DE3919474A1 - Schwimmende lippendichtung mit verstaerktem flexiblem abschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Wellendichtungen und insbesondere Dichtungen, die sich an radiale Wellenbewegungen anpassen, wie sie bei Exzentrizitäten und ausgelaufenen Wellen auf­ treten können.

Es sind bereits Dichtungen vorgeschlagen worden für Wel­ len mit großem Schlag oder für schlecht fluchtende Wellen beispielsweise Wellen in den Bohrungen von Kurbelgehäusen. Solche Bedingungen können zu vorzeitigem Ausfall der Dicht­ systeme führen. Manche Vorschläge betreffen flexible Ab­ schnitte, die Dichtungselemente vom Lippentyp mit festen Gehäuseteilen verbinden, die normalerweise an den Gehäuse­ bohrungen angebracht sind. Die flexiblen Abschnitte sollen ein Schwimmen bezüglich der Dichtlippe ermöglichen, um ra­ diale Bewegungen einer Welle relativ zur festen Lagerung in einem Gehäuse ohne größere Leckage zu erlauben, insbeson­ dere bei großen Exzentrizitäten bzw. hohem Schlag (runout) der Wellen über längere Zeitperioden.

Den meisten dieser Dichtsysteme fehlt jedoch eine Sta­ bilität bei extremer Exzentrizität oder extremem Schlag der Wellen, weshalb trotz der Flexibilität dieses Verbindungs­ elementes zwischen dem festen Gehäuseträger und der Lippen­ dichtung ein Bedarf vorliegt, die dynamische Bewegung des flexiblen Abschnittes wenigstens zum Teil zu kontrollieren oder zu verringern bzw. abzustützen. Eine solche Kontrolle der Bewegung der dynamischen Lippendichtung würde den Lippen­ kontakt mit der Welle erhöhen.

Die Lippendichtung nach der Erfindung umfaßt einen gewundenen oder gewellten flexiblen Abschnitt, der eine radiale Schwimm­ fähigkeit ermöglicht, die ausreicht, die Hauptdichtlippe in Kontakt mit der Welle zu halten, beispielsweise auch bei ex­ tremen Exzentrizitäten oberhalb von 1,5 mm.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Einrichtung zum Schutz der Hauptlippendichtung infolge der Verwendung einer Schmutzlip­ pe oder Schmutzabweislippe, die in einen Winkel von der Öl­ seite der Dichtung weg verläuft. In einer bevorzugten Aus­ führungsform umfaßt die Erfindung ferner ein Lagerelement mit einem zylindrischen Körper niedriger Reibung, der die Welle ständig umfaßt und der vorzugsweise aus Polytetrafloräthylen besteht. Dieses Lagerelement ist vorzugsweise zwischen der Hauptlippendichtung und der Schmutzlippe angeordnet, so daß die Schmutzlippe sowohl die Fläche zwischen Lager und Welle als auch die Fläche zwischen Hauptlippe und Welle schützen kann.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Versteifungselement in dem flexiblen Abschnitt, welch letzterer einen gewellten Quer­ schnitt hat mit einer Mehrzahl von Ringen, die durch Umlenk- Bogenstücke verbunden sind. Eines dieser Bogenstücke umfaßt einen integral angeformten Ring aus einem weniger elastischen Material als dasjenige der Ringe, z.B. aus einem Kunststoff. Der Verstärkungsring hat vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat jedes nachfolgende Umlenk-Bogenstück in einer Richtung weg von der Gehäuseabstützung eine Dicke, die kleiner ist als diejenige des nächst angrenzenden Bogenstückes. Dies führt zu einem allgemein optimaleren Flexibilitäts-Verlauf, als wenn die Bogenstücke gleiche oder gleichmäßige Dicken hätten.

Die Dichtungsanordnung nach der Erfindung paßt sich daher an eine beträchtliche Exzentrizität an und vermeidet mindestens im wesentlichen die typische Dichtungslippenverformung auf der hohen Seite der Welle und den damit einhergehenden Verlust an Dichtungskontakt auf der gegenüberliegenden oder tiefen Seite der Welle.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine schwimmende Lippendichtung nach der Erfindung mit einem verstärkten flexiblen Abschnitt.

Fig. 2 zeigt ebenfalls im Schnitt eine alternative Ausführungs­ form der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schwimmende Lippendichtung 10 mit einem elastomeren ringförmigen Hauptabschnitt 12, der eine Haupt­ dichtungslippe 14 umfaßt. Die Lippe 14 dient zum kontinuier­ lichen Kontakt mit einer Welle 16, und sie liegt an deren Außen­ umfang 17 an, wie dargestellt. Die Lippendichtung 10 ist in ei­ ne Bohrung 18 eingesetzt, wie zum Beispiel eine Bohrung eines Automobil-Kurbelgehäuses (nicht gezeigt) mit Hilfe eines starren Gehäuses oder Mantels 20, in den der elastomere Körper der Dichtung 10 eingeformt ist. Vorzugsweise besteht das Gehäuse 20 aus einem metallischen Material. Um die Dichtung 20 durch Rei­ bung in der Bohrung 18 zu halten, hat der Außendurchmesser 21 des Mantels 20 ein solches Maß, daß er mit Festsitz in der Bohrung 18 sitzt.

Ein elastomerer innerer Mantel 22 ist integral direkt in den Man­ tel 20 eingeformt und der Hauptabschnitt 12 ist ein integraler Teil des Mantels 22, wobei er mit diesem über einen flexiblen Ab­ schnitt 24 verbunden ist.

Der Abschnitt 24, auf den sich die Erfindung hauptsächlich be­ zieht, ist gebildet aus einer Mehrzahl von integral geformten Ringen aus demselben elastomeren Material wie demjenigen des inneren Mantels 22 und des Hauptabschnittes 12. In der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 sind drei Ringe vorgesehen, ein erster Ring 26, ein zweiter Ring 28 und ein dritter Ring 30. Die Ringe sind alle durch mehrere Um­ lenk-Bogenstücke verbunden, einem ersten Bogenstück 32, das integral den Hauptabschnitt 12 mit dem ersten Ring 26 verbindet. Ein zweites Bogenstück 34 verbindet den ersten und den zweiten Ring 26 und 28 entsprechend. Das dritte Bogenstück 36 verbindet den zweiten und den dritten Ring 28 und 30. Schließlich ist noch ein Teilbogenstück 38 vorge­ sehen, welches den dritten Ring 30 mit dem elastomeren in­ neren Mantel 22 verbindet. In der bevorzugten Ausführungsform werden die verschiedenen Umlenk-Bogenstücke sukzessive klei­ ner in ihrer radialen Dicke wie ihre Abstände vom Hauptabschnitt 12 größer werden. Somit ist das Bogenstück 38 in seiner Dicke kleiner als das dritte Bogenstück 36. Ebenso ist die Dicke des dritten Bogenstückes 36 kleiner als diejenige des zweiten Bogenstückes 34. Und schließlich ist die Dicke des zweiten Bogenstückes kleiner als diejenige des ersten Bogenstückes 32. Vorzugsweise kann jedes sukzessive Umlenk-Bogenstück eine Dicke haben, die etwa 60 bis 75% von derjenigen jedes be­ nachbarten Bogenstückes beträgt, das näher beim Hauptabschnitt 12 liegt. Es wurde gefunden, daß bei diesen Verhältnissen eine optimalere dynamische Bewegung des flexiblen Abschnittes bei hochfrequenten Schwingungen ermöglichen unter Bedingungen, un­ ter denen die Gesamtexzentrizitäten etwa 2,5 mm erreichen oder betragen können.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die relative Winkel­ flexibilität jedes Bogenstückes bezogen auf das besondere Paar von Ringen, die ihm zugeordnet sind bzw. die es verbindet. So hat beispielsweise das Bogenstück 36 eine bestimmte Größe an ringförmiger Flexibilität, welche die Torsionsbewegungen des zweiten und dritten Ringes 28 und 30 relativ zueinander um das Bogenstück 36 beeinflußt. Die ringförmige Steifheit des Bogen­ stückes beeinflußt damit die dynamischen Eigenschaften des letztgenannten Paares von Ringen und damit das Gesamt-Betriebs­ verhalten des Grenzbereiches von Lippendichtung und Welle bei Bedingungen außer Exzentrizität oder beim Schlagen oder Aus­ laufen von Wellen (shaft runout).

Vorzugsweise ist für diesen Zweck ein Verstärkungsring 37 vor­ gesehen aus einem insbesondere hochtemperaturfesten Kunststoff­ material, der in den elastomeren flexiblen Abschnitt 24 einge­ formt wird zum Zeitpunkt der Herstellung der Dichtungsanordnung 10. Obgleich die bevorzugte Ausführungsform nach Fig. 1 den Verstärkungsring 37 im dritten Umlenk-Bogenstück 36 enthält, ist die Erfindung auf diese Anordnung des Verstärkungsringes nicht beschränkt, sondern der Ring kann auch in anderen Bogen­ stücken angeordnet werden, und es kann auch mehr als ein Ring vorgesehen sein, um die gewünschte dynamische Kontrolle bzw. das gewünschte dynamische Verhalten der Dichtungslippe 14 am Außenumfang 17 der Welle zu erzielen. Der Verstärkungsring 37, der dem Bogenstück, in dem er angeordnet ist, eine Torsions­ festigkeit gibt, kann ferner auch aus anderen Materialien außer Kunststoff gebildet sein, beispielsweise aus Stahl oder anderen Materialien, die sich zur Erhöhung der Steifheit von Elastomeren eignen. Der bevorzugte Durchmesser des Ringes 37 im Querschnitt liegt im Bereich von 25 bis 50% der Dicke des jeweiligen Bogenstückes.

Wie Fig. 1 zeigt, liegt die Dichtungslippe 14 unter einer leich­ ten statischen Druckbelastung gegen die Welle 16 an mittels ei­ ner Wurmfeder 40, wie an sich bekannt. Die Wurmfeder 40 ist in einer Nut 42 angeordnet und gehalten, die ringförmige Wulste 44 und 46 hat, welche den Hauptteil des Querschnittes der Feder 40 umgreifen, wie dargestellt. Wie oben bereits erwähnt, ist die erste bevorzugte Ausführungsform nach Fig. 1 ferner mit einer Schmutzlippe 48 versehen, zum Schutz und zur Erhöhung der Lebensdauer der Hauptdichtlippe 14. Vorzugsweise ver­ läuft die Lippe 48 in einem Winkel weg von der Hauptdicht­ lippe 14, wie dargestellt. Schließlich kann die Hauptdicht­ lippe eine schraubenlinienförmige Rippe aufweisen zur Ver­ besserung der Öl-Leckage-Kontrolleigenschaften der Lippe 14.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Lip­ pendichtung 10′, die in den meisten Punkten der Ausführung 10 nach Fig. 1 entspricht. Die alternative Ausführungsform nach Fig. 2 jedoch ist mit einem zylindrischen Lagerelement 50 versehen, das zwischen der Hauptdichtungslippe 14′ und der Schmutzlippe 48′ angeordnet ist. Dieses Lagerelement bildet eine Einrichtung zur Erhöhung der Fähigkeit der Dichtlippe 14′, der Bewegung der Welle 16′ bei starken Exzentrizitäten zu folgen. In der bevorzugten Ausführungsform besteht das Lagerelement aus einem zylindrischen Futter oder einer zy­ lindrischen Lagerbüchse 52, wie dargestellt, vorzugsweise aus einem Polytetrafloräthylenmaterial. Dieses Material wird vorgezogen wegen seinem besonders niedrigem Reibungs­ koeffizienten. Die beschriebene und dargestellte Schmutz­ lippe hat zweckmäßigerweise einen Linienkontakt mit der Welle, während das Lagerelement 50 einen Flächenkontakt mit der Welle hat. Es können jedoch auch alternative Ausführungs­ formen vorgesehen werden, die einen Linienkontakt der Welle mit dem Lagerelement und einen Flächenkontakt mit der Schmutz­ lippe vorsehen. Ferner können mehrere Schmutzlippen und/oder mehrere Lagerelemente vorgesehen werden.

Claims (10)

1. Ringförmige Wellendichtung mit einem Hauptabschnitt mit einer kontinuierlichen Dichtungslippe, die radial angeordnet ist zur Abdichtung gegen einen Ölfluß zwi­ schen einer Bohrung und einer Welle, die sich durch die Bohrung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung ein festes Stützgehäuse hat, das in der Bohrung angeordnet ist, ferner einen ringförmigen flexiblen Abschnitt, der eine Mehrzahl von Ringen ent­ hält, welche das Dichtungselement mit dem Stützgehäuse verbinden, damit die Dichtungslippe radial bezüglich der Welle relativ zum Stützgehäuse schwimmen kann, daß ferner der flexible Abschnitt und die Dichtungslippe integral geformt sind und einen einteiligen geformten Körper aus einem elastomeren Material bilden, ferner dadurch, daß die Ringe einen gewellten Querschnitt ha­ ben, daß ferner jedes benachbarte Ringpaar durch ein Bogenstück verbunden ist, und daß wenigstens eines dieser Bogenstücke ein Verstärkungselement enthält, das aus einem weniger elastischen Material besteht als demjenigen, aus dem der flexible Abschnitt der Dich­ tung besteht.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer ringförmigen Schmutzlippe versehen ist, die benachbart zur Dichtungslippe angeordnet ist und die in einem Winkel weg von der Dichtungslippe verläuft.

3. Wellendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Lagerelement versehen ist, das eine zylindrische Oberfläche niedriger Reibung aufweist, die in Eingriff mit der Welle steht, auch unter Bedingungen extremer Wellen-Exzentrizität.

4. Wellendichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement axial zwischen der Dichtungslippe und der Schmutzlippe der Welle angeordnet ist.

5. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmutzlippe in Linienkontakt mit der Welle steht.

6. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement in Flächenkontakt mit der Welle steht, und daß es eine Lagerbüchse aus Polytetrafloräthylen aufweist.

7. Wellendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt mit wellen­ förmigem Querschnitt vier Umlenk-Bogenstücke aufweist, und daß das Verstärkungselement im dritten Bogenstück, gesehen vom Hauptdichtungsabschnitt aus, angeordnet ist.

8. Wellendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jedes sukzessiven Bogenstückes, gesehen vom Hauptdichtungsabschnitt aus, kleiner ist, als diejenige des vorhergehenden Bogenstückes.

9. Wellendichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement in dem einen dieser Umlenk- Bogenstücke aus einem Ring aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist.

10. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verstärkungselement aus einem me­ tallischen Material besteht.