DE3920482A1 - Wellendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung mit min­ destens einem Dichtring, mit im wesentlichen in ent­ gegengesetzte Richtungen wirkenden Dichtlippen und mit mindestens zwei Gehäuseteilen.

Derartige Wellendichtungen dienen dazu beispielsweise Lagerstellen abzudichten, in denen rotierende Bewegun­ gen stattfinden. Für eine solche Abdichtung stehen eine Vielzahl von Radialdichtringen, z. B. aus Elastomeren, zur Verfügung, die gegenüber aggressiven Medien resistent sind und innerhalb eines großen Temperatur­ bereichs einsetzbar sind. Bei solchen Dichtungen kommt es insbesondere auf eine große Verschleiß- und Abrieb­ festigkeit, auf eine Öl-, Benzin- und Ozonbeständigkeit und auf eine hohe Strukturfestigkeit an, wobei auch bei tiefen Temperaturen die Dichtungen nicht brüchig werden sollen.

Bekannt sind sogenannte V-Dichtringe, die im Quer­ schnitt V-förmig sind und die im Einbauzustand als Stirnflächendichtung arbeiten, wobei die Flanken des V-Dichtrings um ein bestimmtes Maß zusammengedrückt werden und dadurch mit einer bestimmten Vorspannkraft gegen eine Dichtfläche drücken. Beim Einbau derartiger Dichtungen besteht oft die Gefahr, die Dichtkanten zu beschädigen, wodurch die Dichtung undicht wird oder im günstigsten Fall die Standzeit der V-Ringdichtung er­ heblich reduziert wird.

Es ist auch bekannt, die V-Ringdichtung mit einem oder zwei einzeln zu montierenden Gehäuseteilen zu kombi­ nieren, die den Außen- bzw. Innendurchmesser der Dich­ tung definieren. Diese Gehäuseteile weisen sich radial erstreckende Wände auf, die Dichtflächen enthalten, gegen die sich die Dichtkanten abstützen. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, die Dichtflächen an Maschinenelementen vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellen­ dichtung zu schaffen, die sowohl radial als auch axial abdichtet und für die keine zusätzlichen Spannvorrich­ tungen erforderlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgese­ hen, daß die Gehäuseteile einen Käfig bilden, der min­ destens einen Dichtring in einer Ringkammer aufnimmt, daß der Dichtring ein Querschnittsprofil mit einer Diagonalachse aufweist, daß der Dichtring an einem Ende der Diagonalachse an einem der Gehäuseteile sowohl axial als auch radial abgestützt ist, und daß der Dichtring an dem jeweils anderen Gehäuseteil mit min­ destens zwei Dichtlippen federnd anliegt, von denen eine mit axialer Vorspannkraft und die andere mit ra­ dialer Vorspannkraft gegen das Gehäuseteil drückt.

Der Dichtring in dem von den Gehäuseteilen gebildeten Käfig weist im Querschnitt eine pfeilförmige Kontur auf, wobei sich das eine Ende des Teils an einem Ge­ häuseteil abstützt, während sich das andere Ende mit Dichtlippen an dem anderen Gehäuseteil derart abstützt, daß eine Abdichtung in radialer als auch in axialer Richtung erfolgt. Eine solche Wellendichtung ist sowohl innen als auch außen dichtend. Die Dichtlippen stehen dabei von der Diagonalachse durch den Querschnitt des Dichtrings derart ab, daß sie mit einer axialen bzw. radialen Vorspannkraft gegen die Gehäuseteile gedrückt werden können.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß für das Vorspannen des Dichtrings keine zusätzlichen Spannvor­ richtungen erforderlich sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Gehäuseteile beim Zusammenbau des Käfigs ineinandergreifen und einschnap­ pend den Käfig bilden, daß die Gehäuseteile im Einbau­ zustand gegeneinander berührungsfrei drehbar sind und daß der Käfig nur unter Deformation der Gehäuseteile zerlegbar ist. Die Gehäuseteile können auf diese Weise bei der Handhabung nicht auseinanderfallen und erleich­ tern dadurch die Montage. Im Einbauzustand sind sie aber dennoch gegeneinander berührungsfrei drehbar. Außerdem kann der Käfig bei Bedarf, z. B. zwecks Ersatz des Dichtungsrings, demontiert werden.

Die Einbettung des Dichtrings in einen allseitig ge­ schlossenen vormontierten Käfig vereinfacht die Montage der Wellendichtung, wobei eine Beschädigung der hoch­ empfindlichen mit Mikrometergenauigkeit hergestellten Dichtlippen unmöglich wird. Die Einbettung hat ferner den Vorteil, daß der Dichtring mit einer für den Be­ trieb der Wellendichtung optimalen Vorspannung einge­ baut werden kann. Außerdem ist eine derartige Wellen­ dichtung im hohen Maße unempfindlich gegen radiale Ab­ weichungen und ermöglicht auch einen gewissen axialen Ausgleich von Fluchtungsfehlern.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf dem den Dichtlippen in der Diagonalen gegen­ überliegenden Ende des Dichtrings ebenfalls Dichtlippen vorgesehen sind und daß der Dichtring in der Ringkammer schwimmend angeordnet ist. Bei einem solchen Dichtring bleiben die Vorteile einer Abdichtung zugleich in Ra­ dial- und Axialrichtung erhalten. Während der Dichtring bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen stets fest mit einem Gehäuseteil verbunden ist, kann der Dichtring bei dieser Weiterbildung mitrotieren, wobei sich eine mittlere Rotationsgeschwindigkeit für den Dichtring einstellt, die abhängig ist von den Reibungsverhält­ nissen an den jeweiligen Gehäuseteilen. Bei symme­ trischer Gestaltung des Dichtrings und unter der Voraussetzung gleicher Reibungsbedingungen an den Innenflächen der Gehäuseteile rotiert der Dichtring mit der halben Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle. Dadurch ist die relative Gleitgeschwindigkeit zwischen Dichtring und Gehäuseteil an den Dichtflächen auf die Hälfte reduziert, was zur Folge hat, daß höhere Wellen­ drehzahlen für derartige Wellendichtungen zulässig sind.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel der Wellendichtung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Wellen­ dichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Wellendichtung besteht aus zwei Gehäuseteilen 1, 2 und einem Dichtring 3, mit zwei Dichtlippen 10, die an ihren Enden mikrometergenau ge­ fertigte Dichtkanten 9 aufweisen, die sich gegen Dicht­ flächen 11 an sich radial bzw. axial erstreckenden Innenwandabschnitten 12, 13 des Gehäuseteils 2 ab­ stützen.

Die Dichtlippen 10 stehen im Querschnitt spiegelbild­ lich von einer Diagonalachse durch den Dichtring 3 ab. Die Dichtlippen 10 verlaufen unter einem spitzen Winkel zu den Dichtflächen 11 der Innenwände 12, 13 bzw. 16, 17 und sind derart hinterschnitten, daß sie in Axialrich­ tung bzw. in Radialrichtung einfedern können. Die Diagonalachse des Dichtrings 3 kann zugleich die Dia­ gonalachse des von den Gehäuseteilen 1, 2 gebildeten vormontierten Käfigs sein. Der Winkel der Diagonalachse relativ zur Wellenachse kann im Bereich zwischen 30° und 60° liegen.

Auf dem den Dichtlippen 10 in Diagonalrichtung entge­ gengesetzten Ende des Dichtrings 3 sind radiale bzw. axiale Stützflächen 14, 15 vorgesehen, die gegen ent­ sprechende radiale bzw. axiale Innenwände 16, 17 des Gehäuseteils 1 anliegen. Diese axialen und radialen Stützflächen des Dichtrings 3 können mit dem jeweiligen Gehäuseteil fest verklebt werden. Der Dichtring 3 ist im Bereich des Übergangs von der axialen Stützfläche 14 zur radialen Stützfläche 15 unter einem Winkel von 90° zur Diagonalachse angefast.

Der Dichtring 3 besteht aus einem nicht-thermopla­ stischen Elastomerkunststoff, vorzugsweise aus einem Polyurethan mit einem E-Modul zwischen 600 und 2000 kp/cm³ und einer Härte von ca. 90 Shore A. Als beson­ ders geeignet haben sich unter dem Warenzeichen "ACLATHAN" erhältliche Polyurethan-Dichtungen, z. B. ACLATHAN 2700, herausgestellt, die bei einer sehr guten Beständigkeit gegen Sauerstoff, Ozon, Öl und Benzin einen äußerst geringen Abrieb und einen gegenüber Stan­ darddichtungen um 50% geringeren Reibwert aufweisen.

Die Gehäuseteile 1, 2 bestehen aus ringförmigen Teilen aus Metall oder Kunststoff, wobei als Kunststoff ther­ moplastisch gespritzte Plastomer-, Duromer- oder Elastomerkunststoffe bevorzugt werden.

Die beiden ringförmigen Gehäuseteile 1, 2 sind im Quer­ schnitt im wesentlichen L-förmig gestaltet und weisen Hinterschneidungen auf, die es ermöglichen, daß die Gehäuseteile unter Bildung einer Ringkammer 4 derart ineinandergreifen, daß sie nicht mehr auseinanderfallen können und einen geschlossenen Käfig für den Dichtring 3 bilden.

Im Einbauzustand schließen die beiden Gehäuseteile 1, 2 die im Querschnitt im wesentlichen rechteckige, zwischen den zueinander parallelen Innenwänden 12, 17 freibleibende Ringkammer 4 ein, in der der Dichtring 3, z. B. in einem Schmierstoff, gelagert ist.

Das in Fig. 1 gezeigte radial innere Gehäuseteil 2 hat einen im wesentlichen spiegelverkehrt L-förmigen Quer­ schnitt, wobei die radial innere Umfangsfläche 20 den Einbauinnendurchmesser bestimmt und der Abstand zwischen den axialen Stirnflächen 21, 22 die Einbau­ breite. Das radial äußere Gehäuseteil 1 ist im Quer­ schnitt im wesentlichen L-förmig gestaltet, ist jedoch gegenüber dem Profil des Gehäuseteils 2 um 180° ge­ dreht. Die radial äußere Umfangsfläche 23 bestimmt den Einbauaußendurchmesser. Auf den inneren und äußeren Umfangsflächen 20, 23 können statische Abdichtungen und/oder rippen- oder rillenartige Oberflächenstruk­ turen vorgesehen sein.

Zwischen den Gehäuseteilen 1, 2 verbleiben im Einbau­ zustand ringspaltförmige Fugen 5 und 6, die als zusätz­ liche Labyrinthdichtungen gestaltet sein können. Diese Fugen gewährleisten im Betrieb die Berührungsfreiheit zwischen den Gehäuseteilen 1 und 2. Die Fuge 5 steigt radial nach außen an, wodurch im Betrieb die in der Fuge 5 auftretende Zentrifugalkraft dazu genutzt werden kann, eventuell eindringende Fremdkörper von der Ring­ kammer 4 fernzuhalten.

Die Gehäuseteile 1, 2 können insbesondere bei metal­ lischen Gehäuseteilen mit geeigneten Schrägflächen oder Einführfasen versehen sein, die den Zusammenbau des Käfigs erleichtern. Wenn nämlich das radial äußere Ge­ häuseteil 1 mit dem radial inneren Gehäuseteil 2 zu­ sammengefügt wird, müssen die stirnseitigen Kanten der Hinterschneidungen durch geringfügige Deformation der Gehäuseteile 1, 2 überwunden werden, damit die Gehäuse­ teile 1, 2 zu einem geschlossenen Käfig einschnappen können. Eine solche Verhakungsstelle ist beispielsweise in Fig. 1 im Bereich der Fuge 5 dargestellt. Im Einbau­ zustand berühren sich die Gehäuseteile 1, 2 an der Ver­ hakungsstelle nicht, während sie im nichteingebauten Zustand aneinanderliegen und dadurch den innenliegenden Dichtring 3 nur noch schwach vorspannen. Die Gehäuse­ teile 1, 2 können nämlich im nichteingebauten Zustand um den Spielraum der Fuge 5 auseinandergehen. Auf diese Weise wird eine frühzeitige Ermüdung des Dichtungsmate­ rials während der Lagerung der noch nicht eingebauten Wellendichtungen vermieden. Ein weiterer Vorteil be­ steht darin, daß die Wellendichtung im Betrieb gegen Wellenschlag und Fluchtungsfehler weitgehend unempfind­ lich ist, da der Spielraum der Fugen 5, 6 auch in ra­ dialer oder kombiniert in radialer und axialer Richtung zur Verfügung steht, ohne die Dichtfunktion der Wellen­ dichtung zu beeinflussen.

Die Dichtflächen 11 an dem Gehäuseteil 2 können sich, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, radial oder axial erstrecken, also relativ zueinander einen Winkel von 90° bilden. Es ist aber auch möglich, die Dichtflächen unter einem größeren oder kleineren Winkel als 90° zu neigen.

Der Dichtungsring 3 ist in Bezug auf die Diagonale im Querschnitt durch den Dichtring 3 mit V-förmig gestal­ teten Dichtlippen versehen, die zur Diagonalen hin einen Winkel von 90° bzw. vorzugsweise unter 90° ein­ schließen. Die Dichtlippen 10 sind gegenüber dem Dicht­ ringkörper 7 derart hinterschnitten, daß sie in axialer bzw. in radialer oder in diagonaler Richtung einfedern können. Die Dichtlippen können im Querschnitt wie in Fig. 2 gezeigt spitz zulaufen oder wie in Fig. 1 ge­ zeigt aus einem breiten Profil bestehen, an dessen Spitze Dichtkanten gebildet sind. Die Stärke des Dicht­ lippenprofils ist dabei von der gewünschten Federkraft, mit der die Dichtlippen gegen die Dichtflächen 11 drücken, abhängig.

Insgesamt weist der Dichtring 3 im Profil eine pfeil­ förmige Kontur auf, bei der die Pfeilspitze das Ge­ häuseteil nicht berührt, sondern lediglich die Enden der die Pfeilflanken bildenden Dichtlippen 10.

In der Diagonalen kann ein kegelstumpfförmiger Ver­ steifungsring angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem ein Dichtungsring 3 mit im Vergleich zu Fig. 1 umge­ kehrten Profil, nämlich mit der Pfeilspitze radial nach außen gerichtet, eingesetzt ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Dichtring 3 schwimmend zwischen den Gehäuseteilen 1, 2 angeordnet ist und der im Querschnitt ein doppel­ pfeilförmiges Profil aufweist. Dieser Ring stützt sich in Bezug auf seine Diagonalachse an beiden Enden über V-förmige Dichtlippen ab. Während die Dichtringe 3 ge­ mäß den Fig. 1 und 2 an den Stützflächen mit dem je­ weiligen Gehäuseteil 1 bzw. 2 fest verbunden sind, hat der Dichtring 3 gemäß Fig. 3 gegenüber beiden Gehäuse­ teilen 1, 2 im Betrieb eine Relativgeschwindigkeit, die bei gleichen Reibungsverhältnissen gegenüber beiden Gehäuseteilen in etwa der halben Wellendrehzahl ent­ spricht.

Die beschriebene Dichtung als Kompaktteil ist sowohl innen- als auch außendichtend gegen verschiedene Me­ dien. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß für das Vorspannen des elastomeren Teils keine zusätzlichen Metallteile erforderlich sind und das Material aus dem hochabriebfesten Polyurethan ACLATHAN® 2700 besteht.

Claims (10)

1. Wellendichtung, mit mindestens einem Dichtring, mit im wesentlichen in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Dichtlippen und mit mindestens zwei Ge­ häuseteilen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Gehäuseteile (1, 2) einen Käfig bil­ den, der mindestens einen Dichtring (3) in einer Ringkammer (4) aufnimmt,
• - daß der Dichtring (3) ein Querschnittsprofil mit einer Diagonalachse aufweist,
• - daß der Dichtring (3) an einem Ende der Dia­ gonalachse an einem der Gehäuseteile (1, 2) sowohl axial als auch radial abgestützt ist, und
• - daß der Dichtring (3) an dem jeweils anderen Gehäuseteil (2, 1) mit mindestens zwei Dicht­ lippen (10) federnd anliegt, von denen eine mit axialer Vorspannkraft und die andere mit radialer Vorspannkraft gegen das Gehäuseteil (2, 1) drückt.

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenwände (12, 13 bzw. 16, 17) der Gehäuseteile (1, 2) einen Winkel von 60° bis 90°, vorzugsweise 90°, einschließen.

3. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen (10) im Querschnitt beiseitig der Diagonalachse durch den Dichtring (3) unter gleichem Winkel abstehen.

4. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Gehäuseteile (1, 2) beim Zusammenbau des Käfigs ineinandergreifen und einschnap­ pend den Käfig bilden,
• - daß die Gehäuseteile (1, 2) im Einbauzustand gegeneinander berührungsfrei drehbar sind, und
• - daß der Käfig nur unter der Formation der Gehäuseteile (1, 2) zerlegbar ist.

5. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fugen (5, 6) zwischen den beiden Gehäuseteilen (1, 2) einseitig derart eng gestaltet sind, daß sie eine zusätz­ liche Labyrinthdichtung bilden, andererseits aber eine Spaltweite aufweisen, die den Ausgleich eines radialen Schlages oder einen axialen Achsenversatz ermöglichen.

6. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster jeweils von der Ringkammer (4) ausgehender Fugenabschnitt der axial nach außen führenden Fuge (5) radial nach außen ansteigend verläuft.

7. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (3) aus einem nicht-thermoplastischen Elastomer besteht.

8. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem den Dicht­ lippen (10) in der Diagonalachse entgegengesetzten Ende des Dichtrings (3) ebenfalls sowohl axial als auch radial abdichtende Dichtlippen vorgesehen sind, und daß der Dichtring (3) in der Ringkammer (4) schwimmend angeordnet ist.

9. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Diagonalachse und der Wellenachse zwischen 30° und 60°, vorzugsweise 45°, beträgt.

10. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der Dia­ gonalachse ein Versteifungsring in den Dichtring (3) eingearbeitet ist.