DE102004035658B4 - Axialwellendichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Axialwellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Die Abdichtung einer Wellendurchführung durch eine Gleitringdichtung (GIRD) oder durch einen Radialwellendichtring (RWDR) ist üblicher Stand der Technik. Bei einer Gleitringdichtung läuft in der Regel ein federbelasteter, stationärer Gleitring gegen einen rotierenden Gegenring. Die gegeneinander gepressten Laufflächen der Ringe dichten das Gehäuse, beispielsweise einen Pumpenraum, gegenüber der Umgebung ab. Um den Einbau einer Dichtung zu vereinfachen und für die Dichtung optimierte, gleichbleibende Verhältnisse zu schaffen, gibt es vormontierte Dichtungen in Kassettenbauweise. Eine solcherart vormontierte Dichtung wird beispielsweise auf eine Welle aufgepresst oder aufgeschrumpft und dichtet nach dem Einschieben in das Gehäuse auch gegenüber diesem ab. Dichtungen dieser Bauart haben einen komplexen Aufbau und bestehen aus zahlreichen Einzelteilen.
- Radialwellendichtringe laufen, wie die Bezeichnung aussagt, radial auf der abzudichtenden Welle. Die Abdichtung zum Gehäuse erfolgt über eine statische Dichtung. Die Hauptabdichtung gegenüber dem Druckraum erfolgt über eine in der Regel vorgespannte Radialdichtlippe, teilweise mit nachgeschalteten Nebendichtungen, die auch einen Vorratsraum für Schmier- oder Dichtmittel ausbilden können. Durch das Gleiten/Reiben der Dichtkante auf der Welle entstehen Laufspuren auf der Welle, die nach einem Austausch des Radialwellendichtrings störend oder sogar zerstörend auf die Dichtkante der neuen Dichtung wirken.
- Aus der
DE 102 28 621 A1 ist eine Axialwellendichtung zwischen einer Gehäusewand oder dergleichen und einer sich darin drehenden Welle bekannt. Die Axialwellendichtung besteht aus einem in die Gehäusewand ortsfest und dichtend einsetzbaren Außenring mit einer radial nach innen gerichteten Manschette aus einem polymeren Material in der Form eines Federbalgs, die an ihrem Innenrand eine oder mehrere axial ausgerichtete Dichtflächen hat, und aus einem verdrehfest und dichtend mit der Welle verbindbaren Innenring mit einem radial nach außen gerichteten, als axiale Gegendichtfläche ausgebildeten Ringflansch. Aufgrund ihrer konstruktiven Ausgestaltung eignet sich diese Dichtung nur für die Abdichtung großer Spalte. Außerdem ist diese Dichtung nur für eine Abdichtung gegen drucklose Räume oder Räume mit geringem Druck geeignet, da der Anpressdruck durch den Federbalg von der Umgebungsseite her ausgeübt wird. Ist der Druck des Mediums, das es abzudichten gilt, größer als der Anpressdruck des Federbalgs, leckt die Dichtung. - In der
EP 1 239 710 A2 wird ein axial wirkender Dichtring zur Abdichtung einer Welle gegenüber einem Gehäuse vorgestellt. Der Dichtring umfasst ein Metallgehäuse, an dem eine Dichtung angeformt ist, die in Richtung des Gehäuses orientiert ist, und einen in axialer Richtung weisenden Gleitring aus PTFE, der ein im wesentlichen rechteckiges Profil aufweist, mit einer radial nach innen und einer radial nach außen weisenden Umfangsoberfläche, die sich im wesentlichen parallel zur Achse des Dichtrings erstrecken. Der Gleitring ist mittels eines Kunststoffs, der an das Metallgehäuse angeformt ist, elastisch aufgenommen sowie kraft- und formschlüssig verbunden. Auch hier muss der Anpressdruck der Dichtung gegen den Druck des abzudichtenden Mediums aufgebracht werden. Weiterhin sind die Bauteile dieser Dichtung nicht zu einer einbaufähigen Einheit zusammengefasst. - Eine Axialwellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
US 4 348 031 A bekannt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialwellendichtung mit einem konstruktiv einfachen Aufbau vorzustellen, die auch bei Beaufschlagung mit hohen Drücken sicher abdichtet, sowie Dichtelemente zur Verwendung in einer solchen Axialwellendichtung.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Axialwellendichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Einsatzgebiete der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
- Die erfindungsgemäße Axialwellendichtung kann in verschiedenen Ausführungen aufgebaut werden:
In der Grundversion besteht die Axialwellendichtung aus einem stationären und einem rotierenden Gehäuseteil, wobei beide Gehäuseteile einen Gleitpartner, in der Regel einen Ring, als Gegenlauffläche, einschließen. Die Gegenlauffläche kann auch eine mit Hartstoff beschichtete Fläche eines Gehäuseteils sein. - Mindestens eine Dichtfläche eines Dichtelements, mindestens ein Primärelement, dichtet zwischen dem Gleitpartner mit seiner Gegenlauffläche und einem Gehäuseteil ab. Es können auch mehrere Dichtelemente in beliebiger Reihenfolge und Anordnung eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist der Gleitpartner frei rotierbar in dem Gehäuse angeordnet und kann somit eine Relativbewegung gegenüber den Gehäuseteilen ausführen. Erfindungsgemäß ist der Gleitpartner zwischen zwei Dichtelementen angeordnet, einem, das an dem stationären und einem, das an dem rotierenden Gehäuseteil angeordnet ist.
- Je nach dem vorgesehenen Einsatz der Dichtung werden die geeignetesten Werkstoffe für den Gleitpartner verwendet. Eine Gruppe sind die Verbundwerkstoffe auf der Basis von Metall-Keramik-Verbindungen. Die Basiszusammensetzung eines bevorzugt verwendeten Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs besteht aus einer oder mehreren metallischen Phasen mit einem Anteil von 30 bis 75 Vol.-%, bevorzugt Aluminium und seinen Legierungen, und einer oder mehreren nichtmetallischen anorganischen Komponenten mit einem Anteil von 25 bis 75 Vol.-% als keramische Werkstoffe, bevorzugt Siliciumcarbide, Aluminiumoxide, Titanoxide und Silicate.
- Weiter eignen sich oxidische Werkstoffe auf der Basis von Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Titanoxid sowie silikatische Werkstoffe.
- Bei den metallischen Werkstoffen werden bevorzugt Werkstoffe auf der Basis von korrosionsbeständigen Stählen eingesetzt. Es werden auch Werkstoffe auf der Basis von Nichteisen-Metallen eingesetzt. Metallische Sinterwerkstoffe können aufgrund ihrer Porosität mit Ölen, Wachs oder Fetten getränkt werden.
- Weitere Verbundwerkstoffe haben eine Basis von Kohlenstoff-Verbindungen, mit und ohne Imprägnierung, oder Kunststoff-Verbindungen, mit und ohne Faserverstärkung.
- Für schwierige tribologische Einsätze eignen sich insbesondere gesinterte Siliziumkarbidkörper, die bevorzugt eine definierte Porosität von 2 bis 15 Vol.-% aufweisen, wobei die Poren geschlossen und nicht zusammenhängend sind. Der anorganische Bestandteil des Werkstoffs besteht aus 80 bis 98 Gew.-% Siliziumkarbid, 0,5 bis 5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,3 bis 5 Gew.-% Bor und 0 bis etwa 20 Gew.-% eines Hartstoffs aus der Gruppe der Boride und/oder Silicide. Es sind Einlagerungen von Kohlenstoffpartikeln bis zu 200 μm Größe möglich. Siliziumkarbid kann auch mit einer weiteren Komponente gesintert werden, bevorzugt Zirkondiborid mit einem Anteil von 6 Vol.-%. Siliziumkarbid kann auch infiltriert werden, beispielsweise mit metallischen Silizium, bevorzugt mit 12 bis 19 Vol.-%.
- Erfindungsgemäß bildet das rotierende oder stationäre Gehäuseteil selbst den Gleitpartner. Dazu können diese Gehäuseteile, die die Gegenlauffläche bilden, aus einem für diesen Zweck geeigneten Werkstoff gefertigt und/oder beschichtet sein. Die Beschichtung kann beispielsweise aus der Plasmaphase abgeschiedenes Hartmetall, Karbid oder diamantartiger Kohlenstoff sein.
- Als Werkstoff für das Dichtelement eignen sich neben den üblichen Gummiwerkstoffen auch insbesondere PTFE-Werkstoffe wegen ihrer Verschleißbeständigkeit und ihrer Beständigkeit gegen heiße und agressive Medien. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit können die Dichtelemente einer Plasmaaktivierung unterzogen werden und eine Verstärkungskomponente erhalten. Weiterhin kann eine Gleitkomponente wie beispielsweise Graphit beigefügt sein. Die Dichtelemente können, je nach mechanischer Beanspruchung, an ihrem Halter oder Träger angeklebt, angenietet oder angeschraubt oder zwischen zwei Haltern eingeklemmt sein.
- Mindestens ein weiteres Dichtelement kann den Gleitpartner zusätzlich in radialer Richtung gegenüber dem stationären Gehäuse abdichten.
- Zwischen dem Gleitpartner, dem Dichtelement und dem rotierenden Gehäuse kann der Raum als Reservoir für Dicht- und/oder Schmierstoffe oder Sperrmittel genutzt werden.
- Durch die Erfindung reduziert sich die Anzahl der Bauteile gegenüber dem Stand der Technik, und es entsteht eine einfache Ausführung. Aufgrund der Eigenvorspannung sind zusätzliche Andruckelemente, wie beispielsweise Federn, nicht notwendig. Vorteilhaft ist es, wenn das abzudichtende Medium auf dem Dichtteil der Primärdichtung eine Kraft ausübt, so dass dieser Dichtteil zusätzlich durch die Eigenvorspannung auch durch den Mediumsdruck in Richtung auf seine Dichtstellung belastet wird. Eine Kassettenbauweise ermöglicht eine einfache Montage und Austauschbarkeit der Axialwellendichtung. Der Einbauraum ist gegenüber einer Gleitringdichtung wesentlich kürzer. Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen ist möglich. Ebenfalls ist der Ausgleich von System-Verwerfungen im Betrieb möglich. Bei Einsatz entsprechender Gleitpartner sind tribologisch und thermisch optimale Bedingungen möglich. Weiterhin besteht die Möglichkeit einer Einmalschmierung gegen Trockenlauf.
- An den Einbauraum werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Die Welle und Gehäusebohrung können z. B. in Toleranzklasse IT7 mit Rundheit IT7 und Oberfläche Rz 10 μm ausgeführt werden.
- In den
1 bis11 sind in schematischer Form Ausführungsbeispiele einer Axialwellendichtung im Schnitt dargestellt.3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform. - Als Ausführungsbeispiel ist in
1 eine Axialwellendichtung in Form einer Kassettendichtung1 dargestellt, die zwischen einer Welle2 , auf der sie aufgeschrumpft ist, und einem Gehäuse3 , beispielsweise einem Pumpengehäuse, angeordnet ist. Die Kassettendichtung1 dichtet zwischen dem Mediumraum4 und der Umgebung5 ab. Sie ist in eine Ausnehmung6 als Einbauraum des Gehäuses3 eingeschoben. Die Kassettendichtung1 besteht aus zwei Gehäuseteilen, dem stationären Gehäuseteil7 und dem auf die Welle2 aufgeschrumpften rotierenden Gehäuseteil8 , die beide im Schnitt L-förmig aussehen. Die Umfangswand9 des stationären Gehäuseteils7 stützt sich stirnseitig in der Ausnehmung6 an dem Gehäuse3 ab und wird über ein statisches Dichtelement10 zum Einbauraum6 abgedichtet. Die der Umgebung5 zugewandte radiale Stirnwand11 trägt ein Dichtelement12 , die Primärdichtung, das mit seiner Dichtfläche12a an der Gegenlauffläche des Gleitpartners13 anliegt. Das Dichtelement12 ist im Axialschnitt etwa U- bzw. V-förmig elastisch gebogen. Je nach Anwendungsfall kann zur Herstellung optimaler tribologischer Verhältnisse der Gleitpartner13 beispielsweise aus Metall, Nichteisenmetall, Hartmetall, Kunststoff, Keramik, Glas, Glasfaser oder Verbundwerkstoffen gefertigt werden. Der Gleitpartner13 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ring. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist er mit der radialen Stirnwand14 des rotierenden Gehäuseteils8 verbunden, wobei die Gegenseite der Stirnwand14 dem Mediumraum4 zugewandt ist. Der Gleitpartner13 kann aber auch frei beweglich angeordnet sein, so dass er Relativbewegungen zur Stirnwand14 ausführen kann. Die Umfangswand15 des Gehäuseteils8 ist auf der Welle2 aufgeschrumpft. Mit einer von der Welle2 wegweisenden konischen Erweiterung16 wird das stationäre Gehäuseteil7 in Position gehalten, das von der Erweiterung16 übergriffen wird. - Die Stirnwand
14 des Gehäuseteiles8 endet mit Abstand von der zylindrischen Umfangswand9 des Gehäuseteiles7 , so dass der Innenraum17 der Kassettendichtung1 zum Mediumraum4 offen ist. Der Gleitpartner13 steht radial gegenüber der Stirnseite der Stirnwand14 des rotierenden Gehäuseteiles8 zurück. - Der Raum
17 in der Kassettendichung1 zwischen Dichtelement12 und den beiden Gehäuseteilen7 und8 kann als Reservoir für Dicht- und/oder Schmierstoffe oder Sperrmittel genutzt werden. Dadurch können auch spezielle Anforderungen, wie z. B. Trockenlauf oder Geruchsdichtheit, beherrscht werden. Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist weiterhin, dass das Dichtelement12 von der Druckseite aus so belastet wird, dass es dadurch zusätzlich an den Gleitpartner13 angedrückt wird, was die Abdichtung unterstützt. - Die
2 und3 unterscheiden sich von der1 in der Anordnung des Gleitpartners13 mit seiner Gegenlauffläche und der Anordnung der Dichtelemente. Übereinstimmende Merkmale sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. - In
2 ist der Gleitpartner13 in Form eines Ringes zwischen zwei Dichtelementen18 und19 frei beweglich angeordnet. Dichtelement18 als Primärdichtung ist an der Stirnwand11 des stationären Gehäuseteils7 befestigt und drückt mit seiner Dichtfläche20 gegen die Gegenlauffläche des Gleitpartners13 , während Dichtelement19 als weitere Primärdichtung an der Stirnwand14 des rotierenden Gehäuseteils8 befestigt ist und mit seiner Dichtfläche21 gegen den Gleitpartner13 drückt. Damit wird bei einem frei beweglichen Gleitpartner13 die Reibung mit einer der Gehäusewandungen vermieden. Gleichzeitig entstehen zwei nutzbare Reservoire17 unter den jeweiligen Dichtelementen18 und19 . Weiterhin entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Gleitpartner13 und den beiden Dichtelementen. Einerseits versucht das Dichtelement19 den Ring13 mitzunehmen und andererseits hemmt das Dichtelement18 am feststehenden Gehäuse diese Bewegung. Es entsteht eine Relativbewegung des Ringes13 zur Welle2 , wobei nur die Hälfte der Umdrehungen der Welle erreicht werden können. Solche Axialwellendichtungen eignen sich vorteilhaft für hohe Drehzahlen, wie sie beispielsweise bei Turboladern auftreten. Der ringförmige Gleitpartner13 greift mit seinem radial inneren Ende in eine Nut60 eines Ringes61 ein, der die zylindrische Umfangswand15 des rotierenden Gehäuseteiles8 mit Abstand umgibt. Im übrigen ist diese Ausführungsform gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel nach1 . -
3 unterscheidet sich erfindungsgemäß von2 dadurch, dass ein zusätzliches Dichtelement22 vorgesehen ist, das neben den beiden Primärdichtungen18 und19 innenseitig an der Umfangswand9 des stationären Gehäuseteils7 befestigt ist, den Gleitpartner13 konzentrisch umgibt und gegen seine Umfangsseite23 drückt. Das Dichtelement23 liegt flächig an der Umfangswand9 an und hat mittig eine radial vorstehende, umlaufende Rippe62 , mit der das Dichtelement22 an der Umfangsseite23 des Gleitpartners13 anliegt. Die Rippe62 hat vorteilhaft teilrunden Querschnitt. - Auch bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird zumindest bei einem Dichtelement aufgrund seiner Anlage an den Gleitpartner
13 durch den im Mediumraum4 herrschenden Druck der Anpressdruck an die Gegenlauffläche des Gleitpartners13 zusätzlich erhöht. - Die
4 zeigt eine von der Konzeption anders aufgebaute Axialwellendichtung100 . Um den Vergleich mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zu erleichtern, sind die unveränderten Merkmale mit denselben Bezugsziffern wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement24 als Primärdichtung an dem rotierenden Gehäuseteil8 befestigt und liegt mit seiner Dichtfläche25 an der Gegenlauffläche des Gleitpartners13 an, der an dem stationären Gehäuseteil7 befestigt ist. Die gestrichelten Konturen der Dichtfläche25 und des Gleitpartners13 deuten die Möglichkeit einer axialen Verschiebbarkeit an. Die Fliehkraft der sich drehenden Dichtfläche unterstützt die Anlage an den Gleitpartner. Steht das Medium4 unter Druck, wird die Anlage des Dichtelements ebenfalls unterstützt. Das stationäre Gehäuseteil7 ist im Unterschied zu den vorigen Ausführungsbeispielen mit einer konischen Verengung63 am freien Ende der Umfangswand9 versehen. Der Gleitpartner13 liegt an der radial nach innen ragenden Stirnwand11 des Gehäuseteiles7 an. - Das rotierende, auf der Welle
2 drehfest sitzende Gehäuseteil8 hat die radial nach außen ragende Stirnwand14 , deren freies Ende um 180° gebogen und vom Dichtelement24 umgriffen ist. Es hat geringen radialen Abstand von der Umfangswand9 des Gehäuseteiles7 . Die Stirnwand11 des Gehäuseteiles7 , der Gleitpartner13 und das Dichtelement24 haben radialen Abstand von der Umfangswand15 des Gehäuseteiles8 . - Das Ausführungsbeispiel nach
5 unterscheidet sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel durch die Anordnung und Halterung des Dichtelements26 , das mit einem Halteelement27 an dem Schenkel14 des rotierenden Gehäuseteils8 befestigt ist. Das Halteelement27 ist eine Klemmscheibe, die drehfest auf der Welle2 sitzt und in einer Radialebene liegt. Das Dichtelement26 ist zwischen dem Halteelement27 und der radialen Stirnwand14 des rotierenden Gehäuseteiles8 eingeklemmt. Das freie, mit Abstand zur Umfangswand9 des stationären Gehäuseteiles7 liegende Ende28 des Haltelementes27 ist im Querschnitt bogenförmig gekrümmt. Mit dem gebogenen Endteil28 wird das Dichtelement26 gegen den Gleitpartner13 umgelenkt. Das Anpressen der Dichtfläche29 an die Gegenlauffläche des Gleitpartners13 wird durch eine Tellerfeder oder Fingerfeder30 unterstützt. Da die Stirnwand11 des Gehäuseteiles7 und der Gleitpartner13 Abstand von der Umfangswand15 des Gehäuseteiles8 haben, ist der Mediumsraum4 mit dem die Feder30 aufnehmenden Raum64 verbunden, so dass der im Mediumsraum4 wirkende Druck die Anpressung der Dichtfläche29 des Dichtelementes26 an die Gegenlauffläche des Gleitpartners13 unterstützt. - Das Ausführungsbeispiel nach
6 entspricht in seiner Konzeption wieder den Ausführungsbeispielen nach den1 bis3 , bei denen das Dichtelement31 am stationären Gehäuseteil7 befestigt ist. Das Dichtelement31 als Primärdichtung der Axialwellendichtung1 ist zwischen dem Schenkel11 des stationären Gehäuseteils7 und einem Halteelement32 eingeklemmt. Das stationäre Gehäuseteil7 hat die Umfangswand9 , deren freies Ende65 radial nach außen verläuft. Die Umfangswand5 geht in die Stirnwand11 über, die im Unterschied zu dem vorigen Ausführungsbeispiel konvergierend bezüglich der Stirnwand14 des rotierenden Gehäuseteiles8 verläuft. Das freie Ende34 der Stirnwand11 ist in Richtung auf die Stirnwand14 des Gehäuseteiles8 gebogen, so dass die Umlenkung des Dichtelementes31 erleichtert wird. Mit der Dichtfläche33 liegt das Dichtelement31 an der Gegenlauffläche des Gleitpartners13 an, der an der Stirnwand14 des rotierenden Gehäuseteiles8 anliegt. - Das ringförmige Halteelement
32 ist im Axialschnitt V-förmig ausgebildet und liegt mit einem zylindrischen Mantel66 an der Innenseite der Umfangswand9 des Gehäuseteiles7 an. Der schräg verlaufende Schenkel67 des Halteelementes32 drückt das Dichtelement31 gegen die Stirnwand11 des Gehäuseteiles7 . - Die Stirnwand
14 des Gehäuseteiles8 und der Gleitpartner13 liegen axial vor dem freien Ende65 des Gehäuseteiles7 . Dadurch ist der Innenraum der Dichtung1 mit dem Mediumsraum4 verbunden, so dass der Mediumsdruck die Dichtwirkung in der beschriebenen Weise unterstützen kann. Auch kann ein axiales Spiel im Lager ausgeglichen werden. - Beim Ausführungsbeispiel nach
7 weist der stationäre Gehäuseteil7 eine im Axialschnitt Z-förmige Gestalt auf. Mit der zylindrischen Umfangswand9 liegt das Gehäuseteil7 an der Wandung des Aufnahmeraumes des Gehäuses3 an. Das freie Ende65 des Gehäuseteiles7 ist radial nach außen abgewinkelt und liegt an der Stirnseite des Gehäuses3 an. Die radial innen liegende zylindrische Wand11 des Gehäuseteiles7 umgibt die Welle2 mit Abstand. An der Innenseite der Wand11 ist das Dichtelement35 befestigt. Es hat einen nach außen gebogenen Schenkel80 , der unter elastischer Verformung am Gleitpartner13 dichtend anliegt. Er liegt seinerseits an der Stirnwand14 des rotierenden Gehäuseteiles8 an. Er sitzt mit der Umfangswand15 drehfest auf der Welle2 . Die Umfangswand15 erstreckt sich axial nach außen und ragt somit nicht in die Dichtung1 . Sie ist zur Mediumsseite4 offen, so dass der Mediumsdruck auf die Dichtfläche36 wirken kann. Die gestrichelte Kontur der Dichtfläche36 und des Gleitpartners13 zeigen, dass auch hier ein Ausgleich axialen Spiels möglich ist. - Das Ausführungsbeispiel nach
8 unterscheidet sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Schenkel14 des rotierenden Gehäuseteils8 selbst den Gleitpartner bildet. Der Schenkel14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel unter einem Winkel37 von 45° gegen die Welle2 geneigt. Seine dem Dichtelement38 zugewandte Gleitfläche39 kann mit einer den Verschleiß verhindernden Beschichtung40 versehen sein, an dem die Dichtfläche41 des Dichtelementes38 anliegt. Der Schenkel14 liegt vorteilhaft parallel zum gegenüberliegenden Steg68 des Gehäuseteiles7 und endet mit Abstand von der Umfangswand9 . Dadurch besteht wiederum eine Verbindung zwischen der Mediumseite4 und dem Innenraum17 der Dichtung1 . - In
9 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Doppeldichtung dargestellt. Das auf der Welle2 aufgeschrumpfte rotierende Gehäuseteil8 ist im Axialschnitt U-förmig ausgebildet. Von der auf der Welle2 aufsitzenden Umfangswand15 erstrecken sich senkrecht zur Welle2 zwei Schenkel141 und142 , an deren Innenseiten von dem im Axialschnitt U-förmig in das Profil des Gehäuseteils8 hineinragenden gebogenen Dichtelement42 die Dichtflächen431 und432 anliegen. Das stationäre Gehäuseteil7 hat die an der Innenwand des Aufnahmeraumes des Gehäuses3 anliegende Umfangswand9 , die am freien Ende den radial nach innen ragenden Flausch69 aufweist. Am anderen Ende geht die Umfangswand9 in die radial nach innen verlaufende Stirnwand11 über, deren freies Ende44 in Richtung auf den Flansch69 etwas halbkreisförmig gebogen ist. An diesem Ende44 ist das Dichtelement42 befestigt. Das Ende44 liegt mittig zwischen den beiden vorzugsweise gleich langen Schenkeln141 ,142 des rotierenden Gehäuseteiles B. Der Schenkel142 hat geringen axialen Abstand vom Flansch69 , der ihn in Radialrichtung geringfügig übergreift. Der Schenkel142 endet außerdem mit Abstand von der Umfangswand9 des stationären Gehäuseteiles7 . Der andere Schenkel141 liegt mit Abstand zur Stirnwand11 des Gehäuseteiles7 . Das Dichtelement42 ist an dem kreisbogenförmig gebogenen Ende44 des Schenkels11 des stationären Gehäuseteils7 befestigt, durch das es in das U-Profil des rotierenden Gehäuseteils8 hineingedrückt wird. Die Schenkel141 und142 können an der Gleitfläche mit einer den Verschleiß mindernden Beschichtung45 versehen sein. Der Bereich zwischen dem Dichtelement42 und dem Gehäuseteil7 bzw. der Wandung des Gehäuseaufnahmeraumes ist zur Medium- bzw. zur Umgebungsseite4 ,5 offen. - Das Ausführungsbeispiel nach
10 entspricht in seiner Funktion dem Ausführungsbeispiel nach1 . Das stationäre Gehäuseteil7 liegt mit seiner zylindrischen Umfangswand9 an der Wandung des Aufnahmeraumes des Gehäuses3 an. Das von der Luftseite5 abgewandte Ende der Umfangswand9 geht in die radial nach innen sich erstreckende Stirnwand11 über. Mit Abstand von der Welle2 geht die Stirnwand11 in eine die Welle2 umgebende zylindrische Umfangswand46 über, die sich von der Stirnwand11 aus in gleiche Richtung erstreckt wie die radial äußere Umfangswand9 . Das als Primärdichtung eingesetzte Dichtelement48 wird zwischen der Umfangswand46 des Gehäuseteiles7 und einem zylindrischen Teil70 des Halteelementes47 eingesetzt, beispielsweise eingeklebt. Die Umfangswand46 des Gehäuseteiles7 liegt mit ihrer Stirnseite an einem radial nach außen gerichteten Schenkel71 des Halteelementes47 an. - Der in Richtung auf den Gleitpartner
13 überstehende Teil des Dichtelementes48 ist elastisch radial nach außen gebogen und liegt mit seiner Dichtfläche49 an der Gegenlauffläche des Gleitpartners13 dichtend an. - Der Gleitpartner
13 stützt sich an der radial nach außen gerichteten Stirnwand14 des auf der Welle2 drehfest sitzenden Gehäuseteiles8 axial ab und steht radial über die Stirnwand14 vor. Zwischen dem Gleitpartner13 und der Wandung des Aufnahmeraumes der Dichtung1 besteht ein Durchgang von der Mediumseite4 zum Innenraum der Dichtung1 . Aufgrund der Flexibilität des Dichtwerkstoffes kann das Dichtelement48 geringe axiale Verschiebungen ausgleichen. - In
11 ist eine Kassettendichtung in Mehrlippenausführung dargestellt. Sie eignet sich insbesondere zur Abdichtung abrasiver Medien. Das stationäre Gehäuseteil hat die radiale Stirnwand11 , die radial innen in einen die Dichtwelle2 mit Abstand umgebenden zylindrischen Fortsatz50 übergeht. Mit der radial äußeren Umfangswand9 liegt das stationäre Gehäuseteil7 an der Innenwand des Aufnahmeraumes des Gehäuses3 an. Die Umfangswand9 geht in den rechtwinklig nach außen abgewinkelten Flausch65 über, mit dem das Gehäuseteil7 am Gehäuse3 anliegt. Zwischen den Fortsatz50 und die Umfangswand9 ist ein im Axialschnitt U-förmiger Profilring51 eingesetzt. Mit ihm werden zwei ringförmige Dichtelemente52 ,53 festgeklemmt. Das Dichtelement52 wird mit seinem zylindrischen Mantel72 zwischen der Umfangswand9 und dem zylindrischen Mantel73 des Profilstückes51 und das Dichtelement53 mit seinem zylindrischen Mantel74 zwischen dem Fortsatz50 und dem radial innen liegenden zylindrischen Mantel75 des Profilstückes51 eingeklemmt. Zusätzlich können die Dichtelemente52 ,53 verklebt sein. Der Mantel72 ,74 der Dichtelemente52 ,53 sowie die beiden Mantelabschnitte73 ,75 des Profilstückes51 liegen koaxial zur Welle2 , die sie mit Abstand umgeben. - Die über das Profilstück
51 überstehenden Enden76 ,77 der Dichtelemente52 ,53 sind in Richtung zueinander elastisch abgebogen und liegen mit ihren radialen Dichtflächen54 ,55 an der radialen Stirnwand14 des drehfest auf der Welle2 sitzenden Gehäuseteiles8 dichtend an. Es ist im Axialschnitt U-förmig ausgebildet und hat die Umfangswand15 , mit der das Gehäuseteil8 auf der Welle2 sitzt. Die Umfangswand15 ist über die Stirnwand14 mit einem zylindrischen Mantel56 verbunden, der etwa in Höhe des Mantels72 des Dichtelementes52 liegt. - Auf dem Mantel
56 liegt ein weiteres Dichtelement57 mit einer zylindrischen Dichtfläche58 an. Das ringförmige Dichtelement57 ist am radial nach außen gerichteten Flansch65 des Gehäuseteiles7 befestigt. Das Dichtelement57 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel an dem stationären Gehäuseteil7 angeklebt. Der Mantel56 kann gegen Verschleiß beschichtet sein, aber auch einen keramischen Ring als Gleitpartner tragen. Das abrasive Medium4 kann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtfläche58 führen, bevor die anderen Dichtflächen54 und55 verschleißen. Das Dichtelement57 kann im Verschleißzustand immer noch als Labyrinth wirken. Zur Steigerung des Verschleißschutzes und der Abdichtung kann im Profilstück51 eine Fett-Füllung59 vorgesehen sein, die von den Dichtelementen52 und53 eingeschlossen wird. Das radial äußere Dichtelement52 hindert das Fett59 am Austreten, so dass das radial innere Dichtelement53 unter optimalen tribologischen Bedingungen arbeiten kann und dadurch eine lange Lebensdauer mit optimaler Abdichtung gewährleistet ist. - Bei allen Ausführungsbeispielen der Axialwellendichtungen ist ersichtlich, dass der Einbau der Dichtelemente so erfolgt, dass sie möglichst ringscheibenförmig elastisch verformt werden und so unter Eigenspannung mit ihrer Dichtfläche auf der Gegenlauffläche des Gleitpartners aufliegen. Weiterhin wird durch die beschriebene Anordnung das Dichtelement durch das Medium zusätzlich mit Druck beaufschlagt, so dass es mit seiner Dichtfläche gegen die Gegenlauffläche des Gleitpartners gedrückt wird. Die Dichtwirkung wird dadurch in vorteilhafter Weise unterstützt.
Claims (37)
- Axialwellendichtung (
1 ) mit einer Gegenlauffläche wenigstens eines Gleitpartners (8 ;13 ), an der unter Vorspannung eine Dichtfläche (12a ;20 ,21 ;25 ;29 ;33 ;36 ;41 ;431 ,432 ;49 ;54 ,55 ,58 ) mindestens eines Dichtelements (12 ;18 ,19 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) als Primärdichtung anliegt, wobei die axiale Abdichtung durch Eigenvorspannung der zumindest im Dichtbereich ringscheibenförmigen, elastisch verformten Primärdichtung (12 ;18 ,19 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) frei drehbar gegen Dichtelement (18 ,19 ) und Gehäuse (7 ,8 ) gelagert ist, ein Dichtelement (18 ) mit dem stationären Gehäuseteil (7 ) und ein Dichtelement (19 ) mit dem rotierenden Gehäuseteil (8 ) verbunden ist und der Gleitpartner (13 ) zwischen den Dichtelementen (18 ,19 ) angeordnet ist und der Gleitpartner (13 ) zusätzlich durch ein Dichtelement (22 ) an dem stationären Gehäuseteil (7 ) in axialer Richtung abgedichtet ist. - Axialwellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (
13 ) ringförmig ausgebildet ist. - Axialwellendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenlauffläche auf einem Gehäuseteil (
8 ) als Gleitpartner angeordnet ist. - Axialwellendichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenlauffläche auf dem Gehäuseteil (
8 ) als Gleitpartner aus einer verschleißfesten Beschichtung (40 ;45 ) besteht. - Axialwellendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (
40 ;45 ) aus der Plasmaphase abgeschiedenes Hartmetall, Karbid oder diamantartiger Kohlenstoff ist. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) flexibel ist. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Primärdichtung (
12 ;19 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;57 ) im Dichtbereich der Druck des Mediums (4 ) wirkt. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) aus einem Gummiwerkstoff besteht. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) eine Gleitkomponete beigefügt ist. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) eine Verstärkungskomponente beigefügt ist. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) einer Plasmaaktivierung unterzogen worden ist. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) an einem der Gehäuseteile (7 ;8 ) geklebt ist. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) in einem Klemmsitz gehalten wird. - Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einem Dichtelement (
12 ;18 ,19 ;22 ;24 ;26 ;31 ;35 ;38 ;42 ;48 ;52 ,53 ,57 ) und einem Gehäuseteil (7 ;8 ) ein Raum (17 ;59 ) für Dicht- und/oder Schmierstoffe oder Sperrmittel gebildet ist. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus Metall ist, nämlich korrosionsbeständigem Stahl. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus Sintermetall besteht. - Gleitpartner (
13 ) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Gleitpartner (13 ) aus einem porösen Sintermetall besteht, der Werkstoff mit Ölen Wachs oder Fetten getränkt ist. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus Kunststoffverbindungen besteht, oder PTFE. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus Kohlenstoffwerkstoffen besteht. - Gleitpartner (
13 ) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus einem Kohlenstoffverbundkörper oder harzimprägnierten Kohlenstoffkörper besteht. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus einem Keramikwerkstoff besteht. - Gleitpartner (
13 ) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus oxidischen Werkstoffen auf der Basis von Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Titanoxid besteht. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus silikatischen Werkstoffen besteht. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen besteht. - Gleitpartner (
13 ) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) aus einer oder mehreren metallischen Phasen mit einem Anteil von 30 bis 75 Vol.-%, Aluminium und seinen Legierungen, und einer oder mehreren nichtmetallischen anorganischen Komponenten mit einem Anteil von 25 bis 75 Vol.-% als keramische Werkstoffe, Siliciumcarbide, Aluminiumoxide, Titanoxide und Silicate besteht. - Gleitpartner (
13 ) zur Verwendung in einer Axialwellendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitpartner (13 ) ein gesinterter Siliziumkarbidkörper ist. - Gleitpartner (
13 ) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Siliziumkarbidkörpers eine definierte Porosität von 2 bis 15 Vol.-% aufweisen, wobei die Poren geschlossen und nicht zusammenhängend sind mit einem Nenndurchmesser von 10 bis 48 μm. - Gleitpartner (
13 ) nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Bestandteil des Werkstoffs besteht aus 80 bis 98 Gew.-% Siliziumkarbid, 0,5 bis 5 Gew.-% Kohlenstoff, 0,3 bis 5 Gew.-% Bor und 0 bis 20 Gew.-% eines Hartstoffs aus der Gruppe der Boride und/oder Silicide. - Gleitpartner (
13 ) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Einlagerungen von Kohlenstoffpartikeln bis zu 200 μm Größe enthält. - Gleitpartner (
13 ) nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumkarbid mit einer weiteren Komponente gesintert ist, nämlich Zirkondiborid mit einem Anteil von 6 Vol.-%. - Gleitpartner (
13 ) nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumkarbid infiltriert ist mit 12 bis 19 Vol.-% metallischem Silizium. - Axialwellendichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Kühlwasserpumpe einsetzbar ist. - Axialwellendichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei der Benzindirekteinspritzung einsetzbar ist. - Axialwellendichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie in CO2-Kompressoren einsetzbar ist. - Axialwellendichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Trockenläufer einsetzbar ist. - Axialwellendichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit einem Gleitpartner (13 ) nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dass sie in Turboladern einsetzbar ist.
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