DE3826628A1 - Wellenabdichtungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellenabdichtungssystem zur Abdichtung rotierender Wellen mit wechselnden, zeitweise sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten und wechselnden, zeitweise sehr hohen Druckbelastungen durch das Abdichtmedium, bestehend aus einem Lippendichtungsring mit luftseitig vorgeschalteter Schutzlippe zur Schmutzabweisung.

Bei Wellendichtungsringen ist es bekannt, an Stelle von Lippendichtungsringen mit an den Gehäusering anvulkanisierter elastomerer Dichtlippe Lippendichtungsringe zu verwenden, deren Dichtteil aus einer Polytetrafluorethylenscheibe besteht, die an ihrem Außenumfang im Haftteil zwischen die radialen Schenkel des Gehäuseringes und eines Klemmringes eingespannt ist, und die in ihrem dynamischen Dichtteil am Innenumfang zur Dichtlippe abgebogen auf der Welle aufliegt. Bei schmutzbeaufschlagten Dichtstellen ist es dabei erforderlich, der eigentlichen Hauptdichtlippe eine oder mehrere Schutzlippen luftseitig vorzuschalten, die in diesem Fall aus an den Gehäusering anvulkanisierten elastomeren Dichtlippen oder aus zusätzlich im Gehäusering verklemmten Dichtscheiben aus Polytetrafluorethylen bestehen können.

In Strömungsbremsen oder Turbokupplungen sind die Lippendichtungsringe wechselnden hohen Beanspruchungen durch zeitweise hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Welle und zeitweise hohe stoßartige Druckbelastungen durch das Abdichtmedium ausgesetzt, wobei während hohen Wellenumfangsgeschwindigkeiten eine normale und relativ kleine Druckbelastung durch das Abdichtmedium von bis zu maximal 0,5 bar auftritt, während bei reduzierter Wellenumfangsgeschwindigkeit die Druckbelastung groß ist und bei über 3 bar liegen kann. Darüber hinaus sind derartige Dichtstellen meist einer starken Schmutzbelastung ausgesetzt.

In solchen Fällen werden Lippendichtungsringe mit luftseitig vorgeschalteten Schutzlippen verwendet, bei denen entweder die elastomere Dichtlippe durch einen bis in die Membrane hineinreichenden einvulkanisierten Radialschenkel des Gehäuseringes versteift ist, oder bei denen die Dichtlippe relativ kurz und dadurch weniger flexibel ist.

In diesem Fall führen hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium zu weniger starken Deformationen der Dichtlippe als bei herkömmlichen Dichtlippenkonstruktionen, so daß vor allem die Dichtlippe nicht mehr mit erhöhter Radialkraft gegen die Welle gepreßt wird und erhöhte Reibungskräfte mit entsprechend hoher Reibungswärmeentwicklung die Dichtlippe belasten und erhöhte Verschleißwerte hervorrufen. Derartig versteifte Dichtlippen brauchen dann nicht mehr zu ihrer Stabilisierung mit hoher Radialkraft auf der Welle aufzuliegen, und hohe Wellenumfangsgeschwindigkeiten führen nicht mehr zu einer zu starken Reibungswärmeentwicklung mit Temperaturbelastungen des Dichtlippenwerkstoffes und seinen Zerstörungen.

Solche Lippendichtungsringkonstruktionen neigen unter den geschilderten extremen Belastungen in Strömungsbremsen und Turbokupplungen immer noch zu erhöhtem Verschleiß mit entsprechend geringer Lebensdauer. Zugleich kann eine versteifte und dadurch weniger flexible und elastische Dichtlippe Wellenstöße bei exzentrischem Wellenlauf nicht mehr ausreichend ausgleichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wellenabdichtungssystem gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, das auch bei extremen Belastungen durch hohe Wellenumfangsgeschwindigkeiten, hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium und hohe äußere Schmutzbelastung verschleißbeständig und dadurch mit langer Lebensdauer bei guter Abdichtung eingesetzt werden kann. Das Wellenabdichtungssystem soll zugleich einfach und kostensparend herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Wellenabdichtungssystem gelöst, das erfindungsgemäß aus zwei axial hintereinander angeordneten Lippendichtungsringen besteht, von denen der erste luftseitig angeordnete Lippendichtungsring als Schutzring gegenüber äußerer Schmutzeinwirkung dient und aus einem Gehäusering mit anvulkanisiertem Dichtlippenteil besteht, während der zweite mediumseitig angeordnete Lippendichtungsring der Hauptdichtungsring ist und aus einem Gehäusering und einem Klemmring besteht, zwischen deren radiale Schenkel als Dichtteil eine Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff eingeklemmt ist.

Zur Vereinfachung der Bauweise bildet dabei bevorzugt der Gehäusering des Schutzringes auch den Gehäusering des Hauptdichtringes, indem sein äußerer Axialschenkel zu einem abgestuften Zylinder mit erweitertem Durchmesser verlängert ist. Zur Montage ist die Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen in den Zylinder eingeschoben und zwischen der radialen abgestuften Fläche und dem radialen Schenkel des nachgeschalteten Klemmringes verspannt. Bevorzugt ist dabei auch die radiale abgestufte Fläche mit einer Elastomerschicht überzogen.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Lippendichtungsringes mit eingeklemmter Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen als Hauptdichtung ist das Problem der Überlastung durch hohe Wellendrehzahlen und stoßartige hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium gelöst.

Polytetrafluorethylene und artverwandte Werkstoffe besitzen kleine Reibungskoeffizienten, so daß auch bei sehr hohen Wellendrehzahlen an dem zur Dichtlippe abgebogenen, auf der Welle großflächig aufliegenden Dichtscheibenteil nur geringe Überhitzung und damit kein erhöhter Verschleiß entsteht. Die hohe Temperaturbeständigkeit des Polytetrafluorethylen verbessert zusätzlich die Beständigkeit der Dichtlippe, so daß die Dichtlippe selbst ohne Gefahr von Zerstörungen mit erhöhter Radialkraft und dadurch gut abdichtend auf der Welle aufliegen kann. Polytetrafluorethylene sind darüber hinaus verformungssteif und wenig flexibel. Stoßartig auftretende hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium führen zu keiner Deformation der Dichtscheibe, die Dichtscheibe hebt sich nicht von der Welle ab, und die Dichtung bleibt auch bei extremen Belastungsverhältnissen dicht.

Da der vorgeschaltete elastomere Lippendichtungsring nur als Schutzring dient, genügt es, wenn diese Dichtlippe praktisch ohne Radialkraft auf der Welle aufliegt. Dadurch treten auch bei hohen Wellendrehzahlen keine Verschleißerscheinungen durch Reibwärmeentwicklungen auf. Bevorzugt besitzt das elastomere Dichtlippenteil des Schutzringes zwei radial die Welle berührende Schutzlippen, deren durch sie gebildete Zwischenräume mit einer Fettfüllung zur Verbesserung der Schmierwirkung versehen ist.

Zur Erzielung einer kompakten Bauweise ist das erfindungsgemäße Wellenabdichtungssystem mit einem Laufring versehen, der zusammen mit den Lippendichtungsringen zu einer Dichtkassette verbunden ist, die zur Montage unter drehfester Verbindung des Laufringes mit Metallsitz oder Elastomersitz auf die Welle aufgeschoben werden kann. Bevorzugt besitzt dabei der Laufring luftseitig einen radialen Schenkel, so daß zwischen diesem Schenkel und dem Schutzring nur noch ein kleiner, als Labyrinthdichtung wirkender Spalt mit verbesserter Schutzwirkung besteht. In diesem Fall besitzt das Dichtlippenteil eine zusätzliche axiale Dichtlippe, die den Radialschenkel des rotierenden Laufringes berührt.

Durch die Erfindung ist somit ein Wellenabdichtungssystem entstanden, das bei hohen Umdrehungszahlen der Welle und stoßartigen Druckbelastungen des Abdichtmediums zuverlässig mit langer Lebensdauer abdichtet. Das Wellenabdichtungssystem ist luftseitig vor äußerer Schmutzeinwirkung geschützt und besitzt in seiner bevorzugten Ausführungsform eine kompakte und dadurch einfach zu montierende Form bei geringen Herstellungskosten.

Die Abbildung zeigt das Querschnittsbild eines bevorzugten Wellenabdichtungssystems gemäß der Erfindung.

In der Abbildung ist 1 das auf der Welle 2 montierte Wellenabdichtungssystem aus dem luftseitigen 3 Schutzring 4, dem Hauptdichtungsring 5 und dem mediumseitigen 6 Laufring 7. Der Schutzring 4 bildet mit seinem einvulkanisierten Gehäusering 8 einen abgestuften 9 Zylinder, in dem die als Hauptdichtungsring 5 dienende Dichtscheibe 5 aus Polytetrafluorethylen zwischen der gummierten Abstufung 9 und dem Radialschenkel eines Klemmringes 10 im Haftteil 11 am Außenumfang eingespannt ist. Am Innenumfang liegt die Dichtscheibe 5 zur Dichtlippe 12 abgebogen auf dem Laufring 7 auf.

Die Dichtlippenlauffläche 12 ist mit eingeschnittenen Rückfördergängen 13 als hydrodynamische Dichthilfe versehen. Bei hohen Drehzahlen der Welle 2 ist, bedingt durch den kleinen Reibungskoeffizienten, die Reibbelastung der Dichtlippe 12 gering bei entsprechend geringem Verschleiß, und gleichzeitig kann auch bei hoher Druckbelastung durch das Abdichtmedium die verformungssteife Dichtscheibe 5 aus Polytetrafluorethylen nicht verformt werden. Der Dichtlippenteil 14 des luftseitigen 3 Schutzringes 4 ist an den Radialschenkel des Gehäuseringes 8 anvulkanisiert und bildet zwei radial den Laufring 7 berührende elastomere Dichtlippen 15, wobei der von den beiden Schutzlippen begrenzte Raum 16 zur Verbesserung der Schmierung mit Schmierfett gefüllt ist. Der durch Metallsitz mit der Welle 2 drehfest verbundene Laufring 7 besitzt einen luftseitigen 3 Radialschenkel 17, der die Schutzlippen 15 umhüllt und ihre Schutzwirkung im Sinne einer Labyrinthdichtung verbessert. Der elastomere, axial den Radialschenkel 17 des Laufringes 7 berührende, axiale Vorsprung 18 dient der Zentrierung bei der Montage und gleichzeitig als zusätzliche Schutzlippe gegen äußere 3 Schmutzeinwirkung.

Claims (8)

1. Wellenabdichtungssystem zur Abdichtung von Wellen mit wechselnden, zeitweise sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten und wechselnden, zeitweise sehr hohen Druckbelastungen durch das Abdichtmedium, bestehend aus einem Lippendichtungsring mit vorgeschalteter Schutzlippe zur äußeren Schmutzabweisung, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenabdichtungssystem (1) aus zwei axial hintereinander angeordneten Lippendichtungsringen (4, 5) besteht, von denen der erste luftseitig (3) angeordnete Lippendichtungsring (4) als Schutzring (4) gegenüber äußerer (3) Schmutzeinwirkung dient und aus einem Gehäusering (8) mit anvulkanisiertem elastomerem Dichtlippenteil (14) besteht, während der zweite mediumseitig (6) angeordnete Lippendichtungsring (5) der Hauptabdichtungsring ist und aus einem Gehäusering (8) und einem Klemmring (10) besteht, zwischen deren radiale Schenkel als Dichtteil eine Dichtscheibe (5) aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff eingeklemmt ist.

2. Wellenabdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusering (8) des Schutzringes (4) zu einem abgestuften (9) Zylinder verlängert ist, in den der Haftteil (11) der Dichtscheibe (5) aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff eingeschoben und zwischen dem radialen Schenkel der Abstufung (9) und dem radialen Schenkel des Klemmringes (10) eingespannt ist.

3. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestufte radiale Anschlagfläche (9) des Gehäuseringes (8) für die eingeklemmte Dichtscheibe (5) mit einer Elastomerbeschichtung versehen ist.

4. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Dichtteil (14) des Schutzringes (4) zwei parallel wirkende Dichtlippen (15) besitzt, und daß der von ihnen gebildete Raum (16) mit einer Fettführung versehen ist.

5. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippendichtungsringe (4, 5) mit einem Laufring (7) zu einer einbaufähigen Dichtkassette verbunden sind.

6. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufring (7) luftseitig (3) einen radialen Schenkel (17) besitzt, der das Dichtteil (14) des Schutzringes (4) im Sinne einer Labyrinthdichtung umgibt.

7. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichteil (14) des Schutzringes (4) einen elastomeren axialen Vorsprung (18) besitzt, der als zusätzliche Schutzlippe und zur Zentrierung des Laufringes gegenüber den Lippendichtungsringen (4, 5) auf dem Radialschenkel (17) des Laufringes (7) aufliegt.

8. Verwendung des Wellenabdichtungssystemes nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Abdichtung der Wellen in Strömungsbremsen oder Turbokupplungen von Kraftfahrzeugen, bei denen die Welle (2) wechselweise mit hoher Umdrehungszahl bei gleichzeitig geringer Druckbelastung von bis zu 0,5 bar durch das Abdichtmedium (6) und reduzierter Umdrehungszahl bei gleichzeitig hoher Druckbelastung von über 3 bar durch das Abdichtmedium (6) läuft.