DE69937495T2

DE69937495T2 - Wellendichtung und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69937495T2
Application number: DE69937495T
Authority: DE
Inventors: Bhawani S. Ann Arbor TRIPATHY
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: CA2332896C; KR100517566B1; EP1099069A4; DE69937495D1; KR20010053185A; EP1099069A1; ES2293729T3; JP2002519602A; US6149158A; EP1099069B1; CA2332896A1; WO2000000763A1

Description

1. Technischer Bereich
Diese Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf Wellen- bzw. Öldichtungen des Typs, welcher einen Träger, eine Verschleißhülse, und eine Dichtscheibe aufweist, die in einer einzelnen Anordnung aufgebaut sind, und insbesondere auf solche Dichtungen, in denen das Dichtscheibenbauelement ein Paar ringförmiger Dichtlippen aufweist, die die Verschleißhülse in einer solchen Art und Weise in Anspruch nehmen bzw. in Eingriff bringen, dass eine der Lippen Schmiermittel auf einer Seite der Dichtung zurückhält, und die andere Lippe Fremdstoffe auf der anderen Seite der Dichtung fernhält.
2. Stand der Technik
Modulare Wellendichtungen werden gewöhnlich in verschiedenen mechanischen Vorrichtungen verwendet, wo auch immer eine Komponente bzw. ein Bauelement in einem Lager relativ zu einem benachbarten feststehenden Bauelement rotiert. Die Dichtung arbeitet, um einen ringförmigen Raum zwischen den Komponenten zu schließen, um Schmiermittel auf der Lagerseite der Dichtung zurückzuhalten und Fremdstoffe auf der Außenseite der Dichtung auszuschließen, um das Lager bzw. das Wellenlager zu schützen.
U.S.Patent-Nr.: 4,484,752 , welches dem Inhaber der vorliegenden Erfindung gehört, offenbart eine modulare Wellendichtungsanordnung, welche ein Paar von diskreten bzw. einzelnen Dichtungsscheiben aufweist, die nebeneinander auf dem Träger fixiert sind, um ein Paar ringförmiger Dichtungslippen bereitzustellen, die dichtend in die Verschleißhülse eingreifen. Eine Lippe dient als die Öl-Rückhaltedichtung und die andere Lippe dient als die Fremdstoff-Ausschlussdichtung. Während solche Wellendichtungsanordnungen zufriedenstellend arbeiten, fügt das Erfordernis nach zwei Dichtscheibenelementen der Herstellung solcher Anordnungen Kosten und Komplexität hinzu. Wenn sie vollkommen montiert sind, sind die Lippen der Scheiben in entgegen gesetzte axiale Richtungen gebogen. Speziell muss darauf geachtet werden, die Lippen während der Montage zu unterstützen, um sicherzustellen, dass die Lippen ihre entgegen gesetzte Biegungsausrichtung aufrechterhalten, was die Herstellung solcher Dichtungsanordnungen weiter kompliziert.
Das U.S.-Patent-Nr.:5,462,287 offenbart eine Wellendichtung, welche ein einzelnes Scheibenelement aufweist, dessen innere freie Kante in zwei relativ dünnere kreisförmige Lippenabschnitte gespalten ist, welche als die Öl-zurückhaltende, Fremdstoff-ausschließende Lippe der Dichtungsanordnung dient. Das Spalten bzw. Teilen der inneren freien Kante der Scheibe, verringert notwendigerweise die effektive Dicke der Öl-zurückhaltenden Lippe, was bei einigen Anwendungen nicht wünschenswert sein kann, bei denen die Öl-zurückhaltende Lippe einem Verschleiß unterliegt. Zusätzlich verwendet die offenbarte Dichtungsanordnung die geteilte Seite der Öl-zurückhaltenden Lippe als die Arbeitsoberfläche in Kontakt mit der Verschleißhülse, was es noch schwieriger macht, die gewöhnlichen hydrodynamischen Rillen, bzw. Riefen (grooves) oder Anordnungen auf der Arbeitsoberfläche der Öl-zurückhaltenden Lippe bereitzustellen. Speziell muss darauf geachtet werden, dass sichergestellt ist, dass die Lippenabschnitte in entgegen gesetzte axiale Richtungen gebogen sind, was Kosten und Komplexität zu dem Montageprozess hinzufügt, und die Wurzel der Teilung möglicherweise anfällig für Zugbelastungen und vorzeitige Abnutzung, oder Rissbildung macht.
U.S.-Patent-Nr.: 5,615,894 offenbart eine nicht-modulare Wellendichtung, welche eine einzelne Dichtungsscheibe aufweist, deren innere freie Kante geteilt ist, um einen Öl-zurückhaltenden und einen Fremdstoff-ausschließenden Lippenteil bereitzustellen. Spezielle Stanzen bzw. Stempel (dies), und Formgebungsschritte werden benötigt, um hydrodynamische Rippen auf den Kontaktoberflächen beider Lippenabschnitte einzuprägen, was die Kosten und die Komplexität der Herstellung solcher Dichtungen erhöht. Die Lippenabschnitte sind auch in entgegen gesetzte axiale Richtungen gebogen, und folglich weist diese Anordnung dieselben Nachteile auf, wie jene, die oben beschrieben wurde.
Andere modulare Wellendichtungsanordnungen sind dafür bekannt, ein PTFE-Dichtscheibenelement zu beinhalten, welches eher eine konische Konfiguration aufweist, als die gewöhnliche flache Scheibenkonfiguration bzw. -Gestaltung. Die konische Scheibe ist mittels eines kreisförmigen Gummimontagekragens an den Träger gebunden.
Der Kragen umgreift die Scheibe an einem Ort zwischen seinen Enden, und unterstützt die Enden in dem Dichtungseingriff mit der Verschleißhülse, tun als die Öl-zurückhaltende, und die Fremdstoff-ausschließende Lippe der Dichtung zu dienen. Solche konischen Dichtscheiben sind im Vergleich zu herkömmlichen flachen Scheiben teuer und vergrößern die Komplexität der Herstellung solcher Dichtungen, genauso wie es die Notwendigkeit nach einem Gummimontagekragen tut.
Zusammenfassung und Vorteile der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine modulare Wellendichtungsanordnung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Das Montieren der Scheibe durch eine ihrer Teilungsabschnitte, weist den Vorteil des Bereitstellens eines ungeteilten Abschnittes mit voller Dicke auf, welcher vorzugsweise als die Öl-zurückhaltende Lippe der Dichtungsanordnung dienen würde. Eine solche Montage der Scheibe weist den weiteren Vorteil auf, dass sie dem zweiten Teilungsabschnitt ermöglicht, automatisch in die sich entgegengesetzt axial erstreckende Beziehung zu dem Teilungsabschnitt in Erwiderung auf das Montieren der Verschleißhülse mit der Dichtscheibe und dem Träger, positioniert zu werden. Eine solche Montage der Scheibe vermeidet den Schritt in dem Montageprozess, die Öl-zurückhaltende und die Fremdstoff-ausschließende Abdichtungslippe in entgegen gesetzte Richtungen ausrichten zu müssen, wodurch die Konstruktion und die Herstellung solcher Dichtungsanordnungen vereinfacht wird, was eine Reduzierung der Kosten beinhaltet.
Ein anderer Vorteil dieser Erfindung ist, dass der ungeteilte Abschnitt und der zweite geteilte Abschnitt in einer solchen Art und Weise unterstützt werden können, dass sie die Verschleißhülse auf einer gewöhnlichen äußeren Oberfläche der Dichtscheibe in Eingriff bringen. Dies ermöglicht es, hydrodynamische Anordnungen bzw. Formationen gemäß der gebräuchlichen Praxis zu formen bzw. zu bilden und unterstützt eher weiter die Teilungswurzel in der Verdichtung, als in Spannung, wodurch die Möglichkeit der Schwächung oder Rissbildung der Dichtscheibe vermindert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden leichter bewusst, wenn die Erfindung mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
1 eine schematische fragmentarische Querschnittsansicht einer Vorrichtung ist, in der eine modulare Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung eingebaut ist;
2 eine Draufsicht eines Dichtungselements ist, welches nur gemäß der Erfindung konstruiert worden ist;
3 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die hauptsächlich entlang der Linien 3–3 der 2 genommen bzw. gemacht wurde;
4 eine vergrößerte Schnittansicht einer Dichtungsanordnung ist, welche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde, welche das Dichtungselement der 2 und 3 enthält;
5 eine vergrößerte Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Dichtungsanordnung ist, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde;
6 eine vergrößerte bruchstückhafte Schnittansicht eines Dichtungselements ist, welches nur gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde;
7 eine vergrößerte Schnittansicht einer Dichtungsanordnung ist, welche gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung einschließlich des Dichtungselementes der 6 konstruiert wurde; und
8 eine vergrößerte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Dichtungsanordnung ist, die gemäß der Erfindung konstruiert wurde.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt eine mechanische Vorrichtung, welche hauptsächlich bei 10 ein festes Bauelement 12 und ein rotierbares Bauelement 14 aufweist. Das rotierbare Bauelement 14 ist durch ein Lager 16 zur Rotation um eine Achse A des Bauteils 14, relativ zu dem festen Bauteil 12, gelagert. Ein Schmiermittel, wie Öl oder Schmierfett ist in einem ringförmigen Spalt bzw. Abstand (clearance gap) oder Raum 18 zwischen den Bauteilen 12 und 14 vorhanden, und stellt dem Lager 16 die nötige Schmierung bereit.
Eine verwendete Wellendichtungsanordnung 20, welche gemäß der Erfindung konstruiert ist, ist innerhalb des Spaltes bzw. der Aussparung 18 angeordnet, und funktioniert, um das Schmiermittel vor dem Auslaufen aus der Aussparung 18 auf einer Lager- oder Ölseite 17 der Dichtungsanordnung 20, welche das Lager 16 belegt, zu bewahren und um schädliche Fremdstoffe, wie Staub, Dreck, in manchen Fällen schädliche Flüssigkeiten oder Gase auf der gegenüberliegenden Seite 19, der Dichtungsanordnung 20, vom Eintreten in die Aussparung 18 hinter der Abdichtungsanordnung 20, abzuhalten.
Es sollte verstanden werden, dass die Dichtungsanordnung 20 in Verbindung mit jeder einer Anzahl von Vorrichtungen 10 verwendet werden kann, in denen ein Bauelement bzw. eine Komponente 14 relativ zu einer anderen benachbarten Komponente bzw. einem Bauteil 12 rotiert, und wo dort ein Bedarf besteht, eine ringförmige Aussparung 18 zwischen den Komponenten 12 und 14 abzudichten, um auf einer Seite der Dichtung ein Schmiermittel einzuschliessen, und auf der anderen Seite Fremdstoffe auszuschließen. In einem Beispiel kann die Vorrichtung 10, welche schematisch in 1 gezeigt ist, einen Verbrennungsmotor beinhalten, worin das stationäre Bauelement 12 einen stationären Behälter oder ein stationäres Gehäuse des Motors umfaßt, und das drehbare Bauelement 14 eine Welle, wie z. B. eine Kurbelwelle umfaßt, die sich durch eine Öffnung 24 in ein Ende 26 des Gehäuses 12 erstreckt. Die Dichtungsanordnung 20 ist innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung 28 des Gehäuses 12 montiert, und kreist die Welle 14 ein, um die Aussparung 18 wirksam zu schließen.
Die Dichtungsanordnung 20 schließt ein starres ringförmiges Behälter- oder Trageelement 30, eine starre ringförmige Verschleißhülse 32 und eine ringförmige Dichtscheibe 34 ein, die an dem Trageelement 30 fixiert ist und abdichtend in die Verschleißhülse 32 eingreift. Das Trageelement 30 und die Verschleißhülse 32 können aus konventionellen, strukturell starren Materialien, wie gestanzten Stahlteilen, gemäß einem herkömmlichen Verfahren, erzeugt werden. Die Dichtscheibe 34 umfaßt eine dünne ringförmige Scheibe, welche aus einem einzelnen einheitlichen Stück polymeren Materials hergestellt wird und vorzugsweise aus einem Polytetrafluoethylen(PTFE)-basiertem Material besteht, was mögliche Füllstoffe einschließen kann. Das PTFE-Material ist vorzugsweise von dem Typ, welcher allgemein in Dichtungsanwendungen verwendet wird, und ist an sich nicht neu. Es wird angenommen, dass andere Materialien, welche für Dichtungsanwendungen verwendbar sind, wie Elastomere, auch verwendet werden können.
Die Dichtscheibe 34 weist in ihrem entspannten Zustand eine im allgemeinen flache Ringkonfiguration, einschließlich eines radialen äußeren Kantenabschnittes 36, eines radialen inneren Kantenabschnittes 38 und einer axialen entgegengesetzten ersten und zweiten Fläche 40 bzw. 42 auf. Der innere Kantenabschnitt 38 umfasst eine zentrale Öffnung 43 der Scheibe 34, um die Verschleißhülse 32 aufzunehmen.
Die Dichtscheibe 34 ist mit einer sich ringförmig umlaufend erstreckenden Teilung oder einem Spalt 44 gebildet, der an einer der Kanten beginnt und sich radial in Richtung der anderen Kante erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform der 1–4, beginnt die Teilung 44 bei dem äußeren Kantenabschnitt 36 der Scheibe, und erstreckt sich davon in Richtung des inneren Kantenabschnittes 38 und endet bei einer Basis oder Wurzel 46 der Teilung, die zwischen den Kanten 36 und 38 liegt. Die Teilung 44 teilt den äußeren Kantenbereich 36, der Scheibe 34, in einen axial benachbarten ersten und zweiten ringförmigen Teilungsabschnitt 48, 50, die bei ihren radialen äußeren Enden frei sind und mit einem integralen ungeteilten inneren Abschnitt 52, der Dichtscheibe 34, bei einer Wurzel 46 der Dichtscheibe 34, verbunden sind.
Die Scheibe 34 der ersten Ausführungsform der 1–4 weist eine im Allgemeinen einheitliche Dicke auf, sodass die Dicke des ungeteilten Abschnitts 52 relativ größer ist, als die Dicke von entweder dem Teilungsabschnitt 48, oder 50. Vorzugsweise weist einer der Teilungsabschnitte 48 eine radiale Länge auf, die relativ größer ist, als die des anderen Teilungsabschnitts 50, zum Zwecke, die Scheibe 34 an das Trageelement 30, in einer nachstehend beschriebenen Art und Weise zu befestigen.
Wie am besten in 4 zu sehen ist, weist die Verschleißhülse 32 einen im Allgemeinen zylindrischen Zylinder oder Körper 54, mit einer inneren Oberfläche 56 und einer äußeren Oberfläche 58 auf. Die innere Oberfläche 56 ist für eine Pressanpassung auf der Welle 14 ausgemessen, sodass die Verschleißhülse 14, mit der Welle 14, um die Achse A rotiert.
Die äußere Oberfläche 58 ist bearbeitet, um eine passende primäre oder Hauptdichtungsoberfläche 58 für die Verschleißhülse 32 bereitzustellen.
Die Verschleißhülse 32 ist mit einem integralen ringförmigen Flansch oder Kragen 60 gebildet, der auf dem axialen äußeren Ende der Verschleißhülse 32 bereitgestellt ist. Der Flansch 60 erstreckt sich radial auswärts vom Körper 54 zu einem freien Endabschnitt 62 davon, und vorzugsweise hinter eine radiale innere Kante 63 des Trägerelements 30. Der freie Endabschnitt 62 ist vorzugsweise axial einwärts in Richtung des Trägerelements 30 gedreht, und ist axial davon durch einen ringförmigen Abstandsspalt 64 beabstandet. Eine axiale innere Fläche 66 des Flansches 60 definiert eine sekundäre Dichtungsoberfläche 66 der Verschleißhülse 32, welche benachbart zu und sich schräg erstreckend, und vorzugsweise senkrecht zu der Hauptdichtungsoberfläche 58, angeordnet ist.
Gemäß einem kennzeichnenden Merkmal der Erfindung ist einer der Teilungsabschnitte 48 der Dichtscheibe 34 an dem Tragelement 30 befestigt, und der andere Teilungsabschnitt 50 und der ungeteilte Abschnitt 52, werden in abdichtendem Eingriff mit den sekundären und primären Dichtungsoberflächen 66 bzw. 58 der Verschleißhülse 32 unterstützt. Wie am besten in 4 zu sehen ist, ist der ungeteilte Abschnitt 52 von dem montierten Teilungsabschnitt 48 axial einwärts in Richtung der Ölseite 17 der Dichtungsanordnung 20 weggebogen oder gewellt, was die Seite 42 des ungeteilten Abschnittes 52 veranlasst, sich gegen die Hauptdichtungsoberfläche 58 der Verschleißhülse 32 zu legen, um als eine Öl-zurückhaltende Lippe der Dichtungsanordnung 20 zu dienen. Der ungeteilte Abschnitt 52 ist auf seiner Kontaktseite 42 mit einer Vielzahl von hydrodynamischen Formationen 68 gebildet, welche eine Reihe von spiralförmig geneigten Rillen, Schnitten, Prägungen, oder andere in der Technik wohlbekannte Typen umfassen, und welche typischerweise auf der Kontaktoberfläche der Öl-zurückhaltenden Lippen bereitgestellt sind, um eine hydrodynamische Pumpeinwirkung bereitzustellen, die bei dem Zurückhalten der Schmiermittel auf der Ölseite 17 der Dichtungsanordnung 20, während des Betriebs der Vorrichtung 10 mitwirkt.
Wie auch in 4 zu sehen ist, zieht das axiale Biegen des ungeteilten Abschnittes 52 in Richtung der Ölseite 17 der Dichtungsanordnung 20, die erste Fläche 40, der Dichtscheibe 34 tief, was ihr ein im Allgemeinen konkaves Profil verleiht. Das Einwärts-Tief-ziehen (inward cupping) der ersten Fläche 40 der Dichtscheibe 34, übt eine nach außen konvexe Wölbungskraft auf die entgegen gesetzte Fläche 42 aus. Eine solche Außenwölbungskraft veranlasst die Teilung 44, sich etwas zu öffnen oder zu trennen, wobei dadurch die äußere freie Kante des anderen Teilungsabschnitts 50 weg von dem montierten Teilungsabschnitt 48, gegen den ungeteilten Abschnitt 52, in Richtung der Außenseite oder Luftseite 19 der Dichtungsanordnung 20, und in Dichtungseingriff mit der sekundären Dichtungsoberfläche 66 des Tragehülsenflansches 60, vorgespannt wird, um als die fremdstoffausschließende Lippenabdichtung der Anordnung 20 zu dienen.
Der Teilungsabschnitt 50 ist ähnlich gewellt oder gekrümmt, um sich herunter gegen die Dichtungsoberfläche 66 zu legen, und in die Verschleißhülse 32 auf derselben Flächenseite 42 der Scheibe 34 abdichtend einzugreifen, wie von dem ungeteilten Abschnitt 52. Anders gesagt ermöglicht das Montieren der Dichtungsscheibe 34 durch einen ihrer Teilungsabschnitte 48, dem verbleibenden Teilungsabschnitt 52, in die Verschleißhülse 32 auf einer gemeinsamen Seite oder Fläche der Dichtscheibe (in dem dargestellten Beispiel, die zweite Fläche 42), einzugreifen. Dies hat den Vorteil, dass die Wurzel 46 der Teilung 44 während des Betriebs der Dichtungsanordnung 20 in Verdichtung ist. Und radiale oder axiale Bewegungen zwischen der Verschleißhülse 32 und einem Trägerelement 30, würden einwirken, um die Teilung 44 weiter zu schließen, um folglich die Wurzel 46 der Teilung 44 von den Spannungskräften zu isolieren, die dazu neigen würden die Scheibe bei der Wurzel 46 zu zerreißen, oder frühzeitig zu verschleißen. Es wird geschätzt, dass die Teilungs- oder Schnittseiten 72, 74 der Teilungsabschnitte 48, 50, nicht gegen die Verschleißhülse 32 abdichten und davon beabstandet sind. Wie in 3 dargestellt, sind die Schnittseiten 72, 74 in gegenüberliegendem Kontakt miteinander angeordnet, wenn die Dichtscheibe 34 vor dem Eingriff mit der Verschleißhülse in dem unbeanspruchten freien Status ist. Wenn auf der Verschleißhülse 32 angelegt, bewegt die Spannung auf der Scheibe 34 die Teilungsabschnitte 48, 50 auseinander, was die Schnittseiten 72, 74 seitlich voneinander beabstandet, wie in 4 gezeigt.
Der Teilungsabschnitt 50 weist eine radiale Länge auf, die relativ kürzer ist, als die radiale Länge des montierten Teilungsabschnitts 48. Die kürzere Länge ermöglicht dem Teilungsabschnitt 50 sich auswärts in Eingriff mit der Dichtungsoberfläche 66 zu biegen, während er eine Störung mit dem Träger 30 verhindert.
Gemäß einem Verfahren zur Herstellung der modularen Wellendichtungsanordnung 20, werden die Dichtungsscheiben 34 vorzugsweise von einem verlängerten schlauchförmigen Knüppel bzw. Barren aus PTFE geschnitten. In der Praxis werden, um einzelne Scheiben 34 herzustellen, die hydrodynamischen Rillen 68 zuerst in den radialen inneren Kantenabschnitt der Endfläche des Rohlings geschnitten. Die Teilung 44 wird dann in den äußeren Durchmesser des Rohlings geschnitten, und die Endfläche wird geschnitten, um den relativ kürzeren Teilungsabschnitt 50 zu bilden. Die einzelne Scheibe 34 wird dann von dem Rohling geschnitten und der Prozess wird wiederholt, um zusätzliche Scheiben zu bilden.
Wie in 4 zu sehen, ist die Scheibe 34 vorzugsweise an den Träger 30 geklemmt. Zu diesem Zweck ist der Träger 30 mit einem äußeren Gehäuseabschnitt 80 und einem inneren Gehäuseabschnitt 82 gebildet, von denen jeder einen zylindrischen Körper 84, 86 aufweist, und jeder an seinen axialen äußeren Enden davon in radialen, sich einwärts erstreckenden Montageflanschen 88, 90 endet. Der Flansch 88 des äußeren Gehäuseabschnitts 82 trägt einen nachgiebigen Montagedichtring 92 auf einer axialen inneren Oberfläche davon gegenüber dem Flansch 90. Das äußere freie Ende des Teilungsabschnittes 48 wird in eine Aussparung 94, zwischen den Verkleidungsoberflächen des Montagedichtrings 92 und den Flansch 90 geklemmt, und mittels einer axialen Verdichtungskraft, welche den Montageflansch 90 konstant in den Eingriff mit dem Montagedichtring 92 drängt, eingeklemmt. Eine solche Klemmkraft wird angelegt und dann dauerhaft durch das Rollen eines axialen inneren Endes 96 des Hüllenabschnittes 80, über die innere Kante 98 des Hüllenabschnittes 82 beibehalten, um den Teilungsabschnitt 48 der Dichtscheibe 34 sicher zwischen den Montageflanschen 88 und 90 zu klemmen.
Die Verschleißhülse 32 ist dann mit dem Träger 30 und der Scheibe 34 durch das Erstrecken des Körpers 54 der Hülse 32 axial durch die Zentralöffnung 43 der Scheibe 34 von der Außenseite 19 davon angeordnet bzw. montiert. Der ungeteilte Abschnitt 52, wird durch die Hülse 32 belegt, und ist dadurch axial einwärts in Richtung der Einführung gebogen, da die Hülse 32 durch die Scheibe 34 so erstreckt ist, um unten aufzuliegen, und gegen die primäre Dichtoberfläche 58 der Hülse 32 abzudichten. Ein solches Biegen des Teilungsabschnitts 52, zwingt den ausgespannten zweiten Teilungsabschnitt 50 axial auswärts, weg von dem Teilungsabschnitt 52, in Richtung eines, und in, einen selbst vorgespannten Dichtungseingriff mit der sekundären Dichtungsoberfläche 66 des Flansches 60 der Verschleißhülse 32, wie dargestellt. Es wird folglich geschätzt, dass der einfache Einfluss des Erweiterns der Hülse 32 durch die Dichtungsscheibe 34, die ungeteilte Öl-zurückhaltende Lippe 52 und die Teilungsfremdstoff- ausschließende Lippe 50 der Dichtscheibe 34, sie in angemessenen Eingriff mit den Dichtoberflächen 58, 66 der Verschleißhülse 32, ohne dem Bedarf nach einem zusätzlichen Schritt in dem Prozess zur Verwendung spezieller Werkzeuge oder Einbauten, setzt.
Die Verschleißhülse 32 ist gegen eine axiale Einwärtstrennung von der Vorrichtung 20 durch die Konfrontation zwischen dem Flansch 60 der Verschleißhülse 32 und dem Flansch 88 des Trägers 30 fixiert. Die Verschleißhülse ist weiter gegen axiale Auswärtsverbindung von der Vorrichtung mittels einer radial sich auswärts erstreckenden zurückhaltenden bzw. abdichtenden Lippe 78, welche auf dem axialen inneren Ende der Verschleißhülse 32 gebildet ist, gesichert. Ein Drängen der Verschleißhülse 32 axial auswärts veranlasst die Lippe 78 der freien Kante des ungeteilten Abschnitts 52 der Dichtscheibe 34 zu begegnen, wodurch die äußere axiale Bewegung der Verschleißhülse 32 eingeschränkt wird.
5 stellt eine alternative Ausführungsform der Erfindung dar, worin gleiche Referenznummern verwendet werden, um entsprechende Merkmale in der ersten Ausführungsform darzustellen, welche aber durch 200 verschoben sind. Die Konstruktion der Dichtungsanordnung 220 ist identisch zu der der ersten Ausführungsform, außer dass der Teilungsabschnitt 248 eher geklebt bzw. ummantelt ist, als an das Trägerelement 230 geklammert zu sein. Das Trägerelement 230 weist einen einzelnen äußeren Gehäuseabschnitt 280 auf, und benötigt den inneren Gehäuseabschnitt 82 der ersten Ausführungsform. Ein elastomerer Körper 100 ist an den Träger 230 geklebt, und sichert dadurch die Dichtscheibe 234 an dem Träger 230. Der elastomere Körper 100 kann Gummi oder anderes Material aufweisen, welches mit sowohl dem Metalltrageelement 230, als auch der PTFE-Dichtscheibe 234 kompatibel ist.
Die 6 und 7 stellen dennoch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, in denen, allerdings auf 300 verschoben, dieselben Referenznummern verwendet werden, um Eigenschaften darzustellen, welche der ersten Ausführungsform entsprechen. Der Dichtring 334 ist so geformt, dass der Teilungsabschnitt 352 dieselbe Dicke aufweist, wie die Teilungsabschnitte 348, 350. Der dünnere ungeteilte Abschnitt 352 ist relativ flexibler , als der relativ dicke ungeteilte Abschnitt 52 der ersten Ausführungsform und folglich kann er weniger Kontaktdruck gegen die Verschleißhülse 32 ausüben. Ein äußeres elastomeres Element 102 ist aus Gummi oder Ähnlichem hergestellt, und ist an das Trageelement 330 geklebt bzw. mit ihm verbunden. Das Element 102 schließt eine zusätzliche Fremdstoffausschlusslippe 104 ein, welche in Aussparung 364 angeordnet ist. Die Lippe 104 wirkt, um weiter Schmutz und andere Fremdstoffe von dem Eindringen in das Abdichtelement 320 abzuhalten.
8 stellt noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, wobei dieselben Referenznummern, aber um 400 verschoben, verwendet werden, um entsprechende Eigenschaften der ersten Ausführungsform darzustellen. Die Anordnung 420 schließt eine elastomere zusätzliche Fremdstoffausschlusslippe 106 ein, welche mit dem Flansch 460 der Verschleißhülse 432 verbunden ist, und abdichtend den Flansch 488 des Trägerelements 430 belegt, bzw. in ihn eingreift, um den Durchschlupf 464 zu schließen. Die Lippe 106 arbeitet in derselben Art und Weise, wie die Lippe 104 der vorhergehenden Ausführungsform, um Fremdstoffe von dem Eindringen in die Dichtungsanordnung 420, auszuschließen.
Offensichtlich sind viele Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung in dem Bereich der obigen Lehre möglich. Es sollte daher verstanden werden, dass innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche, in denen eingeschobene Referenznummern lediglich der Einfachheit halber gemacht wurden, nicht in irgendeiner Art und Weise begrenzend sein sollen, sondern die Erfindung, anders als speziell beschrieben, ausgeführt werden kann.

Claims

Eine Wellendichtungsanordnung (20, 220, 320, 420), umfassend eine steife ringförmige Verschleißhülse (32, 232, 332, 432), welche eine primäre Dichtungsoberfläche (58, 258, 358, 458) und eine sekundäre Dichtungsoberfläche (66, 266, 366, 466) aufweist, ein steifes äußeres ringförmiges Trägerteil (30, 230, 330, 430), und zumindest eine Dichtungsscheibe (34, 234, 334, 434), welche in einem ursprünglich freien Zustand eine radial innere Kante (38, 238, 338, 438), eine radial äußere Kante (36, 236, 336, 436) und ein Paar seitlich gegenüberliegender Stirnflächen (40, 42; 240, 242; 340, 342; 440, 442), das fest an dem äußeren ringförmigen Trägerteil gelagert und in Bezug auf die Verschleißhülse in einem axial gebogenen und belasteten Zustand angeordnet ist mit einer Stirnfläche (42, 242, 342, 442), welche angeordnet ist, um die Abdichtung mit den primären und sekundären Oberflächen der Verschleißhülse zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Dichtungsscheibe aus einer einzelnen Scheibe aus auf PTFE basierendem Werkstoff gebildet ist, welcher in einem unbelasteten freien Zustand einen üblicherweise flachen ringförmigen Scheibenaufbau mit einer umlaufenden Teilung (44, 244, 344, 444) aufweist, welche benachbart der radial äußeren Kante beginnt und sich radial zu der radial inneren Kante erstreckt sowie an einer Wurzel (46, 246, 346, 446) endet, die zwischen den Kanten liegt und seitlich benachbarte erste und zweite geteilte Abschnitte (48, 50; 248, 250; 348, 350; 448, 450) und einen ungeteilten Abschnitt (52, 252, 352, 452), der sich von der Wurzel zu der radial inneren Kante erstreckt, festlegt, die Dichtungsscheibe an dem Trägerteil mittels des ersten geteilten Abschnitts (48, 248, 348, 448) befestigt ist, wobei der zweite geteilte Abschnitt (50, 250, 350, 450) frei ist, und die Anordnung der Dichtungsscheibe in Bezug auf die Verschleißhülse derart ist, dass die Stirnfläche (42, 242, 342, 442) des ungeteilten Abschnitts in längslaufender dynamisch abdichtender Beziehung mit der primären Dichtungsoberfläche (58, 258, 358, 458) der Verschleißhülse steht und der zweite geteilte Abschnitt durch Biegebelastung in der Scheibe seitlich weg von dem ersten geteilten Abschnitt getrieben wird und durch die Biegebelastung in Dichtungskontakt mit der sekundären Dichtungsoberfläche (66, 266, 366, 466) der Verschleißhülse vorgespannt wird.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ungeteilte Abschnitt (52, 252, 352, 452) und der zweite geteilte Abschnitt (50, 250, 350, 450) die primären und sekundären Dichtungsoberflächen (58, 60; 258, 260; 358, 360; 458, 460) der Verschleißhülse direkt entlang einer gemeinsamen (42, 242, 342, 442) Stirnfläche der Scheibe entsprechend in Eingriff bringen.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten und zweiten geteilten Abschnitte (48, 50; 248, 250; 348, 350; 448, 450) von der Wurzel (46, 246, 346, 446) aus in eine Richtung radial äußerlich der primären Dichtungsoberfläche (58, 258, 358, 458) der Verschleißhülse erstrecken.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ungeteilte Abschnitt (52, 252, 352, 452) eine größere Dicke als jeder der geteilten Abschnitte (48, 50; 248, 250; 348, 350; 448, 450) aufweist.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTFE Dichtungsscheibe (34, 234, 334, 434) an dem Trägerteil (30, 230, 330, 430) durch Klemmung zwischen gegenüberliegenden Klemmteilen des Trägerteils befestigt ist.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungswurzel (46, 246, 346, 446) bei der Verdichtung unterstützt wird, wenn die Dichtungsscheibe belastet ist.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe (34, 234, 334, 434) an dem Trägerteil (30, 230, 330, 430), das getrennt davon in dem freien Zustand gebildet ist, befestigt ist.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Teilung (44, 244, 344, 444) in der Dichtungsscheibe (34, 234, 334, 434) seitlich benachbarte erste und zweite geteilte Abschnitte (48, 50; 248, 250; 348, 350; 448, 450) festlegt, die seitlich nach innen gerichtete geschnittene Seitenflächen (72, 74; 272, 274; 372, 374; 472, 474) aufweisen, die in direkter Beziehung miteinander stehen, wenn sich die Dichtungsscheibe in dem freien Zustand befindet, und außer Beziehung miteinander stehen, wenn sich die Dichtungsscheibe in belastetem Zustand befindet.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlich nach innen gerichteten geschnittenen Seitenflächen (72, 74; 272, 274; 372, 374; 472, 474) aus dem PTFE Werkstoff, welcher sich zu der Wurzel (46, 246, 346, 446) erstreckt, gefertigt sind.
Die Anordnung (20, 220, 320, 420) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich seitlich gegenüberliegenden Stirnflächen (40, 42; 240, 242; 340, 342; 440, 442) der PTFE Dichtungsscheibe aus dem PTFE Werkstoff gefertigt sind.
Die Anordnung (320, 420) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Abschlusslippe (104, 106), welche beabstandet von der Dichtungsscheibe (334, 434) und an einem der Trägerteile (330) und der Verschleißhülse (432) gelagert ist sowie die weitere Halterung und die Verschleißhülse abdichtend in Eingriff bringt, um eine dazwischen liegende ringförmige Aussparung (364, 464) zu schließen.
Die Anordnung (20, 220) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ungeteilte Abschnitt (52, 252) sich in axialer Ausdehnung des ersten geteilten Abschnitts (48, 248) erstreckt, wenn sich die Scheibe in freiem Zustand befindet.
Ein Verfahren zur Herstellung einer modularen Wellendichtungsanordnung (20, 220, 320, 420), umfassend: Herstellen einer steifen ringförmigen Verschleißhülse (32, 232, 332, 432), welche eine primäre Dichtungsoberfläche (58, 258, 358, 458) und eine sekundäre Dichtungsoberfläche (66, 266, 366, 466) aufweist, Herstellen eines steifen äußeren ringförmigen Trägerteils (30, 230, 330, 430), Herstellen einer von dem Trägerteil getrennten Dichtungsscheibe (34, 234, 334, 434), und Lager der Dichtungsscheibe an dem Trägerteil und In-Eingriff-Bringen der Verschleißhülse mit der Dichtungsscheibe, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Herstellen der Dichtungsscheibe aus einer einzelnen Scheibe aus auf PTFE basierendem Werkstoff, welche in einem unbelasteten freien Zustand einen üblicherweise flachen ringförmigen Scheibenaufbau mit radial inneren und äußeren Kanten (38, 36; 238, 236; 338, 336; 438, 436) und ein Paar seitlich gegenüberliegender Stirnflächen (40, 42; 240, 242, 340, 342; 440, 442) aufweist, Schneiden der Scheibe vor dem Lager der Dichtungsscheibe an dem Träger, beginnend benachbart der radial äußeren Kante (36, 236, 336, 436), um eine Teilung (44, 244, 344, 444) festzulegen, und den Schnitt erstreckend zu der radial inneren Kante (38, 238, 338, 448) und endend an einer Wurzel (46, 246, 346, 446), die zwischen den Kanten liegt, wodurch die Teilung einen radial äußeren Teil der Scheibe in ein Paar seitlich benachbarter erster und zweiter geteilter Abschnitte (48, 50; 248, 250; 348, 350; 448, 450) teilt, die geschnittene Seitenflächen (72, 74; 272, 274; 372, 374; 472, 474) aufweisen, welche in direkter Beziehung miteinander stehen, wenn sich die Scheibe in dem unbelasteten Zustand befindet, und sich ein ungeteilter Abschnitt (52, 252, 352, 452) von der Wurzel des Schnitts zu der radial inneren Kante erstreckt, Lager der Dichtungsscheibe an dem Trägerteil, wodurch der erste geteilte Abschnitt (48, 248, 348, 448) an dem Trägerteil befestigt wird, und In-Eingriff-Bringen der Verschleißhülse mit der Dichtungsscheibe, wodurch der ungeteilte Abschnitt (52, 252, 352, 452) dazu gebracht wird, sich axial von dem ersten geteilten Abschnitt weg zu biegen, wodurch der ungeteilte Abschnitt in festgelegten dynamischen Dichtungseingriff mit der primären Dichtungsoberfläche der Verschleißhülse gebracht wird, und weiteres Belasten der Dichtungsscheibe, um den zweiten geteilten Abschnitt (50, 250, 350, 450) weg von dem ersten geteilten Abschnitt derart abzulenken, dass ihre geschnittenen Seitenflächen voneinander beabstandet sind und der zweite geteilte Abschnitt in Dichtungseingriff mit der sekundären Dichtungsoberfläche der Verschleißhülse vorgespannt wird.
Ein Verfahren wie in Anspruch 13 beansprucht, gekennzeichnet durch Unterstützen der Teilungswurzel (46, 246, 346, 46) bei der Verdichtung, wenn die Dichtungsscheibe in dem belasteten Zustand in Eingriff mit der Verschleißhülse gelagert ist.
Ein Verfahren wie in Anspruch 12 oder 13 beansprucht, gekennzeichnet durch derartiges Lagern der Dichtungsscheibe (34, 234, 334, 434), dass eine (42, 242, 342, 442) der Stirnflächen der Dichtungsscheibe, welche dem ungeteilten Abschnitt (52, 252, 352, 452) und dem zweiten geteilten Abschnitt (50, 250, 350, 450) zugehörig ist, die primären und sekundären Oberflächen (58, 66; 258, 266; 358, 366; 458, 466) der Verschleißhülse in Eingriff bringt.