DE4018278A1 - Wellendichtring und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring mit einer Dichtlippe, die an eine feinstbearbeitete, relativ zur Dichtlippe drehende Oberfläche, insbesondere einer Welle, federnd angedrückt wird.

In einschlägigen technischen Vorschriften oder Normen, wird für die Bearbeitung der Gegenlauffläche für den Wellendicht­ ring übereinstimmend drallfreies Schleifen empfohlen, wobei die Angaben für die anzustrebende Oberflächenrauhigkeit mit Ra von 0,2 bis 0,8 µm nach DIN 3761 bzw. 0,2 bis 0,6 µm nach BS 1399 und 0,25 bis 0,5 µm nach SAE 1417 geringfügig voneinander abweichen. Während in den genannten Vorschriften die Empfehlungen für die untere Grenze der Rauhtiefe mit Ra_min=0,2 bis 0,25 µm weitgehend übereinstimmen, weichen die Werte für die obere Grenze RA_max voneinander in einem Bereich zwischen 0,5 und 0,8 µm ab.

Für die Rauheit der Dichtlippe sind aus der Literatur keine Empfehlungen bekannt. Bei der Herstellung von Vulkanisa­ tionswerkzeugen ist es üblich, die Formflächen der Werkzeuge zur Erzielung einer leichten Entformbarkeit zu polieren und anschließend zu verchromen. Hierdurch stellt sich automa­ tisch eine sehr glatte Oberfläche der Dichtlippe des Wellen­ dichtringes mit extrem kleiner Rauhtiefe ein.

Wellendichtringe dieser Art werden beispielsweise in Brenn­ kraftmaschinen zur Abdichtung von Kurbelwellen eingesetzt. Bei der Bearbeitung der Lagerstellen dieser Kurbelwellen wird eine feinstbearbeitete Oberfläche mit einer Rauhigkeit deutlich unter Ra=0,2 µm gefordert, um möglichst hohe Trag­ fähigkeit der Gleitlager zu erzielen. Diese Feinstbearbei­ tung wird in der Regel durch Schleifen der Lagerflächen und anschließendes Polieren erreicht.

Würde die Gegenlauffläche auf der Welle für den Wellendicht­ ring entsprechend der oben angegebenen Empfehlung für die Mindestrauhtiefe von Ra_min = 0,2 µm gefertigt, so müßte die Gegenlauffläche mit einer anderen (höheren) Rauhigkeit als die Lagerstellen der Welle versehen werden, was einen zu­ sätzlichen Arbeitsgang erfordern und daher hohe Kosten verursachen würde. Es bietet sich also an, die Gegenlauf­ flächen der Wellendichtringe in gleicher Weise wie die Lagerstellen zu bearbeiten mit der Folge einer deutlich niedrigeren Rauhtiefe als in den technischen Vorschriften als Untergrenze empfohlen. Es hat sich nun gezeigt, daß Wellendichtringe, deren Dichtlippen wie oben beschrieben erzeugte sehr glatte Oberflächen hatten, auf solchen feinst­ bearbeiteten Wellen nicht gut abdichteten. So wurden nach kurzem Lauf (5000 km Laufleistung einer Kurbelwelle) mehr Frühausfälle durch Undichtheiten festgestellt als bei nach herkömmlicher Art geschliffenen Kurbelwellen mit Rauheiten im Bereich 0,2 µm < Ra 0,8 µm.

Prüfstands-Versuche der Anmelderin haben ergeben, daß ein herkömmlicher Wellendichtring, der auf einer Welle mit einer Rauhigkeit von Ra_min = 0,2 µm eine Laufzeit von mind. 800 Stunden unter den Bedingungen einer hinteren Kurbelwel­ lenabdichtung eines Verbrennungsmotors übersteht, auf einer feinstbearbeiteten Welle mit einer Rauhigkeit von Ra 0,02 µm nach durchschnittlich 50 Stunden durch Leckage ausfiel. Die elastomere Dichtlippe dieser Radialwellendichtringe zeigte im Berührungsbereich starke Verbrennungserscheinungen durch Überhitzung des Elastomers, was auf einen Schmiermit­ telmangel hindeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellendicht­ ring und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, welche bei geringem Herstellaufwand gute Dichtheit über eine lange Laufzeit bei extrem feinbearbeiteten Wellen gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Wellendichtring der genannten Art vorgesehen, daß die Dichtlippe im Berührungs­ bereich mit der Welle eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit im Vergleich zu einer Dichtlippe aufweist, welche in einem Werkzeug mit polierten Formflächen in herkömmlicher Weise gefertigt ist.

Diese Oberflächenrauhigkeiten schaffen Öltaschen, die das abzudichtende Medium, z. B. Motoröl, in der Kontaktzone zwischen Welle und Wellendichtring halten.

Vorzugsweise liegt die Rauhigkeit Ra der Dichtlippe in einem Bereich 0,2 µm < Ra < 0,8µm, welcher der Empfehlung nach DIN 3761 für die Rauhigkeit der Welle entspricht.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Wellendichtringes mit Dichtlippe aus einem Elastomer zum Andrücken an eine glatte, im Betrieb relativ zur Dichtlippe drehende Oberfläche, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Formflä­ chen des Werkzeuges zum Formen der Dichtlippe im Bereich der Berührungszone der Dichtlippe mit der feinstbearbeiteten Oberfläche der Welle mit einer erhöhten Rauhigkeit im Ver­ gleich zu einer Dichtlippe versehen wird, welche in einem Werkzeug mit polierten Formflächen in herkömmlicher Weise gefertigt wird.

Vorteilhaft wird dieses Verfahren dadurch weitergebildet, daß ein Formwerkzeug im Berührungsbereich vor dem Härten und Verchromen durch Sandstrahlen mit der gewünschten Rauh­ heit versehen wird.

Alternativ kann der Berührungsbereich des Formwerkzeuges auch durch Porösverchromen mit anschließendem leichten Überschleifen und Polieren mit der gewünschten Rauhigkeit versehen werden. Hierbei werden durch das dem Porösverchro­ men folgende Überschleifen und Polieren die Poren so geöff­ net, daß deren Berandung konkav ist und kein mechanisches Verklammern des Gummis der Dichtlippe am Werkzeug stattfin­ det.

Bei einem Wellendichtring nach der Erfindung wird das abzu­ dichtende Medium in den Rauhigkeitsvertiefungen oder Taschen der Dichtlippe des Wellendichtringes gehalten. Hierdurch wird das Schmiermittel in der Kontaktzone gehalten und verhindert so ein Verbrennen des Elastomer-Materials der Dichtlippe durch die als Folge der Reibung entstehenden hohen Lippentemperaturen, die bei Fehlen solcher Taschen (z. B. bei zu glatter Welle) unvermeidlich auftreten.

Ein erfindungsgemäß ausgeführter Radial-Wellendichtring hat auf feinstbearbeiteten Wellen mit Ra = 0,02 µm Laufzeiten von 800 Stunden ohne Leckage ergeben.

Die Erfindung ist anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch einen Wellendicht­ ring gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine dreigeteilte Form zum Herstellen eines Wel­ lendichtringes nach der Erfindung.

Zwischen einer Bohrung 1 und einer Welle 2 ist ein Wellen­ dichtring 3 angeordnet, der durch Vulkanisieren eines Ela­ stomermaterials 5 um einen Blechring 4 gebildet ist. Der Wellendichtring 3 hat eine Dichtlippe 6, die mittels einer Wurmfeder 7 an eine im Betrieb gegenüber dem feststehenden Wellendichtring 3 rotierende Oberfläche 8 der Welle 2 ange­ drückt ist. Die Oberfläche 8 ist mit einer Rauheit deutlich unterhalb 0,2 µm in gleicher Weise feinstbearbeitet wie die Oberfläche der Welle an den Lagerstellen (nicht gezeigt).

Im Berührungsbereich b ist die Oberfläche des Wellendicht­ ringes 3 mit einer Rauhigkeit 0,2 µm < Ra 0,8 µm ausgebil­ det.

Fig. 2 zeigt eine Form mit Formteilen 10, 11, 12 zum Her­ stellen eines Wellendichtringes 3 gemäß Fig. 1. Die zusam­ mengebauten Formteile 10, 11, 12 bilden einen Formhohlraum 14. Vor dem Zusammenbau der drei Formteile 10, 11, 12 ist ein Blechring 4 eingelegt. Der Formhohlraum der zusammenge­ bauten Form wird in geeigneter, hier nicht näher erläuterter Weise mit Elastomermaterial ausgefüllt.

Eine die Dichtlippe 6 (Fig. 1) bildende Negativkontur 13 am Formteil 10 wird im Bereich b durch Sandstrahlen und an­ schließendes Härten und Verchromen oder alternativ durch bekanntes Porösverchromen mit einer Rauhigkeit von 0,2 µm Ra 0,8 µm bearbeitet.

Nach dem Porösverchromen wird der Berührungsbereich b des Formteiles 10 durch leichtes Überschleifen und Polieren nachbearbeitet, so daß sich die Poren öffnen und das Entfer­ nen des Gummis aus der Form nicht durch mechanisches Ver­ klammern des Gummis mit der Formwandung behindert wird.

Eine solche Dichtlippe, deren Berührungsbereich in der beschriebenen Weise mit einer vergleichbaren Rauhigkeit wie für die Wellenoberfläche von DIN 3761 empfohlen versehen ist, hält Schmiermittel in den Taschen zwischen den Rauhig­ keitserhebungen, was ein Verbrennen des Gummis und die damit verbunden Undichtheiten und Ausfallerscheinungen verhindert.

Claims (6)

1. Wellendichtring mit einer Dichtlippe (6) aus einem Elastomer, die an eine feinstbearbeitete, relativ zur Dichtlippe drehende Oberfläche (8), insbesondere einer Welle (2), federnd angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (6) im Berührungsbereich (b) mit der Oberfläche (8) eine erhöhte Rauhigkeit im Vergleich zu einer Dichtlippe aufweist, welche in einem Formwerkzeug mit polierten Formflächen in herkömmlicher Weise gefertigt ist.

2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rauhigkeit der Dichtlippe (6) im Berührungsbereich mit der Oberfläche (8) 0,2 µm < Ra 0,8 µm beträgt.

3. Verfahren zum Vulkanisieren eines Wellendichtringes mit Dichtlippe aus einem Elastomer zum Andrücken an eine feinstbearbeitete, im Betrieb relativ zur Dicht­ lippe drehende Oberfläche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Formflächen des Formwerk­ zeuges (10) zum Formen der Dichtlippe (6) im Bereich (b) der Berührungszone der Dichtlippe mit der feinst­ bearbeiteten Oberfläche (8) der Welle (2) mit einer erhöhten Rauhigkeit im Vergleich zu einer Dichtlippe versehen werden, welche in einem Formwerkzeug mit polierten Formflächen in herkömmlicher Weise gefertigt wurde.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Berührungsbereich (b) der Dichtlippe vor dem Härten und Verchromen durch Sand­ strahlen mit der gewünschten Rauhigkeit versehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Berührungsbereich der Dichtlippe durch Porösverchromen mit der gewünschten Rauhigkeit versehen und anschließend durch leichtes Überschleifen und Polieren behandelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Berührungsbereich (b) der Dichtlippe mit einer Rauhigkeit Ra im Bereich 0,2 µm < Ra 0,8 µm versehen wird.