DE4443422A1 - Wellendichtring mit einer elastischen Dichtlippe - Google Patents
Wellendichtring mit einer elastischen DichtlippeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring mit den Merk
malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solcher Wellen
dichtring ist aus der DE 29 45 853 A1 bekannt. Dabei sind
geradlinige Drallrippen paarweise spiegelsymmetrisch auf
der luftseitigen Kontaktfläche so angeordnet, daß unter der
Dichtkante der Dichtlippe hindurchgetretenes Medium unab
hängig von der Drehrichtung der Welle zur Flüssigkeitsseite
hin über die Dichtkante hinweg zurückgefördert wird. Die
Drallrippen sind unter einem spitzen Winkel kleiner als 30°
zur Dichtkante angeordnet. Dabei stoßen die dichtkantensei
tigen Spitzen jedes Paares der gegensinnigen Drallrippen an
der Dichtkante zusammen.
Bei einer Weiterbildung eines solchen Wellendichtringes
gemäß der DE 37 02 018 sind für Einbausituationen, bei de
nen die abzudichtende Welle eine Hauptdrehrichtung hat, die
einen in gleicher Richtung liegenden Drallrippen jedes Rip
penpaares länger als die anderen Drallrippen jedes Drall
rippenpaares.
Aus der DE 22 06 461 C2 ist bekannt, luftseitig eine zusam
menhängende, zick-zackförmige Drallrippe mit abgerundeten
Spitzen auf der Kontaktfläche der Dichtlippe eines Wellen
dichtrings anzuordnen, wobei ein axialer Abstand zur Dicht
kante eingehalten ist.
Es sind schließlich auch Wellendichtringe mit einer Dicht
lippe bekannt, bei denen auf der luftseitigen Kontaktfläche
in einem Rautenmuster zusammenhängende Rippen ausgebildet
sind, die sich mit ihren Spitzen an der Dichtkante treffen
(DE 25 56 992 31).
Die bekannten Wellendichtringe mit den paarweise gegensin
nigen Drallrippen wirken jeweils auf die "aktiven" Drall
rippen nach Art von Scheibenwischern, welche das durch die
Bewegung der Welle mitgenommene, über die Dichtkante hinaus
zur Luftseite gelangtes abzudichtendes Medium, meistens Öl,
in Richtung zur Dichtkante zurück abstreifen. Dabei ent
steht ein Staudruck, der das Öl zum größeren Teil zurück
über die Dichtkante zur Ölseite transportiert. Ein kleine
rer Teil dieses Öls wird jedoch unter der aktiven Drallrip
pe hindurchgeschoben und gerät dann auf die dem Fangbereich
abgewandte Rückseite der entgegengesetzten geneigten Drall
rippe des Drallrippenpaares. Diese streift das Öl weiter
zur Luftseite, d. h. von der Dichtkante weg, so daß dieser
kleinere Teil des Öles als Lecköl verloren geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellen
dichtring der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Art zu schaffen, bei dem praktisch kein Lecköl mehr verlo
ren geht.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient Anspruch 1.
Die sinusartig gekrümmten Drallrippen nach der Erfindung
schmiegen sich lediglich tangential an den Kontaktbereich
der Dichtkante an, durchdringen diese aber nicht. Überra
schenderweise führt dies zu einer erheblich besseren Rück
förderwirkung auf die über die Dichtkante zur Luftseite
ausgetretene Flüssigkeit (Öl) als im Stand der Technik, so
daß die Leckölmenge minimiert werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung haben
die Drallrippe(n) im Axialschnitt gesehen in der Dichtkante
benachbarten Bereichen eine Winkelneigung zur Wellenober
fläche zwischen 0° und -15°, insbesondere zwischen 0° und
-5°. Bei dieser Ausgestaltung haben also die dichtkantenfer
nen Bereiche der Drallrippe(n) einen den Außendurchmesser
der Welle unterschreitenden Innendurchmesser, so daß der
Druck auf die Dichtkante der Dichtlippe kleiner als der
Druck auf die dichtkantenfernen Bereiche der Drallrippe
ist. Dies verhindert ein Durchtreten von Lecköl unter den
aktiven Teilen der Drallrippe wie beim Stand der Technik
und trägt deshalb ebenfalls zur Verbesserung der Rückför
derwirkung und damit der Minimierung der Leckölmenge bei.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die
Drallrippe(n) im Axialschnitt gesehen in von der Dichtkan
te entfernten Bereichen eine Winkelneigung bezüglich der
Kontaktfläche der Dichtlippe zwischen 0° und -10°, insbe
sondere zwischen 0° und -3° haben. Dies ermöglicht eine
Vergrößerung der Fangquerschnitte bei unrund laufender Wel
le oder nicht genau zentrischer Dichtkante der Dichtrippe.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich
nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Halbschnitt durch einen Wellendicht
ring mit Drallrippen gemäß der Erfindung;
Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt ähn
lich wie Fig. 1 durch eine Dichtlip
pe mit den Drallrippen gemäß der Erfindung,
wobei zwei vorteilhafte Abwandlungen darge
stellt sind,
Fig. 3 eine Abwicklung in Umfangsrichtung im Be
reich der Dichtkante zur Verdeutlichung des
Wirkmechanismus des erfindungsgemäßen Wel
lendichtringes, und
Fig. 4 ein Diagramm mit der Darstellung des Rück
fördervermögens für einen herkömmlichen Wel
lendichtring mit Drallrippen sowie für einen
Wellendichtring nach der Erfindung.
Der in der Fig. 1 gezeigte Wellendichtring weist eine me
tallische Einlage 1 auf, an dessen kurzen, in radialer
Richtung weisenden L-Schenkel 2 eine Dichtlippe 5 mit
Dichtkante 4 anvulkanisiert ist. Die Dichtlippe 5 ist in
üblicher Weise mittels einer Wurmfeder 6 an die Oberfläche
7 der im übrigen nicht gezeichneten Welle angedrückt.
Die Luftseite der Dichtung ist mit dem Buchstaben L und die
Ölseite mit dem Buchstaben F bezeichnet.
Auf der Ölseite ist ein zusammenhängendes Drallelement in
Form eines Zopfes 10 aus zwei sinusförmig mit einer Phase
von 180° sich überlagernden Drallrippen 11, 12 gezeigt, die
sich mit ihren Wellenbäuchen an die Dichtkante 4 anschmie
gen. Die Drallrippen 11, 12 stehen, wie der Querschnitt in
Fig. 1 zeigt, von der Dichtlippe 5 radial ab, und zwar auf
der luftseitigen Kontaktfläche 13 dieser Dichtlippe. Dabei
sind in der Darstellung nach Fig. 1 die der Welle zugewand
ten Flächen 14, 15 der Drallrippen 11, 12 achsparallel. Dies
bedeutet, daß die Fläche 15 einen Winkel von 0° zur Wellen
oberfläche 7 bildet, also auf ihre ganze axiale Länge
gleichmäßig an die Welle angedrückt ist. Auch die Fläche 14
bildet einen Winkel von 0°.
In der Fig. 2, bei welcher der äußere Teil des Wellendicht
ringes der Einfachheit halber weggelassen und im übrigen
gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 verwendet sind, sind
zwei Abwandlungen dargestellt, die jeweils allein oder bei
de gemeinsam bei dem Wellendichtring nach Fig. 1 vorgesehen
sein können. Dort sind nämlich die Flächen 14 und 15 der
Drallrippen 11 und 12 jeweils negativ um Winkel α bzw. β
geneigt. Der Winkel α beträgt dabei etwa -2° bezüglich der
Wellenoberfläche 7, und der Winkel β beträgt bezüglich ei
ner etwa parallelen Ebene zur Kontaktfläche 13 der Dicht
lippe 5 etwa -3°.
Durch die negative Neigung α der Fläche 15 wird erreicht,
daß diese Fläche mit zunehmendem Abstand von der Dichtkante
4 zur Luftseite L hin fester gegen die Wellenoberfläche 7
angedrückt wird und so ein Durchlassen von Lecköl zu einem
inaktiven Abschnitt der jeweils anderen Drallrippe er
schwert.
Der Winkel α kann bis zu -15° betragen. Ein bevorzugter
Bereich für einen Winkel α liegt zwischen 0° und -5°. Durch
die Neigung ß der Fläche 14 der Drallrippe 11 wird er
reicht, daß sich bei unrund laufender Welle ("schlagender
Welle") oder bei einem statischen Mittenversatz der Welle
und der Gehäusebohrung die Fangquerschnitte der Drallrippen
11, 12 in den von der Dichtkante 4 weiter entfernten Berei
chen vergrößern.
Beide Maßnahmen tragen also zur Erhöhung der Rückförderwir
kung des Drallelementes 10 bei.
Die Darstellungen gemäß den Fig. 1 und 2 machen deutlich,
daß die Drallrippen 11, 12 nicht schräg in die Dichtkante 4
hineinlaufen. Sie schmiegen sich lediglich tangential an
die Dichtkante 4 an, wobei sie diese nicht notwendig berüh
ren. Auf diese Weise wird Lecköl mit einem relativ großen
Fangquerschnitt zwischen Drallelement 10 und Dichtkante 4
eingefangen und in einem sich verengenden Kanal in die Nähe
der Dichtkante 4 gebracht.
Dies ist in Fig. 3 anschaulich dargestellt, welche eine
Abwicklung darstellt, wobei mit a die axiale Richtung be
zeichnet ist und die Welle transparent gedacht ist.
Die sichelförmigen Abschnitte 110, 120 stellen die an diese
transparente Welle angedrückten Flächenbereiche der Drall
rippen 110, 120 dar, und zwar die sichelförmigen Elemente
110 als Teile der Drallrippe 11 und die sichelförmigen Ele
mente 120 als Teile der Drallrippe 12.
Der durchgehende Streifen 40 stellt den an die Wellenober
fläche angedrückten Flächenbereich der Dichtkante 4 dar.
Mit den durchgezogenen Pfeilen ist gezeigt, wie die aktiven
Bereiche (in Fig. 3 die linken Bereiche) der sichelförmigen
Elemente 110, 120 Lecköl über den Dichtkantenbereich 40 zur
Ölseite F hin zurückfördern, während mit den gestrichelten
Pfeilen ein durch einen Abstand zwischen dem Flächenbereich
40 und dem sichelförmigen Elementen durchgetretenes Öl dar
gestellt ist, das somit dem folgenden aktiven Bereich zur
erneuten Rückförderung über die Dichtkante zur Ölseite F
zugeführt wird. Da das Öl nicht unter einer geschlossenen
Dichtkante 4 hindurchgestreift werden muß, wird es auch
nicht unter einen dem Staudruck beim Stand der Technik ent
sprechenden hohen Druck gesetzt. Für die Rückförderwirkung
über die Dichtkante (Flächenbereich 40) zur Ölseite F wird
daher ausschließlich die Förderwirkung der Mikrostruktur
der Oberfläche des Wellendichtringes ausgenutzt.
Dadurch, daß das Drallelement 10 auf dem Durchmesser der
Dichtkante 4 ausläuft, ist eine relativ einfache Herstel
lung des Wellendichtringes auf einer Kopierdrehbank mög
lich, wobei sich die Tiefe des Einstiches zur Formung des
Drallelementes 10 in das Formwerkzeug leicht optisch kon
trollieren läßt.
In Fig. 4 sind Ergebnisse von Vergleichsversuchen mit Wel
lendichtringen nach der Erfindung mit einem herkömmlichen
Wellendichtring mit üblichen Drallelementen dargestellt.
Dabei bedeuten V der Förderstrom des übe die Dichtkante 4
rückgeförderten Förderstromes von Lecköl in ml/min und n
(1/min). Mit Vh ist der Rückförder-Volumenstrom V beim her
kömmlichen Wellendichtring und mit Ve der Rückförder-Volu
menstrom an dem Wellendichtring nach der Erfindung bezeich
net. Die Messungen wurden mit einem Getriebeöl der Viskosi
tätsklasse SAE 90 bei 100°C durchgeführt.
Es zeigt sich, daß der Wellendichtring nach der Erfindung
bezüglich der Rückförderwirkung von Lecköl dem herkömmli
chen Wellendichtring deutlich überlegen war. Für den prak
tischen Einsatz von besonderer Bedeutung ist dabei, daß der
Wellendichtring nach der Erfindung bereits bei einer Dreh
zahl n von 500 U/min etwa das gleiche Rückförderverhalten
aufwies wie ein herkömmlicher Wellendichtring bei 2500
U/min.
Dauerversuche nach einer Prüfspezifikation für die hinteren
Enden von Kurbelwellen für Brennkraftmaschinen haben ge
zeigt, daß Wellendichtringe nach der Erfindung über 336 h
bei Drehzahlen bis zu 7000 U/min und einem Wellendurchmes
ser von 85 mm dicht waren. Damit wird ein Betriebsbereich
beherrschbar, der bisher nur mit Wellendichtringen mit nur
in einer Drehrichtung der Welle wirkenden Drallrippen be
herrschbar war.
Claims (6)
1. Wellendichtring mit einer elastischen Dichtlippe (5), die
auf ihrer luftseitigen Kontaktfläche (13) ein Drallelement
(10) trägt, welches für ein Zurückfördern von auf die
Luftseite (L) ausgetretener Flüssigkeit zur Flüssigkeits
seite (F) der Dichtung über die Dichtkante hinweg in bei
den Drehrichtungen der Welle ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei
sinusartig gekrümmte Drallrippen (11, 12) gleicher Ampli
tude und Phase in ihrer Phasenlage gegeneinander versetzt
zueinander vorgesehen sind, die sich tangential an die
Dichtkante (4) anschmiegen.
2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die oder jede Drallrippe
(11, 12) sinusförmig und zusammenhängend um den inneren
Umfang des Wellendichtringes ausgebildet ist.
3. Wellendichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwei in der Phase um 180°
zueinander versetzte Drallrippen (11, 12) vorgesehen sind.
4. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drallrippe(n)
(11, 12) im Axialschnitt gesehen in der Dichtkante (4) be
nachbarten Bereichen eine Winkelneigung (α) zur Wellen
oberfläche (7) zwischen 0° und -15°, insbesondere zwischen
0° und -5°, haben.
5. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drallrippe(n) (11, 2)
im Axialschnitt gesehen in von der Dichtkante (4) entfern
ten Bereichen eine Winkelneigung (β) bezüglich der Kon
taktfläche (13) zwischen 0° und -10°, insbesondere
zwischen 0° und -3° haben.
6. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Drallelement bezüg
lich einer radialen Mittelebene (M) asymmetrisch mit dem
Flächenschwerpunkt axial zu Luftseite (L) hin verschoben
ausgebildet ist.
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