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Abdichtung einer Welle mit räumlicher Bewegungsfreiheit gegenüber
dem Lagergehäuse Vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Abdichtung einer Welle
mit räumlicher Bewegungsfreiheit gegenüber demLagergehäuse. Als derartige Abdichtungen
kommen insbesondere die Staubabdichtungen für Achslager vonSchienenfahrzeugen inBetracht,
bei denen der Achsschenkel als abzudichtende Welle gegen das Gehäuse heftige, stoßartige
Bewegungen ausführt. Es ist bereits bekanntgeworden, diese Dichtungen nicht nur
an der Welle, sondern auch mit beiden Stirnflächen an den Wandungen einer Dichtungskammer
unter Federdruck anliegen zu lassen. In diesen Fällen hat man jedoch die gesamte
Staubabdichtung aus nachgiebigen Stoffen, insbesondere Leder-, Filz- und Fiberscheiben
aufgebaut. Während nun die von der Welle dargeboteneDichtungsfläche hochglanzpoliert
und völlig kreisrund ist, während diese Dichtungsfläche weiter stets mit einer feinen
Ölhaut überzogen ist, fehlen diese Merkmale bei den durch die Gehäusewände gegebenen
Dichtungsflächen. Eine Bearbeitung ist hier nur in unvollkommenem Maße möglich,
da die Tasche zur Aufnahme der Staubabdichtung meist durch angegossene Gehäuseteile
gebildet wird. Es handelt sich also um verhältnismäßig rauhe, wenn auch durch Genauguß
planparallele Dichtungsflächen, an denen eine Zerfaserung der aus elastischem Material
bestehenden Staubabdichtung eintritt. Diese Zerstörung der Abdichtung macht um so
größere Fortschritte, weil der glättende und ausgleichende Einfluß der Ölhaut auf
der Welle fehlt. Insbesondere aber unterliegt die Dichtung ruckweisen, stoßartigen
Bewegungen, die von der kreiszylindrischen Dichtungsfläche an der Welle ausgehen.
Zur Übertragung dieser Stöße ist der elastische Werkstoff dieser Dichtungen ungeeignet.
Es kommt nach kurzer Zeit, insbesondere da die Dichtung aus einer Reihe von dünnen
Lederplatten aufgebaut werden muß, zu Verwerfungen, Ausbeulungen usw., durch welche
Teile des Dichtungsgliedes in den lichten Raum der zur Durchführung der Welle vorgesehenen
Gehäusedurchbrechung eindringen. Bei der nächsten Stoßbewegung kommt die Ausbeulung
mit .der scharfen Begrenzungskante der Gehäusedurchbrechung zur Berührung und wird
dabei mehr oder weniger zwangsweise eingebeult; dabei entstehen außerordentlich
hohe Materialbeanspruchungen, die in Verbindung mit den oben dargelegten Einflüssen
nach kurzer Zeit zur völligen Zerstörung der Staubabdichtung führen müssen. Verstärkt
wird der Eintritt der Zerstörung noch dadurch, daß Leder geneigt ist, sich mehr
und mehr mit Schmiermittel und Feuchtigkeit vollzusaugen, womit es seine Härte verliert;
die Zerstörung des weichgewordenen Leders verstärkt sich entsprechend,
so
daß die Dichtung trotz Ausübung eines radial- und axialgerichteten Anpreßdruckes
den Dichtungsschluß nicht mehr auszuüben vermag. In diesem Falle dringen Fremdkörper
in die Staubabdichtung ein, bilden mit der stets vorhandenen Ölhaut eine schmirgelnde
Masse und führen nach kurzer Zeit völlige Unbrauchbarkeit der Dichtung herbei.
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Demgegenüber geht vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, daß
die elastischen Stoffe am Aufbau des Dichtungsgliedes nur so weit beteiligt-werden
dürfen, wie sie unumgänglich erforderlich sind. Erforderlich sind sie an einer einzigen
Stelle, nämlich am Umfang der abzudichtenden Welle. Diese Welle unterliegt im Betriebe
einem Verschleißvorgang, der allerdings äußerst langsam vor sich geht. Die Elastizität
der zur Abdichtung in Betracht kommenden Stoffe, wie insbesondere Leder, ist gerade
groß genug, um diese durch Verschleiß eintretenden Durchmesserverminderungen selbsttätig
ausgleichen zu können. Hierzu genügt aber bereits ein schmaler Dichtungsstreifen.
Dieser Dichtungsstreifen ist zur Ausübung und Weiterleitung von Kräften, die zur
Erzeugung .des Dichtungsschlusses dienen müssen, ungeeignet. Denn dieser Dichtungsstreifen
liegt wiederum an der stets mit einer feinen Ölhaut benetzten Welle an, nimmt also
Schmiermittel auf und: verliert. dadurch -die Härte; die ihn anfänglich zur Übertragung
von Kräften geeignet macht. Der aus elastischen Stoffen bestehende Dichtungsstreifen
muß infolge dieses Umstandes unter allen Umständen gekapselt werden, was bei den
bisher bekanntgewordenen Dichtungen nicht beachtet wurde. Weiter geht die Erfindung
von der Erkenntnis aus, daß gerade der Dichtungsschlüß an den Gehäusewandungen nur
durch starre, vorzugsweise metallische Dichtungsgliedteile in genügendem Maße erzeugt
und erhalten werden kann. Denn die metallischen Teile sind zur Übertragung von Kräften
unbegrenzt bzw. begrenzt lediglich durch die erforderliche Wandstärke heranzuziehen;
diese Eigenschaft erhält sich während des Betriebes unverändert. Ein- Ausgleich
von Verschleißwirkungen ist nicht erforderlich, da an den durch die Wandungen der
Dichtungskammer gegebenen Dichtungsflächen keine Verschleißwirkungen auftreten.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen, kennzeichnet sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Dichtung dadurch, daß sie aus durch Federn radial zusammengezogenen und axial äuseinandergetriebenen
Kränzen starrer Ringsegmente und eigenelastischen Dichtungsringen besteht, von denen
letztere an der Welle anliegen und von den starren Ringsegmenten eingekapselt sind,
während diese unmittelbar die Wandungen. der Dichtungskammer dichtend berühren.
Zweckmäßig lassen. die metallischen Ringsegmente der beiden Kränze auf ihrem Außenumfang
eine keilförmige Nut zwischen sich zurAufnahme einer den Radialzug und Spreizdruck
gleichzeitig erzeugenden Spiral",der frei. Derartige Spiralfedern sind bereits bei
völlig aus eigenelastischen Dichtungsteilen aufgebauten Dichtungen bekanntgeworden,
ohne :die erfindungsgemäß verwirklichten Wirkungen hervorrufen zu können, weil die
eigenelastischen Teile nicht die ungestörte Weiterleitung der ausgeübten Federkräfte
bis zur Dichtungsstelle ermöglichen. Besitzen die an der Welle anliegenden eigenelastischen
Dichtungsringe T-förmigen Querschnitt, wobei sie nur mit ihrem Steg zwischen den
Kränzen der metallischen Ringsegmente aufgenommen sind, so wird der zur peripheren
Umschließung der Welle erforderliche Dichtungsdruck auch dann in vollem Ausmaße
ausgeübt, wenn die eigenelastischen Dichtungsringe nach längerer Betriebszeit durch
Aufnahme des Schmiermittels verhältnismäßig weich geworden sind. Durch den Umschluß
mit metallischen Teilen bleibt die formschlüssige Übertragung der Dichtungskräfte
auf die Welle erhalten.
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Die Zeichnung zeigt die beispielsweiseAusführung seiner erfindungsgemäß
ausgebildeten Abdichtung. -Abb. r zeigt eine Aufsicht -auf die Dichtung, vom Inneren
des Achslagergehäuses aus gesehen.
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Abb. 2 "gibt einen senkrechten Längsschnitt nach Linie II-II der Abb.
z durch die Abdichtung wieder, wobei im mittleren Teil- die stufenförmige Einlage
aus nachgiebigen Mitteln entfernt gedacht ist, um die Ausnehmung zur Aufnahme der
streifenförmigen Mittel zu zeigen.
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Abb. 3 zeigt. eine Aufsicht auf den unteren Teil der Abdichtung nach
Abnahme des oberen Teiles der Dichtung.
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Abb. q. zeigt einen Querschnitt durch die Dichtung nach Linie IV-IV
der Abb. z. Abb. 5 und 6 zeigen in perspektivischer Darstellung dieAusbildungen
derAusklinkungen in der unteren Dichtungshälfte, wobei die Dichtung äuseinandergenommen
gedacht ist.
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Abb. 7 zeigt denselben Teil der Dichtung in derselben Darstellung
im zusammengebauten Zustand.
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Abb. 8 schließlich .gibt im senkrechten Längsschnitt durch einem Teil
des Achslagergehäuses die Darstellung der in die Staubtasche eingebauten Dichtung
wieder.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Abdichtung einer Welle mit räumlicher
Bewegungsfreiheit gegenüber-dem Lagergehäuse,- näm= lich des Achsschenkelnotlaufes
in einem Achslager
für Schienenfahrzeuge, besteht aus zwei Kränzen
metallischer, d. h. " starrer Ringsegmente i bis 4 und einem eigenelastischen
Dichtungsring 22, 23, von denen der letztere an der Welle anliegt und von den Ringsegmenten
eingekapselt ist, währenddieseunmittelbar die Wandungen der Staubkammer dichtend
berühren. Es liegt also die Dichtung in an sich bekannter Weise nicht nur an der
Welle, sondern auch mit beiden Stirnflächen. analen Wandungen der vom Gehäuse gebildeten
Staubkammer unter Federdruck an, unterscheidet sich aber bekannten Ausführungen
gegenüber dadurch, daß die an den Gehäusewandungen anliegenden Teile der Dichtung
aus Kränzen" starrer Ringsegmente bestehen. Dadurch wird nicht nur die Lebensdauer
derartiger Dichtungen ausschlaggebend vergrößert, sondern auch erreicht, daß die
zur Abdichtung erforderlichen Kräfte unabhängig vom Zustand des eigenelastischen
Dichtungsringes in voller Höhe auf die Dichtungsflächen übertragen werden. Diese
Möglichkeit fehlte :bei den bekannten Einrichtungen, weil sich bei diesen die eigenelastischen
Dichtungsteile mit Schmiermittel vollsaugen konnten, so daß sie schwammig wurden
und in diesem Zustand die zur Abdichtung erforderlichen Kräfte nicht weiterleiteten.
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Zwischen den Teilen i und 3 einerseits, 2 und 4 andererseits befindet
sich eine Teilungsfuge 5, die in einer Ebene senkrecht zur Achse 6-6 (s. Abb. 8)
liegt. Weitere Teilungsfugen 7', 7", 7"' zwischen den Teilen i und 3 bzw.
8"', 8", 8' zwischen den Teilen 2 und 4 liegen in radialenEbenen. Durch dieTeilungsfu,gen
5 entsteht die Beweglichkeit der Dichtung in axialer Richtung, durch die Teilungsfugen
7', 7", 7"', 8"', 8", 8' in radialer Richtung. Die Kränze i, 3 und 2, 4 lassen auf
ihrem Außenumfang eine keilförmige Nut 9 zur Aufnahme einer den Radialzug und Spreizdruck
erzeugenden Spiralfeder io frei. Der an der Welle anliegende, eigenelastische Dichtungsring
22, 23 hat, wie insbesondere die Abb. 2 bis 4 erkennen lassen, T-förmigen Querschnitt;
nur mit seinem Steg ist er zwischen den Kränzen i, 3 und 2, 4 der metallischen Ringsegmente
aufgenommen.
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Die Teilungsfugen 7", 8", die durch Versetzung der sie bildenden Ausklinkungen
i4' im Teil 3 gegen I4" im Teil i und 15' im Teil 2 gegen 15" im Teil.
4 entstehen, dienen dabei nicht nur zur Unterbrechung des Fugenweges 7'-7"' und
8"'-8', sondern gleichzeitig als Führungsmittel der Teile i und 2 einerseits gegen
die Teile 3 und 4 andererseits. Die Teilungsfugen sind dabei so gelegt, daß die
Teile i und 3 einerseits, die Teile 2 und 4 andererseits unter sich symmetrisch
werden, so daß diese Teile mit je einer einzigen Kokille bzw. sonstigen Form hergestellt
werden können: Distanzbolzen 16, die beispielsweise in-die Teile 2 und 4. eingenietet
sind, bewirken, däß die Dichtungsteile auch im ausgebauten Zustand der Dichtung
zusammengehalten werden. Wie Abb.8 zeigt, legen sich die Teile i und. 3 bzw. 2 und
4 gegen die Abschlußfläche 17 des Ach'sIagergehätise7s-z8 bzw: gegen die Abschlußflächen
1g der Staubtaschenkappe 2o an und bewirken in axialer Richtung den vollen Dichtungsschluß.
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Wie die Abb. a- und 8 zeigen, verlaufen die Teilungsfugen 24 und 25
des eigenelastischen Dichtungsringes 22, 23 schräg mit der Steigung zum Inneren
des Achslagergehäuses zu, uni ein.Absetzen der etwa eindringenden Fremdkörper auf
den ersten Wegelementen in der Teilungsfuge. zu erreichen. Statt der durchgehenden
Steigung kann "die Teilungsfuge auch stufenförmig unterbrochen sein, wie dies in
Abb. 2 in gestrichelten Linien angegeben ist.
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Der Teil i der Dichtung weist bei 26 eine parallelepipedische Verstärkung
auf, mit der er sich in einer Ausnehmung 27 führt. Auf diese Weise wird verhindert,
daß sich die auch an ihren äußeren Begrenzungsflächen 28, 29 halbkreisförmig ausgestalteten
Dichtungsteile i, 2 und 3, 4 verdrehen können. Wie Abb. i zeigt, ist dabei die Dichtung
in der Vertikalen etwas verstärkt, um der elliptischen Form der Staubtaschenöffnung3o
Rechnung zu tragen. Diese elliptische Form ist zweckmäßig, um die untere Kante 31
der Staubtaschenöffnung 3o hochzulegen, trotzdem die Staubtasche 2o über den Spritzring
32 mit verhältnismäßig großem Durchmesser hinübergeführt werden muß.
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Die Herstellung der Teile i bis 4 erfolgt zweckmäßig im Spritz- oder
Kokillenguß. Zu diesem Zweck sind alle in axialer Richtung liegenden Flächen etwas
konisch ausgestaltet, um das Abziehen des Spritz- oder Gußerzeugnisses aus der Kokille
oder Spritzgußform zu erleichtern. Naturgemäß ist ebensogut möglich, die Teile i,
2 und 3, 4 aus Blechstreifen zu stanzen, aus dem Vollen herauszudrehen oder sonstwie
herzustellen. Durch die Herstellung der Teile i, 2, 3 und 4 durch Kokillenguß ergeben
sich jedoch auch ohne Nachbearbeitung verhältnismäßig glatte Außenflächen, die an
den bearbeiteten Abschlußflächen 17 und i9 fugenlos anliegen.
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Die Teile 22 und 23 können in einfachster Weise bei Verschleiß ausgewechselt
werden, indem die Spiralfeder io entfernt, die Teile i und 2 einerseits, 3 und 4
andererseits auseinandergezogen und die Streifen 22 und 23 umgewechselt werden.
Hierauf werden die Teile i und 2 bzw. 3 und 4, die nicht ausgewechselt
zu
werden brauchen, wieder ineinandergesteckt, die Spiralfeder aufgelegt und .die Staubtaschenkappe
wieder mit dem Achslagergehäuse verbunden.