalt 7 verschlie­ ßenden Dichtelement 9 befinden sich auf der Innenseite der Zwischenhülse 6 die Kugeln des Lagers 13, so daß die Zwischen­ hülse 6 hier in Doppelfunktion auch als Außenring 13 C des La­ gers 13 dient. Ihr Innenring 13 B ist dreh- und schiebefest mit der Muffe 3 bzw. dem wellenförmigen Maschinenteil 1 verbunden. Insgesamt gesehen ist hier die Dichtung in der Endlage 4 darge­ stellt.

In Fig. 5 ist die Anordnung der den axialen Dichtspalt 7 verschließenden Dichtelemente 9, die hier ebenfalls nur durch ihre Klemmkraft als Verdrehsicherung 11 wirken, gerade umgekehrt wie in Fig. 4. Die Zwischenhülse 6 wirkt hier als Innenlauf­ ring 13 C des Wälzlagers 13 und die den radialen Dichtspalt verschließende Dichtelement 12 bzw. 12 A laufen gegen die Innen­ seite des Außenringes 13 B bzw. eine Hülse im gehäuseförmigen Maschinenteil 2 um.

Die Bauformen der Flüssigkeitsdichtung nach Fig. 4 und 5 zeichnen sich durch besonders kurze Baulänge und einfachen Auf­ bau aus, da Lager und Axialspalt-Dichtelement 9 radial unmit­ telbar übereinander angeordnet sind.

• Bezugszeichen  1 wellenförmiges Maschinenteil
   1 A Keilverzahnung auf 1
   1 B Sperring in 1
   2 gehäuseförmiges Maschinenteil
   2 A Einsatzhülse in 2
   3 Muffe auf 2
   4 Endlage von 2 nach Axialversatz
   5 Flüssigkeitsdichtung
   6 Zwischenhülse
   7 axialer Dichtspalt
   8 radialer Dichtspalt
   9, 9 A Dichtelemente in 7
  10 Ausnehmung in 2 bzw. 1
  11 Verdrehsicherung
  12, 12 A Dichtelement in 8
  13 Axialfixierung
  13 A Wälzlager
  13 A Innenring von 13 A
  13 C Außenring von 13 A
  14 Sperring von 13 A in 6
  15 Anlagekante für 13 A
  16 Zwischenscheibe radial in 8
  17 Hauptlager von 1 in 2

Claims (8)

1. Flüssigkeitsdichtung für zueinander rotations- und axialbewegliche Maschinenteile, insbesondere für mittels Uni­ versal-Kreuzgelenken verbundene Gelenkwellen in Schmierflüssig­ keit enthaltenden Gehäusen an Fahrzeuglenkachsen, mit zwischen den Maschinenteilen (1, 2) bestehenden Dichtspalten (7, 8), die durch elastomere Dichtelemente (9, 9 A) und (12, 12 A) auch gegen Schmutzeindringen von außen verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Flüssigkeitsdichtung aus mindestens je zwei Dichtungs­ elementen (9, 12) besteht, welche radial getrennt sind durch eine steife Zwischenhülse (6), die ein jeweils wel­ lenförmiges Maschinenteil (1) unter radialem Abstand um­ hüllt,
• - und daß das eine Dichtungselement (9) einen axialen Dicht­ spalt (7) und das andere Dichtungselement (12) einen ra­ dialen Dichtspalt (8) zwischen der Zwischenhülse (6) und dem ihr jeweils radial gegenübergelegenen Maschinenteil (1, 2) unter Vorspannung verschlossen hält,
• - wobei die Zwischenhülse (6) über den radialen Dicht­ spalt (8) hinweg eine beliebige rotationsbewegliche Axial­ fixierung (13) und über den axialen Dichtspalt (7) hinweg eine begrenzte Axialbeweglichkeit zulassende Verdrehsiche­ rung (11) aufweist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - die Axialfixierung (13) aus einem dem radialen Dicht­ spalt (8) flüssigkeitsseitig vorgeordneten Lager (13 A) der beiden Maschinenteile (1, 2) zueinander besteht,
• - welches axiale Anschläge (14, 15) an der Zwischenhülse (6) und an dem gegenüber derselben relativdrehenden Maschinen­ teil (1, 2) aufweist.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Axialfixierung (13) ein Wälzlager ist.

4. Dichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung (11) aus den axialen Dichtspalt (7) übergreifenden Vorsprüngen der Zwischenhülse (6) in Ausnehmungen (10) in den gegenüber dersel­ ben axialbeweglichen Maschinenteil (1, 2) besteht.

5. Dichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung (11) unmittelbar aus dem den axialen Dichtspalt (7) verschließenden Dichtelement (9, 9 A) besteht, welches auf der Zwischenhülse (6) in einer Ringnut axial festgelegt und im axialen Dichtspalt (7) unter radialer Vorspannung gehalten ist.

6. Dichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialfixierung (13) aus einer in den radialen Dichtspalt (8) hineinragenden ringförmigen Zwischenscheibe (16) und einer radialen Anlagekante (15) der Zwischenhülse (6) besteht.

7. Dichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Axialfixierung (13) übernehmendes Wälzlager mit dem den axialen Dichtspalt (7) ver­ schließenden Dichtelement (9) eine gleiche Axialposition auf­ weist.

8. Dichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsdichtung (5) einem ihr flüssigkeitsseitig unmittelbar benachbarten Haupt­ lager (17) vorgeordnet ist.