DE4005007A1 - Radialdichtring und dichtungssystem fuer wellen, insbesondere fuer hohe wellendrehzahlen und hohen oeldruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Radialdichtringe nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5 sowie ein Dichtungssystem nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 10 für Wellen, insbesondere für hohe Wellen­ drehzahlen und hohem Öldruck.

Dichtungssysteme und Radialdichtringe für Wellen im allgemeinen sollen verhindern, daß an der Stelle, an der eine sich drehende Welle aus einem Maschinengehäuse ins Freie oder von einem Gehäu­ seteil in den anderen tritt, die im Maschinenge­ häuse enthaltene Flüssigkeit, insbesondere Ma­ schinenöl, austritt.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erforder­ nisse Radialdichtringe zu verwenden, die mindes­ tens eine, idR jedoch mehrere Dichtlippen aufwei­ sen, die nach innen in Richtung auf die abzudich­ tende Welle weisen, und die Abdichtung dadurch sicherstellen, daß sie auf der Oberfläche der sich drehenden Welle gleiten. Der für eine ord­ nungsgemäße Abdichtung erforderliche Anpreßdruck der Dichtlippen wird dabei durch eine ringförmig in die Radialdichtung eingelagerte Schlauchfeder sichergestellt, die eine radiale Kraftwirkung auf die Dichtlippen ausübt. Je nach Einsatzzweck kön­ nen derartige Radialdichtringe noch mit einer lo­ se auf die sich drehende Welle aufliegende Staub­ dichtlippe versehen sein.

Die gattungsgemäßen Radialwellendichtringe beste­ hen i. d. R. aus einem Öl- und alterungsbeständigen Kunststoff, der elastisch ist und weich auf der sich drehenden Welle aufliegt, z. B. aus Silikon oder Fluor-Kautschuk. Dichtringe der gattungsge­ mäßen Art sind für hohe Drehzahlen sowie für ho­ hen Öldruck geeignet. Sie haben eine gute Dicht­ wirkung und sind relativ einfach einzubauen.

Die bisher verwendeten Radialwellendichtringe weisen allerdings auch einige gravierende Nach­ teile auf. Zum einen läßt die Federkraft der in die Dichtringe eingelagerten Schlauchfedern im Lauf der Zeit nach, wodurch die Federkraft und damit die auf die Dichtlippen wirkende radiale Kraft sinkt und die Dichtwirkung beeinträchtigt wird. Das gleiche Nachlassen der Federkraft ist auch zu besorgen, wenn sich die bisher verwende­ ten Schlauchfedern unter dem Einfluß der hohen Öltemperaturen, wie sie in Maschinen, in denen die gattungsgemäßen Dichtringe zum Einsatz kom­ men, oft herrschen, ausdehnen. Zum anderen sinkt die Dichtungsfähigkeit der gattungsgemäßen Radi­ aldichtringe auch dadurch, daß sich in der Ober­ fläche der rotierenden Welle, ungeachtet der Tat­ sache, daß die gattungsgemäßen Radialwellendicht­ ringe aus weichen Kunststoffen bestehen, Rei­ bungsrillen bilden. Haben sich solche Reibungs­ rillen einmal ausgebildet, ist es weitgehend sinnlos, neue Radialdichtringe einzusetzen, da deren Dichtlippen nicht in die von den alten Ra­ dialdichtringen eingetragenen Reibungsrillen pas­ sen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das alterungs- oder temperaturbedingte Nachlassen der Dichtwirkung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der erfindungsgemäße Radialdichtring mit nach innen in Richtung der Wellendrehachse weisenden Dichtlippen versehen ist und einen rund um diese gedachte Drehachse senkrecht zu dieser angeordneten, ringförmige elastische Schrumpf­ körper aufweist.

Unter Schrumpfkörper ist hier ein ringförmiges Ge­ bilde zu verstehen, dessen Innendurchmesser mit steigender Temperatur abnimmt.

Der mit dieser Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die auf die Dichtlippen wirkenden radialen Kräfte bei höheren Temperatu­ ren zunehmen, da der Innendurchmesser des einge­ lagerten Elementes abnimmt. Dies ist deswegen sinnvoll, weil die Zähigkeit des Öles - und auch anderer Flüssigkeiten - dessen Austritt aus dem Gehäuse an der Stelle des Wellendurchganges ver­ hindert werden soll, bei höherer Temperatur ab­ nimmt und dieses Öl die Dichtung daher bei höhe­ ren Temperaturen leichter passieren kann.

Um das alterungsbedingte Nachlassen der Feder­ spannkräfte und das damit verbundene Nachlassen der radial auf die Dichtlippen wirkenden Anpreß­ kraft zu vermeiden, besteht in einer weiteren Ausbildung der Erfindung das elastische, ring­ förmige Element aus einem Schlauchring aus ela­ stischem Material, der mit Gas oder mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, deren Volumen unter Druckeinwirkung abnimmt. Der dadurch erreichte Vorteil besteht darin, daß die radial wirkende Federkraft hier durch den Widerstand bereit ge­ stellt wird, den die zur Befüllung des Schlauch­ rings dienenden Gase und/oder Flüssigkeiten ei­ ner Verringerung ihres Volumens entgegensetzen.

Im übrigen wird der in dem Schlauchring herr­ schende Gas- oder Flüssigkeitsdruck mit zunehmen­ der Temperatur ansteigen. Der Innendurchmesser des Schlauchrings wird folglich abnehmen, die auf die Dichtlippen wirkenden radialen Kräfte werden zunehmen. Auch hier erhält man eine bei anstei­ gender Temperatur erhöhte Dichtwirkung, was die oben schon beschriebenen Vorteile hat.

Um den Effekt der Abnahme des Innendurchmessers bei ansteigender Temperatur noch zu verstärken, wird in einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Schlauchring auf der In­ nenseite eine geringere Wandstärke aufweist als auf der Außenseite. Der damit erreichbare Vorteil besteht darin, daß die bei ansteigender Tempera­ tur zu erwartende Verringerung des Innendurch­ messers des Schlauchringes stärker ausfällt als bei allseitig gleichen Wandstärken.

In einer Abwandlung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß der ringförmige, elastische Schrumpfkör­ per aus einem in einer Ebene spiralig aufgewickelten Bimetallstreifen besteht, der auf der von der Wel­ lendrehachse wegweisenden Außenseite das Metall mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

Auch der Innendurchmesser dieses Elementes wird bei ansteigender Temperatur infolge der unter­ schiedlichen Ausdehnung der zu dem Bimetallstrei­ fen verbundenen Metalle abnehmen, womit die oben schon beschriebenen Vorteile auf andere Weise zu erreichen wären.

Eine andere, selbständige Lösung zur Behebung der Nachteile, die radiale Dichtringe nach dem Stand der Technik aufweisen, besteht darin, den Radial­ dichtring so auszuführen, daß die Dichtlippen nach außen von der Wellendrehachse wegweisen und er einen rund um diese, senkrecht zu ihr angeordne­ ten ringförmigen Dehnungskörper aufweist.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß die Dichtwirkung dadurch sichergestellt ist, daß die Dichtlippen den Wellendurchgang gehäuseseitig abdichten, und die bei dieser Anordnung radial nach außen wirkenden Anpreßkräfte bei steigender Temperatur zunehmen.

Auch bei dieser Anordnung stellt sich das Prob­ lem, daß die durch das elastische Dehnungselement radial nach außen auf die Dichtlippen ausgeübten Federkräfte mit zunehmendem Alter des Dichtringes nachlassen. Deshalb wird nach einer weiteren Aus­ bildung der Erfindung vorgeschlagen, den Radial­ dichtring so auszuführen, daß das elastische, ringförmige Dehnungselement aus einem Schlauch­ ring aus elastischem Material besteht, der mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt ist. Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß die oben be­ reits beschriebenen radial nach außen auf die Dichtlippen wirkenden Anpreßkräfte durch den Wi­ derstand ausgeübt werden, den die Gas- oder Flüs­ sigkeitsfüllung in dem Schlauchring ihrer Kom­ pression entgegensetzt.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Schlauchring so auszuführen, daß er auf der Außenseite eine geringere Wand­ stärke aufweist als auf der Innenseite. Der da­ mit erzielte Vorteil besteht darin, daß die Zu­ nahme des Außendurchmessers des Schlauchringes bei steigender Temperatur stärker ausgeprägt ist, wie dies bei gleichen Wandstärken der Fall wäre, was den Effekt der höheren Anpreßkräfte bei stei­ gender Temperatur noch verstärkt.

Auf eine andere Weise könnte der oben beschriebe­ ne Vorteil der Zunahme der Anpreßkräfte mit stei­ gender Temperatur dadurch realisiert werden, daß der ringförmige elastische Dehnungskörper aus einem in einer Ebene spiralig aufgewickelten Bi­ metallstreifen besteht, der auf der zu der Wel­ lendrehachse hinweisenden Innenseite das Metall mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

Auch der Außendurchmesser eines derartig ausge­ führten Dehnungskörpers würde mit steigender Temperatur zunehmen.

Der oben beschriebene Effekt der Zunahme des Au­ ßendurchmessers des elastischen Dehnungselementes wird in einer weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht, daß das ringförmige Element aus einer Schlauchfeder besteht. Der dadurch erreich­ bare Vorteil besteht darin, daß sich der Vorteil der zunehmenden Dichtungsfähigkeit bei ansteigen­ der Temperatur bei der hier vorliegenden Anord­ nung mit nach außen weisenden Dichtlippen und Ab­ dichtung zum Gehäuse hin auch mit einer Schlauch­ feder erreichen läßt, wie sie dem Stand der Tech­ nik entspricht.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung der be­ schriebenen Dichtungsprobleme, insbesondere des Entstehens einer Reibungsrille auf der sich dre­ henden Welle besteht darin, ein Dichtungssystem einzusetzen, das sich dadurch auszeichnet, daß es aus einem Radialdichtring mit nach innen oder außen gekehrten Dichtlippen und einer Buchse in Form eines Hohlzylinders besteht, auf dessen In­ nen- oder Außenseite die Dichtlippen aufliegen.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sich die unerwünschten Reibungsrillen nicht auf der sich drehenden Welle oder der gehäuseseitigen Dichtfläche bilden, sondern auf der eingebauten Buchse, die relativ einfach auswechselbar ist.

Um eine möglichst lange Lebensdauer der Buchse zu erreichen, wird in einer Ausbildung der Erfin­ dung vorgeschlagen, die Buchse so auszuführen, daß sie aus Sintermetall, einer aushärtbaren Le­ gierung oder Keramik besteht. Der Vorteil besteht hier in der durch die besonders harten Material­ ien bedingten erhöhten Lebensdauer des Dichtungs­ systems.

Um eine Abdichtung des Zwischenraums zwischen der Buchse und der Gehäusebohrung bzw. der Welle zu erreichen, wird in einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, das Dichtungssystem so auszuführen, daß der Zwischenraum zwischen Buchse und Welle bzw. zwischen Gehäusebohrung und Buchse mit einer Dichtung, vorzugsweise einer Ö-Ring- Dichtung abgedichtet ist.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß so auch der Durchtritt kleiner Ölmengen durch die beschriebenen Zwischenräume verhindert wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu­ tert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Radialwellendichtring, dessen Dichtlippen nach innen weisen, auf der sich drehenden Welle auflie­ gen und der als Schrumpfkörper einen mit Gas oder Flüssigkeit gefüllten Ringschlauch aufweist.

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Radialwellendichtring mit nach außen weisenden Dichtlippen, einer montierten gehäuseseitigen Dichtungsbuchse und einem mit Gas oder Flüssigkeit gefüllten Ring­ schlauch als Dehnungskörper.

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Radialwellendichtring mit nach außen weisenden Dichtlippen, einer gehäuseseitig montierten Dich­ tungsbuchse und Schlauchfedern als Dehnungskörper.

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Dich­ tungssystem bestehend aus einem er­ findungsgemäßen Radialwellendichtring mit nach innen weisenden Dichtlippen, die auf der auf der Welle montierten und zu dieser mit einer O-Ring-Dich­ tung abgedichteten Laufbuchse gleiten.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt senkrecht zur Dreh­ achse der abzudichtenden Welle einen erfindungs­ gemäßen Radialwellendichtring (1), der mit Dicht­ lippen (2) und einer Staubdichtlippe (3) versehen ist. Wie hier unschwer erkennbar, weisen die Dichtlippen (2) nach innen und liegen auf der sich drehenden Welle (4) auf. Der abgebildete Ra­ dialwellendichtring weist hier als Schrumpfkörper einen mit Gas oder Flüssigkeit gefüllten Ring­ schlauch (5) auf, dessen Innendurchmesser sich bei zunehmender Temperatur verringert und der auf die Dichtlippen (2) einen radial nach innen wir­ kenden Anpreßdruck ausübt.

Für die Erfindung ist entscheidend, daß sich das Volumen der in den Schlauchring (5) eingeschlos­ senen Gase und/oder Flüssigkeiten bei zunehmender Temperatur erhöht, wodurch der auf die Dichtlip­ pen (2) ausgeübte Anpreßdruck steigt. Die Ausdeh­ nung des vom Schlauchring (5) eingeschlossenen Volumens wird durch die teilweise balgartige Ge­ staltung seiner Wandung erleichtert.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen er­ findungsgemäßen Radialwellendichtring (1), senk­ recht zur Drehachse der Welle (4) mit nach außen weisenden Dichtlippen (2) und einer Staubdicht­ lippe (3). Unschwer ist hier der Dehnungskörper (5) erkennbar, dessen Außendurchmesser bei stei­ gender Temperatur zunimmt und der damit einen proportional zur Temperatur erhöhten Anpreßdruck auf die Dichtlippen (2) ausübt, die hier auf ei­ ner gehäuseseitig montierten Laufbuchse (6) glei­ ten. Auch hier ist der Dehnungskörper als gas- und/oder flüssigkeitsgefüllter Ringschlauch aus­ gebildet und weist teilweise balgartige Wandungen auf.

Fig. 3 zeigt eine mit Fig. 2 grundsätzlich gleiche Anordnung, als Dehnungskörper sind hier jedoch Schlauchfedern (5) eingesetzt.

Fig. 4 zeigt schließlich einen Querschnitt senk­ recht zur Drehachse der Welle (4) durch ein montier­ tes erfindungsgemäßes Dichtungssystem, das sich dadurch auszeichnet, daß die Laufbuchse (6) wel­ lenseitig montiert und zu der Welle (4) mit einer O-Ring-Dichtung (7) abgedichtet ist. Die Dich­ tungslippen (2) der erfindungsgemäßen Radialwel­ lendichtung weisen nach innen in Richtung der Wel­ le (4) und gleiten auf der Laufbuchse (6). Der Ra­ dialwellendichtring ist hier mit einem gas- und/oder flüssigkeitsgefüllten Schlauchring (5) als Schrumpfkörper ausgestattet.

Claims (12)

1. Radialdichtring für Wellen, insbesondere für hohe Wellendrehzahlen und hohen Öldruck, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (2) nach innen in Richtung der Wellendrehachse weisen und er einen rund um diese, senkrecht zu dieser angeordneten, ring­ förmigen, elastischen Schrumpfkörper aufweist.

2. Radialdichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elasti­ sche Schrumpfkörper aus einem Schlauchring (5) aus elastischem Material besteht, der mit Gas und/oder Flüssigkeit gefüllt ist.

3. Radialdichtring nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schlauchring (5) auf der Innenseite eine ge­ ringere Wandstärke aufweist als auf der Außen­ seite.

4. Radialdichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ring­ förmige, elastische Schrumpfkörper aus einem in einer Ebene spiralig aufgewickelten Bimetall­ streifen besteht, der auf der von der Wellen­ drehachse wegweisenden Außenseite das Metall mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

5. Radialdichtring für Wellen insbesondere für hohe Wellendrehzahlen und hohen Öldruck, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (2) nach außen von der Wellen­ drehachse wegweisen und er einen rund um diese, senkrecht zu ihr angeordneten, elastischen, ringförmigen Dehnungskörper aufweist.

6. Radialdichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elasti­ sche ringförmige Dehnungskörper aus einem Schlauchring (5) aus elastischem Material be­ steht, der mit Gas und/oder Flüssigkeit gefüllt ist.

7. Radialdichtring nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schlauchring (5) auf der Außenseite eine ge­ ringere Wandstärke aufweist als auf der Innen­ seite.

8. Radialdichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elasti­ sche, ringförmige Dehnungskörper aus einem in einer Ebene spiralig aufgewickelten Bimetall­ streifen besteht, der auf der in Richtung der Wellendrehachse gelegenen Innenseite das Metall mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

9. Radialdichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elasti­ sche, ringförmige Dehnungskörper aus einer Schlauchfeder besteht.

10. Radialwellendichtungssystem für Wellen, ins­ besondere für hohe Wellendrehzahlen und hohen Öldruck, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es aus einem Radial­ dichtring mit nach innen gekehrten Dichtlippen (2) und einer zum Aufsetzen auf die Welle (4) bestimmtem Laufbuchse (6) oder einem Radialdicht­ ring mit nach außen gekehrten Dichtlippen (2) und einer zum Einsetzen in das Gehäuse bestimmten Laufbuchse (6) in Form eines Hohlzylinders be­ steht, auf dessen Innen- oder Außenseite die Dichtlippen (2) aufliegen.

11. Dichtungssystem nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (6) aus Sintermetall, einer aus­ härtbaren Legierung oder Keramik besteht.

12. Dichtungssystem nach Anspruch 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen Laufbuchse (6) und Welle (4) bzw. zwischen Laufbuchse (6) und Gehäusebohrung mit einer Dichtung, vor­ zugsweise einer O-Ring-Dichtung (7) abgedich­ tet ist.