DE4401567C1 - Wellendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung zur Verhinderung des Austretens einer Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsraum in einen Außenraum durch einen Spalt zwischen einem Gehäuse und einer drehbaren Welle, bestehend aus einem mit der Welle dicht verbundenen Rotor-Dichtring und einem mit dem Gehäuse dicht verbundenen Stator-Dichtring sowie einem Zwischendicht­ ring mit zwei ebenen Stirnflächen, wobei die Dichtringe, in Richtung der Wellenachse nebenein­ ander dergestalt angeordnet sind, daß der Zwischendichtring zwischen dem Rotor-Dichtring und dem Stator-Dichtring liegt und die Symmetrieachsen der Dichtringe mit der Wellenachse im wesentlichen zusammenfallen, wobei der Rotor-Dichtring mit einer in sich geschlossenen stirn­ seitigen Dichtkante an der einen ebenen Stirnfläche des Zwischendichtrings dichtend anliegt und der Stator-Dichtring mit einer in sich geschlossenen stirnseitigen Dichtkante an der anderen ebenen Stirnfläche des Zwischendichtrings dichtend anliegt. Der Rotor-Dichtring und der Stator- Dichtring bestehen aus polymerem Kunststoff, der Zwischendichtring aus einem harten Werk­ stoff, insbesondere aus Siliciumkarbid.

Nach dem Stand der Technik werden zur Abdichtung von unter Überdruck stehenden Flüssigkei­ ten an Wellendurchtrittsstellen vorwiegend Gleitringdichtungen mit einem rotierenden Gleitring und einem stationären Gegenring verwendet, deren mit Federn aneinander angepreßte stirnseitige Planflächen aufeinander gleitend abdichten. Gleitringdichtungen sind verhältnismäßig teuer im Vergleich zu Radial-Wellendichtringen oder V-Ringen aus Elastomerwerkstoffen, die jedoch nur drucklos oder bei sehr kleinem Überdruck einsetzbar sind. Diese einfachen Wellendichtungen haben auch den Nachteil, daß die Gegengleitfläche eine Oberfläche der abzudichtenden Maschi­ ne ist und nicht vom Hersteller des Dichtrings zur Verfügung gestellt wird, wodurch Probleme bei der Gewährleistung der Zuverlässigkeit des Wellendichtsystems entstehen. Andererseits sind die Gleitflächen der Kohleringe von Gleitringdichtungen sehr empfindlich gegen Beschädigun­ gen und durch Verschleiß entstehen häufig größere Leckagen. Zwischenzeitlich sind konstruktiv einfachere und damit wirtschaftlichere Lösungen für druckbelastbare Wellendichtungen bekannt geworden.

Bekannt ist nach DE 36 16 689 C1 eine druckbelastbare Wellendichtung mit einem druckentlasteten, radial an die Wellenoberfläche angepreßten Lippenring aus PTFE, die sich zur Abdichtung höher viskoser Flüssigkeiten bei Gegenlaufflächen aus Stahl gut eignet. Bei der Abdichtung niederviskoser, wäßriger Flüssigkeiten gibt es indessen erhebliche Verschleißprobleme. Mit Wellenlaufhülsen aus Siliciumkarbid ist zwar ein wesentlich besseres Betriebsverhalten zu erreichen, doch verursacht die notwendige Feinstbearbeitung der zylindrischen Lauffläche bei Siliciumkarbid und die sichere Verbindung einer keramischen Laufhülse mit der Welle erhebli­ chen Aufwand.

Weiter ist nach WO 88/04379 A1 eine Wellendichtung bekannt, bei der die Ringkante eines Lippenrings aus synthetischem Polymerwerkstoff auf der polierten Stirnfläche eines harten, vorzugsweise keramischen Gegenrings gleitet. Eine derartige Gleitpaarung - insbe­ sondere Polymer/Siliciumkarbid - hat den Vorteil, daß der Polymer-Dichtring verhältnismäßig unempfindlich gegen Beschädigungen und verschleißende Partikel ist, und andererseits im Falle eingebetteter Partikel die harte Siliciumkarbid-Gleitfläche einen extrem hohen Verschleiß­ widerstand gegen Abrasion aufweist. Auch die außerordentliche chemische Beständigkeit von Siliciumkarbid einerseits und die Verfügbarkeit chemisch beständiger Polymere sprechen für diese Gleitpaarung. Bei der Wellendichtung nach WO 88/04379 A1 ist zwar die Befestigung des Keramikrings im Gehäuse einfach, jedoch ist dieser weitgehend wärmeisoliert, wodurch sich die Reibungswärme staut und dadurch oft die Polymerdichtung durch Überhitzung geschädigt oder gar zerstört wird. Die Funktionsfähigkeit verhältnismäßig weicher Polymere ist gefährdet, wenn bei hoher Gleitgeschwindigkeit und zugleich schlechtem Wärmeübergang an der Dichtstelle hohe Temperaturen entstehen. Auch moderne Fluorpolymere ertragen auf Dauer kaum Temperaturen über 160°C. Zudem wird bei dieser Lösung die Eigenelastizität des Polymer-Dichtrings zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der axialen Dichtflächenanpressung benutzt. Die verhältnismäßig hohe axiale Steifigkeit der verwendeten Dichtringe läßt nur einen Vorspannweg von wenigen Zehntel Millimeter zu, dessen Einhaltung bei der Montage und Aufrechterhaltung im Betrieb einen verhältnismäßig hohen Aufwand hinsichtlich der zulässigen Bauteiltoleranzen zur Folge hat.

Weiter sind nach DE 38 33 690 A1 kassettenartige Wellendichtungen bekannt, bei denen die Gleit­ geschwindigkeit an der Dichtstelle und damit die lokale Erwärmung mittels einer schwimmen­ den Anordnung eines Dichtrings reduziert werden. Bei den nach diesem Prinzip gebauten Dich­ tungen ist mindestens ein elastisch verformbarer, in der Regel V-förmiger Dichtring zwischen einem stationären Gehäuseteil und einem rotierenden Gehäuseteil schwimmend angeord­ net und berührt diese jeweils entgegengesetzt mit je einer Dichtkante. Die Gleitflächen des Gehäuseteils beziehungsweise des Wellenteils sind kegelig oder radial eben. Bei einer besonde­ ren Ausführung einer Radialwellendichtung nach DE 38 33 690 A1 sind zwei oder mehrere parallel angeordnete, schwimmende Dichtringe durch eine ebenfalls schwimmend angeordnete Gleit­ scheibe getrennt, wodurch die lokale Gleitgeschwindigkeit zwischen den Dichtringen, den Gehäuseteilen und der Gleitscheibe noch weiter reduziert werden soll. Derartige Wellen­ dichtungen sind jedoch erstens praktisch nicht druckbelastbar, da konstruktionsbedingt die Anpressung der Gleitflächen und somit auch die Reibleistung mit dem Druck drastisch zuneh­ men. Des weiteren ist ein Verband aus mindestens drei axial lose aneinander anliegenden, schwimmenden Dichtringen mit mindestens vier potentiellen Gleitflächen äußerst labil. Bei hoher Drehzahl der Welle neigt eine derartige Anordnung zu unkontrollierten radialen Schwin­ gungen und somit zu einer schädlichen dynamischen Beanspruchung der verformbaren Dicht­ ringe. Die zum Vermeiden derartiger Störung vorgesehene Selbstzentrierung der Dichtringe mittels konischer Gleitflächen wirkt erst bei verhältnismäßig großen Konuswinkeln und macht es unmöglich, die Gleitflächen der Gehäuseteile und der Gleitscheibe auf einfache Weise glatt zu bearbeiten.

Schließlich ist aus DE 30 25 947 C2 eine Gleitringdichtung bekannt, bei der zwei axialbewegliche, zur Welle und zum Gehäuse mittels separater Nebendichtungen abgedichtete Gleitringe durch elastische Mittel und gegebenenfalls vom Druck der abzudichtenden Flüssigkeit an einen im Gehäuse drehbar gelagerten Zwischengleitring stirnseitig dichtend angepreßt sind, wobei am äußeren Umfang des Zwischengleitrings spitzwinkelig zur Richtung der Wellenachse verlaufen­ de Schlitze vorgesehen sind. Diese Dichtungsanordnung hat mehrere Nachteile. Zunächst beste­ hen beide Gleitringe und der Zwischengleitring aus harten Werkstoffen, weshalb sich im Betrieb durch ungleichmäßigen Verschleiß, Wärmeverzug und Ablagerungen relativ große mittlere Spaltweiten einstellen können, was größere Leckraten als bei herkömmlichen Gleitringdich­ tungen zur Folge haben kann. Weiterhin bewirken die offensichtlich am Umfang des Zwischen­ gleitrings gleichgerichteten Schlitze daß an den beiden entgegengesetzten Stirnflächen des Zwischengleitrings ein unterschiedlicher Druck herrscht, und zwar, weil bei einer relativen Drehbewegung des Zwischengleitrings zum Gehäuse infolge der schrägen Schlitze Flüssigkeit in den vom Zwischengleitring, dem Gleitring und dem Gehäuse gebildeten Raum hineingepumpt oder, bei anderer Drehrichtung, aus diesem abgepumpt wird. Da der Raum außer den von den Schlitzen gebildeten Spalten keine anderen Zu- oder Abflußkanäle besitzt, entsteht, im Gegensatz zu der Darlegung in der DE 30 25 947 C2, an beiden Stirnflächen des Zwischengleitrings ein unter­ schiedlicher Druck. Dies aber kann zum Versagen des ganzen Dichtsystems führen, wenn die von der Pumpwirkung des Zwischengleitrings erzeugte Druckdifferenz dazu führt, daß sich beide Gleitringe samt Zwischengleitring axial bis zum Endanschlag verschieben. Die Dichtungs­ anordnung nach DE 30 25 947 C2 ist wegen der großen Anzahl von präzise herzustellenden Einzel­ teilen außerdem wesentlich teurer als eine an sich schon aufwendige, herkömmliche Gleitring­ dichtung. Aus diesen Gründen hat diese Dichtung praktisch keine Bedeutung erlangt.

Somit bestand die Aufgabe, bei Anwendung der bekannt günstigen Kombination Polymer/ Siliciumkarbid, stabil laufende, kostengünstig herstellbare und gegebenenfalls druckbelastete Wellendichtungen zu schaffen, bei denen an den Gleitflächen möglichst wenig Reibwärme entsteht und diese zugleich bei gutem Wärmeübergang und unter möglichst geringer Erwärmung der polymeren Dichtkörper abgeführt wird.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch eine Wellendichtung, bestehend aus einem mit der Welle dicht verbundenen Rotor-Dichtring und einem mit dem Gehäuse dicht verbundenen Stator-Dichtring sowie einem Zwischendichtring, wobei die Dichtringe in Rich­ tung der Wellenachse nebeneinander dergestalt angeordnet sind, daß der Zwischendichtring zwischen dem Rotor-Dichtring und dem Stator-Dichtring liegt und die Symmetrieachsen der Dichtringe mit der Wellenachse im wesentlichen zusammenfallen, wobei der Rotor-Dichtring eine in sich geschlossene stirnseitige Dichtkante aufweist, die an einer ebenen Stirnfläche des Zwischendichtrings dichtend anliegt und der Stator-Dichtring eine in sich geschlossene stirnseiti­ ge Dichtkante aufweist, die an einer ebenen Stirnfläche des Zwischendichtrings dichtend anliegt, wobei der Rotor-Dichtring und der Stator-Dichtring aus polymerem Kunststoff bestehen und der Zwischendichtring aus einem im Verhältnis zum Werkstoff der Dichtringe harten, vorzugsweise keramischen Werkstoff besteht, und die Dichtkanten im Herstellungszustand der Dichtringe annähernd scharfkantig und in der montierten Wellendichtung durch axiale Anpressung an den Zwischendichtring geringfügig abgeplattet sind, so daß sie an den Stirnflächen des Zwischen­ dichtrings jeweils eine radial wenige Zehntel Millimeter breite Dichtfläche bilden und somit wenig Reibung erzeugen.

Im Betrieb der Dichtung überträgt der mit der Welle rotierende Rotor-Dichtring mit seiner abgeplatteten Dichtkante infolge Reibung ein Drehmoment auf den harten, vorzugsweise aus Siliciumkarbid bestehenden Zwischendichtring und versetzt diesen dadurch in der Regel in Drehung. Auf der anderen Seite überträgt die abgeplattete Dichtkante des Stator-Dichtrings infolge Reibung auf den Zwischendichtring ein Bremsmoment. Zudem überträgt die bewegte Flüssigkeit Kräfte auf den Zwischendichtring. Der Zwischendichtring kann also eine Drehzahl zwischen Null und Wellendrehzahl annehmen. Die Reibungswärme verteilt sich auf zwei Dicht­ kanten, die beide am Zwischendichtring anliegen. Der Rotor-Dichtring wird an mit der Welle verbundenen Flächen, der Stator-Dichtring an mit dem Stator verbundenen Flächen in bekannter Weise reibkraftschlüssig mittels radialem oder axialem Übermaß-Preßsitz oder stoffschlüssig mittels Kleben, Anvulkanisieren oder dergleichen befestigt.

Der Rotor-Dichtring setzt sowohl die abzudichtende Flüssigkeit wie auch den vorzugsweise aus Siliciumkarbid bestehenden, hervorragend wärmeleitenden Zwischendichtring in Drehung. Dadurch wird vor allem an den von der abzudichtenden Flüssigkeit in aller Regel turbulent umströmten Bereichen der Oberfläche des Zwischendichtrings die an den gleitenden Dicht­ flächen entstehende Reibungswärme optimal abgeführt. Der rotierende, gut wärmeleitende Zwischendichtring führt die Reibwärme auch an von Luft umströmten Bereichen seiner Oberflä­ che besser ab als ein stationär angeordneter und weitgehend eingekapselter Keramikring. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wellendichtung gegenüber der Wellendichtung nach WO 88/04379 A1 besteht darin, daß der verfügbare axiale Vorspannweg zum Erzeugen der Anpreßkraft der Dichtkanten wesentlich größer ist. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Wellendichtung weniger empfindlich gegen Abweichungen der Einbaumaße und hat mehr Reserve hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Dichtflächenanpressung im Falle des Verschleißes der Dichtkanten. Diese Eigenschaft kann in an sich bekannter Weise weiter verbessert werden, indem zur Anpressung der Dichtkanten außer der Elastizität des Polymers die Spannung von Federelementen zur Anwendung kommt. Vorzugsweise werden als Federn in den Dichtring eingelegte oder durch Vulkanisation fest mit diesem verbundene Metallzungen ver­ wendet, die beim Einbau der Dichtringe mit vorgespannt werden.

Bei einer wirtschaftlich vorteilhaften, vorzugsweisen Ausführung werden als Rotor-Dichtring und Stator-Dichtring identisch gleiche Teile verwendet. Vorzugsweise bestehen diese Dichtringe aus verschleißfesten, wärmebeständigen und gegen chemischen Angriff der abzudichtenden Flüssig­ keit beständigen Polymer-Werkstoffen, beispielsweise aus Fluorpolymer, Fluorethylenpolymer, Ethylen-Propylen-Kautschuk oder hochtemperaturbeständigem Nitril-Butadien-Kautschuk.

Der Zwischendichtring ist vorzugsweise gemäß dem Stand der Technik innerhalb des mit der abzudichtenden Flüssigkeit gefüllten Raumes gleitend gelagert bzw. geführt. Ein Führungsteil bildet zu diesem Zweck mit einer äußeren Umfangsfläche des Zwischendichtrings einen radialen Führungsspalt, vorzugsweise mit einer radialen Spaltweite zwischen 50 Mikrometer und 500 Mikrometer. Alternativ dazu ist der Zwischendichtring an einer inneren Umfangsfläche mittels eines Führungsteils gleitend geführt, das vorzugsweise aus einem trockenlauffähigen Werkstoff besteht und mit dem Zwischendichtring einen engen Führungsspalt bildet.

Bei einer für den Einsatz bei höherer Flüssigkeitstemperatur besonders günstigen Ausführung der erfindungsgemäßen Wellendichtung werden sowohl der Rotor-Dichtring als auch der Stator- Dichtring aus einem härteren Kunststoff, vorzugsweise auf der Basis von verstärktem Polyte­ trafluorethylen, ausgeführt. Wegen der in diesem Fall höheren axialen Steifigkeit der Dichtringe wird erfindungsgemäß zum Zweck der statischen Abdichtung und zur Vergrößerung der Nach­ giebigkeit der Dichtungsanordnung zwischen dem Rotor-Dichtring und der Welle zusätzlich ein Wellenring aus einem im Verhältnis zum Rotor-Dichtring weicheren polymeren Kunststoff und zugleich zwischen dem Stator-Dichtring und dem Gehäuse zusätzlich ein Gehäusering aus einem im Verhältnis zum Stator-Dichtring weicheren polymeren Kunststoff angeordnet.

Vorzugsweise sind die Dichtkanten des Stator-Dichtrings und des Rotor-Dichtrings in Umfangs­ richtung kreisförmig und der Durchmesser der Dichtkante des Rotor-Dichtrings ist annähernd gleich groß wie der Durchmesser der Dichtkante des Stator-Dichtrings. Besonders bei der Ab­ dichtung niederviskoser Flüssigkeiten wird die hydrodynamische Schmierung der von den abge­ platteten Dichtkanten gebildeten Dichtflächen vorzugsweise dadurch verbessert, daß der, bei der Rotation der Welle zwischen den Dichtringen und dem Zwischendichtring entstehenden, tangen­ tialen Gleitbewegung eine radiale Komponente überlagert wird. Dies geschieht erfindungsgemäß vorzugsweise dadurch, daß mindestens eine der Dichtkanten entlang ihres Umfangs einen wech­ selnden Abstand von der Wellenachse aufweist, also beispielsweise in Umfangsrichtung gesehen "wellig" ist. Eine überlagerte radiale Wischbewegung kann jedoch erfindungsgemäß auch da­ durch erzeugt werden, daß das Zentrum einer kreisförmigen Dichtkante geringfügig von der Wellenachse abweicht, die Dichtkante also exzentrisch angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird ein wechselnder Abstand der Dichtkante von der Wellenachse beispielsweise auch dadurch erzeugt, daß der Dichtring mit radialem Preßsitz auf eine unrunde Fläche gespannt wird, wobei sich der gesamte Dichtring samt seiner Dichtkante unrund verformt.

Zusätzlich wird die hydrodynamische Rückförderwirkung begünstigt, indem die an die abgeplat­ tete Dichtkante anschließende Oberfläche des Dichtrings so gestaltet ist, daß sie mit der Stirn­ fläche des Zwischendichtrings auf der dem Flüssigkeitsraum zugewandten Seite einen Winkel α bildet, der größer ist als der Winkel β, den die Oberfläche des Dichtrings mit der Stirnfläche des Zwischendichtrings auf der Seite bildet, die dem luftgefüllten Außenraum zugewandt ist. Die Wellendichtung wird vorzugsweise so angeordnet, daß sich die abzudichtende Flüssigkeit am größeren Durchmesser der Dichtringe befindet, so daß die bei der Rotation der Welle induzierte Rotationsbewegung der Flüssigkeit, bedingt durch die Zentrifugalkraft, auf die in die Spalte zwischen den Dichtringen und dem Zwischendichtring eindringende Flüssigkeit eine die Ab­ dichtwirkung unterstützende Rückförderwirkung ausübt.

Vorzugsweise ist die Wellendichtung so gestaltet, daß der vom Überdruck der abzudichtenden Flüssigkeit auf die Dichtringe wirkende Axialschub weitgehend ausgeglichen ist. Zu diesem Zweck sind die Dichtkanten beider Dichtringe vorzugsweise kreisrund und ihr Durchmesser ist gleich groß. Aus demselben Grund ist bei Dichtringen mit nicht kreisförmigen Dichtkanten die jeweils von einer Dichtkante umschlossene Fläche beim Rotor-Dichtring gleich groß wie beim Stator-Dichtring.

Um bei einer Ausführung, die neben dem Rotor-Dichtring einen zusätzlichen Wellenring und neben dem Stator-Dichtring einen zusätzlichen Gehäusering aufweist, den Axialschub nicht nur auszugleichen, sondern diesen nahezu und vorzugsweise ganz zu eliminieren, liegen der Wellen­ ring radial an einer mit der Welle verbundenen Zylinderfläche und der Gehäusering radial an einer mit dem Gehäuse verbundenen Zylinderfläche an, wobei die beiden Zylinderflächen annä­ hernd den gleichen Durchmesser aufweisen und bei jedem Dichtring das Verhältnis des Durch­ messers seiner Dichtkante zum Durchmesser der zugehörigen Zylinderfläche einen Wert zwi­ schen 0,8 und 1,2, vorzugsweise den Wert 1 aufweist.

Bei Ausführungen der erfindungsgemäßen Wellendichtung, bei denen aufgrund konstruktiver Erfordernisse der Stator-Dichtring in einem zum Flüssigkeitsraum hin abgeschirmten Teilraum des Flüssigkeitsraums liegt, wird erfindungsgemäß eine gute Kühlung des Stator-Dichtrings dadurch bewirkt, daß ein zwischen dem Stator-Dichtring und dem Rotor-Dichtring angeordnetes Führungsteil und/oder der Zwischendichtring in an sich bekannter Weise mit schräg zur Rich­ tung der Wellenachse gerichteten Schlitzen versehen ist, die den Flüssigkeitsraum mit dem Teilraum verbinden. Dadurch wird bei einer Rotation des Zwischendichtrings relativ zum Führungsteil die infolge der Viskosität geschleppte Flüssigkeit axial abgelenkt und dabei vom Flüssigkeitsraum in den Teilraum gefördert. Weitere Kanäle ermöglichen es der Flüssigkeit, aus dem Teilraum in den Flüssigkeitsraum zurück zu strömen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Reihe von in Zeichnungen dargestellten, beispielsweisen Ausführungsformen erläutert. In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1 bis 4 je einen radialen Längsschnitt einer prinzipiellen Ausführungsform einer Wellendichtung mit erfindungsgemäßen Merkmalen, die Fig. 5 und 6 je einen radialen Längsschnitt einer Aus­ führungsform der Wellendichtung als einbaufertiges Pumpendichtsystem.

Fig. 1 zeigt einen radialen Längsschnitt der Wellendichtung, die den Flüssigkeitsdurchtritt aus dem von einen vom Gehäuse 2 umschlossenen Flüssigkeitsraum 1 durch den von der Oberfläche 56 der um die Wellenachse 51 drehbaren Welle 5 gebildeten Spalt 4 in den Außenraum 3 verhin­ dert. Der Rotor-Dichtring 6 ist an der Umfangsfläche 66 beispielsweise durch Übermaß-Preßsitz mit der Welle verbunden und liegt mit seiner abgeplatteten Dichtkante 61 an der Stirnfläche 81 des Zwischendichtrings 8 an. Der Stator-Dichtring 7 ist an der Umfangsfläche 77 beispielsweise durch Übermaß-Preßsitz mit dem Gehäuse verbunden und liegt mit der abgeplatteten Dichtkante 71 an der gegenüberliegenden Stirnfläche 82 des Zwischendichtrings 8 an. Zur Verbesserung der hydrodynamischen Schmierung der abgeplatteten Dichtkanten sind die Umfangsflächen 66, 77 vorzugsweise unrund, wodurch sich der Dichtring samt seiner Dichtkante bei der Montage unrund verformt. Ein am Umfang veränderlicher Abstand der Dichtkanten von der Wellenachse und damit eine verbesserte hydrodynamische Schmierung wird besonders vorteilhaft und auf einfache Weise auch erreicht, indem die Umfangsflächen 66, 77 jeweils exzentrisch zur Wellen­ achse 51 angeordnet sind. Zum Zweck der Lagerung bzw. Führung des Zwischendichtrings bildet das mit dem Gehäuse verbundene Führungsteil 21 innerhalb des Flüssigkeitsraums mit der äußeren zylindrischen Umfangsfläche des Zwischendichtrings den Führungsspalt 211.

Fig. 2 zeigt einen radialen Längsschnitt der Wellendichtung mit dem Flüssigkeitsraum 1, dem Gehäuse 2, dem Außenraum 3, der Welle 5 mit der Wellenachse 51, dem Rotor-Dichtring 6, dem Stator-Dichtring 7 und dem Zwischendichtring 8. Das mit dem Gehäuse verbundene Führungs­ teil 22 bildet mit der inneren zylindrischen Umfangsfläche des Zwischendichtrings den Füh­ rungsspalt 221. Die an die abgeplattete Dichtkante des Rotor-Dichtrings 6 anschließende Ober­ fläche des Dichtrings bildet mit der Stirnfläche des Zwischendichtrings 8 auf der dem Flüssigkeitsraum 1 zugewandten Seite den Winkel α und auf der dem Außenraum 3 zugewand­ ten Seite den Winkel β.

Fig. 3 zeigt in einem radialen Längsschnitt der Wellendichtung den Flüssigkeitsraum 1, das Gehäuse 2, den Außenraum 3, die Welle 5 mit der Wellenachse 51, den Rotor-Dichtring 6, den Stator-Dichtring 7 und den Zwischendichtring 8. Zwischen dem Rotor-Dichtring 6 und der Welle 5 ist ein Wellenring 62 angeordnet, der radial an die Zylinderfläche 55 mit dem Durch­ messer D55 angepreßt ist. Zwischen dem Stator-Dichtring 7 und dem Gehäuse 2 ist ein Gehäusering 72 angeordnet, der radial an die Zylinderfläche 77 mit dem Durchmesser D77 angepreßt ist. Die Dichtkante des Rotor-Dichtrings 6 hat den Durchmesser D61. Die Dichtkante des Stator-Dichtrings 7 hat den Durchmesser D71.

Fig. 4 zeigt in einem radialen Längsschnitt der Wellendichtung den Flüssigkeitsraum 1, das Gehäuse 2, den Außenraum 3, die Welle 5 mit der Wellenachse 51, den Rotor-Dichtring 6, den Stator-Dichtring 7 und den Zwischendichtring 8. Zwischen dem Rotor-Dichtring 6 und der Welle 5 ist ein Wellenring 62 angeordnet, der radial an die Zylinderfläche 55 mit dem Durch­ messer D55 angepreßt ist. Der Rotor-Dichtring 6 liegt axial an einem Wellenbund an und weist Kanäle 63 auf, die den Durchtritt von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum 1 zum Wellenring 62 ermöglichen. Zwischen dem Stator-Dichtring 7 und dem Gehäuse 2 ist ein Gehäusering 72 angeordnet, der radial an die Zylinderfläche 77 mit dem Durchmesser D77 angepreßt ist. Der Stator-Dichtring 7 liegt axial an einer Gehäusefläche an und weist Kanäle 73 auf, die den Durch­ tritt von Flüssigkeit aus dem Teilraum 11 zum Gehäusering 72 ermöglichen. Die Dichtkante des Rotor-Dichtrings 6 hat den Durchmesser D61. Die Dichtkante des Stator-Dichtrings 7 hat den Durchmesser D71. Das mit dem Gehäuse verbundene Führungsteil 21 bildet innerhalb des Flüssigkeitsraums mit der äußeren zylindrischen Umfangsfläche des Zwischendichtrings den Führungsspalt 211. Das Führungsteil hat auf seiner dem Zwischendichtring 8 zugewandten Innenseite mehrere Schlitze 212, die den Flüssigkeitsraum 1 mit dem Teilraum 11 des Flüssigkeitsraums verbinden, in dem sich der Stator-Dichtring 7 befindet. Die Schlitze 212 verlaufen schräg zur Richtung der Wellenachse 51, wodurch bei einer Rotation des Zwischen­ dichtrings 8 relativ zum Führungsteil 21 die infolge der Viskosität geschleppte Flüssigkeit axial abgelenkt und dabei vom Flüssigkeitsraum 1 in den Teilraum 11 gefördert wird. Durch weitere Kanäle 214, die den Teilraum 11 mit dem Flüssigkeitsraum verbinden, fließt die von den Schlit­ zen geförderte Flüssigkeit wieder in den Flüssigkeitsraum zurück.

Fig. 5 zeigt in einem radialen Längsschnitt ein Dichtsystem für eine Kreiselpumpe mit der erfindungsgemäßen Wellendichtung. Die Figur zeigt den Flüssigkeitsraum 1, das Dichtungs­ gehäuse 2 des an die Pumpe anzubauenden Dichtsystems, den Außenraum 3, die Wellenachse 51, eine mit der Pumpenwelle mittels des kegeligen Spannrings 9 verbindbare Wellenhülse 54, sowie eine die Wellenhülse an der Wellenoberfläche abdichtende O-Ring-Dichtung 53, den Rotor-Dichtring 6, den Stator-Dichtring 7 und den Zwischendichtring 8. Das mit dem Gehäuse verbundene Führungsteil 21 bildet mit der äußeren zylindrischen Umfangsfläche des Zwischen­ dichtrings den Führungsspalt 211. Wie bei Kreiselpumpen üblich, ist das Dichtungsgehäuse mit einer Zuführleitung 10 versehen, durch die, in der Regel von der Druckleitung der Pumpe abge­ zweigt, ein den Dichtungsraum kühlender und spülender, Flüssigkeitsstrom zugeführt wird. Dieser Flüssigkeitsstrom strömt durch den Führungsspalt 211 in den Flüssigkeitsraum 1.

Fig. 6 zeigt einen radialen Längsschnitt durch eine Baueinheit mit einer Wellenlagerung und der erfindungsgemäßen Wellendichtung für die Kühlwasserpumpe eines Kraftfahrzeugs. Die Figur zeigt den Flüssigkeitsraum 1, das Lagergehäuse 22, das auch die Wellendichtung aufnimmt, den Rotor-Dichtring 6, den Stator-Dichtring 7 und den Zwischendichtring 8.

Fig. 7 zeigt schließlich vergrößert einen Längsschnitt durch die in Fig. 6 gezeigte Wellen­ dichtung. Fig. 7 zeigt den Flüssigkeitsraum 1, das mit dem Lagergehäuse 22 mittels Preßsitz verbundene Gehäuse 2 der Wellendichtung, den mit dem Gehäuse verbundenen Stator-Dichtring 7, die Welle 5 mit der Wellenachse 51, eine mit der Welle 5 mittels Preßsitz verbundene Wellen­ hülse 54 mit welcher der Rotor-Dichtring 6 verbunden ist, sowie den Zwischendichtring 8. Das mit dem Gehäuse verbundene Führungsteil 21 bildet mit der äußeren zylindrischen Umfangs­ fläche des Zwischendichtrings 8 den Führungsspalt 211. Das Führungsteil 21 weist Schlitze 212 auf. Die Schlitze erstrecken sich mit abwechselnder Neigung schräg zur Richtung der Wel­ lenachse 51 vom Flüssigkeitsraum 1 zum Teilraum 11, in welchem sich der Stator-Dichtring 7 befindet. Bei einer Rotation des Zwischendichtrings 8 relativ zum Führungsteil 21 wird die abzudichtende Flüssigkeit von der äußeren Umfangsfläche des Zwischendichtrings, auch inner­ halb des von einem Schlitz gebildeten Hohlraums, in Umfangsrichtung mitgeschleppt (v) und dabei an der Seitenfläche des Schlitzes in dessen Längsrichtung abgelenkt (w). Je nach Richtung der Neigung eines Schlitzes relativ zur Umfangsrichtung wird Flüssigkeit in diesem Schlitz entweder vom Flüssigkeitsraum 1 in den Teilraum 11 oder in umgekehrter Richtung gefördert. Auf diese Weise wird die, nur bei Drehung des Zwischendichtrings 8 an der Dichtkante der Stator-Dichtung 7 erzeugte, Reibwärme aus dem Teilraum 11 zwangsweise konvektiv abgeführt und damit die Temperatur des Stator-Dichtrings niedrig gehalten. Zur Unterstützung der die Dichtkantenanpressung erzeugenden Elastizität des Polymer-Werkstoffs der Dichtringe (6, 7) sind Federn (67), vorzugsweise auf Biegung beanspruchte sogenannte Federzungen in die Dichtringe eingelegt bzw. durch Vulkanisation fest mit diesen verbunden.

Claims (11)

1. Wellendichtung zur Verhinderung des Austretens einer Flüssigkeit aus einem Flüssigkeits­ raum (1) eines Gehäuses (2) in einen Außenraum (3) durch einen Spalt (4) zwischen dem Gehäuse und einer mit einer drehbaren Welle (5) verbundenen Oberfläche (56), bestehend aus einem Rotor-Dichtring (6), einem Stator-Dichtring (7) und einem axial zwischen diesen angeordneten Zwischendichtring (8), wobei der Rotor-Dichtring mit einer in sich geschlosse­ nen stirnseitigen Dichtkante (61) an einer ebenen Stirnfläche (81) des Zwischendichtrings dichtend anliegt und der Stator-Dichtring mit einer in sich geschlossenen stirnseitigen Dicht­ kante (71) an einer ebenen Stirnfläche (82) des Zwischendichtrings dichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor-Dichtring (6), mit der Welle dicht verbunden ist und der Stator-Dichtring (7) mit dem Gehäuse dicht verbunden ist, daß der Rotor-Dichtring und der Stator-Dichtring aus polymerem Kunststoff bestehen und der Zwischendichtring aus einem im Verhältnis zum Werkstoff der Dichtringe (6, 7) harten Werkstoff besteht, daß die Dichtkan­ ten (61, 71) im Herstellungszustand der Dichtringe annähernd scharfkantig sind und in der montierten Wellendichtung durch Anpressung an den Zwischendichtring geringfügig abge­ plattet sind.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die abgeplattete Dichtkante anschließende Oberfläche des Dichtrings mit der Stirnfläche des Zwischendicht­ rings auf der dem Flüssigkeitsraum zugewandten Seite einen Winkel α bildet, der größer ist, als der Winkel β, den die an die abgeplattete Dichtkante anschließende Oberfläche des Dicht­ rings mit der Stirnfläche des Zwischendichtrings auf der dem Außenraum zugewandten Seite bildet.

3. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendichtring (8) aus Siliciumkarbid besteht.

4. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkanten (61, 71) kreisförmig sind und daß der Durchmesser der Dichtkante des Rotor-Dichtrings annähernd gleich groß ist wie der Durchmesser der Dichtkante des Stator- Dichtrings.

5. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor-Dichtring (6) und der Welle ein Wellenring (62) aus polymerem Kunst­ stoff angeordnet ist.

6. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stator-Dichtring (7) und dem Gehäuse ein Gehäusering (72) aus polymerem Kunststoff angeordnet ist.

7. Wellendichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellen­ ring radial an einer mit der Welle verbundenen Zylinderfläche (55) und der Gehäusering radial an einer mit dem Gehäuse verbundenen Zylinderfläche (77) anliegt, daß die beiden Zylinderflächen annähernd den gleichen Durchmesser (D55 ≈ D77) aufweisen und bei jedem Dichtring das Verhältnis des Durchmessers (D61, D71) seiner Dichtkante (61,71) zum Durch­ messer (D55, D77) der zugehörigen Zylinderfläche (55, 77) einen Wert zwischen 0,8 und 1,2 aufweist: 0,8 < D61/D55 < 1,2 und 0,8 < D71/D77 < 1,2.

8. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens eine der Dichtkanten (61, 71) entlang ihres Umfangs einen wechselnden Abstand von der Wellenachse aufweist und daß die jeweils von der Dichtkante umschlossene Fläche beim Rotor- Dichtring gleich groß ist wie beim Stator-Dichtring.

9. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendichtring im Flüssigkeitsraum mit einem gehäusefesten Führungsteil (21) einen engen Führungsspalt (211) bildet.

10. Wellendichtung nach Anspruch 9, wobei das Führungsteil (21) und/oder der Zwischendicht­ ring (8) schräg zur Richtung der Wellenachse (51) gerichtete Schlitze (212) aufweisen die den Flüssigkeitsraum (1) mit demjenigen Teilraum (11) des Flüssigkeitsraums verbinden, in dem sich der Stator-Dichtring befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze mit abwechseln­ der Neigung zur Richtung der Wellenachse schräg sind.

11. Wellendichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischendichtring im Bereich zwischen den Dichtkanten und dem Außenraum mit einem gehäusefesten Führungsteil (22) oder einem wellenfesten Führungsteil (52) zusammen einen engen Führungsspalt (221, 521) bildet.