DE3920482C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Wellendichtungen dienen dazu beispielsweise Lagerstellen abzudichten, in denen rotierende Bewegun­ gen stattfinden. Für eine solche Abdichtung stehen eine Vielzahl von Radialdichtringen, z. B. aus Elastomeren, zur Verfügung, die gegenüber aggressiven Medien resistent sind und innerhalb eines großen Temperatur­ bereichs einsetzbar sind. Bei solchen Dichtungen kommt es insbesondere auf eine große Verschleiß- und Abrieb­ festigkeit, auf eine Öl-, Benzin- und Ozonbeständigkeit und auf eine hohe Strukturfestigkeit an, wobei auch bei tiefen Temperaturen die Dichtungen nicht brüchig werden sollen.

Bekannt sind sogenannte V-Dichtringe, die im Quer­ schnitt V-förmig sind und die im Einbauzustand als Stirnflächendichtung arbeiten, wobei die Flanken des V-Dichtrings um ein bestimmtes Maß zusammengedrückt werden und dadurch mit einer bestimmten Vorspannkraft gegen eine Dichtfläche drücken. Beim Einbau derartiger Dichtungen besteht oft die Gefahr, die Dichtkanten zu beschädigen, wodurch die Dichtung undicht wird oder im günstigsten Fall die Standzeit der V-Ringdichtung er­ heblich reduziert wird.

Es ist auch bekannt, die V-Ringdichtung mit einem oder zwei einzeln zu montierenden Gehäuseteilen zu kombi­ nieren, die den Außen- bzw. Innendurchmesser der Dich­ tung definieren. Diese Gehäuseteile weisen sich radial erstreckende Wände auf, die Dichtflächen enthalten, gegen die sich die Dichtkanten abstützen. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, die Dichtflächen an Maschinenelementen vorzusehen.

Eine bekannte Wellendichtung (DE 34 14 008 A1) mit zwei Gehäuseteilen bildet einen Käfig, der in einer Ring­ kammer einen Dichtring aufnimmt. Der Dichtring stutzt sich an beiden Gehäuseteilen sowohl axial als auch radial ab. An einem Gehäuseteil ist der Dichtring mit zwei Dichtlippen abgestützt.

Eine derartige Wellendichtung ist mit einem Gehäuseteil fest verbunden, so daß an den Dichtflächen die volle Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Gehäuse­ teilen zur Wirkung kommt. Dies hat zur Folge, daß die Drehzahlfestigkeit einer solchen Wellendichtung und ihre Standzeit nur das übliche Niveau einer Berührungs­ dichtung erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellen­ dichtung zu schaffen, deren Drehzahlfestigkeit und deren Standzeit erhöht ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des neuen Hauptanspruchs.

Die schwimmende Anordnung des Dichtrings in der Ring­ kammer der Wellendichtung ermöglicht bei symmetrischer Gestaltung des Dichtrings eine Rotation des Dichtrings. Es ergibt sich infolge der symmetrischen Krafteinwir­ kung auf den Dichtring über die Reibflächen ein Kräfte- bzw. Drehmomentengleichgewicht, bei dem der Dichtring im Verhältnis zu den beiden Gehäuseteilen nur mit der halben Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle rotiert. Eine derartige Wellendichtung ist wegen der halbierten Relativgeschwindigkeit zwischen Dichtring und Gehäuse­ teil bis zur doppelten Drehzahl der üblichen Wellen­ dichtungen einsetzbar und weist, insbesondere wenn die hohe Drehzahlfestigkeit nicht ausgenutzt wird, eine erheblich höhere Standzeit auf.

Bei einem solchen Dichtring bleiben die Vorteile einer Abdichtung zugleich in Radial- und Axialrichtung er­ halten. Der Dichtring kann mitrotieren, wobei sich eine mittlere Rotationsgeschwindigkeit für den Dichtring einstellt, die abhängig ist von den Reibungsverhält­ nissen an den jeweiligen Gehäuseteilen. Bei symme­ trischer Gestaltung des Dichtrings und unter der Vor­ aussetzung gleicher Reibungsbedingungen an den Innen­ flächen der Gehäuseteile rotiert der Dichtring mit der halben Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle. Dadurch ist die relative Gleitgeschwindigkeit zwischen Dichtring und Gehäuseteil an den Dichtflächen auf die Hälfte reduziert, was zur Folge hat, daß höhere Wellendreh­ zahlen für derartige Wellendichtungen zulässig sind.

Der Dichtring in dem von den Gehäuseteilen gebildeten Käfig weist im Querschnitt eine pfeilförmige Kontur auf, wobei sich das eine Ende des Teils an einem Ge­ häuseteil abstützt, während sich das andere Ende mit Dichtlippen an dem anderen Gehäuseteil derart abstützt, daß eine Abdichtung in radialer als auch in axialer Richtung erfolgt. Eine solche Wellendichtung ist sowohl innen als auch außen dichtend. Die Dichtlippen stehen dabei von der Diagonalachse durch den Querschnitt des Dichtrings derart ab, daß sie mit einer axialen bzw. radialen Vorspannkraft gegen die Gehäuseteile gedrückt werden können.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß für das Vorspannen des Dichtrings keine zusätzlichen Spannvor­ richtungen erforderlich sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Gehäuseteile beim Zusammenbau des Käfigs ineinandergreifen und einschnap­ pend den Käfig bilden, daß die Gehäuseteile im Einbau­ zustand gegeneinander berührungsfrei drehbar sind und daß der Käfig nur unter Deformation der Gehäuseteile zerlegbar ist. Die Gehäuseteile können auf diese Weise bei der Handhabung nicht auseinanderfallen und erleich­ tern dadurch die Montage. Im Einbauzustand sind sie aber dennoch gegeneinander berührungsfrei drehbar. Außerdem kann der Käfig bei Bedarf, z. B. zwecks Ersatz des Dichtungsrings, demontiert und wiederverwendet werden.

Die Einbettung des Dichtrings in einen allseitig ge­ schlossenen vormontierten Käfig vereinfacht die Montage der Wellendichtung, wobei eine Beschädigung der hoch­ empfindlichen mit Mikrometergenauigkeit hergestellten Dichtlippen unmöglich wird. Die Einbettung hat ferner den Vorteil, daß der Dichtring mit einer für den Be­ trieb der Wellendichtung optimalen Vorspannung einge­ baut werden kann. Außerdem ist eine derartige Wellen­ dichtung im hohen Maße unempfindlich gegen radiale Ab­ weichungen und ermöglicht auch einen gewissen axialen Ausgleich von Fluchtungsfehlern.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Wellendichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Wellendichtung besteht aus zwei Gehäuseteilen 1, 2 und einem Dichtring 3, mit jeweils zwei Dichtlippen 10, die an ihren Enden mikrometergenau gefertigte Dichtkanten 9 aufweisen, die sich gegen Dichtflächen 11 an sich radial bzw. axial erstreckenden Innenwandabschnitten 12, 13 des Gehäuseteils 2 abstüt­ zen.

Die Dichtlippen 10 stehen im Querschnitt spiegelbild­ lich von einer Diagonalachse durch den Dichtring 3 ab. Die Dichtlippen 10 verlaufen unter einem spitzen Winkel zu den Dichtflächen 11 der Innenwände 12, 13 bzw. 16, 17 und sind derart hinterschnitten, daß sie in Axialrich­ tung bzw. in Radialrichtung einfedern können. Die Diagonalachse des Dichtrings 3 kann zugleich die Dia­ gonalachse des von den Gehäuseteilen 1, 2 gebildeten vormontierten Käfigs sein. Der Winkel der Diagonalachse relativ zur Wellenachse kann im Bereich zwischen 30° und 60° liegen.

Der Dichtring 3 besteht aus einem nicht-thermoplasti­ schen Elastomerkunststoff, vorzugsweise aus einem Polyurethan mit einem E-Modul zwischen 600 und 2000 kp/cm² und einer Härte von ca. 90 Shore A. Als beson­ ders geeignet haben sich unter dem Warenzeichen "ACLATHAN" erhältliche Polyurethan-Dichtungen, z. B. ACLATHAN 2700, herausgestellt, die bei einer sehr guten Beständigkeit gegen Sauerstoff, Ozon, Öl und Benzin einen äußerst geringen Abrieb und einen gegenüber Stan­ darddichtungen um 50% geringeren Reibwert aufweisen.

Die Gehäuseteile 1, 2 bestehen aus ringförmigen Teilen aus Metall oder Kunststoff, wobei als Kunststoff ther­ moplastisch gespritzte Plastomer-, Duromer- oder Elastomerkunststoffe bevorzugt werden.

Die beiden ringförmigen Gehäuseteile 1, 2 sind im Quer­ schnitt im wesentlichen L-förmig gestaltet und weisen Hinterschneidungen auf, die es ermöglichen, daß die Gehäuseteile unter Bildung einer Ringkammer 4 derart ineinandergreifen, daß sie nicht mehr auseinanderfallen können und einen geschlossenen Käfig für den Dichtring 3 bilden.

Im Einbauzustand schließen die beiden Gehäuseteile 1, 2 die im Querschnitt im wesentlichen rechteckige, zwischen den zueinander parallelen Innenwänden 12, 17 freibleibende Ringkammer 4 ein, in der der Dichtring 3, z. B. in einem Schmierstoff, gelagert ist.

Das in Fig. 1 gezeigte radial innere Gehäuseteil 2 hat einen im wesentlichen spiegelverkehrt L-förmigen Quer­ schnitt, wobei die radial innere Umfangsfläche 20 den Einbauinnendurchmesser bestimmt und der Abstand zwischen den axialen Stirnflächen 21, 22 die Einbau­ breite. Das radial äußere Gehäuseteil 1 ist im Quer­ schnitt im wesentlichen L-förmig gestaltet, ist jedoch gegenüber dem Profil des Gehäuseteils 2 um 180° ge­ dreht. Die radial äußere Umfangsfläche 23 bestimmt den Einbauaußendurchmesser. Auf den inneren und äußeren Umfangsflächen 20, 23 können statische Abdichtungen und/oder rippen- oder rillenartige Oberflächenstruk­ turen vorgesehen sein.

Zwischen den Gehäuseteilen 1, 2 verbleiben im Einbau­ zustand ringspaltförmige Fugen 5 und 6, die als zusätz­ liche Labyrinthdichtungen gestaltet sein können. Diese Fugen gewährleisten im Betrieb die Berührungsfreiheit zwischen den Gehäuseteilen 1 und 2. Die Fuge 5 steigt radial nach außen an, wodurch im Betrieb die in der Fuge 5 auftretende Zentrifugalkraft dazu genutzt werden kann, eventuell eindringende Fremdkörper von der Ring­ kammer 4 fernzuhalten.

Die Gehäuseteile 1, 2 können insbesondere bei metal­ lischen Gehäuseteilen mit geeigneten Schrägflächen oder Einführfasen versehen sein, die den Zusammenbau des Käfigs erleichtern. Wenn nämlich das radial äußere Ge­ häuseteil 1 mit dem radial inneren Gehäuseteil 2 zu­ sammengefügt wird, müssen die stirnseitigen Kanten der Hinterschneidungen durch geringfügige Deformation der Gehäuseteile 1, 2 überwunden werden, damit die Gehäuse­ teile 1, 2 zu einem geschlossenen Käfig einschnappen können. Eine solche Verhakungsstelle ist beispielsweise in Fig. 1 im Bereich der Fuge 5 dargestellt. Im Einbau­ zustand berühren sich die Gehäuseteile 1, 2 an der Ver­ hakungsstelle nicht, während sie im nichteingebauten Zustand aneinanderliegen und dadurch den innenliegenden Dichtring 3 nur noch schwach vorspannen. Die Gehäuse­ teile 1, 2 können nämlich im nichteingebauten Zustand um den Spielraum der Fuge 5 auseinandergehen. Auf diese Weise wird eine frühzeitige Ermüdung des Dichtungsmate­ rials während der Lagerung der noch nicht eingebauten Wellendichtungen vermieden. Ein weiterer Vorteil be­ steht darin, daß die Wellendichtung im Betrieb gegen Wellenschlag und Fluchtungsfehler weitgehend unempfind­ lich ist, da der Spielraum der Fugen 5, 6 auch in ra­ dialer oder kombiniert in radialer und axialer Richtung zur Verfügung steht, ohne die Dichtfunktion der Wellen­ dichtung zu beeinflussen.

Die Dichtflächen 11 an dem Gehäuseteil 2 können sich radial oder axial erstrecken, also relativ zueinander einen Winkel von 90° bilden. Es ist aber auch möglich, die Dichtflächen unter einem größeren oder kleineren Winkel als 90° zu neigen.

Der Dichtungsring 3 ist in Bezug auf die Diagonale im Querschnitt durch den Dichtring 3 mit V-förmig gestal­ teten Dichtlippen versehen, die zur Diagonalen hin einen Winkel von 90° bzw. vorzugsweise unter 90° ein­ schließen. Die Dichtlippen 10 sind gegenüber dem Dicht­ ringkörper 7 derart hinterschnitten, daß sie in axialer bzw. in radialer oder in diagonaler Richtung einfedern können. Die Dichtlippen können im Querschnitt spitz zulaufen oder wie in der einzigen Figur gezeigt aus einem breiten Profil bestehen, an dessen Spitze Dicht­ kanten gebildet sind. Die Stärke des Dichtlippenprofils ist dabei von der gewünschten Federkraft, mit der die Dichtlippen gegen die Dichtflächen 11 drücken, ab­ hängig.

Insgesamt weist der Dichtring 3 im Profil eine pfeil­ förmige Kontur auf, bei der die Pfeilspitze das Ge­ häuseteil nicht berührt, sondern lediglich die Enden der die Pfeilflanken bildenden Dichtlippen 10.

In der Diagonalen kann ein kegelstumpfförmiger Ver­ steifungsring angeordnet sein.

Der Dichtring 3 ist schwimmend zwischen den Gehäuse­ teilen 1, 2 angeordnet und weist im Querschnitt ein doppelpfeilförmiges Profil auf. Dieser Ring stützt sich in Bezug auf seine Diagonalachse an beiden Enden über V-förmige Dichtlippen ab. Der Dichtring 3 hat gegenüber beiden Gehäuseteilen 1, 2 im Betrieb eine Relativge­ schwindigkeit, die bei gleichen Reibungsverhältnissen gegenüber beiden Gehäuseteilen in etwa der halben Wellendrehzahl entspricht.

Die beschriebene Dichtung als Kompaktteil ist sowohl innen- als auch außendichtend gegen verschiedene Me­ dien. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß für das Vorspannen des elastomeren Teils keine zusätzlichen Metallteile erforderlich sind und das Material aus dem hochabriebfesten Polyurethan ACLATHAN®2700 besteht.

Claims (9)

1. Wellendichtung, mit mindestens zwei Gehäuseteilen, die einen Käfig bilden, der mindestens einen Dicht­ ring in einer Ringkammer aufnimmt, wobei der Dicht­ ring an beiden Gehäuseteilen sowohl axial als auch radial abgestützt ist und an einem Gehäuseteil mit zwei Dichtlippen federnd anliegt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Dichtring (3) in der Ringkammer (4) schwimmend angeordnet ist und
• - daß der Dichtring (3) ein Querschnittsprofil mit einer diagonal verlaufenden Achse aufweist, an deren Enden in entgegengesetzte Richtungen wirkende symmetrisch angeordnete Dichtlippen (10) jeweils axial und radial gegen jeweils ein Gehäuseteil (1, 2) abdichten.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenwände (12, 13 bzw. 16, 17) der Gehäuseteile (1, 2) einen Winkel von 60° bis 90°, vorzugsweise 90°, einschließen.

3. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (10) im Querschnitt beidseitig der diagonalen Achse durch den Dichtring (3) unter gleichem Winkel ab­ stehen.

4. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Gehäuseteile (1, 2) beim Zusammenbau des Käfigs ineinandergreifen und einschnap­ pend den Käfig bilden,
• - daß die Gehäuseteile (1, 2) im Einbauzustand gegeneinander berührungsfrei drehbar sind, und
• - daß der Käfig nur unter Deformation der Gehäuseteile (1, 2) zerlegbar ist.

5. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen (5, 6) zwi­ schen den beiden Gehäuseteilen (1, 2) einseitig derart eng gestaltet sind, daß sie eine zusätz­ liche Labyrinthdichtung bilden, andererseits aber eine Spaltweite aufweisen, die den Ausgleich eines radialen Schlages oder einen axialen Achsenversatz ermöglichen.

6. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster jeweils von der Ringkammer (4) ausgehender Fugenabschnitt der axial nach außen führenden Fuge (5) radial nach außen ansteigend verläuft.

7. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (3) aus einem nicht-thermoplastischen Elastomer besteht.

8. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der diagonalen Achse und der Wellenachse zwischen 30° und 60°, vorzugsweise 45°, beträgt.

9. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der diago­ nalen Achse ein Versteifungsring in den Dichtring (3) eingearbeitet ist.