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Dichtung für relativ zueinander rotierende Teile, insbesondere rotierende
Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für relativ zueinander rotierende
Teile, insbesondere rotierende Wellen, mittels mindestens eines endlos geschlossenen
Dichtringes aus elastischem Werkstoff, der in einer Ringnut sitzt, die in einem
der Teile angebracht ist.
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Derartige Dichtungen mit einem in eine Ringnut einknöpfbaren oder
einsetzbaren Dichtring sind bekannt, weisen aber meist den Mangel auf, daß durch
den Dichtring Reibung und Verschleiß verursacht wird, wodurch der Anwendungsbereich
der Dichtung infolge der verhältnismäßig geringen Temperaturbeständigkeit begrenzt
ist. Selbst wenn von der negativen Beeinflussung des Schmiermittels durch die ständig
eintretende Erhöhung der Betriebstemperatur infolge der reibenden Abdichtung abgesehen
würde, ist der bei den bekannten Dichtungen sich ergebende Leistungsverzehr in vielen
Fällen untragbar. Die noch vielfach zur Anwendung kommende einfache Filzringdichtung
hat außer der meist zu hohen Reibung während des Betriebes den bei der Herstellung
der Abdichtung verteuernd wirkenden Nachteil, daß das Zerspanungsvolumen der erforderlichen
Ringnut verhältnismäßig groß ist. Trotzdem wird die Abdichtung mittels Filzringdichtung
gern angewendet, weil sie raummäßig günstig unterzubringen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dichtung zu schaffen, welche die
bekannten Nachteile vermeidet und eine Abdichtwirkung ohne Anpreßspannung und damit
ohne Gleitreibung ergibt.
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Die Aufgabe wird gemäß der Ernfidung dadurch gelöst, daß der Dichtring
im Einbauzustand in seiner Ringnut einen Querschnitt aufweist, der in radialer Richtung
kleiner als die Tiefe der rechteckigen Ringnut ist und mindestens einen in axialer
Richtung derart vorspringenden Flansch aufweist, daß axial in der Nut nur ein geringer
Spalt verbleibt, und daß der Dichtring auf oder in den anderen Teil mit Festsitz
aufgeschoben ist.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Dichtung erbringt neben der Abdichtwirkung
ohne Gleitreibung eine wesentliche Verringerung des Zerspanungsvolumens für die
erforderliche Ringnut. Außerdem entsteht der weitere Vorteil, daß mit Hilfe einer
gemäß Erfindung ausgebildeten Abdichtung z. B. auch Wälzlagerungen reibungslos gegen
Ölaustritt abgedichtet werden können. Selbst bei Druckölschmierung ist der Erfindungsgegenstand
anwendbar, wenn der dabei auftretende Druck sich beim Austritt in die Lagerung verliert.
Dabei kann in vielen Fällen noch auf eine Druckentlüftung des Lagerraumes verzichtet
werden, wie sie sogar bei Radialdichtungen mit federbelasteter Gummimanschette nötig
sein kann. Auch bei Wälzlagerungen mit geringer Pendelbewegung oder bei auftretenden
Biegeschwingungen der Welle ist die Dichtung gemäß Erfindung ohne nachteilige Wirkung
anwendbar. Für die Herstellung der bisher bekannten einknöpfbaren Nutdichtringe
wurde meist gummielastischer Werkstoff verwendet. Demgegenüber wird als Material
für den Dichtring gemäß Erfindung einem zähelastischen Werkstoff der Vorzug gegeben,
um ein Umkippen des Dichtringes beim Einbau mit Sicherheit zu vermeiden und auch
einem nicht beabsichtigten Abheben des Dichtringes vom Wellensitz bei höheren Drehzahlen
infolge der auftretenden Fliehkraft entgegenzuwirken. Bevorzugte Werkstoffe sind
deshalb beispielsweise Polyamide, Polyurethane, Polypropylen.
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Die Ausbildung des Dichtringes kann gemäß Erfindung so erfolgen, daß
am Dichtring in beiden axialen Richtungen vorspringende Flansche vorgesehen sind.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Dichtring sowohl in
axialer als auch in radialer Richtung mindestens einen vorspringenden Flansch aufweist.
Dabei können die vorspringenden Flansche spitz oder abgerundet sein oder einen rechteckigen
oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. In jedem Falle ist die Querschnittsfläche
des Dichtringes derart gewählt, daß der Dichtring durch elastische Verformung in
die Ringnut einsetzbar ist. Vorzugweise werden die Abmessungen der Dichtung gemäß
Erfindung in einem Bereich gehalten, daß sich die maximale Höhe und die maximale
Breite der Ringquerschnittsfläche etwa wie 1 : verhalten, während die axiale Breite
der Ringnut kleiner als die radiale Tiefe derselben ist.
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Durch diese Ausbildung der Dichtung gemäß Erfindung ist gewährleistet,
daß der Dichtring auch bei axialer Verschiebbarkeit einer Welle auf dieser bzw.
im
Gehäuse festsitzt, wobei sich der Dichtring und der die Ringnut aufnehmende Teil
mit Seiten- und Radialspiel zueinander bewegen können. Axialtoleranzen oder Längenausdehnungen
beispielsweise der Wellen bleiben infolge der Drehbarkeit des Dichtringes in der
Ringnut ohne Einfluß. Das ist ohne weiteres möglich, weil das übermaß der Dichtringbohrung
zur Welle bzw. zum Gehäuse eine axiale Verschiebung in der den Dichtring dreiseitig
einfassenden Ringnut zuläßt. Infolge dieser axialen Verschiebbarkeit kann die Dichtung
gemäß Erfindung auch bei Lagerungen mit axialer Nachstellbarkeit, z. B. bei Kegelrollenlagern
verwendet werden. Ebenso ist die Dichtung gemäß Erfindung für Lagerungen mit großen
Lagerabständen und demzufolge größeren Wärmedehnungen geeignet, insbesondere auch
bei Elektromotoren, deren Bauart zu einer begrenzten axialen Verschiebbarkeit der
Welle führt. Außerdem können auch geteilte Lagergehäuse ohne Einbauschwierigkeiten
für die Dichtung gemäß Erfindung vorgesehen werden.
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Der etwa kreuzförmige Querschnitt des Dichtringes gemäß Erfindung
ergibt eine sehr günstige Lösung hinsichtlich Dichtwirkung, Herstellung und der
Einsetzbarkeit des Ringes in die Ringnut. Durch die vorstehenden, stegartigen Flansche,
die nach den beiden Seitenflächen der Ringnut gerichtet sind, kann ein geringes
seitliches Spiel eingehalten werden, während der stegartige radiale Flansch zu der
inneren Umfangsfläche der Ringnut vorzugsweise ein größeres Spiel aufweist. Durch
eine derartige Ausbildung des Dichtringes sind im Zusammenhang mit der ihn dreiseitig
umgebenden rechteckigen Ringnut wechselnde Durchtrittsquerschnitte für das Medium
geschaffen, welche günstige Abdichtwirkung und druckmindernde Wirbelungen hervorrufen.
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Weiterhin kann gemäß Erfindung vorgesehen werden, daß der im Einbauzustand
des Dichtringes in der Ringnut verbleibende freie Raum mit einem elastisch bleibenden,
alterungsbeständigen Dichtmittel ausgefüllt ist. Bei einem solchen beispielsweise
mit einem Dichtfett ausgefüllten freien Raum der Ringnut ergibt sich der weitere
Vorteil, daß etwa in die Ringnut gelangte Schmutzteilchen wie durch einen Labyrinthgang
wandern müssen. Diese Schmutzeilehen werden dabei von dem Dichtfett benetzt und
bleiben an diesem wie bei einem Naßfilter kleben. Daraus kann sich ein bleibender
Endzustand ergeben, bei dem das durch Verschmutzung im Laufe der Zeit steif gewordene
Dichtfett eine fast spielfreie Gegenform zu der Form des sich drehenden Dichtringes
bildet. Auf diese Weise können die in der Praxis nicht zu umgehenden Verschmutzungen
zur Verbesserung der Dichtwirkung ausgenutzt werden. Außerdem ergibt der kreuzförmige
Querschnitt des Dichtringes gemäß Erfindung den Vorteil, daß insbesondere bei einer
spitzen Ausbildung der in axialer Richtung vorstehenden Flansche das Medium keinen
Halt findet, sondern abgeschleudert wird, da praktisch weiterfördernde, zu den Ringnutwandungen
parallele Flächen fehlen. Am anschaulichsten tritt eine solche Erscheinung des Weiterförderns
zwischen relativ zueinander sich drehenden Flächen, die mit engem Spalt angeordnet
sind, bei den Mahlsteinen einer Kornmühle hervor.
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Weiterhin kann gemäß Erfindung eine in die Ringnut mündende Bohrung
od. dgl. in dem die Ringnut umgebenden Teil zum Nachfüllen von Dichtmittel von außen
vorgesehen sein. Ferner kann die Festsitzfläche des Dichtringes in an sich bekannter
Weise hohl sein, um den Einbau des Dichtringes zu erleichtern.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung
ist vorgesehen, daß in einer Ringnut mehrere Dichtringe axial hintereinander angeordnet
sind, deren Gesamtlänge um ein geringes Spiel kleiner als die axiale Breite der
Ringnut ist. Auf diese Weise kann die Abdichtwirkung noch erhöht werden, wenn es
erforderlich sein sollte.
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Darüber hinaus kann die Ausbildung der Dichtung gemäß Erfindung auch
so getroffen werden, daß die Ringnut im Nutgrund durch mindestens eine Öffnung mit
dem Lagerinnenraum, in dem sich ein Schmiermittel befindet, in Verbindung steht.
Auf diese Weise können z. B. ölgeschmierte Wälzlager abgedichtet werden.
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Um eine gegebenenfalls erforderliche erhöhte Abdichtwirkung zu erreichen,
kann gemäß Erfindung auch die Anordnung mindestens zweier Dichtringe in zwei axial
hintereinander angeordneten Ringnuten erfolgen, von denen die dem Lagerinnenraum
am nächsten liegende durch mindestens eine Öffnung mit dem Innenraum des Lagers
verbunden ist.
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Die vorstehend aufgezeigten Beispiele stellen trotz ihrer Vielfalt
nur einige der Möglichkeiten heraus, machen aber die allgemeine Anwendbarkeit des
Gegenstandes der Erfindung deutlich, insbesondere an solchen Stellen, bei denen
es auf eine reibungslose Abdichtung ankommt.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Nutdichtring gemäß
Erfindung mit Sitzfläche auf einer Welle, und zwar in zwei verschiedenen Ausführungsformen
oberhalb bzw. unterhalb der Mittellinie, Fig. 2 einen Nutdichtring in einer der
Ausführungsformen nach Fig. 1 in Einbaustellung, Fig. 3 eine Anordnung von drei
Dichtringen gemäß Erfindung in einer gemeinsamen Ringnut, Fig. 4 ein durch einen
Dichtring gemäß Erfindung abgedichtetes Gleitlager, Fig. 5 eine Dichtung gemäß Erfindung
an einem ölgeschmierten Kugellager.
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Die oberhalb der Mittellinie der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform
eines Dichtringes 1 zeigt die angestrebte günstigste Querschnittsform des Dichtringes
gemäß Erfindung, während die unterhalb der Mittellinie der Fig.1 dargestellte Ausführungsform
ein Beispiel für einen etwas abgewandelten Ringquerschnitt ist. Bei beiden Ausführungsformen
weist der Querschnitt etwa Kreuzform auf, die sich durch die in beiden axialen Richtungen
vorspringenden Flansche 11 bzw. 110, den in radialer Richtung vorspringenden Flansch
12 bzw. 120 und den die Ringbohrung begrenzenden Mittelsteg 13 bzw. 130 ergibt.
Bei der Ausführungsform oberhalb der Mittellinie der Fig. 1 sind die in axialer
Richtung vorspringenden Flansche 11 eben und scharfkantig abgegrenzt, bei der Ausführungsform
unterhalb der Mittellinie der Fig.l stehen dagegen scharfkantig spitz ausgebildete
Flansche 110 vor. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ergeben diese axial vorspringenden
Flansche im Einbauzustand vorzugsweise eine einseitige Berührung mit einer Seitenfläche
der der Dichtring 1 dreiseitig umschließenden Ringnut 21, an deren anderer Seitenfläche
dann
ein Spielraums verbleibt. Wenn diese einseitige Berührung nicht vorhanden ist, ergibt
sich zu beiden Seiten des Dichtringes 1 ein geringer Spielraum gegenüber den angrenzenden
Seitenwänden der Ringnut 21. Die axial vorstehenden Flansche 11 bzw. 110 verhindern
bzw. erschweren durch ihre scharfkantige Ausbildung den Durchtritt des Mediums.
Der in radialer Richtung vorspringende Flansch 12 bzw. 120 ist symmetrisch angeordnet
und dient zum Abschleudern des Mediums. Bei der oberhalb der Mittellinie der Fig.
1 dargestellten Ausführungsform weist der Flansch 12 eine dachartige Abschrägung
16 auf, die hinsichtlich der Abschleuderwirkung am günstigsten ist. Bei der unterhalb
der Mittellinie der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein eckiger Außenrand
am Flansch 120 vorgesehen, außerdem zeigt die gestrichelte Linie 121, daß der Außenrand
auch halbrund sein kann. Der die Ringbohrung begrenzende Mittelsteg 13 hat bei der
einen Ausführungsform einen trapezförmigen Querschnitt, während der Mittelsteg
130 bei der anderen Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt hat. Die
Bohrung 14 des Dichtringes weist zur Erzielung eines Festsitzes auf der Welle 3
(Fig. 2) einen kleineren Durchmesser auf, als der Durchmesser d der Welle 3 ist.
Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß eine zylindrische Ringbohrung 14 vorgesehen sein
kann, außerdem zeigt die gestrichelte Linie 15 eine an sich bekannte hohle Ausbildung
der Ringbohrung, die genauso gut möglich ist. Die durch die Ringbohrung 14 und die
Seitenflächen des Mittelsteges 13 bzw. 130 gebildeten Kanten können sowohl bei der
Herstellung als auch beim Einbau einen Grat aufweisen, der sich infolge der eingerückten
Seitenflächen des Mittelsteges 13 bzw. 130 nicht nachteilig auswirken kann und daher
nicht entfernt zu werden braucht. Durch diese Ausbildung der einzelnen Teile des
Dichtringes 1 wird erreicht, daß der im Einbauzustand in der Ringnut 21 befindliche
Ringquerschnitt des Dichtringes 1 in radialer Richtung kleiner als die Tiefe der
rechteckigen Ringnut 21 ist und daß durch die in axialer Richtung vorspringenden
Flansche 11 bzw. 110 in dieser Richtung nur ein geringer Spalt verbleibt. Ferner
ist durch den etwa kreuzförmigen Querschnitt des Dichtringes 1 eine Querschnittsfläche
gewählt, die trotz größtmöglicher Seitenausdehnungen b und h eine
geringe Querschnittsfläche ergibt, so daß der Dichtring durch elastische Verformung
in die Ringnut 21 einknöpfbar oder einsetzbar ist, wodurch ein sehr günstiger Vorteil
vorhanden ist. Dadurch ergibt es sich nämlich, daß der Nutdichtring nicht aus einem
besser einsetzbaren gummielastischen Werkstoff angefertigt zu werden braucht, sondern
aus einem zähelastischen Kunststoff bestehen kann, wie es bereits erwähnt wurde.
Eine besonders günstige Abmessung des Dichtringes ergibt sich, wenn sich die maximale
Höhe h und die maximale Breite b der Ringquerschnittsfläche etwa wie 1: 1 verhalten,
während die axiale Breite der Ringnut 21 kleiner als die radiale Tiefe derselben
ist.
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Der in Fig. 2 dargestellte Einbauzustand zeigt, wie der Dichtring
1 von den Flächen der rechteckigen Ringnut 21 am Außenteil 2 umschlossen ist, während
er auf der Welle 3 festsitzt und mit dieser umläuft. In die Ringnut 21 kann erforderlichenfalls
vor dem Einknöpfen des Dichtringes 1 ein Dichtmittel (Dichtfett) 22 eingestrichen
werden. Aus Fig. 2 ist auch das geringe Seitenspiel s und das größere Radialspiel
r deutlich zu erkennen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist das Außenteil
20 eine breitere Ringnut 210 auf, die zur Unterbringung von drei axial hintereinander
angeordneten Dichtringen 1 dient, deren Gesamtlänge um ein geringes Spiel S kleiner
als die axiale Breite der Ringnut 210 ist. Auch in diesem Falle kann die Ringnut
210 mit einem Dichtmittel 22 ausgefüllt sein.
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In Fig. 4 ist dargestellt, wie auch ein Gleitlager 23 einer Welle
3 mit einem auf dieser festsitzenden und in einer Ringnut 21 untergebrachten Dichtring
1 auf eine einfache Weise abgedichtet werden kann.
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In Fig. 5 ist dargestellt, daß auch ein mit Öl geschmiertes Wälzläger
mittels einer Dichtung gemäß Erfindung abgedichtet werden kann. Die Welle 3 ist
in diesem Falle mittels des Kugellagers 5 in dem Gehäuse 6 gelagert, welches mit
einem Lagerdeckel 25 abgeschlossen ist. Das Kugellager 5 läuft in dem Ölbad 51,
das sich am Grund des durch das Gehäuse 6 und den Lagerdeckel 25 gebildeten Lagerinnenraumes
61 befindet. Zur Abdichtung ist im Gehäusedeckel 25 an der nach dem Kugellager 5
zu gerichteten Seite eine Ringnut 211 vorgesehen, in die ein Dichtring 1 eingeknöpft
ist. Die Ringnut 211 weist einen größeren Außendurchmesser auf, damit im Nutgrund
genügend Raum für eventuell durchtretendes Spritzöl vorhanden ist. Das angesammelte
Öl kann durch den Kanal 212 in den Lagerinnenraum 61 zurückfließen. Außerdem ist
im Lagerdeckel 25 in axialem Abstand nach außen hin eine weitere Ringnut 21 angebracht,
in die ein zweiter Dichtring 1 eingesetzt ist, der in der Regel nur zum Fernhalten
von Schmutz nötig ist. Durch den dem Kugellager 5 zunächst gelegenen Dichtring 1
kann ein massiv an der Welle angedrehter Ölspritzring ersetzt werden, der die Herstellung
der Welle verteuert und die Lagerkonstruktion meist komplizierter macht. Auch ist
in einem solchen Falle ein geteiltes Gehäuse erforderlich, damit die darin befindliche,
den ölspritzring umgebende Ringnut überhaupt über diesen aufgestülpt werden kann.
Bei einem geteilten Gehäuse ist wiederum die Abdichtung der Teilfuge desselben gegen
Ölaustritt notwendig, die nicht immer einfach ist, weil die Genauigkeit der Lagerbohrung
des Gehäuses nicht beeinträchtigt werden darf. Demgegenüber ergibt sich bei Verwendung
der Dichtung gemäß Erfindung der wesentliche Vorteil, daß die Welle 3 vollkommen
glatt ausgebildet ist und kein geteiltes Gehäuse benutzt werden muß.
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Die beschriebenen und dargestellten Beispiele zeigen die Abdichtung
von Wellen oder Achsen, da in der Praxis derartige Abdichtungsfälle am häufigsten
vorkommen. Es dürfte ohne weiteres klar sein, daß die Abdichtung auch umgekehrt
angebracht werden kann, nämlich durch Einsetzen des Dichtringes in ein Gehäuseteil,
während eine Ringnut an der Welle oder Achse vorgesehen ist. Äquivalente Anordnungen
sind auch in dieser Hinsicht vielfältig möglich.
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Es besteht unter anderen auch die Möglichkeit, den Dichtring unmittelbar
seitlich in einem Wälzlager anzuordnen, indem der die Ringnut für den Dichtring
aufweisende Teil mit einem der Wälzkörperlaufringe fest verbunden wird.