DE3838996C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein solcher Radialwellendichtring ist aus der DE-AS 19 57 470 bekannt. Der vorbekannte Radial­ wellendichtring gemäß Fig. 1 weist eine Dichtkante auf, die durch zwei einander durchschneidende Kegelflächen begrenzt ist. Die im wesentlichen V-förmig ausgebildete Dichtlippe bedingt durch ihr Profil nur eine begrenzte Wärmeabfuhr, so daß die Gebrauchseigenschaften hinsichtlich einer langen Gebrauchsdauer wenig befriedigend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Radialwellendichtring derart weiterzuentwickeln, daß sich eine verbesserte Gebrauchsdauer ergibt. Die verbesserte Gebrauchsdauer soll durch eine verbesserte Geometrie der Dichtkante und damit verbunden durch eine bessere Wärmeabfuhr erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen Radialwellendichtring ist die Zwischenfläche der Dichtungsachse unter einem Winkel von etwa 90° zugeordnet und hat eine radiale Breite von 0,05 bis 1 mm. Sowohl die Zwischenfläche als auch die zweite Kegelfläche haben in radialer Richtung nur eine sehr geringe Erstreckung, welche regelmäßig weniger als 1 mm beträgt.

Die Dichtlippe ist einstückig aus gummielastischem Werkstoff erzeugt und wird im allgemeinen während ihrer Formgebung und Verfestigung mit dem Versteifungsring verbunden. Dieser kann aus metallischem Werkstoff oder Kunststoff bestehen.

Die Dichtlippe des erfindungsgemäßen Radialwellendichtrings weist im Bereich ihrer die Oberfläche der abzudichtenden Welle berührenden Zone, das heißt im Bereich der Dichtkante, ein sehr schlankes Profil auf. Durch die sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Zwischenfläche, die auf der dem abzudichtenden Medium zugewandten Seite der Dichtlippe angeordnet ist, vermag die in dem abzudichtenden Raum enthal­ tene Flüssigkeit, bei er es sich zumeist um ein Schmieröl handelt, die Dichtkante bei sich drehender Welle in besserer Weise zu erreichen als bei den bisherigen Ausführungen und dementsprechend in besserer Weise zu kühlen. Sowohl das in diesen Bereich gelangende Schmieröl als auch der die Dicht­ kante bildende gummielastische Werkstoff sind dadurch in besserer Weise vor Überhitzung geschützt. Sowohl die Gefahr des Auftretens einer Werkstoffversprödung der Dichtlippe als auch die Gefahr der Entstehung von Ablagerungserscheinungen aus Ölkohle an dem Lippenring oder der Oberfläche der abzu­ dichtenden Welle ist dadurch deutlich vermindert.

Die Dichtkante berührt auch bei dem erfindungsgemäßen Radial­ wellendichtring die Oberfläche der abzudichtenden Welle unter einer elastischen Anpressung. Sie besteht selbst aus elastisch deformierbarem Werkstoff, was zur Folge hat, daß sich infolge der Anpressung eine Aufweitung der bei der Herstellung an den Lippenring angeformten Dichtkante zu einer Dichtfläche geringer axialer Breite ergibt. Diese hat bei sich drehender Welle eine Laufspurbreite entsprechender Ausdehnung zur Folge, wobei die Ausdehnung wegen der schlanken Gestaltung des Profils der Dichtlippe im Bereich der Dichtkante aller­ dings während der gesamten Gebrauchsdauer des Dichtringes nur eine sehr geringfügige Veränderung erfährt. Für die Erzielung eines während der gesamten Gebrauchsdauer gleichmäßigen Abdichtungsergebnisses ist das von erheblichem Vorteil und die für die Abdichtung erforderliche, spezifische Flächen­ pressung läßt sich mit vergleichsweise kleiner dimensionierten Andrückfedern erreichen.

Bedingt durch eine geringe axiale Erstreckung der Laufspur­ breite ist die Gefahr eines Festsetzens von Fremdkörpern zwischen der Dichtkante und der Oberfläche der abzudichtenden Welle bei der erfindungsgemäßen Ausführung deutlich vermin­ dert. Fremdkörper können daher auch nicht mehr in ähnlichem Umfange wie bisher zum vorzeitigen Ausfall des Dichtringes führen.

Durch die im wesentlichen radiale Anordnung der Zwischen­ fläche können bei drehender Welle nur unwesentliche Radial­ kräfte von dem abzudichtenden Medium auf den Lippenring ausgeübt werden. Die für die Erzielung eines guten Abdich­ tungsergebnisses erforderliche Anpressung der Dichtkante an die Oberfläche der abzudichtenden Welle läßt sich dadurch problemlos auf einen optimalen Wert einstellen. Dieser bleibt weitgehend unabhängig von der jeweiligen Drehzahl der abzu­ dichtenden Welle im wesentlichen stets erhalten, wodurch sich nicht nur ein ausgezeichnetes Abdichtungsergebnis über lange Zeiträume gewährleisten läßt, sondern zugleich eine Minimie­ rung des sich während der Gebrauchsdauer ergebenden Ver­ schleißes. Zugleich ist die Walkbeanspruchung des sich in der unmittelbaren Nachbarschaft der Dichtkante befindenden, abzudichtenden Mediums deutlich reduziert und damit die Wärmeentwicklung in demselben. Für die Gewährleistung einer gleichbleibenden Schmierung mit Kühlung der dynamischen Abdichtungszone unter normalen Betriebsbedingungen ist das von großem Vorteil.

Das Profil des Lippenrings kann bei dem erfindungsgemäßen Radialwellendichtring, bedingt durch die geringe radiale Ausdehnung der Zwischenfläche, ansonsten ähnlich gestaltet sein, wie bei den bisherigen Ausführungen und es besteht daher die Möglichkeit, eventuell benötigte Andrückfedern aus metallischen Werkstoffen in ähnlicher Weise auszubilden und anzuordnen wie bisher. Für die Gewährleistung eines gleich­ bleibenden Abdichtungsergebnisses über lange Zeiträume ist das von Vorteil.

Die Erstreckung der Zwischenfläche in radialer Richtung muß unabhängig vom Durchmesser der abzudichtenden Welle 0,05 bis 1 mm betragen. Bevorzugt wird eine radiale Breite von 0,1 bis 0,5 mm, insbesondere eine solche von 0,15 bis 0,3 mm.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß im Bereich der zweiten Kegelfläche und der dritten Kegelfläche radial nach innen vorspringende, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, hydrodynamisch wirkende Rückför­ derelemente für Leckflüssigkeit vorgesehen sind, die sich bis zu der Dichtkante erstrecken. Die hydrodynamisch wirkenden Rückförderelemente weisen eine Erstreckung in radialer Richtung auf, die der radialen Ausdehnung sowohl der Zwi­ schenfläche als auch der zweiten Kegelfläche entspricht. Die Rückförderelemente sind im allgemeinen auf der radial nach innen weisenden Seite ebenfalls von einer die Dichtungsachse umschließenden, gedachten Kegelfläche begrenzt. Diese kann sich vollkommen parallel zu der dritten Kegelfläche er­ strecken, und sie durchschneidet in jedem Falle zugleich die Dichtkante.

Die elastische Nachgiebigkeit der Dichtlippe in axialer Richtung ist dadurch im Bereich der Dichtkante verbessert, wodurch Leckflüssigkeit in einer vergleichsweise besseren Weise zurück in den abgedichteten Raum gefördert werden kann als bei den bisherigen Ausführungen. Das insgesamt erzielte Abdichtungsergebnis erfährt dadurch eine deutliche Verbes­ serung.

Die Dichtlippe kann im Bereich der Dichtkante ein Profil haben, welches mit dem Profil der hydrodynamisch wirksamen Rückförderelemente im wesentlichen übereinstimmt. Es resul­ tiert in diesem Falle in Umfangsrichtung eine weitgehend ausgeglichene Anpressung der Dichtkante an die Oberfläche der abzudichtenden Welle. Hinsichtlich der Erzielung eines guten statischen Dichtungsergebnisses bei Nichtdrehen der Welle ist das von ebenso großem Vorteil wie hinsichtlich der Erzielung eines auf den Gesamtumfang ausgeglichenen Verschleißbildes. Das gute Abdichtungsergebnis des neuwertigen Radialwellen­ dichtrings bleibt dadurch über besonders lange Zeiträume nahezu unverändert erhalten.

Hinsichtlich einer guten Rückförderung von Leckflüssigkeit in den abzudichtenden Raum sowie hinsichtlich der Erzielung einer ausreichenden mechanischen Widerstandsfähigkeit der Dichtlippe im Bereich der Dichtkante in Bezug auf unerwünsch­ te Deformierungen, kann die zweite Kegelfläche mit der Dichtungsachse einen Kegelwinkel einschließen, der zwischen 30 und 60° liegt, zweckmäßig zwischen 40 und 50°.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnungen weiter verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen Radialwellendichtring der erfindungsgemäßen Art in eingebautem Zustand und in einer halbgeschnit­ tenen Darstellung.

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Innenseite des in Fig. 1 gezeigten Radialwellendichtringes.

Fig. 3 und Fig. 4 Ausschnitte aus der Innenseite von Radialwellendichtringen, die unabhängig von der Drehrichtung der Welle wirksam sind.

Der in Fig. 1 gezeigte Radialwellendichtring entspricht in seinen äußeren Abmessungen den Ausführungen, welche insbeson­ dere bei der Abdichtung von Kurbelwellen und anderen sich in einer Richtung drehenden Maschinenteilen zur Anwendung gelangen. Er besteht aus dem Versteifungsring 1 aus Stahl­ blech und dem an dessen Innenseite anvulkanisierten Lippen­ ring 2 aus Gummi. Letzterer ist mit der Dichtkante 3 versehen und in dem radial außerhalb der Dichtkante 3 liegenden Bereich mit einer umlaufenden Nut, in welche die Ringwendel­ feder 10 aus metallischem Werkstoff eingefügt ist. Diese steht in eingebautem Zustand des Radialwellendichtringes unter einer Zugspannung und bewirkt eine radiale Anpressung der Dichtkante 3 an die Oberfläche der abzudichtenden Welle 11.

Die Dichtkante 3 wird gebildet durch eine Schnittkante zwischen der zweiten Kegelfläche 5 und der sich im einge­ bauten Zustand des Radialwellendichtringes im wesentlichen senkrecht zur Dichtungsachse 12 erstreckenden Zwischenfläche 9. Die Zwischenfläche 9 hat die radiale Erstreckung C, die zweite Kegelfläche 5 die radiale Erstreckung D. Beide Werte sind im wesentlichen übereinstimmend und betragen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, welches bezug nimmt auf die Abdichtung einer Kurbelwelle mit einem Durchmesser von 80 mm 0,2 mm. Eine gegenseitige Abweichung der Werte C und D um ±20% ist ohne weiteres zulässig.

Die zweite Kegelfläche 5 schließt mit der Zylinderfläche 9 einen Winkel von etwa 45° ein.

Radial außerhalb schließt sich an die Zwischenfläche 9 die erste Kegelfläche 4 an, an die zweite Kegelfläche 5 die dritte Kegelfläche 7. Der Winkel zwischen der ersten Kegel­ fläche 4 und der Dichtungsachse 12 beträgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel 50°, derjenige A zwischen der dritten Kegelfläche 7 und der Dichtungsachse 12 etwa 30°.

Die zweite Kegelfläche 5 und die dritte Kegelfläche 7 sind der Außenluft 6 zugewandt, die Zwischenfläche 9 und die erste Kegelfläche 4 dem abzudichtenden Raum.

Auf den der Außenluft 6 zugewandten Kegelflächen 5 und 7 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, in radialer Rich­ tung nach innen vorspringende, hydrodynamische Rückförderele­ mente 8 vorgesehen. Diese sind rippenähnlich gestaltet und schließen in Umfangsrichtung mit Dichtungsachse 12 einen Winkel von etwa 30° ein. Die Neigungsrichtung ist so gewählt, daß der Welle 11 anhaftende Leckflüssigkeit zurück in den abgedichteten Raum gefördert wird. Das Profil der Rückförder­ elemente 8 entspricht weitgehend demjenigen, welches die Dichtlippe zwischen der dritten Kegelfläche 7 und der zweiten Kegelfläche 5 aufweist. Die hydrodynamischen Rückförderele­ mente 8 werden innenseitig von einer gedachten Kegelfläche begrenzt, welche sich parallel zu der dritten Kegelfläche 7 erstreckt und die Dichtkante 3 durchschneidet. Der Winkel B, den die zweite Kegelfläche 5 und die Dichtungsachse 12 einschließen, beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 45°.

In Fig. 2 ist die Innenseite des vorstehend beschriebenen Radialwellendichtringes nach Fig. 1 in einer Draufsicht auf die Innenseite gezeigt. Es ist zu ersehen, daß die Dichtkante 3, welche durch zwei einander durchschneidende Flächen gebil­ det wird, als durchgehendes Band gestaltet ist und daß die hydrodynamischen Rückförderelemente 8 auf ihrer Innenseite ebenfalls von Kanten begrenzt sind, welche durch zwei einan­ der durchschneidende Flächen gebildet sind. Diese Kanten erstrecken sich zu der Dichtkante 3, wodurch Leckflüssigkeit zuverlässig über die Dichtkante 3 hinweg zurück in den abgedichteten Raum gefördert wird. Im Bereich der gegensei­ tigen Berührungszonen zwischen den vorstehend angesprochenen Kanten der hydrodynamischen Rückförderelemente 8 und der Dichtkante 3 ergibt sich nur eine sehr geringfügige Material­ zusammenballung. Die spezifische Anpressung der Dichtkante 3 an die Oberfläche der abzudichtenden Welle ist dadurch nahezu an jeder Umfangsstelle von übereinstimmender Größe. Für die Erzielung eines guten Abdichtungsergebnisses über lange Zeiträume ist das von großem Vorteil.

In den Fig. 3 und 4 werden Draufsichten auf die Innenseiten von zwei verschiedenen Lippenringen gezeigt, welche unab­ hängig von der Drehrichtung der abzudichtenden Welle eine gute Wirksamkeit haben.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist nur ein einziges, hydro­ dynamisch wirkendes Rückförderelement 8 vorhanden, welches die abzudichtende Welle auf ihren gesamten Umfang umschließt und welches einen S- bzw. Z-förmigen Verlauf hat. Unabhängig von der Drehrichtung der abzudichtenden Welle stehen dadurch stets Umfangsbereiche des Rückförderelements zur Verfügung, welche auf die der Welle anhaftende Leckflüssigkeit eine axial in den abzudichtenden Raum weisende Förderwirkung auszuüben vermögen. Das Rückförderelement 8 hat ein dreieckiges Profil mit einer nach innen weisenden Schnittkante, die die Dichtkante 3 in regelmäßig verteilten Umfangsabständen berührt.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführung ist der vorstehend beschrie­ benen in funktioneller Hinsicht ähnlich. Es sind in diesem Falle doch mehrere hydrodynamisch wirksame Rückförderelemente 8 vorhanden, welche in einer achsparallelen Erstreckung erzeugt und innenseitig von einer Schnittkante begrenzt sind, die sich bis zu der Dichtkante 3 erstreckt. Die Rückförder­ elemente 8 haben ein dreieckiges Profil, welches ähnlich schlank dimensioniert ist wie dasjenige der einander in der Dichtkante 3 durchschneidenden Flächen. Hierdurch sowie durch die elastische Nachgiebigkeit des zur Herstellung des Lippen­ ringes verwendeten gummielastischen Werkstoffs ergibt sich bei drehender Welle eine umfangsgerichtete Deformierun-g der die abzudichtende Welle berührenden Teile des Lippenringes, bezogen auf die übrigen Teile. Die elastische Deformierung ist in bezug auf die Wirksamkeit der Dichtkante ohne weitere Bedeutung, bedingt indessen eine so weitgehende Auslenkung der der Dichtkante 3 benachbarten Teile der Rückförderele­ mente 8 in bezug auf die herstellungsbedingte achsparallele Gestalt der Rückförderelemente, daß diese eine geneigte Zuordnung zur Achse der abzudichtenden Welle 11 einnehmen und eine Rückförderwirkung auf Leckflüssigkeit auszuüben vermö­ gen.

Die Richtung der Deformierung ist abhängig von der Drehrich­ tung der abzudichtenden Welle 11 und der aus ihr resultie­ rende Fördereffekt ist dadurch auch in Fällen verfügbar, in denen die Welle 11 während des normalen Gebrauchs der Dich­ tung eine wechselnde Drehrichtung aufweist.

Claims (4)

1. Radialwellendichtring, bestehend aus einem Versteifungs­ ring (1) und einem daran festgelegten Lippenring (2) aus gummielastischem Werkstoff, bei dem der Lippenring (2) mit einer Dichtkante (3) versehen ist sowie mit sich in Richtung der Dichtkante (3) verjüngenden, ersten (4) und zweiten Kegelflächen (5), wobei die der Außen­ luft (6) zugewandte, zweite Kegelfläche (5) auf der von der Dichtkante (3) abgewandten Seite durch eine dritte Kegelfläche (7) begrenzt ist, die einen kleineren Winkel (A) mit der Dichtungsachse (12) einschließt als die zweite Kegelfläche (5), wobei zwischen der ersten Kegelfläche (4) und der Dichtkante (3) eine Zwischen­ fläche (9) vorgesehen ist, die in radialer Richtung eine Breite (C) hat, welche mit der größten radialen Er­ streckung (D) der zweiten Kegelfläche (5) um ± 20% differieren kann und wobei die Zwischenfläche (9) dem abzudichtenden Raum zugewandt und kreisringförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwi­ schenfläche (9) der Dichtungsachse (12) unter einem Winkel von 90° ± 10° zugeordnet ist und eine radiale Breite (C) von 0,05 bis 1 mm hat.

2. Radialwellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenfläche (9) eine radiale Breite (C) von 0,1 bis 0,5 mm hat.

3. Radialwellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenfläche (9) eine radiale Breite (C) von 0,15 bis 0,3 mm hat.

4. Radialwellendichtring nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der zweiten Kegelfläche (5) und der dritten Kegelfläche (7) radial nach innen vorspringende, gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, hydrodynamisch wirkende Rückförderelemente (8) für Leckflüssigkeit vorgesehen sind, die sich bis zu der Dichtkante (3) erstrecken.