DE3826629A1 - Wellenabdichtungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellenabdichtungssystem zur Abdichtung rotierender Wellen mit wechselnden, gegebenenfalls sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten und wechselnden, zeitweise sehr hohen Druckbelastungen durch das Abdichtmedium, bestehend aus einem Lippendichtungsring, dessen elastomerer Dichtlippe luftseitig eine Schutzlippe vorgeschaltet ist, und dessen elastomere Dichtlippe luftseitig von einem im Querschnitt etwa L-förmigen Stützring abgestützt ist.

Wellendichtungsringe der üblichen Bauart bestehen aus einem Lippendichtungsring, dessen Dichtlippe, am Innenumfang gegebenenfalls durch einen Schraubenfederring belastet, mit einer definierten radialen Anpreßkraft auf der rotierenden Welle aufliegt, und dessen elastomere Dichtlippe an ihrem Außenumfang über ein elastomeres Maschinenteil mit dem Radialschenkel eines im Querschnitt rechtwinkligen Gehäuseringes verbunden ist. Bei schmutzbeaufschlagten Dichtstellen ist es dabei erforderlich, der eigentlichen Hauptdichtlippe eine oder auch mehrere Schutzlippen luftseitig vorzuschalten, die aus einem oder mehreren, zur Welle weisenden radialen Vorsprüngen des elastomeren Dichtlippenteiles gebildet sind.

Nach beispielsweise dem DE-GM 16 82 370 ist es dabei auch bekannt, in diesem Fall zwei axial hintereinander angeordnete und gegebenenfalls kraftschlüssig verbundene Lippendichtungsringe zu verwenden, von denen der äußere luftseitige Lippendichtungsring als Schutzring gegenüber starker äußerer Verschmutzung und der innere Lippendichtungsring als eigentliche dynamische und statische Abdichtung wirken.

In Strömungsbremsen oder Turbokupplungen sind die Lippendichtungsringe wechselnden hohen Beanspruchungen durch die zeitweise hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Welle und die zeitweisen hohen stoßartigen Druckbelastungen durch das Abdichtmedium ausgesetzt, wobei während einer hohen Wellenumfangsgeschwindigkeit eine normale 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 liegt.

Hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Welle führen zu einer Temperaturbelastung der Dichtlippe durch die entstehende Reibungswärme, und es können sich starke Verschleißerscheinungen im Dichtlippenbereich ausbilden. Bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Welle soll dabei die Dichtlippe zur Verminderung der Reibung mit möglichst kleiner Radialkraft auf der Welle aufliegen, die andererseits aber zur Sicherstellung der Abdichtung einen bestimmten Minimalwert nicht unterschreiten darf.

Hohe und gegebenenfalls stoßartige Druckbelastungen durch das Abdichtmedium erhöhen aber gleichzeitig die radiale Anpreßkraft der Dichtlippe an die Welle mit entsprechend hoher Reibwärmeentwicklung und hohem Reibverschleiß an der Dichtkante. Darüber hinaus kann insbesondere bei zu gering eingestellter Dichtlippenradialkraft die hohe Druckbelastung des Abdichtmediums ein Durchdrücken der Dichtlippenmembran oder ein Abheben der Dichtlippe von der Welle mit entsprechenden Undichtigkeiten hervorrufen. Zur Abhilfe ist es daher in solchen Fällen bekannt, die Dichtlippe durch Verstärkungsringe besonders zu versteifen, indem diese entweder in den Dichtlippenelastomerkörper einvulkanisiert werden, daß sie mit einem Axialschenkel am Innenumfang so weit wie möglich in das Dichtlippenteil hineinreichen, oder indem die Verstärkungsringe separate Stützringe mit einem etwa rechtwinkligen Querschnitt sind, die sich mit ihrem Axialschenkel am Innenumfang der Dichtlippe luftseitig abstützen. Auf diese Weise wird zwar das Durchdrücken der Dichtlippenmanschette und die unzulässige Erhöhung der Dichtlippenradialkraft bei zu hoher Druckbelastung durch das Abdichtmedium verhindert, andererseits wird dadurch die Flexibilität der Dichtlippe so weit verringert, daß sie beispielsweise nicht mehr einen exzentrischen Lauf der Welle elastisch ausgleichen kann. Entsprechend ist dann die Lebensdauer der Wellenabdichtung begrenzt.

Nach dem DE-GM 18 50 462 besteht daher zwischen dem die Dichtlippe untergreifenden Axialschenkel des Stützringes und der Dichtmanschette ein Spalt, dessen Größe dem größtmöglichen Schlagen der Welle bei exzentrischem Lauf entspricht. Auf diese Weise ist die Dichtmanschette zumindest bis zu einem Grenzwert ausreichend flexibel, und sie wird gleichzeitig bei hoher Druckbelastung durch das Abdichtmedium ab einem Grenzwert so abgestützt, daß es nicht mehr zur Erhöhung der Dichtlippenradialkraft mit ihren nachteiligen Folgen kommen kann. In solchen Fällen jeoch, in denen die Dichtlippe bei starker Verschmutzung luftseitige radiale Vorsprünge als Schutzlippen besitzt, kann ein die Dichtlippe untergreifender Stützring nicht verwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wellenabdichtungssystem gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, das auch an stark verschmutzten Dichtstellen bei wechselnden hohen Belastungen durch zeitweise hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Welle und zeitweise hohe Drücke des Abdichtmediums optimal abdichtend mit hoher Lebensdauer eingesetzt werden kann. Das Wellenabdichtungssystem soll zugleich einfach und kostensparend herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wellenabdichtungssystem gelöst, das aus zwei axial hintereinander angeordneten Lippendichtungsringen und einem dazwischen angeordneten Stützring besteht, der mit seinem Axialschenkel die Dichtlippe des zum Abdichtmedium hin angeordneten Lippendichtungsringes luftseitig untergreift. Bevorzugt bildet dabei der luftseitig angeordnete Lippendichtungsring mit seinem Gehäusering eine zylindrische Aufnahme, in die der Stützring und der zum Abdichtmedium zugewandte Lippendichtungsring, mit Preßsitz kraftschlüssig verbunden, eingeschoben werden können. Bevorzugt ist dabei die vom Gehäusering des luftseitigen Lippendichtungsringes gebildete zylindrische Aufnahme im Durchmesser abgestuft, so daß seine Abstufung einen Anschlag beim zentrierten Einschieben des Stützringes und des zweiten Lippendichtungsringes bildet. Die Innenfläche der vom Gehäusering des luftseitigen Lippendichtungsringes gebildeten Aufnahme ist zumindest teilweise von einer Elastomerschicht überzogen, so daß der Stützring und der zweite Lippendichtungsring mit dem luftseitigen Lippendichtungsring durch elastomeren Preßsitz besonders gut verbunden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Wellenabdichtungssystem bildet der äußere luftseitige Lippendichtungsring den Schutzring vor äußerer Schmutzeinwirkung. Seine radiale Anpressung an die Welle kann, da er nicht unter äußerer Druckeinwirkung steht, klein sein, so daß die hier entstehende Reibungswärme und der damit verbundene Reibverschluß nicht ins Gewicht fallen.

Der den Schutzring bildende Lippendichtungsring kann dabei aber auch als Doppel- oder Mehrfachlippendichtungsring ausgebildet sein, so daß der von den Dichtlippen gebildete Raum mit Schmierfett gefüllt sein kann, das für einen geschmierten reibungsarmen und dadurch verschleißarmen Lauf der Dichtlippen auch bei hohen Wellenumfangsgeschwindigkeiten sorgt. Die Dichtlippe des inneren, dem Abdichtmedium zugewandten Lippendichtungsringes ist durch den Versteifungsring abgestützt und vor Funktionsschäden durch hohe Druckbelastungen des Abdichtmediums gesichert. Zwischen dem abstützenden Axialschenkel des Stützringes und der Dichtlippe besteht dabei ein Spalt, so daß bis zu einem Grenzwert der Druckbelastung der Flexibilität der Dichtlippe voll funktionsfähig bleibt. Erst bei hoher Druckbelastung oberhalb des Grenzwertes ist die Dichtlippe durch ihre Versteifung abgestützt und vor Schäden durch Überbelastung gesichert. Der abstützende Schenkel des Stützringes besitzt dabei bevorzugt die Kontur der angepreßten Dichtlippe, so daß eine Abdichtung zum Stützringschenkel entsteht und Dichtlippenschäden durch ungleichmäßige Belastungen der Dichtlippe vermieden werden. Durch die Verwendung des Stützringes kann die Dichtlippe des inneren Lippendichtungsringes mit nur geringer Radialkraft eingesetzt werden, und Schäden durch entstehende zu hohe Reibungswärmen an der Dichtkante bei hohen Wellenumlaufzahlen werden vermieden. Da der Stützring ein separates Bauteil ist, das zur Montage relativ einfach zwischen die beiden Lippendichtungsringe geklemmt werden muß, ist zugleich die Herstellung des gesamten Wellenabdichtungssystemes relativ einfach.

Die Erfindung wird durch die Abbildung näher erläutert, die das Querschnittsbild eines erfindungsgemäßen Wellenabdichtungssystems zeigt.

In der Abbildung ist 1 das in das Gehäuse 2 eingesetzte und über die Welle 3 geschobene Wellenabdichtungssystem. Es besteht aus dem äußeren, der Luftseite 4 zugewandten Lippendichtungsring 5 und dem inneren, der Dichtmedienseite 6 zugewandten Lippendichtungsring 7. Zwischen den beiden Lippendichtungsringen 5, 7 ist der Stützring 8 angeordnet. Der luftseitige Lippendichtungsring 5 dient als Schutzring und besitzt die Dichtlippen 9, 10, die eine fettgefüllte Kammer 11 umschließen. Die Dichtlippen 9, 10 liegen mit kleiner Radialkraft auf der Welle 3 auf, so daß bei hohen Umdrehungszahlen der Welle 3 durch die Fettfüllung der Kammer 11 die Dichtlippen 9, 10 vor Überhitzung durch hohe Reibungswärme geschützt sind.

Der Stützring 8 untergreift mit seinem Axialschenkel 12 am Innenumfang die Dichtlippe 13 des dem Abdichtmedium 6 zugewandten Lippendichtungsringes 7 luftseitig, wobei zwischen Axialschenkel 12 und Dichtlippe 13 ein Spalt 14 besteht. Bei Druckbelastung durch das Abdichtmedium 6 bleibt die Dichtlippe 13 ausreichend flexibel und kann Wellenstöße elastisch ausgleichen. Oberhalb eines Grenzwertdruckes durch das Abdichtmedium ist die Dichtlippe 13 abgestützt und vor Verformungen mit nachteiligen Folgen geschützt. Dadurch daß die Kontur des abstützenden Axialschenkels 12 der Kontur der angepreßten Dichtlippe 13 angepaßt ist, liegt dann die Dichtlippe 13 abdichtend auf dem Schenkel 12 auf, ohne daß Schäden durch ungleichmäßige Druckbelastungen entstehen. Zwischen dem Ende des Axialschenkels 12 des Stützringes 8 und Welle 3 besteht nur noch ein extrem kleiner Spalt 17, so daß er gleichzeitig als Schutzring für die Dichtlippe 13 wirkt. Der Gehäusering des Lippendichtungsringes 5 bildet zugleich eine abgestufte 15 zylindrische Aufnahme, in die der Stützring 8 und der zweite Lippendichtungsring 7 mit Preßsitz eingepreßt sind. Die Abstufung 15 des aufnehmenden Gehäuseringes 16 bildet dabei den Anschlag beim Aufschieben der Ringe 7 und 8, so daß die Ringe 5, 7, 8 untereinander zentriert und drehfest verbunden sind.

Claims (5)

1. Wellenabdichtungssystem zur Abdichtung rotierender Wellen mit wechselnder, zeitweise sehr hoher Umfangsgeschwindigkeit und wechselnder, zeitweise sehr hoher Druckbelastung durch das Abdichtmedium, bestehend aus einem Lippendichtungsring, dessen elastomerer Dichtlippe luftseitig eine Schutzlippe vorgeschaltet ist, und dessen elastomere Dichtlippe luftseitig von einem im Querschnitt etwa L-förmigen Stützring abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenabdichtungssystem (1) aus zwei hintereinander angeordneten, separaten, axial zu einer Einbaueinheit zusammengefaßten Lippendichtungsringen (5, 7) und einem dazwischen angeordneten Stützring (8) besteht, der mit seinem Axialschenkel (12) die Dichtlippe (13) des zum Abdichtmedium (6) zugewandten Lippendichtungsringes (7) luftseitig (4) untergreift.

2. Wellenabdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Axialschenkel (12) des Stützringes (8) und der Dichtlippe (13) des Lippendichtungsringes (7) ein Spalt (14) besteht, der eine freie Flexibilität der Dichtlippe (13) bis zu einem Grenzwert der Druckbelastung durch das Abdichtmedium (6) zuläßt.

3. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche des abstützenden Axialschenkels (12) gleich der Kontur der angepreßten Dichtlippe (13) ist, so daß die Dichtlippe (13), abdichtend und gleichmäßig belastet, an den Axialschenkel angepreßt wird.

4. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Axialschenkel (12) des Stützringes (8) und der Welle (3) ein schmaler Spalt (17) besteht, so daß der Stützring (8) gleichzeitig als Schutzring der Dichtlippe (13) des Lippendichtungsringes (7) vor Schmutzbelastung dient.

5. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Gehäusering (16) des Lippendichtungsringes (5) eine abgestuft (15) zylindrische Aufnahme gebildet ist, in die der Stützring (8) und der Lippendichtungsring (7) nacheinander durch Preßsitz zur drehfesten kraftschlüssigen Verbindung eingeschoben sind, wobei die Abstufung (15) als Anschlag zum zentrierten Einschieben der Ringe (7, 8) dient.