DE4324529C1 - Wellendichtring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring mit einem Ge­ häuse, zwischen dessen Schenkeln ein die Dichtlippe auf­ weisendes scheibenförmiges Dichtungselement eingeklemmt ist, wobei die eine Scheibe eine Schutzlippe und die andere Scheibe eine Dichtlippe bildet, wobei ferner der Innen­ durchmesser der Scheiben in unmontiertem Zustand des Wellen­ dichtringes kleiner als der Außendurchmesser der abzudich­ tenden Welle ist und wobei ein Spreizring zwischen den Scheiben positioniert ist. (DE 36 01 349 A1, Fig. 2; US-PS 32 50 541, Fig. 5) Der Spreizring besteht im Falle der DE 36 01 349 A1 aus einem Elastomer und im Falle der US-PS 32 50 541 aus einem Metallteil.

Ein ähnlicher Wellendichtring ist auch aus der DE 39 27 458 A1 bekannt. Dort ist ein die Dichtlippe aufweisendes schei­ benförmiges Dichtungselement von einer konischen, nach Art einer Tellerfeder ausgebildeten Scheibe aus polymerem Mate­ rial gebildet, wobei diese Scheibe radial von innen mit einem Einschnitt versehen ist, so daß in unmontiertem Zustand eine Schutzlippe und eine Dichtlippe gebildet sind, die mit ihren Dichtkanten aneinander anlie­ gen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der Durchmes­ ser der Dichtkanten in unmontiertem Zustand des Wellendicht­ ringes dem Wellendurchmesser der abzudichtenden Welle ent­ spricht. Der Einschnitt ist unter einem solchen Winkel in die Scheibe eingebracht, daß die Wandstärke der Schutzlippe radial nach außen und diejenige der Dichtlippe radial nach innen zunehmen.

Beim Aufdrücken auf die Welle stülpt sich die Dichtlippe in Richtung entgegen der globalen Neigung der Dichtscheibe be­ züglich der Wellenachse so um, daß die Dichtlippe elastisch radial nach innen auf den Wellenumfang drückt und somit die gewünschte Dichtwirkung allein durch ihre Eigenelastizität ohne Verwendung einer bei herkömmlichen Wellendichtringen üblichen Wurmfeder herbeiführt.

Die beschriebene Konstruktion ist jedoch mit folgenden Nach­ teilen behaftet: Die Herstellung des Einschnittes radial von innen ist aufwendig, insbesondere hinsichtlich der geforder­ ten Präzision der Winkelstellung bezüglich der Achse. Im Hinblick auf die Toleranzen der Welle und der Dichtscheibe ist es schwierig, die Dichtkanten von Schutzlippe und Dicht­ lippe genau auf den Außendurchmesser der abzudichtenden Welle auszurichten. Dies ist aber bei der bekannten Kon­ struktion erforderlich, weil sich bei geringster radialer Überdeckung der betreffenden Dichtkante und des Wellen­ durchmesser der Dichtring nicht mehr montierbar ist. Dann muß nämlich damit gerechnet werden, daß sowohl die Schutz­ lippe als auch die Dichtlippe sich in die gleiche Richtung umstülpen, was nicht die gewünschte Abdichtung ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellen­ dichtring der beschriebenen Art so auszubilden, daß die ge­ nannten Nachteile vermieden sind und einfache Herstellung und Montage ohne die Gefahr des Umstülpens der Schutzlippe oder Dichtlippe in gleichem Sinne wie die Dichtlippe oder Schutzlippe sowie stets eine reproduzierbare gute Dichtwir­ kung gewährleistet sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient Anspruch 1.

Bei dem Wellendichtring nach der Erfindung sind mindestens zwei unterschiedlich dicke Scheiben aus polymerem Material zwischen den Schenkeln eines vorzugsweise aus Metallblech gebogenen Gehäuses eingeklemmt. Die beiden Scheiben sind von einem Rohr in Richtung radial zu dessen Achse abgestochen, so daß die Scheiben in radialer Richtung gleiche Breite und Kantenwinkel von 90° haben. Die dünnere Scheibe hat radial innen die Schutzlippe, während die dickere Scheibe die Dichtlippe aufweist. Im unmontierten Zustand ist der Innen­ durchmesser der beiden Scheiben kleiner als der Außendurch­ messer der abzudichtenden Welle, und die beiden Scheiben sind in unmontiertem Zustand zumindest radial außen aneinan­ der anliegend mit einer Grundneigung bezüglich der Wel­ lenachse angeordnet. Um bei der Montage ein Umstülpen der Schutzlippe in die gleiche Richtung wie die Dichtlippe (oder umgekehrt) zu verhindern, ist ein Spreizring zwischen die beiden Scheiben eingebracht, der von einem Feststoff gebildet ist, welcher Schmiereigenschaften und einen im Bereich der Be­ triebstemperatur der Dichtung liegenden Schmelzpunkt hat. Beispielsweise besteht der Spreizring aus Wachs oder Fett. Dieser Spreizring verhindert einerseits das Umstülpen der Schutz- oder Dichtlippe bei der Montage in die "falsche" Richtung; da der Spreizring nach den ersten Umdrehungen der Welle schmilzt, sorgt der Spreizring andererseits für eine gute Dauerschmierung sowohl der Kontaktstelle zwischen Dichtlippe und Welle als auch der Kontaktstelle zwischen Schutzlippe und Welle im Betrieb.

Der die Schutzlippe abstützende Schenkel des Gehäuses hat vorteilhaft einen durch die Grundneigung des Wellendichtrin­ ges zur Wellenachse vorgegebenen Konuswinkel auf einer im Querschnitt geraden Strecke, die etwa der Hälfte der radia­ len Breite der Scheibe mit der Schutzlippe entspricht. Da­ gegen ist der die Scheibe mit der Dichtlippe abstützende Schenkel des Gehäuses mit einem Rollradius eingerollt, wel­ cher einen günstigen Biegeradius abhängig vom Innen­ durchmesser dieser Scheibe auf der Welle in montiertem Zu­ stand des Wellendichtringes vorgibt. Der schutzlippenseitige Schenkel hat vorzugsweise eine Neigung im Bereich von 20° bezüglich der Normalen auf die Wellenachse, während die Nei­ gung der Dichtlippe zu dieser Normalen im entgegengesetzten Sinne vorteilhaft 25° bis 45°, vorzugsweise etwa 30° be­ trägt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich­ nungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelhei­ ten näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Wellendichtring nach der DE 39 27 458 A1 im Halbquerschnitt und unmontiertem Zustand, wobei der Wellendurchmesser der abzudichtenden Welle ge­ strichelt dargestellt ist;

Fig. 2 und 3 in Teilquerschnitten ähnlich Fig. 1 einen Wellen­ dichtring nach der Erfindung in unmontiertem Zustand und in einem Zustand unmittelbar nach der Montage;

Fig. 4 in einem Querschnitt ähnlich den Fig. 2 und 3 den Wellendichtring nach der Erfindung nach dem Ein­ laufen.

Der Wellendichtring 1 gemäß Fig. 1 hat ein aus Metallblech geformtes Gehäuse 2, welches mit seinen beiden Schenkeln 4, 5 eine Dichtscheibe 3 aus einem polymeren Material ein­ klemmt. Diese Dichtscheibe 3 hat in unverformtem Zustand trapezförmigen Querschnitt mit einer Grundneigung unter einem Winkel β bezüglich der Wellenachse a, wobei der Außen­ durchmesser der Welle gestrichelt bei 13 angedeutet ist.

Die Dichtscheibe 3 hat ein mit dem Gehäuse 2 verbundenes, radial außen liegendes Haftteil 6 und ein der Achse a zuge­ wandtes Dichtteil 7, welches durch einen Einschnitt 8 in eine Schutzlippe 9 und eine Dichtlippe 10 gespalten ist. Der Einschnitt 8 verläuft unter einem spitzen Winkel a geneigt zur Achse a des Wellendichtringes. Der Einschnitt 8 verläuft vom Innenumfang der Dichtscheibe 3 ausgehend von derjenigen Stelle, die dem Außendurchmesser 13 der abzudichtenden Welle entspricht. Mit anderen Worten ist der Durchmesser der durch den Einschnitt 8 gebildeten Dichtkanten 11, 12 an der Schutzlippe 9 und der Dichtlippe 10 gleich dem Außen­ durchmesser der Welle 13. Es besteht somit zwischen den Dichtkanten 11, 12 und der Welle im Einbauzustand keine Überdeckung. Durch Biegen der Dichtlippe 10 während der Mon­ tage im entgegengesetzten Sinne zur Grundneigung (Winkel β) um den eingebördelten Schenkel 4 des Gehäuses 2 soll die zur Abdichtung erforderliche Radialkraft erzeugt werden. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß zur Ver­ wirklichung eines Wellendichtringes nach der DE 39 27 458 A1 die gewünschte Verbiegung bzw. Umstülpung der Schutz- oder Dichtlippe 9 oder 10 gegensinnig zur anderen Lippe und die gewünschte Dichtwirkung nur dann erzielbar sind, wenn die Kontaktstellen zwischen den Schenkeln 5, 4 des Gehäuses 2 und den Außenseiten der Dichtscheibe auf genau gleichem Durchmesser liegen und wenn ferner die Dicht­ kanten 11, 12 genau mit dem Außendurchmesser 13 der Welle zusammenfallen. Dies ist wegen der unvermeidlichen Fer­ tigungstoleranzen in der Praxis allenfalls ausnahmsweise zu erreichen.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein Wellendichtring 20 nach der Er­ findung vor der Montage (Fig. 2), unmittelbar nach der Mon­ tage (Fig. 3) und nach dem Einlaufen (Fig. 4) auf der abzu­ dichtenden Welle 40 dargestellt.

Dabei sind zwischen den beiden Schenkeln 24, 25 eines Ge­ häuses 22 zwei Scheiben 21, 23 eingeklemmt. Die beiden von einem Rohr aus polymerem Material radial abgestochenen Scheiben 21, 23 haben den gleichen Außendurchmesser, während der Innendurchmesser der Scheibe 21 vorzugsweise etwas größer als derjenige der Scheibe 23 ist. Die dünnere Scheibe 21 bildet an ihrem radial inneren Ende eine Schutzlippe 29, und die dickere Scheibe 23 bildet an ihrem inneren Ende eine Dichtlippe 30.

Das Gehäuse 22 ist einteilig aus einem Metallblechteil ge­ formt. Dabei ist das innere Ende des Schenkels 25 zu einem Konusteil 26 mit einer im Querschnitt gradlinigen Ausgestal­ tung umgefaltet, wobei der Konuswinkel γ etwa 20° gegenüber einer Normalen zum Umfang der abzudichtenden Welle 40 be­ trägt. Der gradlinige Konusteil 26 erstreckt sich über eine Länge l, welche etwa der Hälfte der Breitenerstreckung der Scheibe 21 in radialer Richtung entspricht.

Der Schenkel 24 ist als kreisförmig abgerundeter Rollab­ schnitt 27 geformt, welcher mit einem vorbestimmten Rollra­ dius R abgerundet ist.

Zwischen den Dichtscheiben 21 und 23 ist ein Spreizring 31 eingesetzt, der bevorzugt aus Wachs oder aus einem Fett mit einem Schmelzpunkt im Bereich der Betriebstemperatur der Dichtung besteht, die sich aufgrund der Reibung zwischen der Dichtlippe 30 und dem Umfang der Welle 40 einstellt. Der Spreizring kann jedoch auch aus einem Stoff mit höherem Schmelzpunkt bestehen.

Der Rollradius R ist so gewählt, daß in montiertem Zustand abhängig vom Innendurchmesser der Scheibe 23 nach Fig. 3 die Dichtlippe 30 bezüglich der Normalen zum Umfang 41 der Welle einen gegensinnig zum Winkel γ geneigten Winkel δ im Bereich von 25° bis 45°, vorzugsweise etwa von 30° bildet.

Der Spreizring bildet im Querschnitt ein rechtwinkliges, gleichseitiges Dreieck derart, daß die Hypotenuse sich an die Innenflanke der Scheibe 21 anlegt und die radial äußere Spitze die Außenseite der Scheibe 23 kontaktiert. So läßt die Schutzlippe 21 in montiertem Zustand zunächst einen ra­ dialen Spalt s zum Außenumfang 41 der Welle 40 frei, während die Dichtlippe 30 aufgrund ihrer Umstülpung mit einer Radi­ alkraft elastisch nach innen auf den Wellenumfang 41 drückt. Beim Einlaufen des Wellendichtringes nimmt die Dichtlippe 30 und damit die Scheibe 23 schnell Betriebstemperatur an, so daß der aus Wachs oder Fett bestehende Spreizring 31 schmilzt und somit für eine Schmierung der Kontaktstellen zwischen Dichtlippe 30 und Schutzlippe 29 - der Spalt s ist wegen Fortfalls des Spreizringes nun nicht mehr vorhanden - und Wellenumfang 41 sorgt.

Claims (6)

1. Wellendichtring mit einem Gehäuse (22), zwischen dessen Schenkeln (24, 25) mindestens zwei Scheiben (21, 23) aus polymerem Material eingeklemmt sind, wobei die eine Scheibe (21) eine Schutzlippe (29) und die andere Scheibe (23) eine Dichtlippe (30) bildet, wobei ein Spreizring (31) zwischen den Scheiben (21, 23) positioniert ist, wobei ferner der Innendurchmesser der Scheiben (21, 23) in unmontier­ tem Zustand des Wellendichtringes (20) bei nicht eingelegtem Spreizring (31) kleiner als der Außen­ durchmesser (41) der abzudichtenden Welle (40) ist, wobei der Spreizring (31) aus einem Feststoff mit Schmiereigenschaften besteht, der bei Erreichen der Betriebstemperatur des Wellendichtringes schmilzt und dadurch für eine gute Dauerschmierung der Kon­ taktstelle Schutzlippe/Welle im Betrieb sorgt.

2. Wellendichtring nach Anspruch 1, durch gekenn­ zeichnet, daß der Feststoff Wachs oder Fett ist.

3. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (24, 25) des Gehäuses (22) so geformt sind, daß sie den Neigungswinkel (γ) der Scheibe (21) mit der Schutzlippe (29) bezüglich der Wellenachse (a) und den Biegeradius (R) der Scheibe (23) mit der Dicht­ lippe (30) vorgeben.

4. Wellendichtring nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der die Scheibe (21) mit der Schutzlippe (29) kontaktierende Schenkel (25) einen ebenen Konusteil (26) mit einem dem gewünschten Nei­ gungswinkel dieser Scheibe (21) entsprechenden Konus­ winkel (γ) aufweist.

5. Wellendichtring nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die Dichtscheibe (23) mit der Dichtlippe (30) kontaktierende Schenkel (24) einen Rollteil (27) mit einem dem gewünschten Biegeradius der Dichtlippe (30) nach Montage des Wel­ lendichtringes entsprechenden Rollradius (R) auf­ weist.

6. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (21, 23) von einem zylindrischen Rohr radial ab­ geschnitten sind, derart, daß der Kantenwinkel der Scheiben 90° beträgt.