DE4409642A1 - Wellendichtring - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis mit einem an einem Maschinen­ teil festlegbaren Befestigungsabschnitt und einer unter elastischer Vorspannung an die abzudichtenden Welle anleg­ baren Dichtlippe.

Bei bekannten derartigen Wellendichtringen ist die Dicht­ lippe an einen flanschartigen, sich im wesentlichen radial erstreckenden Befestigungsabschnitt angeformt. Über den Befestigungsabschnitt und die Dichtlippe ist eine ent­ sprechend geformte Andruckscheibe aus gummielastischem Werkstoff gelegt. Im Einsatz kann sich die Dichtlippe auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur erwärmen, bei der im Extremfall der "Memory"-Effekt des Kunststoffmate­ riales verlorengeht. Im Einsatz an "schräg" verlaufenden Wellen, wo also die Mantelfläche der Welle nicht koaxial zur Drehachse der Welle ist, kann sich die Dichtlippe des bekannten Wellendichtringes nicht in allen Fällen der Bewegung der Mantelfläche der Welle ausreichend anpassen. Dies gilt insbesondere etwa in der Papier- und Textilindustrie, wo die Wellen schwerer Walzen zum Teil so durchgebogen sind, daß sie im Bereich der Wellendichtungen eine Schräg­ stellung von 3 bis 4° zur Drehachse aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wellen­ dichtring der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er auch bei "schräg" verlaufenden Wellen eingesetzt werden kann, ohne daß die Dichtlippe von der Mantelfläche der Welle abhebt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der der abzudichtenden Flüssigkeit ausgesetzten Seite der Dichtlippe, dieser benachbart, ein Zentriersteg vorge­ sehen ist, dessen innere Mantelfläche einen Radius aufweist, welcher dem Radius der abzudichtenden Welle entspricht.

Erfindungsgemäß "reitet" also der Wellendichtring mittels des Zentrierstegs auf der Mantelfläche der abzudichtenden Welle. Die dem Zentriersteg unmittelbar benachbarte Dicht­ lippe kann so immer in Anlage an der äußeren Mantelfläche der Welle verbleiben. Dadurch, daß der Zentriersteg auf der "feuchten" Seite der Dichtlippe angeordnet ist, schmiert bzw. trägt ein Flüssigkeitsfilm den Zentriersteg auf der Welle.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an der inneren Mantelfläche des Zentriersteges eine Viel­ zahl von Ausnehmungen vorgesehen, welche einen Durchtritt der abzudichtenden Flüssigkeit bis zur Dichtlippe hin erlauben. Diese Ausnehmungen ermöglichen nicht nur eine Schmierung und Kühlung der Dichtlippe selbst sondern dienen - je nach Ausgestaltung - auch der reibungsarmen Abstützung des Zentriersteges auf der Welle.

Eine dieser Ausgestaltungen sieht so aus, daß die Ausneh­ mungen zwei Gruppen umfassen, die jeweils in entgegengesetz­ ter Richtung gegen die achsparallele Richtung unter einem bestimmten Winkel angestellt sind. Diese Ausgestaltung findet bei verhältnismäßig langsam laufenden Wellen Ver­ wendung. Die Ausnehmungen dienen hier als "Pumpe", welche die abzudichtende Flüssigkeit durch den Zentriersteg hin­ durch in Richtung auf die Dichtlippe und dann wieder zurück fördern. Auf diese Weise wird eine dauernde kühlende und schmierende Strömung der abzudichtenden Flüssigkeit im Bereich von Dichtlippe und Zentriersteg aufrecht erhalten.

Bei verhältnismäßig schnell laufenden Wellen kommt dagegen eine Ausgestaltung zum Einsatz, bei welcher die Ausnehmungen als verhältnismäßig weite Bögen ausgestaltet sind, zwischen denen nur verhältnismäßig schmale Bereiche der inneren Mantelfläche der Zentrierstege verbleiben. Diese bogen­ artigen Ausnehmungen tragen dazu bei, daß sich bei Drehung der Welle zwischen den noch übrig gebliebenen schmalen Bereichen der inneren Mantelfläche des Zentriersteges und der Mantelfläche der Welle ein hydrodynamisches Polster bildet, welches einen unmittelbaren Kontakt zwischen Zentrier­ steg und Welle verhindert.

Dichtlippe und Zentriersteg können an einen achsparallelen zylindrischen Bereich einstückig angeformt sein.

Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung ist auf der radial äußeren Seite des zylindrischen Bereiches, dem Zentriersteg gegenüberliegend, eine ringnutförmige Ausnehmung vorgesehen, welche der Aufnahme eines Vorspann­ elementes dient. Dieses verstärkende Vorspannelement trägt dazu bei, daß der Zentriersteg immer in mittelbarer oder unmittelbarer Anlage an der Mantelfläche der Welle ver­ bleibt.

Der Befestigungsabschnitt kann eine Aufnahmekammer für einen Klemmring bilden. Der Klemmring wird in die Aufnahme­ kammer eingeschoben und an einer Seite von einem Maschinen­ teil in dieser gehalten. Er dient so der zuverlässigen Festlegung des Wellendichtringes.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß Dichtlippe und Zentriersteg einerseits und Befestigungsabschnitt andererseits über eine balgartige Feder miteinander verbunden sind. Diese balgartige Feder ermöglicht eine Bewegung des Zentriersteges gegenüber den stationären Maschinenteilen derart, daß auch bei stark schräg angestellten Wellen das angestrebte "Reiten" des Zentriersteges auf der Mantelfläche der Welle möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch ein erstes Aus­ führungsbeispiel eines Wellendichtringes;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht des Wellendichtringes von Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Pfeil III von Fig. 2 auf die innere Mantelfläche des Wellendichtringes der Fig. 1 und 2;

Fig. 4 die Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbei­ spieles eines Wellendichtringes, ähnlich der Fig. 2;

Fig. 5 den Wellendichtring der Fig. 4 in eingebautem Zustand;

Fig. 6 einen axialen Teilschnitt durch den Wellendicht­ ring der Fig. 4 und 5, ähnlich der Fig. 1, jedoch ungefähr im Maßstabe 1 : 1.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wellendichtringes dargestellt, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Er ist aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis ("Memory"-Effekt) gefertigt, wie dieser an und für sich bekannt ist.

Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Wellendichtring 1 umfaßt einen inneren, zylindrischen Bereich 2, der koaxial zum gesamten Wellendichtring 1 verläuft. An den zylindri­ schen Bereich 2 ist, nach Art eines Ringflansches im ent­ spannten Zustand nach unten ragend, eine Dichtlippe 3 angeformt. Die Dichtlippe 3 ist an ihrem dem freien Rand benachbarten Bereich, mit dem sie auf der abzudichtenden Welle aufliegt, verdickt ausgebildet.

An den zylindrischen Bereich 2 des Wellendichtringes 1 ist außerdem in axialem Abstand von der Dichtlippe 3 ein ebenfalls radial nach innen ragender Zentriersteg 4 ange­ formt. Dieser weist einen Innendurchmesser auf, der nur geringfügig größer oder gleich dem Außendurchmesser der abzudichtenden Welle ist. Der Zentriersteg 4 ist (vergl. Fig. 2 und 3) mit einer Mehrzahl von im Querschnitt halbkreisförmigen Ausnehmungen 5′, 5′′ an der inneren Mantelfläche versehen. Eine erste Gruppe dieser Ausnehmungen, die mit dem Bezugszeichen 5′ versehen ist, ist in einer Richtung um einen bestimmten Winkel gegenüber der achsparal­ lelen Richtung angestellt. Eine zweite Gruppe dieser Ausneh­ mungen, die in der Zeichnung mit 5′′ gekennzeichnet ist, ist spiegelbildlich zur Gruppe 5′ gegen die achsparallele Richtung unter einem Winkel angeordnet. Der Sinn dieser Ausnehmungen 5′, 5′′ wird weiter unten erläutert.

Auf der Rückseite des zylindrischen Bereiches 2 ist eine im Querschnitt halbkreisförmige ringnutartige Ausnehmung 9 ausgespart, deren Sinn ebenfalls weiter unten deutlich wird.

Radial außerhalb des zylindrischen Bereiches 2 des Wellen­ dichtringes 1 ist eine balgartige Feder 6 angeformt, welche in Fig. 1 die Gestalt eines spiegelbildlich verkehrten S aufweist.

Noch weiter radial außen schließlich ist in dem Befestigungs­ abschnitt 20 des Wellendichtringes 1 eine im Querschnitt im wesentlichen rechteckige, zur einen Seite hin offene Aufnahme­ kammer 7 für einen Klemmring vorgesehen, wie dies weiter unten noch ausführlicher erläutert wird. In die obere Mantel­ fläche der Aufnahmekammer 7 ist dabei eine umlaufende Dichtlippe 8 eingeformt.

Art des Einbaues und Funktionsweise des beschriebenen Wellendichtringes 1 werden weiter unten erläutert.

Zunächst wird noch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wellendichtringes anhand der Fig. 4 und 6 beschrieben, welches dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 weit­ gehend ähnelt. Entsprechende Teile sind daher mit demselben Bezugszeichen, zuzüglich 100, gekennzeichnet.

Auch bei dem in den Fig. 4 und 6 dargestellten Wellen­ dichtring 101 ist daher ein zylindrischer, achsparalleler Bereich 102 vorgesehen, an den sowohl eine radial nach innen ragende Dichtlippe 103 als auch ein radial nach innen geführter Zentriersteg 104 angeformt sind. Radial nach außen schließen sich an den zylindrischen Bereich 102 wiederum eine S-förmige, balgartige Feder 106 sowie im Befestigungsabschnitt 120 ein Aufnahmeraum 107 für einen Klemmring an.

Unterschiedlich zum Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist jedoch die Art der Ausgestaltung der Ausneh­ mungen 105 an der inneren Mantelfläche des Zentriersteges 104. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 6 handelt es sich dabei um verhältnismäßig weit geschwungene Bögen, wobei die zwischen den einzelnen Bögen 105 liegenden radial inneren Mantelflächenbereiche nur eine verhältnis­ mäßig geringe Umfangserstreckung aufweisen. Auf den Grund für diesen Unterschied wird ebenfalls weiter unten einge­ gangen.

Beide Ausführungsbeispiele eines Wellendichtringes 1; 101 werden in grundsätzlich derselben Weise eingebaut, wie dies in Fig. 5 für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 6 dargestellt ist.

In Fig. 5 ist die abzudichtende Welle mit dem Bezugs­ zeichen 110 gekennzeichnet. Der Wellendichtring 101 ist mit seinem radial äußeren Bereich in eine Nut 111 einge­ legt, die von zwei einander befestigten Maschinenteilen 112 und 113 gebildet wird. In die Aufnahmekammer 107 des Wellendichtringes 101 ist ein Klemmring 114 eingeschoben, an dessen rechter Stirnseite die linke Seitenfläche des Maschinenteiles 113 anliegt.

Wie Fig. 5 weiter zu entnehmen ist, ist die Dichtlippe 103 im eingebauten Zustand so umgebogen, daß sie mit ihrem verdickten Endbereich auf der Mantelfläche der abzudichten­ den Welle 110 elastisch federnd aufliegt. In eine halbkreis­ förmige Ausnehmung 109 des zylindrischen Bereiches 102 des Wellendichtringes 101, die dem Zentriersteg 104 gegen­ überliegend angeordnet ist, ist außerdem ein Vorspannelement 115 aus starrem bzw. elastischem, mechanisch festem Material eingelegt.

Die Einbaulage ist dabei so, daß sich der Zentriersteg 104 auf der "nassen", also der abzudichtenden Flüssigkeit ausgesetzten Seite der Dichtlippe 103 befindet.

Die Funktionsweise der so angebauten Wellendichtringe 1 bzw. 101 ist je nach Ausgestaltung geringfügig unter­ schiedlich:
Denkt man sich in Fig. 5 das Ausführungsbeispiel eines Wellendichtringes 1 nach den Fig. 1 bis 3 eingebaut, so läßt sich die Funktion wie folgt beschreiben:

Die innere Mantelfläche des Zentriersteges 104 stützt sich auf der Mantelfläche der abzudichtenden Welle 110 ab. Hierdurch wird gewährleistet, daß auch bei einer mit der Drehachse der Welle 110 nicht koaxial angeordneten Mantel­ fläche der Welle 110 die dem Zentriersteg 104 unmittelbar benachbarte Dichtlippe 103 ständig in Anlage an der äußeren Mantelfläche der Welle 110 verbleibt. Der Kontakt zwischen der inneren Mantelfläche des Zentriersteges 104 und der Mantelfläche der Welle 110 wird zusätzlich durch das Vor­ spannelement 115 gewährleistet.

Die in spiegelsymmetrischer Weise gegen die achsparallele Richtung angestellten Gruppen von Ausnehmungen 5′ und 5′′ an der inneren Mantelfläche des Zentriersteges 4 üben nun in der Weise eine Pumpwirkung aus, daß sie die abzudichtende Flüssigkeit durch diese Ausnehmungen 5, 5′′ hindurch bis zur Dichtlippe 3 hindurch und dann erneut durch die Ausneh­ mungen 5′ und 5′′ zurück fördern. Auf diese Weise ergibt sich eine die Dichtlippe 103 erreichende kontinuierliche Flüs­ sigkeitsströmung, durch welche die Dichtlippe 103 ständig gekühlt und geschmiert wird.

Denkt man sich in Fig. 5, entsprechend der dortigen Dar­ stellungsart, den Wellendichtring 101 eingesetzt, so ist dessen Funktion folgende:
Die bogenförmigen Ausnehmungen 105 an der inneren Mantel­ fläche des Wellendichtringes 101 dienen hier keiner Pump­ funktion; vielmehr tragen sie zu einer hydrodynamischen Lagerung des Zentriersteges 104 auf der Welle 110 bei sehr schnell laufenden Wellen bei. Zwischen der inneren Mantelfläche des Stützringes 104 und der Welle 110 bildet sich also ein Polster der abzudichtenden Flüssigkeit, welches ständig zwischen Zentriersteg 104 und Welle ver­ bleibt und einen unmittelbaren Kontakt zwischen diesen beiden Elementen verhindert. Gleichwohl bleibt die oben für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ge­ schilderte Wirkung des Zentriersteges 104 erhalten: Er hält - unter Mitwirkung des Vorspannelementes 115 - den Kontakt zur Mantelfläche der Welle 110 aufrecht, so daß die ihm benachbarte Dichtlippe 103 ständig in dichtender Anlage an dieser Mantelfläche verbleiben kann.

Claims (8)

1. Wellendichtring aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis mit einem an einem Maschinenteil festlegbaren Befesti­ gungsabschnitt und einer unter elastischer Vorspannung an die abzudichtenden Welle anlegbaren Dichtlippe, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der abzudichtenden Flüssigkeit ausgesetzten Seite der Dichtlippe (3; 103), dieser benachbart, ein Zentrier­ steg (4; 104) vorgesehen ist, dessen innere Mantelfläche einen Radius aufweist, welcher dem Radius der abzudichten­ den Welle (110) entspricht.

2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Mantelfläche des Zentriersteges (4; 104) eine Vielzahl von Ausnehmungen (5′, 5′′; 105) vorgesehen ist, welche einen Durchtritt der abzudichtenden Flüssigkeit bis zur Dichtlippe (3; 103) erlauben.

3. Wellendichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (5′, 5′′) zwei Gruppen umfassen, die jeweils in entgegengesetzter Richtung gegen die achs­ parallele Richtung unter einem bestimmten Winkel angestellt sind.

4. Wellendichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (105) als verhältnismäßig weite Bögen ausgestaltet sind, zwischen denen nur verhältnismäßig schmale Bereiche der inneren Mantelfläche des Zentriersteges (104) verbleiben.

5. Wellendichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtlippe (3; 103) und Zentriersteg (4; 104) an einen achsparallelen zylindrischen Bereich (2; 102) angeformt sind.

6. Wellendichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der radial äußeren Seite des zylindrischen Bereiches (2; 102), dem Zentriersteg (4; 104) gegenüberlie­ gend, eine ringnutförmige Ausnehmung (9, 109) vorgesehen ist, welche der Aufnahme eines Vorspannelementes (15) dient.

7. Wellendichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsabschnitt (9, 109) eine Aufnahmekammer (7; 107) für einen Klemmring (114) bildet.

8. Wellendichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtlippe (3; 103) und Zentriersteg (4; 104) einerseits und Befestigungsabschnitt andererseits über eine balgartige Feder (6; 106) miteinander verbunden sind.