DE4038620A1 - Wellendichtung - Google Patents
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Description
Die zulässige Abdichtung rotierender Wellen gewinnt
immer mehr an Bedeutung. Da Dichtungsausfälle
mit Leckage verbunden sind, ist als Folge in erster Linie
die Gefährdung und Verschmutzung der Umwelt in Betracht
zu ziehen. Wegen der großen Stückzahlen der jährlich
neu eingebauten Wellendichtung verursacht bereits
eine Ausfallquote von wenigen Prozent beträchtliche Verluste
an Material und Kaptital in Form von Reparaturkosten,
Ersatz der Dichtelemente, Kosten für die Ausfallzeiten
der Aggregate und zur Beseitung der vielfältigen
Undichtheitsfolgen.
Die hauptsächlich mit Schmierstoffen drucklos beaufschlagten
Wellendurchtrittsstellen von Motoren und Getrieben
werden bislang vorwiegend mit Radialwellendichtringen
(RWDR) nach DIN 3760/3761 mit Dichtlippen
aus Elastomerwerkstoffen abgedichtet. Thermisch
hoch belastete Dichtteile von RWDR werden heute meistens
aus Fluorpolymeren (FPM) hergestellt. RWDR für
nur eine Drehrichtung werden zur Verbesserung der
Dichtsicherheit vorwiegend mit hydrodynamischen
Dichthilfen (Drall) ausgestattet.
In der weiteren technischen Entwicklung der Aggregate
mit rotierenden Wellen und in den künftig zu erwartenden
Anforderungen sind Trends zu erkennen, für die
Dichtungstechnik bislang noch keine hinreichend sicheren
Lösungen anzubieten hatte. Unter anderem besteht der
Wunsch nach immer längeren Ölwechselintervallen mit
dem Ziel, letztlich mit einer einzigen Lebensdauer-Ölfüllung
der Aggregate auszukommen. In Verbindung mit den
hohen Temperaturen moderner Aggregate bedeutet dies
unausweichlich den Übergang zu synthetischen Schmierstoffen.
Auf der anderen Seite muß die Dichtungstechnik
künftig auch auf die Verwendung biologisch abbaubarer
Öle vorbereitet sein. In der Verfahrenstechnik, der
Lebensmittelchemie und der pharmazeutischen Industrie
müssen Wellendichtungen chemisch resistent sein und
dürfen keine Toträume aufweisen, in denen sich Produktreste
festsetzen und einer Reinigungsspülung entziehen
könnten. Überdies ist auch auf Wellendichtungen zu achten,
die zeitweilig oder dauernd mangelhaft oder überhaupt
nicht mit Schmierstoff versorgt sind und/oder bei
sehr hohen Gleitgeschwindigkeit sicher und langfristig
funktionieren müssen. Eine nicht zu vernachlässigende
Forderung ist, daß Wellendichtungen auch größere Rundlaufabweichungen
der rotierenden Wellen ertragen müssen,
ohne daß dadurch Undichtheit entsteht.
Aufgrund der guten Erfahrungen mit verschiedenen
Dichtungen aus verstärktem Polytetrafluorethylen (PTFE)
wurden in letzter Zeit vielfältige Anstrengungen zur Neu-
und Weiterentwicklung auch von PTFE-Wellendichtungen
unternommen [Lit. 1]. Diese Entwicklung geht von der
Erfahrung aus, daß PTFE-Werkstoff thermisch hoch belastbar
und chemisch äußerst beständig sind und zudem
tribologisch günstige Gleiteigenschaften aufweisen. Der
generellen Forderung nach geringer Leckage bei langer
Lebensdauer genügt nach den bisher bekannt gewordenen
Erfahrungen eine spezielle Bauart von PTFE-Dichtungen,
die hier als PTFE-Manschettendichtung mit Spiralschnitt
bezeichnet wird [Lit. 2, Seiten 42, 43]. Diese Dichtung
besteht im wesentlichen aus einer dünnwandigen, ursprünglich
ringförmigen PTFE-Scheibe, die manschettenartig
ausgestülpt die Wellenoberfläche dichten berührt,
wobei in die Lauffläche der Maschette eine Spiralrille
eingeschnitten ist. Die Spiralrille bildet mit der Wellenoberfläche
zusammen einen gewindeartigen Kanal, in
welchem in den Dichtspalt eingedrungene Flüssigkeit
durch die Wirkung der Schleppströmung in den abzudichtenden
Raum zurückgefördert wird. Die PTFE-Scheibe
einer derartigen PTFE-Manschettendichtung wird in der
Regel in eine mehrteilige Metallfassung eingeklemmt und
zur Herstellung statischer Dichtheit zusätzlich verklebt
und/oder mit Hilfe zusätzlicher Gummiteile innerhalb der
Metallfassung abgedichtet. Die Metallfassung wird dann
ihrerseits in die Gehäusewand des abzudichtenden Aggregats
eingepreßt oder eingeklemmt. Diese notwendigen
Merkmale der herkömmlichen PTFE-Manschettendichtung
mit Spiralschnitt bedingen zu deren Herstellung und
Montage insgesamt einen verhältnismäßig hohen Aufwand.
Weiterhin ist die Dichtlippe einer PTFE-Manschettendichtung
im Vergleich zu einem Elastomer-RWDR
radial steif, was dazu führt, daß die Dichtlippe größeren
Rundlaufabweichungen der Welle nicht zu folgen vermag
und deshalb undicht wird. Bei hoher Gleitgeschwindigkeit
kann bei herkömmlichen PTFE-Manschettendichtungen
die beträchtliche Reibungswärme der aufeinander gleitenden
Dichtflächen zur Überhitzung der Dichtlippe führen.
Insbesondere bei schlechter Schmierung oder beim völligen
Fehlen einer die Dichtflächen schmierenden Flüssigkeit
kann auch das an sich gut wärmebeständige PTFE
schnell überhitzt und dadurch nachhaltig geschädigt werden.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung herkömmlicher
PTFE-Manschettendichtungen besteht darin, daß
sie bei der Montage nur mit großem Aufwand und mit der
Gefahr einer funktionsbeeinträchtigenden bleibenden
Verformung gegen die Stirnseite der Dichtlippe auf die
Wellenlauffläche geschoben werden können.
In P 35 44 783 ist eine Wellendichtung mit Spritzringen
und Fangrinnen beschrieben, bei der mittels einer mit
der Welle umlaufenden elastischen Dichtscheibe der
Durchtritt von Luft, Staub oder Flüssigkeitsnebel verhindert
wird. Die Dichtscheibe ist an einem mit der Welle
umlaufenden Teil befestigt und die abdichtende Berührzone
der Dichtscheibe rotiert somit stets mit der vollen
Drehzahl der Welle und demgemäß mit verhältnismäßig
hoher Reibleistungsdichte.
Eine aus der Praxis bekannte Wellendichtung in Kassettenform
weist einen in einem gehäusefesten Ring radialbeweglich
gelagerten und verdrehgesichterten PTFE-Dichtring
mit zwei Dichtlippen auf, wobei jede Dichtlippe
an je einer radialen Rotationsfläche eins rotierenden
Innenrings anliegt. Die Gleitgeschwindigkeit an jeder
Dichtlippe entspricht der vollen Umfangsgeschwindigkeit
und die Reibleistung der Kassettendichtung ist demgemäß
doppelt so groß wie die der bekantnen einlippigen PTFE-Manschettendichtringe.
Aus der dichtungstechnischen Literatur ist eine
schwimmende Anordnung eines radial gedehnt in eine V-förmige
Ringnut eingelegten Elastomer-O-Rings bekannt,
wobei je eine Wand der Nut Teil des stationären beziehungsweise
des rotierenden Maschinenteils ist [Lit. 2, Seite
49]. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, daß der aus Elasto
mer-Werkstoff bestehende O-Ring im Verhältnis zu einem
Elastomer-Radialwellendichtring eine große Berührfläche
und einen für die Abdichtwirkung ungünstigen Pressungsverlauf
aufweist. Eine derartige Anordnung ist deshalb
bei Flüssigkeitsbeaufschlagung und rotierender Welle
prinzipiell undicht und sie wird zudem bei hoher Gleitgeschwindigkeit
durch die Reibungswärme überhitzt und
zerstört. Weiterhin verliert ein unter Zugspannung erhitzter
Elastomer-Ring durch Dehnung und Relaxation nach
kurzer Zeit einen Großteil seiner Vorspannung und damit
seine Dichtfunktion. Aus diesen Gründen ist eine derartige
Dichtung lediglich bei niederer Temperatur, bei guter
Schmierung und bei niederer Gleitgeschwindigkeit als
sogenannte Schutzdichtung verwendbar. Der naheliegende
Gedanke, bei einer derartigen Dichtung anstatt eines O-Rings
aus Elastomer einen solchen aus einem wärmebeständigeren
Kunststoff, beispielsweise aus PTFE, zu
verwenden, ist wegen der im Vergleich zu einem O-Ring
wesentlich größeren Steifigkeit und wegen des unter Zugspannung
auftretenden plastischen Fließens von PTFE
nicht realisierbar. Beim Einbau eines steifen, in Umfangsrichtung
gedehnten Kunststoffrings in eine V-förmige
Ringnut entsteht zusätzlich das Dilemma, daß wegen der
Maßtoleranzen in einer Serie einerseits viele Dichtringe
übermäßig stark angepreßt sind und dadurch verschleißen
oder verbrennen, und daß andererseits viele Dichtringe zu
wenig angepaßt sind und deshalb undicht werden.
Weiterhin ist die schwimmende Anordnung eines
Dichtrings aus Kohlegrafit in einer Hochtemperatur-
Gleitringdichtung bekannt [Lit. 2, Seiten 132, 133]. Hier ist
ein im Verhältnis zu Kunststoffen nahezu unelastischer
Dichtring aus Kohlegrafit zwischen eine gekrümmte konkave
Gleitfläche eines axialbeweglichen metallischen
Gleitrings und eine ebene Stirnfläche eines Gegenrings
schwimmend eingelegt. Die Anpressung der gleitenden
Dichtflächen des Kohlegrafitrings an den metallischen
Gleitring beziehungsweise an das Gehäuse wird durch
separate Federn erzeugt. Diese Dichtung ist speziell für
den Einsatz bei sehr hoher Temperatur des abzudichtenden
Fluids so gestaltet, daß auf die bei Gleitringdichtungen
sonst üblichen elastischen Nebendichtungen verzichtet
werden konnte. Damit in dem bruchgefährdeten keramischen
Kohlegrafitring keine Zugspannung entstehen,
liegt er an einer konkaven Innenfläche des metallischen
Gleitrings an und wird dadurch tangential auf Druck
belastet.
Somit bestand insgesamt die Aufgabe, eine Wellendichtung
zu schaffen, die folgende Merkmale aufweist:
- - auch unter ungünstigen Schmierungsbedingungen, bei Trockenlauf und bei hoher Drehzahl der Welle ist die Reibung und damit die Übertemperatur der gleitenden Dichtflächen kleiner als bei herkömmlichen Wellendichtungen,
- - der Aufwand für Fertigung und Montage ist kleiner als bei herkömmlichen Wellendichtungen,
- - die Dichtung ist unempfindlich gegenüber Rundlaufabweichungen,
- - empfindliche Teile der Dichtung können beim Einbau der Wellendichtung in das abzudichtende Aggregat nicht beschädigt werden.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben mittels
einer Wellendichtung gelöst, die einen Dichtring aus
elastischem, wärmebeständigem und verschleißfestem
Kunststoff aufweist, der einerseits an eine Rotationsfläche
eines mit der Welle verbundenen Rotationskörpers und
andererseits an eine Rotationsfläche eines zweiten mit
dem Gehäuse des abzudichtenden Aggregats verbundenen
stationären Rotationskörpers dichtend angepreßt ist und
wobei die angepreßten Teile des Dichtrings vorzugsweise
dünnwandige Dichtlippen sind, deren Anpreßkraft durch
ihre zwangsweise Verformung beim Einfügen zwischen
die Rotationsflächen hervorgerufen wird. Vorzugsweise
werden die Dichtlippen bei der Herstellung des Dichtrings
entweder als radial sich erstreckende, in axialer Richtung
dünnwandige Ringscheiben oder in der Form dünnwandiger
Hohlzylinder geformt. Um die Form der Dichtlippen bereits
vor dem Einbau des Dichtrings zwischen die
Rotationsflächen diesen anzupassen, werden die Dichtlippen
vorzugsweise in erwärmtem Zustand plastisch
"aufgedornt", das heißt mit Hilfe von kegeligen Hilfswerkzeugen
vorverformt.
Die Höhe der Anpreßkraft der Dichtlippen an die
Rotationsflächen der Wellendichtung wird durch die Biegesteifigkeit
der Dichtlippen und durch die relative axiale
Position der beiden Rotationsflächen bestimmt. Vorzugsweise
sind die Dichtlippen dünner als 3 Millimeter. Für die
Herstellung ist es günstig, die Rotationsflächen als Kegelflächen
auszubilden.
Der Dichtring der erfindungsgemäßen Wellendichtung
wird durch Reibung zwischen der sich mit der Welle
drehenden Rotationsfläche und der diese berührenden
Dichtlippe in Drehung versetzt, wobei die Drehzahl des
Dichtrings in aller Regel kleiner ist als die Wellendrehzahl.
Der Dichtring gleitet deshalb mit seiner anderen
Dichtlippe auf der ruhenden Rotationsfläche des stationären
Rotationskörpers. Dadurch verteilt sich die Reibungswärme
auf zwei verhältnismäßig langsam gleitende Dichtflächen.
Zugleich ist an beiden Dichtflächen die von der
Gleitgeschwindigkeit abhängige Verschleißrate kleiner
als bei herkömmlichen PTFE-Manschettendichtungen, an
deren Dichtlippe die volle Gleitgeschwindigkeit auftritt.
Somit ist die verschleißbedingte Lebensdauer der Dichtung
auch bei ungünstiger Schmierung höher als diejenige
herkömmlicher PTFE-Manschettendichtungen. Durch das
Anliegen der Dichtlippen an den zueinander geneigten
Rotationsflächen nimmt der Dichtring eine stabile axiale
Lage ein. Die Kegelwinkel des gehäusefesten Kegels und
des wellenfesten Kegels können unterschiedlich ausgeführt
sein, um dadurch eine unterschiedlich starke Anpressung
und demgemäß eine unterschiedlich starke Reibung
der beiden Dichtlippen herzustellen. Mit dieser Maßnahme
kann die Rotationsgeschwindigkeit des Dichtrings
beeinflußt werden, beispielsweise um wegen einer betriebsbedingten
Asymmetrie der Wärmeableitung den
Gleitflächen der beiden Dichtlippen unterschiedliche
Gleitgeschwindigkeiten und somit eine unterschiedlich
hohe Reibleistung aufzuprägen. Dies kann jedoch auch
durch eine unterschiedliche Schmiegung an den Berührzonen
der beiden Dichtlippen mit den Rotationsflächen
erreicht werden. Beispielsweise wird dazu eine der beiden
Dichtlippen mit einer ringwulstartigen gewölbten Verdickung
ausgeführt, mit der sie die eine Rotationsfläche
entlang einer schmalen Ringfläche berührt, während die
andere Dichtlippe auf einer breiteren Ringfläche konform
und dadurch mit größerer Reibung an der anderen Rotationsfläche
anliegt.
Besteht der Wunsch, zur Verbesserung der Dichtwirkung
und zur Verringerung des Verschleißes und zur
Verminderung der auf die Berührfläche bezogenen Reibleistung
(Reibleistungsdichte) eine gleichmäßige Flächenpressung
der berührenden Dichtlippen zu erzwingen,
so werden die erzeugenden der von den Dichtlippen
berührten Rotationsflächen teilweise gekrümmt ausgeführt,
dergestalt, daß die Oberflächen näherungsweise der
Kontur der zwangsweise verformten Dichtlippen entsprechen
und diese somit gleichmäßig und mit verhältnismäßig
geringer Flächenpressung anliegen.
Um die Übertemperatur an den gleitenden Dichtflächen
möglichst gering zu halten, werden die Rotationskörper,
mindestens in den Bereichen in denen der Dichtring
sie berührt, dünnwandig, vorzugsweise dünner als 2 mm
ausgeführt. Bei besonderen Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Dichtvorrichtung ist deshalb sowohl
die gehäusefeste Rotationsfläche als auch die wellenfeste
Rotationsfläche jeweils Bestandteil eines dünnwandigen
Blechgehäuses. Somit kann die Reibungswärme von den
Gleitflächen auf kurzem Weg durch die dünne Wand des
jeweiligen Blechgehäuses hindurch zu dessen Außenfläche
abfließen und somit bei verhältnismäßig niederem
Temperaturniveau an die die Außenfläche umgebende
Luft oder Flüssigkeit abgeführt werden.
Um Beschädigung beim Einbau der Dichtung in das
abzudichtende Aggregat völlig zu vermeiden, bilden bei
einer bevorzugten Ausführungsform die Rotationskörper
eine den Dichtring umschließende kassettenartige Baueinheit,
deren beide relativ zueinander drehbaren Teile sich
gegenseitig axial zusammenhalten. Vorzugsweise umgreift
hierzu ein radial vorspringender Rand des einen
Rotationskörpers den anderen Rotationskörper mit axialem
Spiel. Der Dichtring ist innerhalb der Kassette zwischen
die beiden Rotationsflächen axial eingespannt, wobei
die Spannkraft infolge einer geometrisch bedingten,
zwangsweisen Verformung der - vorzugsweise vorverformten
- Dichtlippen entsteht. Vorzugsweise werden die
Kassettenteile aus dünnwandigem Blech hergestellt. Bei
einer besonders wirtschaftlichen Fertigung der erfindungsgemäßen
Wellendichtung werden die Dichtlippen des -
vorzugsweise erwärmten - Dichtrings unmittelbar beim
Zusammenbau der Kassette plastisch vorverformt.
Um beim Einsatz der Wellendichtung in Aggregaten
mit vorwiegend gleichbleibender Drehrichtung der Welle
die dynamische Dichtheit zu verbessern, sind in bekannter
Weise die Dichtlippen im Bereich ihrer Anpressung mit
spiralförmigen Rillen versehen.
Sollen Wellendichtungen mit den erfindungsgemäßen
Merkmalen zur Abdichtung eines unter Überdruck stehenden
Fluids eingesetzt werden, so wird der Mittelteil des
Dichtrings im Vergleich zu den Dichtlippen dickwandig
ausgeführt. Vorzugsweise wird in diesem Fall die Wellendichtung
so angeordnet, daß das unter Überdruck stehende
Fluid die Dichtlippen zusätzlich zu ihrer verformungsbedingten
Vorspannung an die Rotationsfläche preßt.
Die Wellendichtung wird weiter dadurch verbessert,
daß an den Dichtring Dichtkanten angeformt sind und daß
diese Dichtkanten die Rotationsflächen berühren. Dadurch
wird die Dichtpressung erhöht und der von der
Schmierwirkung und der Rauheit der Dichtflächen bestimmte
Dichtspalt zwischen Dichtring und Rotationsflächen
wird kleiner. Diese Maßnahme ist besonders dann
vorteilhaft, wenn eine Rückförderwirkung mittels Spiralrillen
nicht angewendet werden kann, weil die Welle
abwechselnd in beiden Drehrichtungen rotiert. Falls bei
hoher Temperatur der Werkstoff des Dichtrings erweicht
und dadurch die dichtende Anpressung der Dichtlippen
oder der Dichtkanten nachlassen würde, ist es vorteilhaft,
die Anpressung in bekannter Weise durch Federn zu
verstärken. Da bei der erfindungsgemäßen Wellendichtung
der Dichtring prinzipiell sowohl relativ zum Gehäuse
als auch relativ zur Welle rotieren kann, versteht es sich
von selbst, daß sich die Federn ausschließlich am Dichtring
selbst abstützen.
Die Vorteile der schwimmenden Anordnung des
Dichtrings zwischen zwei Rotationsflächen kommen bei
hinreichend niederer Temperatur der Berührflächen auch
zur Geltung, wenn der Dichtring aus Elastomer-Werkstoff
besteht und mit Ringkanten die Rotationsflächen berührt.
Ausgehend vom Stand der Technik und der darin enthaltenen
Lehre über den Rückfördermechanismus zwischen
elastischen, aufeinander gleitenden Dichtflächen [vgl. Lit.
2, Seite 30] ist - betrachtet in einer Schnittebene durch die
Wellenachse - an der Berührstelle der Dichtkante der
Öffnungswinkel zwischen der Dichtringoberfläche und
der Rotationsfläche auf der Seite, an der die abzudichtende
Flüssigkeit ansteht, größer ist als auf der anderen Seite.
Durch die Einspannung des Dichtrings aus Elastomer-
Werkstoff zwischen die vorzugsweise kegeligen Rotationsflächen
werden die Ringkanten geringfügig abgeplattet.
Die von der Deformation des Dichtrings zwischen
den Rotationsflächen erzeugte Anpreßwirkung wird dabei
in vorteilhafter Weise von einer den Dichtring umgebenden
vorgespannten Feder unterstützt.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Grundformen
der Wellendichtung bestehen jeweils aus einem
Dichtring 1, einem mit dem Gehäuse 2 verbundenen stationären
Rotationskörper 3 und einem mit der drehbaren
Welle 4 verbundenen Rotationskörper 5. Der Dichtring
berührt mit einer dünnwandigen ringmembranartigen
Dichtlippe 11 die hier als Kegelfläche 13 ausgebildete
Rotationsfläche des stationären Rotationskörpers 3 und mit
einer zweiten Dichtlippe 12 die ebenfalls als Kegelfläche
15 ausgebildete Rotationsfläche des sich mit der Welle
drehenden Rotationskörpers 5. Dadurch wird der Raum 6
gegenüber dem Raum 7 sowohl bei sich drehender als auch
bei ruhender Welle abgedichtet. Durch geeignete Abstimmung
der Winkel und der Abstände der beiden Kegel mit
der elastischen Nachgiebigkeit der Dichtlippen wird innerhalb
des Toleranzbereichs dieser Einflußgrößen eine
möglichst geringe jedoch dichtungstechnisch ausreichende
Anpressung der Dichtlippen an die Kegel erreicht.
Fig. 1a zeigt den in Fig. 1 eingekreisten Ausschnitt in vergrößerter
Darstellung. Um auf bekannte Weise die in den
Dichtspalt zwischen die Dichtlippe auf den Kegelflächen
eindringende Flüssigkeit in den abzudichtenden Raum
zurückzufördern sind in die Dichtlippe 12, die an der
Rotationsfläche 15 anliegt, spiralförmige Rillen 16 eingeschnitten.
Die Rille kann eingängig oder mehrgängig
sein. Die Fig. 2 zeigt insbesondere einen Mittelteil 10 des
Dichtrings mit einer im Vergleich zu den Dichtlippen
wesentlich größeren Wanddicke.
Fig. 3 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen
Dichtung mit dem Dichtring 1, den Dichtlippen 11 bzw. 12,
die an den hier kegelförmig ausgeführten Rotationsflächen
13 bzw. 15 dichtend anliegen, dem in das Gehäuse 2
eingefügten und mit diesem drehfest verbundenen Rotationskörper
3 und dem mit der Welle 4 fest verbundenen
Rotationskörper 5. Die Rotationskörper 3 und 5 bilden eine
den Dichtring umschließende kassettenartige Baueinheit,
indem ein radial vorspringender Rand 52 des Rotationskörpers
5 den Rotationskörper 3 mit axialem Spiel umgreift
und somit die beiden relativ zueinander drehbaren
Rotationskörper axial zusammenhält. Der Dichtring 1 ist
innerhalb der Kassette zwischen die beiden Rotationsflächen
13 bzw. 15 axial eingspannt, wodurch die im Herstellungszustand
annähernd zylindrischen Dichtlippen
trompetenförmig aufgeweitet sind. Infolge dieser Aufweitung
entsteht beim Zusammenbau der Kassette von selbst
die die Dichtwirkung erzeugende Anpressung der Dichtlippen
an die Rotationsflächen. Der Mittelteil 10 mit seiner
größeren Wanddicke versteift den Dichtring, so daß die
Wellendichtung auch verwendet werden kann, wenn im
Raum 6 ein Überdruck gegenüber dem Raum 7 herrscht. In
diesem Fall werden die Dichtlippen zusätzlich zu ihrer
verformungsbedingten Vorspannung vom Überdruck an
die Rotationsflächen angepreßt.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen
Dichtung mit einem durchgängig dünnwandigen Dichtring
1 mit den Dichtlippen 11 bzw. 12, dem in das Gehäuse
2 eingefügten und mit diesem drehfest verbundenen Rotationskörper
3 aus dünnwandigem Blech und dem mit der
Welle 4 fest verbundenen Rotationskörper 5 aus dünnwandigem
Blech. Die Blechteile bestehen vorzugsweise
aus nichtrostendem Stahl. Die Dichtlippen liegen an den
hier kegelförmig ausgeführten Rotationsflächen 13 bzw. 15
dichtend an. Die Rotationskörper 3 und 5 bilden eine den
Dichtring umschließende kassettenartige Baueinheit, indem
ein radial vorspringender Rand 52 des Rotationskörpers
5 den Rotationskörper 3 mit axialem Spiel umgreift
und somit die beiden relativ zueinander drehbaren
Rotationskörper axial zusammenhält. Der Dichtring 1 ist
innerhalb der Kassette zwischen die beiden Rotationsflächen
axial eingespannt.
Fig. 5 zeigt eine kassettenartige Ausführung der erfindungsgemäßen
Dichtung mit dem Dichtring 1, den beim
Zusammenbau der Kassette von den Rotationsflächen 13
und 15 einwärts gebogenen und dadurch vorgespannten
Dichtlippen 11 bzw. 12, dem in das Gehäuse 2 eingefügten
und mit diesem drehfest verbundenen Rotationskörper 3
aus dünndwandigem Blech und dem mit der Welle 4 fest
verbundenen Rotationskörper 5 aus dünnwandigem Blech.
Um ein gleichmäßiges Anliegen der Dichtlippen an den
Rotationsflächen zu erzeugen, sind letztere hier - im
Längsschnitt gesehen - konkav so geformt, daß ihre
Kontur der Biegelinie der Dichtlippen nahe kommt.
Fig. 6 zeigt eine weitere Grundform der Wellendichtung,
jeweils mit einem aus zähem Kunststoff, beispielsweise
aus Polytetrafluorethylen oder Polyamid bestehenden
Dichtring 1, einem mit dem Gehäuse 2 verbundenen
stationären Rotationskörper 3 und einem mit der drehbaren
Welle 4 verbundenen Rotationskörper 5. Der Dichtring
berührt auf der einen Seite mit einem gewölbten
Ringwulst 111 der einen Dichtlippe die hier als Kegelfläche
13 ausgebildete Rotationsfläche des stationären Rotationskörpers
3 und auf der anderen Seite mit einer im
Herstellungszustand scharfen Ringkante 122 der anderen
Dichtlippe die ebenfalls als Kegelfläche 15 ausgebildete
Rotationsfläche des sich mit der Welle drehenden Rotationskörpers
5. In seinem mittleren Bereich ist der Dichtring
durch eine Wandverdickung 10 versteift.
Der Dichtring 1 in Fig. 7 besteht aus Elastomer, beispielsweise
aus Fluorpolymer und wird von einer vorgespannten
Zugfeder 17 zusätzlich radial angepreßt. In der
Fig. 7 ist eine Situation dargestellt, bei der die abzudichtende
Flüssigkeit sich auf der Außenseite des Dichtrings
befindet. In dem vergrößert dargestellten Ausschnitt berührt
die abgeplattete Ringkante 122 die Rotationsfläche
15. Der Winkel α zwischen der Rotationsfläche an der
Außenseite des Dichtrings - ist erfindungsgemäß größer ausgeführt
als der Winkel β auf der Innenseite. Die übrigen
Bezeichnungen der Fig. 6 und 7 entsprechen denen der
Fig. 1 und 2.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführung mit dem Dichtring
1 aus Elastomer, der mit den Ringkanten 111 und 122
an den Rotationsflächen 13 und 15 dichtend anliegt. An
seiner Innenseite wird der Dichtring durch einen Federring
17 gestützt.
Fig. 9 zeigt eine Ausführung mit einem Dichtring 1 aus
Elastomer mit inneren Ringkanten 111, 122, die an den
Rotationsflächen 13 und 15 dichten anliegen. Zugleich
berührt der Dichtring mit äußeren Ringkanten 112, 123 die
- hier beispielsweise radialen - Rotationsflächen 133 und
155. Der Dichtring wird von einer vorgespannten Zugfeder
17 zusätzlich radial angepreßt. Die Rotationskörper
3, 5 bestehen aus dünnwandigen Bleichteilen, die hier in
vorteilhafter Weise eine radial nach außen offene Kassette
bilden. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Dichtring
ohne Demontage der Blechteile auszutauschen.
Schließlich zeigt Fig. 10 eine kassettenartige Ausführung
der erfindungsgemäßen Wellendichtung mit einem
inneren Dichtring 100 und einem äußeren Dichtring 1. Der
innere Dichtring liegt seinem von der Feder 17 zusätzlich
angepreßten Dichtlippen an den einander gegenüberliegenden
Rotationsflächen 134, 156 an. Der äußere Dichtring
1 liegt mit seinen Ringwülsten 111 dichtend an den
einander gegenüberliegenden Rotationsflächen 13, 15 an.
Vorzugsweise weisen die Ringwülste an den Berührstellen
Ringkanten auf. Der innerhalb der Blechkassette von
den Dichtflächen und Dichtkanten der beiden Dichtringe
und dem gehäusefesten Blechteil 3 sowie dem mit der Welle
4 verbundenen Blechteil 5 eingegrenzten Raum 8 ist vorzugsweise
mit Schmierstoff, beispielsweise mit Fett gefüllt
und dient als Schmierdepot oder als Sperrkammer.
Die Wellendichtung gemäß Fig. 10 dient vorzugsweise als
Trenndichtung, beispielsweise zwischen dem schmiermittelhaltigen
Innenraum 7 eines Aggregats - Getriebe
oder Motor - und dem Umgebungsraum 6, von dem aus
die Dichtstelle mit Schmutz und Wasser beaufschlagt ist.
Vorzugsweise dienen dabei die rotierenden Wände 55 und
551 der Kassette als Schleuderring, die die Menge der an
die Dichtringe gelangenden Substanzen begrenzen.
Literatur:
[1] R. Haldenwang: Evolution mit Lippe, KEM, Dezember 1989
[2] H. K. Müller: Abdichtung bewegter Maschinenteile, ISBN 3-920484-00-2; Medienverlag U. Müller, 1990
[1] R. Haldenwang: Evolution mit Lippe, KEM, Dezember 1989
[2] H. K. Müller: Abdichtung bewegter Maschinenteile, ISBN 3-920484-00-2; Medienverlag U. Müller, 1990
Claims (19)
1. Wellendichtung zum Abdichten von Flüssigkeit oder Gas an der Durchtrittsstelle
einer Welle (4) durch die Wand eines Gehäuses (2) mit einem Dichtring (1)
aus einem elastischen, wärmbeständigen und verschleißfesten Werkstoff, wobei
der Dichtring frei drehbar einerseits an einer Rotationsfläche (15) eines mit der
Welle fest verbundenen Rotationskörpers (5) und andererseits an einer Rotationsfläche
(13) eines mit dem Gehäuse fest verbundenen stationären Rotationskörpers
(3) dichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die anliegenden Teile des Dichtrings dünnwandige Dichtlippen (11), (12) sind und
- - daß die Anpreßkraft der Dichtlippen von der durch das Einfügen des Dichtrings (1) zwischen die Rotationsflächen (13), (15) erzwungenen Verformung hervorgerufen wird.
2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsflächen
(13), (15) Kegelflächen sind.
3. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugenden
der Rotationsflächen ebene, teilweise gekrümmte Kurven sind.
4. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens einer der Rotationskörper mindestens in dem Bereich, in dem eine
Dichtlippe an ihm anliegt, eine Wanddicke von weniger als 2 Millimeter aufweist.
5. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß ein radial vorspringender Rand (52) des einen Rotationskörpers den anderen
Rotationskörper mit axialem Spiel übergreift, so daß dadurch die Rotationskörper
als eine kassettenartige Baueinheit axial zusammengehalten sind.
6. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtring aus mit Füllstoffen vermengtem Polytetrafluorethylen (PTFE)
besteht.
7. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtlippen in den Bereichen ihrer Berührung mit den Rotationsflächen
spiralförmige Rillen (16) aufweisen.
8. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotationsflächen in den Bereichen ihrer Berührung mit den Dichtlippen
spiralförmige Rillen aufweisen.
9. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der zwischen den Dichtlippen befindliche Bereich (10) des Dichtrings im
Vergleich zu den Dichtlippen dickwandig ist.
10. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtlippen im Herstellungszustand radial sich erstreckende, in axialer
Richtung dünnwandige Ringscheiben sind.
11. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtlippen im Herstellungszustand die Form von dünnwandigen Hohlzylindern
aufweisen.
12. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtlippen weniger als 3 mm dick sind.
13. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der
Dichtlippen (11, 12) eine Verdickung in der Form eines Ringwulstes (111) aufweist und daß
dieser die Rotationsfläche berührt.
14. Wellendichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringwulst eine
Ringkante (122) aufweist und daß diese die Rotationsfläche berührt.
15. Wellendichtung zum Abdichten von Flüssigkeit oder Gas an der Durchtrittsstelle einer
Welle (4) durch die Wand eines Gehäuses (2) mit einem Dichtring (1) aus einem elastischen,
wärmebeständigen und verschleißfesten Werkstoff, wobei der Dichtring frei drehbar einerseits
an Rotationsflächen (13, 133) eines mit der Welle fest verbundenen Rotationskörpers und
andererseits an Rotationsflächen (15, 155) eines mit dem Gehäuse fest verbundenen stationären
Rotationskörpers dichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Dichtring aus Elastomer-Werkstoff besteht,
- - daß der Dichtring Ringkanten (111, 112, 122, 123) aufweist,
- - daß der Dichtring zwischen die Rotationsflächen so eingefügt ist, daß er dabei verformt wird und dadurch die Ringkanten an die Rotationsflächen angepreßt werden.
16. Wellendichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel
zwischen dem Dichtring und der Rotationsfläche auf derjenigen Seite der Ringkante, an der
die abzudichtende Flüssigkeit ansteht, größer ist als der Öffnungswinkel auf der anderen Seite.
17. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
Dichtring von einer vorgespannten Feder (17) umgeben ist.
18. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der mit
der Welle verbundene Rotationskörper (5) zwei Rotationsflächen (15, 156) und der mit dem
Gehäuse verbundene stationäre Rotationskörper (3) zwei Rotationsflächen (13, 134) aufweist,
wobei jeweils eine Rotationsfläche des mit der Welle verbundenen Rotationskörpers einer
Rotationsfläche des mit dem Gehäuse verbundenen Rotationskörpers gegenüberliegt und daß
zwischen den jeweils gegenüberliegenden Rotationsflächen je ein Dichtring (1, 100) angeordnet
ist.
19. Wellendichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Dichtringen
(1, 100), dem gehäusefesten Rotationskörper (3) und dem mit der Welle verbundenen Rotationskörper
(5) eingegrenzte Raum (8) mit Schmierstoff gefüllt ist.
Priority Applications (1)
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