DE4118382A1

DE4118382A1 - Dichtung fuer eine welle

Info

Publication number: DE4118382A1
Application number: DE4118382A
Authority: DE
Inventors: Josef Roman Katzensteiner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2011-06-06
Also published as: ITMI921390A0; DE4118382C2; ITMI921390A1; IT1260539B

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für eine Welle mit den Merkmalen:

- Die Welle durchdringt eine Wand eines Gehäuses;
- mindestens eine Dichtlippe läuft auf einer Dichtlaufbahn und dichtet gegen Flüssigkeit aus dem Gehäuse;
- mindestens eine Schutzlippe läuft auf einer Schutzlippen-Laufbahn und schützt die Flüssigkeit in dem Gehäuse gegen Wasser und Schmutz von außen;
- ein drehbares Lager mit einem radial äußeren und einem radial inneren Lagerring führt die Dichtlippe zu der Dichtlaufbahn und die Schutzlippe zu der Schutzlippen-Laufbahn derart, daß die Dichtlippe immer auf derselben Kreislinie auf der Dichtlaufbahn und die Schutzlippe immer auf derselben Kreislinie auf der Schutzlippen-Laufbahn läuft;
- zwischen der Wand und der Welle ist ein nachgiebiger, aber drehsteifer Balg mit einem radial äußeren und einem radial inneren Rand angeordnet;
- der Balg verbindet entweder die Wand mit dem äußeren Lagerring oder den inneren Lagerring mit der Welle.

Eine Dichtung dieser Art wird verwendet, wenn ein handelsüblicher Wellendichtring aus mindestens einem der folgenden Gründe versagt:

- Die Welle ist axial beweglich;
- die Welle ist radial beweglich;
- die Welle ist kippbeweglich.

Weil das Lager dafür sorgt, daß die Dichtlippe immer auf derselben Kreislinie auf der Dichtlaufbahn und die Schutzlippe immer auf derselben Kreislinie auf der Schutzlippen-Laufbahn läuft, pumpt die Dichtlippe keine Flüssigkeit aus dem Gehäuse heraus und fördert die Schutzlippe weder Wasser noch Schmutz in das Gehäuse hinein, wenn die Welle sich axial, radial oder kippend bewegt.

Wenn der außerhalb des Gehäuses laufende Teil der Welle sich oft in schmutzigem Wasser oder in nassem Schmutz nicht nur drehend, sondern auch axial, radial oder kippend bewegen muß und der Balg allen diesen Bewegungen folgen muß, macht der erhöhte Verschleiß den Balg oft vorzeitig undicht, und die hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Lippen und Laufbahnen ist dann vergeblich.

Eine Dichtung dieser Art ist bekannt (DE 23 62 764).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der der Balg vorzeitig undicht werden darf, ohne damit sofort die Dichtheit der Dichtung zu gefährden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst, weil nach dem Versagen des äußeren Balges immer noch mindestens ein zweiter Balg vorerst vollkommen dicht bleibt und mindestens noch für eine begrenzte Zeit ein sicherer Betrieb möglich ist.

Eine Flüssigkeit nach Anspruch 2 vermeidet ein Aufblähen des Hohlraumes und erhöht damit die Lebensdauer der Bälge.

Eine Stirnfläche als Schutzlippen-Laufbahn und eine axial angefederte und bei hoher Drehgeschwindigkeit durch Fliehkraft entlastete Schutzlippe nach Anspruch 3 verbessern den Schutz der Flüssigkeit im Gehäuse gegen Wasser und Schmutz von außen und erhöhen die Lebensdauer, weil die Schutzlippe bei hoher Drehgeschwindigkeit frei läuft und nur noch als Kreiselpumpe gegen Wasser und Schmutz nach außen fördert.

Eine Stirnfläche als Dichtlaufbahn und eine axial angefederte und bei hoher Drehgeschwindigkeit durch Fliehkraft abhebende Dichtlippe nach Anspruch 4 verbessern die Dichtheit und erhöhen die Lebensdauer, weil auch die Dichtlippe bei hoher Drehgeschwindigkeit frei läuft und nur noch als Kreiselpumpe gegen die Flüssigkeit im Gehäuse fördert.

Wenn nach Anspruch 5 der Balg im wesentlichen eben ist und damit keine toten Räume bildet, in denen sich Schmutz absetzen kann, kann die Dichtlippe als Kreiselpumpe den Balg besonders wirksam vor Verschleiß durch abrasiven Schmutz bewahren, und die Umlaufsicke macht den Balg besonders nachgiebig und gleichzeitig drehsteif.

Damit beim Austreten der Flüssigkeit aus dem Hohlraum ein Warnsignal nach Anspruch 6 erzeugt wird, kann die Flüssigkeit beispielsweise einen selbsttätig grell leuchtenden Farbstoff und einen stark riechenden Duftstoff enthalten.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele nach der Erfindung als Ausschnitte aus Längsschnitten. Es zeigen:

Fig. 1 eine Dichtung, bei der drei Bälge die Wand mit dem äußeren Lagerring verbinden und

Fig. 2 eine Dichtung, bei der drei Bälge den inneren Lagerring mit der Welle verbinden;

Fig. 3 bis 6 Dichtungen mit je zwei gleichen Rollbälgen.

Fig. 1: Eine Welle 1 durchdringt eine Wand 2 eines Gehäuses 3. Zwei Dichtlippen 4, 5 laufen auf einer Dichtlaufbahn 6 und dichten gegen Flüssigkeit aus dem Gehäuse 3. Drei Schutzlippen 7, 8, 9 laufen auf einer Schutzlippen-Laufbahn 10 und schützen die Flüssigkeit in dem Gehäuse 3 gegen Wasser und Schmutz von außen. Ein drehbares Lager 11 mit einem radial äußeren Lagerring 12 und einem radial inneren Lagerring 13 führt die Dichtlippen 4, 5 zu der Dichtlaufbahn 6 und die Schutzlippen 7, 8, 9 zu der Schutzlippen-Laufbahn 10 derart, daß jede Dichtlippe 4, 5 immer auf derselben Kreislinie auf der Dichtlaufbahn 6 und jede Schutzlippe 7, 8, 9 immer auf derselben Kreislinie auf der Schutzlippen-Laufbahn 10 läuft. Zwischen der Wand 2 und der Welle 1 sind drei nachgiebige, aber drehsteife Bälge 14, 15, 16 mit radial äußeren Rändern 17, 18, 19 und radial inneren Rändern 20, 21, 22 angeordnet. Die Bälge 14, 15, 16 verbinden die Wand 2 mit dem äußeren Lagerring 12. Die äußeren Ränder 17, 18, 19 sind fest und dicht mit der Wand 2, die inneren Ränder 21, 22 sind fest und dicht mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden. Hohlräume 23, 24 zwischen den Bälgen 14, 15, 16 enthalten eine zähe Flüssigkeit mit geringer Wärmedehnung. Die Flüssigkeit siedet erst oberhalb einer höchsten und erstarrt erst unterhalb einer tiefsten Betriebstemperatur. Die Flüssigkeit enthält einen selbsttätig grell leuchtenden Farbstoff und einen stark riechenden Duftstoff. Die Bälge 14, 15, 16 sind in einer mittleren Lage im wesentlichen eben und haben Umlaufsicken 25, 26 oder, anders ausgedrückt: die Bälge 14, 15, 16 sind im Längsschnitt gewellt. Durch diese Umlaufsicken 25, 26 werden die Bälge 14, 15, 16 besonders nachgiebig gegenüber axialen, radialen und kippenden Bewegungen der Welle 1 gegenüber der Wand 2 des Gehäuses 3 und gleichzeitig drehsteif. Der äußere Lagerring 12 trägt eine axial äußere und eine axial innere Stirnfläche. Die äußere Stirnfläche bildet die Schutzlippen-Laufbahn 10. Die innere Stirnfläche bildet die Dichtlaufbahn 6. Eine Federkraft drückt die Schutzlippen 7, 8, 9 gegen die Schutzlippen Laufbahn 10 und die Dichtlippen 4, 5 gegen die Dichtlaufbahn 6. Eine Fliehkraft hebt bei steigender Drehgeschwindigkeit der Welle 1 die Schutzlippen 7, 8, 9 von der Schutzlippen-Laufbahn 10 und die Dichtlippen 4, 5 von der Dichtlaufbahn 6 ab. Dadurch erzeugen die Schutzlippen 7, 8, 9 und die Dichtlippen 4, 5 nur wenig Verluste, Wärme und Verschleiß durch Reibung. Die Schutzlippen 7, 8, 9 sind an einem Schutzlippenträger 27 befestigt. Der Schutzlippenträger 27 ist zusätzlich als Montagehilfe für die äußeren Ränder 17, 18, 19 der Bälge 14, 15, 16 und als Schleuderscheibe ausgebildet, die Wasser und Schmutz vom Gehäuse 3 wegfördert und die Schutzlippen 7, 8, 9 schützt.

Fig. 2: Anders als in Fig. 1 verbinden die Bälge 14, 15, 16 hier den inneren Lagerring 13 mit der Welle 1. Die äußeren Ränder 17, 18, 19 der Bälge 14, 15, 16 sind fest und dicht mit dem inneren Lagerring 13, die inneren Ränder 20, 21, 22 sind fest und dicht mit der Welle 1 verbunden.

Fig. 3 bis 6: Zwei gleiche Rollbälge mit je nur einer einzigen Umlaufsicke 25 zwischen zwei zylindrischen Balgteilen 28, 29 verbinden als Bälge 14, 15, die Wand 2 des Gehäuses 3 mit dem äußeren Lagerring 12.

Fig. 3 und 4: Eine Dichtlippe 41 und zwei Schutzlippen 31, 32 sind fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden und laufen auf einer außenzylindrischen Dichtlaufbahn 36, die auch eine Schutzlippen-Laufbahn 30 bildet und fest mit der Welle 1 verbunden ist.

Fig. 3: Zwei weitere Schutzlippen 7, 8 sind fest mit der Welle 1 verbunden und laufen auf einer ebenen Schutzlippen-Laufbahn 10, die fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden ist.

Fig. 4: Zwei weitere Schutzlippen 33, 34 sind fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden und laufen auf einer ebenen Schutzlippen-Laufbahn 35, die fest mit der Welle 1 verbunden ist.

Fig. 5: Eine Dichtlippe 41 und eine Schutzlippe 31 sind fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden und laufen auf einer außenzylindrischen Dichtlaufbahn 36, die fest mit der Welle 1 verbunden ist. Drei weitere Schutzlippen 37, 38, 39 sind fest mit der Welle 1 verbunden und laufen auf einer innenzylindrischen Schutzlippen-Laufbahn 40, die fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden ist.

Fig. 6: Eine Dichtlippe 41 ist fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden und läuft auf einer außenzylindrischen Dichtlaufbahn 36, die fest mit der Welle 1 verbunden ist. Drei Schutzlippen 37, 38, 39 sind fest mit der Welle 1 verbunden und laufen auf einer innenzylindrischen Schutzlippen-Laufbahn 40, die fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden ist. Der innere Lagerring 13 bildet eine weitere außenzylindrische Dichtlaufbahn 42 für eine weitere Dichtlippe 43 und eine außenzylindrische Schutzlippen-Laufbahn 44 für eine weitere Schutzlippe 45. Die Dichtlippe 43 und die Schutzlippe 45 sind fest mit dem äußeren Lagerring 12 verbunden. Das Lager 11 enthält Fett.

Bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Schutzlippen 7, 8, 9 und die Dichtlippen 4, 5 fest mit dem inneren Lagerring 13 und damit drehfest mit der Welle 1 verbunden. Die Schutzlippen 7, 8, 9 laufen auf einer ebenen Schutzlippen-Laufbahn 10, und die Dichtlippen 4, 5 laufen auf einer ebenen Dichtlaufbahn 6. Sowohl die Schutzlippen-Laufbahn 10 als auch die Dichtlaufbahn 6 können aber auch außenkegelig, innenkegelig, außenzylindrisch oder innenzylindrisch sein, und es können auch mehrere gleichartige oder unterschiedliche Schutzlippen-Laufbahnen 10 für mehrere Schutzlippen 7, 8, 9 und mehrere gleichartige oder unterschiedliche Dichtlaufbahnen 6 für mehrere Dichtlippen 4, 5 vorhanden sein. Die Schutzlippen 7, 8, 9 und/oder die Dichtlippen 4, 5 können aber auch fest mit dem äußeren Lagerring 12 und damit drehfest mit der Wand 2 des Gehäuses 3 verbunden sein, während die Schutzlippen-Laufbahn 10 und/oder die Dichtlaufbahn 6 mit der Welle 1 drehen. Dabei können sowohl die Schutzlippen-Laufbahn 10 als auch die Dichtlaufbahn 6 entweder eben, außenkegelig, innenkegelig, außenzylindrisch oder innenzylindrisch sein. Beispielsweise können drei mit der Welle 1 umlaufende Schutzlippen 7, 8, 9 auf einer ebenen, drehfest mit der Wand 2 des Gehäuses 3 verbundenen Schutzlippen-Laufbahn 10 und eine einzige, fest mit dem äußeren Lagerring 12 und damit drehfest mit der Wand 2 des Gehäuses 3 verbundene Dichtlippe 4 auf einer Dichtlaufbahn 6 laufen, die mit der Welle 1 umläuft. Mindestens ein Balg 14 kann auch ein Rollbalg mit einer einzigen Umlaufsicke 25 zwischen zwei zylindrischen Balgteilen 28, 29 sein. Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Rillenkugellager ist nur ein Beispiel für ein drehbares Lager 11, das die Dichtlippen 4, 5 zu der Dichtlaufbahn 6 und die Schutzlippen 7, 8, 9 zu der Schutzlippen-Laufbahn 10 derart führt, daß jede Dichtlippe 4, 5 und jede Schutzlippe 7, 8, 9 immer auf derselben Kreislinie auf ihrer Dichtlaufbahn 6 oder Schutzlippen-Laufbahn 10 läuft.

Dazu muß das Lager 11 jede axiale, radiale oder kippende Bewegung zwischen seinen Lagerringen 12, 13 und damit zwischen den Dichtlippen 4, 5 und Schutzlippen 7, 8, 9 einerseits und der Dichtlaufbahn 6 und der Schutzlippen-Laufbahn 10 andererseits verhindern. Ein solches Lager 11 kann auch aus einem beliebigem Radiallager und zwei Axiallagern zusammengesetzt sein, dabei können das Radiallager und die zwei Axiallager wahlweise Wälzlager oder Gleitlager sein.

Bezugszeichen

1 Welle
2 Wand
3 Gehäuse
4 Dichtlippe
5 Dichtlippe
6 Dichtlaufbahn
7 Schutzlippe
8 Schutzlippe
9 Schutzlippe
10 Schutzlippen-Laufbahn
11 Lager
12 Lagerring
13 Lagerring
14 Balg
15 Balg
16 Balg
17 Rand
18 Rand
19 Rand
20 Rand
21 Rand
22 Rand
23 Hohlraum
24 Hohlraum
25 Umlaufsicke
26 Umlaufsicke
27 Schutzlippen-Träger
28 Balgteil
29 Balgteil
30 Schutzlippen-Laufbahn
31 Schutzlippe
32 Schutzlippe
33 Schutzlippe
34 Schutzlippe
35 Schutzlippen-Laufbahn
36 Dichtlaufbahn
37 Schutzlippe
38 Schutzlippe
39 Schutzlippe
40 Schutzlippen-Laufbahn
41 Dichtlippe
42 Dichtlaufbahn
43 Dichtlippe
44 Schutzlippen-Laufbahn
45 Schutzlippe

Claims

1. Dichtung für eine Welle mit den Merkmalen:

- die Welle (1) durchdringt eine Wand (2) eines Gehäuses (3);
- mindestens eine Dichtlippe (4) läuft auf einer Dichtlaufbahn (6) und dichtet gegen Flüssigkeit aus dem Gehäuse (3);
- mindestens eine Schutzlippe (7) läuft auf einer Schutzlippen-Laufbahn (10) und schützt die Flüssigkeit in dem Gehäuse (3) gegen Wasser und Schmutz von außen;
- ein drehbares Lager (11) mit einem radial äußeren und einem radial inneren Lagerring (12, 13) führt die Dichtlippe (4) zu der Dichtlaufbahn (6) und die Schutzlippe (7) zu der Schutzlippen-Laufbahn (10) derart, daß die Dichtlippe (4) immer auf derselben Kreislinie auf der Dichtlaufbahn (6) und die Schutzlippe (7) immer auf derselben Kreislinie auf der Schutzlippen-Laufbahn (10) läuft;
- zwischen der Wand (2) und der Welle (1) ist ein nachgiebiger, aber drehsteifer Balg (14) mit einem radial äußeren und einem radial inneren Rand (17, 20) angeordnet;
- der Balg (14) verbindet entweder die Wand (2) mit dem äußeren Lagerring (12) oder den inneren Lagerring (13) mit der Welle (1);

gekennzeichnet durch das Merkmal: mindestens ein zweiter Balg (15) verbindet den äußeren mit dem inneren Rand (17, 20) des ersten Balges (14).

2. Dichtung nach Anspruch 1 mit den Merkmalen:

- mindestens ein Hohlraum (23) zwischen zwei Bälgen (14, 15) enthält eine zähe Flüssigkeit mit geringer Wärmedehnung;
- die Flüssigkeit siedet erst oberhalb einer höchsten und erstarrt erst unterhalb einer tiefsten Betriebstemperatur.

3. Dichtung nach Anspruch 1 mit den Merkmalen:

- der äußere Lagerring (12) trägt eine axial äußere Stirnfläche,
- die Stirnfläche bildet die Schutzlippen-Laufbahn (10);
- eine Federkraft drückt die Schutzlippe (7) gegen die Schutzlippen-Laufbahn (10);
- eine Fliehkraft hebt bei steigender Drehgeschwindigkeit die Schutzlippe (7) gegen die Federkraft von der Schutzlippen-Laufbahn (10) ab.

4. Dichtung nach Anspruch 3 mit den Merkmalen:

- der äußere Lagerring (12) trägt auch eine axial innere Stirnfläche;
- die Stirnfläche bildet die Dichtlaufbahn (6);
- eine Federkraft drückt die Dichtlippe (4) gegen die Dichtlaufbahn (6);
- eine Fliehkraft hebt bei steigender Drehgeschwindigkeit die Dichtlippe (4) gegen die Federkraft von der Dichtlaufbahn (6) ab.

5. Dichtung nach Anspruch 1 mit dem Merkmal: mindestens der äußere Balg (14) ist in einer mittleren Lage im wesentlichen eben und hat mindestens eine Umlaufsicke (25).

6. Dichtung nach Anspruch 2 mit dem Merkmal: wenn die zähe Flüssigkeit den Hohlraum (23) verläßt, wird mindestens ein Warnsignal erzeugt.

7. Dichtung nach Anspruch 1 mit den Merkmalen:

- ein erster und zweiter Balg (14, 15) sind als gleiche oder fast gleiche Rollbälge mit einer einzigen Umlaufsicke (25) zwischen zwei zylindrischen Balgteilen (28, 29) ausgebildet;
- die zwei Bälge (14, 15) sind einander gegenüberliegend angeordnet.

8. Dichtung nach Anspruch 7 mit dem Merkmal: mindestens eine Dichtlippe (41) und mindestens eine Schutzlippe (31) sind fest mit dem äußeren Lagerring (12) verbunden und laufen auf einer außenzylindrischen Dichtlaufbahn (36), die auch eine Schutzlippen-Laufbahn (30) bildet und fest mit der Welle 1 verbunden ist.

9. Dichtung nach Anspruch 8 mit dem Merkmal: mindestens eine weitere Schutzlippe (7) ist fest mit der Welle 1 verbunden und läuft auf einer ebenen Schutzlippen-Laufbahn (10), die fest mit dem äußeren Lagerring (12) verbunden ist.

10. Dichtung nach Anspruch 8 mit dem Merkmal: mindestens eine weitere Schutzlippe (33) ist fest mit dem äußeren Lagerring (12) verbunden und läuft auf einer ebenen Schutzlippen-Laufbahn (35), die fest mit der Welle (1) verbunden ist.

11. Dichtung nach Anspruch 8 mit dem Merkmal: mindestens eine weitere Schutzlippe (37) ist fest mit der Welle 1 verbunden und läuft auf einer innenzylindrischen Schutzlippen-Laufbahn (40), die fest mit dem äußeren Lagerring (12) verbunden ist.

12. Dichtung nach Anspruch 7 mit dem Merkmalen:

- mindestens eine Dichtlippe (41) ist fest mit dem äußeren Lagerring (12) verbunden und läuft auf einer außenzylindrischen Dichtlaufbahn (36), die fest mit der Welle (1) verbunden ist;
- mindestens eine Schutzlippe (37) ist fest mit der Welle (1) verbunden und läuft auf einer innen zylindrischen Schutzlippen-Laufbahn (40), die fest mit dem äußeren Lagerring (12) verbunden ist;
- der innere Lagerring (13) bildet eine weitere außen zylindrische Dichtlaufbahn (42) für eine weitere Dichtlippe (43) und einer außenzylindrische Schutzlippen-Laufbahn (44) für eine weitere Schutzlippe (45);
- die Dichtlippe (43) und die Schutzlippe (45) sind fest mit dem äußeren Lagerring (12) verbunden.