DE4443422C2 - Wellendichtring mit einer elastischen Dichtlippe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solcher Wellen­ dichtring ist aus der DE-OS 23 06 775 bekannt. Die sinus­ artig gekrümmten Drallrippen reichen dabei nicht bis zur Dichtkante der Dichtlippe und sind um einen Winkel < 0° bezüglich der Wellenoberfläche geneigt.

Aus der DE-Z "Schmiertechnik und Tribologie", 21. Jg., Nr. 5., 1974, S. 103-105, und der DE-OS 19 54 972 ist ein Wellendichtring bekannt, bei dem auf der Luftseite der Dichtlippe flexible Vorsprünge von der Dichtkante ausgehend angeformt sind, die als Hilfen zur Flüssigkeitsrückförde­ rung von über die Dichtkante zur Luftseite gelangtem Lecköl dienen sollen. Die Erzeugende dieser Vorsprünge verläuft in spannungslosem Zustand der Dichtung achsparallel. Zwar wird hierbei der Druck auf die Vorsprünge zur Luftseite hin er­ höht. In der Kontaktfläche an der Dichtkante wird die An­ pressung jedoch so drastisch vermindert, daß auf der pas­ siven Seite der Vorsprünge die Dichtfunktion mit der Folge von unerwünschter Leckage praktisch aufgehoben wird.

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 tangential an den Kontaktbereich der Dicht­ kante an. Die der Welle zugewandten Flächen jeder Drallrip­ pe sind im Axialschnitt gesehen in der Dichtkante be­ nachbarten Bereichen um einen negativen Winkel zur Wellen­ oberfläche geneigt, vorzugsweise zwischen 0° und -15°, ins­ besondere zwischen 0° und -5°. Die dichtkantenfernen Berei­ che der Drallrippen haben also einen den Außendurchmesser der Welle unterschreitenden Innendurchmesser, so daß der Druck auf die Drallrippe an der Dichtkante kleiner als der Druck auf die dichtkantenfernen Bereiche der Drallrippe ist. Überraschenderweise führt dies zu einer erheblich ver­ besserten Rückförderwirkung auf über die Dichtkante zur Luftseite ausgetretenes Lecköl, so daß die Leckölmenge mi­ nimiert werden kann.

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 β 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 α 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 über 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 (5)

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 und zwei si­ nusartig gekrümmte Drallrippen (11, 12) gleicher Amplitude und Phase umfaßt, die in ihrer Phasenlage gegeneinander versetzt zueinander vorgesehen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drallrippen (11, 12) sich tangen­ tial an die Dichtkante (4) anschmiegen und daß im Axiale schnitt jede der der Welle zugewandten Flächen der Drall­ rippen (11, 12) bereits im unvorgespanntem Zustand ausge­ hend von der Dichtkante (4) um einen Winkel (α) < 0° be­ züglich der Wellenoberfläche (7) geneigt ist.

2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Drallrippe (11, 12) zu­ sammenhängend 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 Drallrippen (11, 12) im Axialschnitt gesehen in der Dichtkante (4) benachbarten Bereichen eine Winkelneigung (α) zur Wellenoberfläche (7) -15° < α < 0°, insbesondere zwischen -5° < α < 0° ha­ ben.

5. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallrippe(n) (11, 12) im Axialschnitt gesehen in von der Dichtkante (4) entfernten Bereichen eine Winkelneigung (β) bezüglich der Kontaktfläche (13) zwischen -10° < β < 0°, insbesondere zwischen -3° < β < 0° haben.