DE1525882A1 - Dichtring einer Wellenabdichtungseinrichtung - Google Patents

Description

• Dichtring einer Wellenabdichtungseinrichtung Die Erfindung betrifft einen Dichtring einer Wellenabdichtungseinrichtung, der i,n eines die welle umgebenden Lagergehäuse od.dgl. angeordnet ist und aus eines einerseits von einer Flüssigkeit, gegenüber der abzudichten ist, benetzten, auf die Flüssigkeit nicht abstoßend wirkenden elastomsren Ring besteht, der im Ruhezustand an der Welle entlang einer inneren ringförmigen Umfangsfläche anliegt und nach dem Flüs- sigkeitsraum hin eine mit Rillen versehene axiale HohlkegelmantelfUche aufweist.
• Solche in der ilegel mit einem äußeren Netallring aus Stahl od.dgl. bewehrten Dichtringe können aus Naturgummi oder einem geeigneten Kunststoff bestehen. Sie haben die Aufgabe, den einerseits des Dichtringes anschließenden Raum gegenüber der anderseits des Dichtringes vorhandenen Flüssigkeit, insbe- sondere öl, abzudichten. Man verwendet für die Dichtringe bevorzugt auf die abzudichtende Flüssigkeit nicht abstoßend wirkende elastomere Mäterialien, damit die den i#ichtring einer-seits benetzende Flüssigkeit durch ihre Ausb?y-z P tung entläng der Dichtringoberfläche auch in den Spalt zwlchen seiner inneren ringförmigen Umfangsfläche und der darin umlaufenden oder in ähnlicher Weise bewegten Welle gelangen kann und auch dort noch eine ausreichende Schmierung bewirkt, ohne jedoch in nennenswertem, störendem Umfange auf die flüssigkeitsfreie Seite des Dichtringes gelangen zu können. Dabei ist die dem

  Flüssigkeitsraum zugewandte Sohlkegelmantelfläche mit ihren

  Rillen dazu bestimat, die von der rotierenden Volle mitgeris-

  sene und von der 1M11e etwa'tangeatial nach der genannten Man-

  telfläche hin abgeschleuderte F1össigkeit radial iNich außen

  abzulenken und zugleich in den die Müssigkeit aufnehmenden

  Raum zurückzuwerfen. Nachteilig ist bei den bekannten Dicht-

  ringen jedoch noch, da!! die beiden widerstrebenden Aufgaben,

  nämlich einerseits die Schmierung der der Welle zugekehrten

  Ringfläche des Dichtringes durch die Flüssigkeit und ander-

  seits die Abdichtung des an den Dichtring an4..iließenden

  Raumes gegenüber der Flüssigkeit, bisher nur mangelhaft ge-

  löst werden konnten. Vernichtet »r nfich auf die bisher

  Ublichm Anpres®ung des Dichtringer in einer

  da!! jeder

  lfilm oder sonstige rlgssigkeitafiias zwischen dem Dichtring

  und der Welle verdrängt wird, dann wctA »n bei den heute be-

  ko.nnt ,eingangs genannten Dichtringen damit rechnen, daß

  beim betrieb zu viel FlOssigkeit in den von f`lüssigkeit frei

  zu haltenden Raum überströmt. Sorgt man dagegen von vornherein für eine vollständige Abdichtung, so führt die zwischen dem Dichtring und der Welle entstehende trockene Reibung schnell zu einer ungünstigen Abnutzung des Dichtringmaterials, worauf- hin die Abdichtung ebenfalls wieder unzureichend wird. Wurden die Rillen auf der Flüssigkeitsseite in Schraubenlinienform angeordnet, so daß die von der Welle etwa tangential abgeschleuderte Flüssigkeit durch die Rillen in einer pumpenähnlichen Wirkung in den Flüssigkeitsraum zurückgeleitet wird, dann er- gibt sich im Falle einer Drehrichtungsumkehr der Helle die umgekehrte Wirkung. Die Dichtung wird dann infolge der ungünstigen Richtung der Rillen ebenfalls leicht undicht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu vermeiden und den eingangs genannten Dichtring so zu vervollkommnen, daß unabhängig von der Wellendrehrichtung eine gute und dauerhafte Abdichtung gewährleistet bleibt.

  Die gestellt*uaf-be ist erfindungsgemäß im wesentlichen

  dadurch gelöst, daß der Kegelwinkel der gohlhegelmantelfläche

  zwischen 60 und 1209 liegt und die Rillen einen parallelepi-

  pedischen, vorzugsweise rechtwinkligen Querschnitt mit einer

  Breite zwischen 0,l und 1,0 mm und einer Tiefe zwischen 0,05

  und 0,4 mit aufweisen und im wesentlichen in Axialebenen zur

  Welle verlaufen.

  Durch eine solche Form und Richtung der Rillen ergibt sich einerseits eine Unterdrückung der Tangentialbewegung der von der Welle abgeschleuderten Flüssigkeitströpfchen, z.B. Öltröpfchen, und anderseits eine im wesentlichen radial nach außen gerichtete Ablenkung der Tröpfchen. Wenn diese Betonung der Radialrichtung in Verbindung mit der Hohlkegelform auch zu einer Deformation des Dichtringes im Sinne einer AufWeitung und Verqrößerung des Spaltes gegenüber der Welle führt, so hat sich überraschenderweise doch gezeigt, daß der dadurch erzielten verringerten Reibung und verringerten Abnützung des Dichtringes keine bisher zu befürchtende größere Undichtheit gegenübersteht. Der zwischen der Welle und dem Dichtring entstehende Spalt kann nämlich ohne weiteres so klein gehalten werden, daß er nur eine radiale Breite aufweist, die der Stärke des die innere Umfangsfläche des Dichtringes benetzenden Ölfilmes aufweist. Man kann außerdem annehmen, daß die betonte Radialkomponente der in den Rillen abströmenden Flüssigkeit dazu beiträgt, die in den Ringspalt zwischen Welle und Dichtring gelangte Flüssigkeit nach dem ' Flüssigkeiteraum hin zurückzussugen, so daß auch dadurch die Gefahr einer Undichtheit vermindert wird. Aufgrund von Berechnungen und eingehenden Versuchen zur Ermittlung optimaler Abdichtungsverhältnisse ergab sich, daß der radial nach innen gerichtete Abdichtungsdruck bei erfindungegemäßen Dichtringen gegenüber dem bisher verbreiteten Wert von etwa 5 kp/cm2 bis auf etwa 10 bis 15 kp/cm2 vergrößert werden muß, damit die durch die am Ring angreifenden Strömungskräfte sonst bewirkte x Aufweitung des Dichtringes vermieden wird. Trotzdem braucht bei einer Verwendung des auf die Flüssigkeit nicht abstoßend wirkenden elastomeren Materials Bregen der vorteilhaften Benetzung der inneren Umfangsfläche des Dichtringes selbst beim Anlaufen und Auslaufen der Welle keine nachteilige Abnutzung des Dichtringes befürchtet zu werden.

  Wenn der Kegelwinkel der Hohlkegelsantelflgche zur Erzielung

  geeigneter

  auch zwischen 30 und 120o

  liegen kann, so wird es gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung

  der Erfindung doch bevorzucjt, wenn der Regelwinkel der.üohl-

  kegelmantelfläche etwa 90o beträgt. Ebenso ist es für die

  angestrebte Plüssigkeitsströrauag m Dichtring zweckmäßig, daß

  die.Rillen nur einen verhältnismäßig kleinen gegenseitigen

  Abstand voneinander aufweisen, der gemäß einer weiteren be-

  vorzugten Ausgestaltung der Erfindung etwa der achtfachen

  Breite der Rillen entspricht. Auch bei dem erfindungsgemäßen

  Dichtring können die Rillen, renn es beispielsgreise aus.ferti-

  güng4technischen Granden erwünscht sein sollte, eine gwrIsse

  schraubenförmige Abweichung aus der lladiwlriohtung zur Volle

  aufweisen. Die Abwliehog darf jedoch nicht so groß sein; dae

  eine Pm"irknag zustandekoemt. Es hat sich nämliäh gezeigt,

  daß eine solche irkung der erfinduagegeaäß angestrebtem

  Wirkung entgegenwirkt. Aus diesem Grunde ßften die Rillen

  nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nur schwach, maximal + 30o schraubenförmig gegenüber der Axialebene geneigt verlaufen.
• Neben dem gegenseitigen Abstand ist auch die Größe der- Rillen'auf der Hohlkegelmantelflgche für die Erzielung der erfindungsgemäßen Wirkung wesentlich. Bevorzugt wird es, wenn die Rillen eine Breite zwischen 0,1 und 0,4 mm und eine Tiefe zwischen 0,1 =d 0,25 mm aufweisen. Die Breite des Bodens und die Höhe der Seitenwände der Rillen können unabhängig voneinander verändert werden, solange sie sich innerhalb der angegebenen Grenzen halten. .
• Andere Ausgestaltungen betreffen weitere konstruktive Ein- zelheiten des erfindungsgemäßen Dichtringes.
• In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise voran-Schaulichts es zelgens

  lFig. 1 ehre mit einest erfindungsgesagäea DichtrUn vorsehen*

  Nsllenabdichtung in ein« scheetatisch gehaltenen,

  axial zur delle verlaufender Teilschnitt

  rig. 2 eine Hohlkegelmantelflxche des Dichtringes g«äS

  ' hig. 1 in einer in Umfangsrichtung der lläche vor-

  laufenden abgewickeltes Sehoitüs@l7äollsr@. .

  Eine in Fig. 1 dargestellte Welle 10 durchsetzt die dar- gestellte Wellenabdichtungseinrichtung aus einem in Fig.-1 rechten Ölraum 11 nach einem in Fig. 1 linken Raum 12, wobei die Abdichtungseinrichtung die Aufgabe hat, ein Hindurchlecken von öl aus dem Ölraum 11 nach dem Raum 12 hin zu verhindern.
• Zur Abdichtungseinrichtung gehört :ein die Welle 10 mit reichlichem Spiel umgebender, etwa napfförmiger metallischer Stützring 13, an dessen kreisringförmiger Bodenfläche der im Stützring 13 angeordnete elastomere eigentliche Dichtring 14 mit einem äußeren tellerförmigen Bund 14' festgelegt, z.B. anvulkanisiert ist. Der mit-dem Bund 14' verbundene innere eigentliche Dichtungsteil 15 des Dichtringes 14 ist vollkommen .elastisch verformbar. Seine Ausbildung nach dem ölfreien Raum 12 hin kann beliebig sein, dagegen ist wesentlich, daß seine der Welle 10 zugekehrte, verhältnismäßig schmale innere ringförmige Umfangsfläche 16 im entspannten Zustand etwas ballig, 4.h. nach innen bauchig, ausgewölbt ist, was in der Zeichnung deshalb nichtsichtbar ist, weil diese Ausbauchung durch die elasti- sche Andrückung des Dichtungsteiles 15 an den Umfang der Welle 10 zu einer zylindrischen Umfangsfläche verformt ist. Nach dem Ölraum 11 hin bildet der Dichtungsteil 15 eine Hohlkegelmantelfläche 17 mit einem Regelwinkel von etwa 900, die mit innerhalb Axialebenen zur Welle 10 und damit-zugleich etwa radial nach außen laufenden Rillen 18 versehen ist, wie auch aus ?ig. 2 hervorgeht. Die Rillen 18 weisen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen quadratischen Querschnitt auf und ihr gegenseitiger Abstand 19 beträgt etwa das Achtfache ihrer Breite. Die Rillen 18 haben den Zweck, die Tangentialbewegung der von der Oberfläche der Welle 10 durch Fliehkraft abgeschleuderten öltrörfchen zu bremsen bzw., falls der Ölraum 11 mit Ö1 angefgllt sein sollte, die Neigung des Öles zur Mitdrehung mit der Welle 10 herabzusetzen. Die Wirkungsweise der Rillen ist kurz folgende: Beim Stillstand der Welle 10 liegt das Ö1 an der Welle 10 an und es soll verhindert werden, dab das Ö1 entlang der Ober- fläche der Welle 10 an der Umfangsfläche 16 des Dichtringes 14 vorbei in den ölfreien Raum 12 herausleckt. Der Dichtring 14 liegt deshalb mit seinem Dichtungsteil 15 unter einer ausrei-chenden Anpressung an der Welle 10 an, wodurch eine gute Abdichtung gewährleistet wird. Insbesondere bei größeren Wellen- abmessungen kann zur Gewährleistung einer ausreichenden Anpressung des Dichtungsteiles 15 an die Helle 10 auch noch ein den Dichtungsteil 15 umspannender Federring vorgesehen sein, der z,B. aus einer Schraubenfeder besteht, die um den Dich- . tungsteil 15 herum gespannt ist.
• Wenn sich die Welle 10 zu drehen beginnt, wird 81 von der Welle in der angeführten Weise abgeschleudert. Die Tangential-

  bewegung der abgschleuderten Tropfen*wird beim Anschlag

  . ...

  gegen die Hohlkegelmäntelfläche 17 in eine Radialkomponente-

  21 und eine Axialltomponente 22 (vgl. rig. l) aufgeteilt. Die

  Atialkomponente 22 lenkt Aas Öl nach dem. `Ölraum 11 hin zurück,

  während did Radialkomponente 21 am Dichtungsteil i5 angreift

  und deA gen die Welle 1a gerichteten Anlagedruck des Dich-

  ' " _...

  tungstel3-es entgegenwirkt. Zugleich bildet sich auf der Hohl-

  kegeünantelfläche 17 aufgrund der Viskosität des ölen ein

  Ölfilm, der bestrebt ist; auch in den Spalt zwischen der inne-

  ren Umfangsfläche 16 des Dichtungsteiles 15 und 'der Wolle 10

  einzudringen. Hierdurch entsteht eine an der Umfangsfläche 16

  wirksame, nach außen gerichtete ]Kraft, die jedoch nur so lange

  wirksam ist, bis der Ölfilm auch an der inneren tbfaWsfliche

  16 eine bestimmte Dicke erreicht hat."Pabei ist die durch die

  Viskosität hervorgerufene Gesamtkraft an der inneren Umfangs-

  fläche 16 natürlich auch von der Gröle dieser Fläche, d.h.

  also auch von deren Breite in Achsrichtung der helle 14 ab-

  hängig.

  Hei .richtiger Bleaessung den Dichtungsteiles 15 weitet

  dieser Ring sich so weit auf, daß sein Anlagedruck an der

  inneren Umfangsfläche 16 praktisch auf Null absinkt und, diese

  Fläche dadurch wieder ihre entspannte ballige Form einn4me*: .

  . Aufgrund von Versuchen hat sich ergeben, daß in dem Spalt zwischen der Umfangsfläche 16 des Dichtungsteiles 15 und der Welle 10 ein ständiger Austausch von öl erfolgt, weshalb dort keine Überhitzung des Öles und also auch keine trockene Rei- bung zu befürchten ist. Unter Umständen kann die einerseits durch die Viskosität des Ölfilmes an der Umfangsfläche 16 `und anderseits dMech die Radialkomponente 21 auf den Dichtungsteil 15 radial nach außen einwirkende Gesamtkraft nicht dazu ausreichen, ein genügendes Abheben der Umfangsfläche 16 von der Welle lt? im Sinnender Wiederbildung der balligen-Ringfläche zu bewirken. Dies kann insbesondere bei einer Spritzölschmierung der Fall sein, bei welcher naturgemäß weniger Öl gegen die Hohlkegelmanteffllche 17 als bei einer reinen Flüssigkeitsschmierung geschlaudert wird: in diesem Falle kann die Hohlkegelman*elfläche 17 an ihrem inneren Rand noch mit einer etwa bis zum Grunde der Rillen 18 reichenden Stufe 23 versehen sein, durch welche eine weitere® radial nach außen gerichtete Angriffsfläähe für das von der Welle 10 abgeschleuderte 01 und damIt beim Betrieb eine weitere Aufweitung des Dichtungsteiles 15 entsteh. Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten des beschrie- benen Ausführungsbeispiels gebunden. Abhängig von den jeweils vorhandenen Belastungsverhältnissen kann es z.a. zweckmäßig sein, im elastorieren Dichtring 14 noch eine übliche, und deshalb nicht dargestellte Bewehrung vorzusehen, die aus irgendeinem geeigneten Material bestehen kann. Die Rillen 18 brauchen nicht genau innerhalb Axialebenen zur Welle 10 verlaufen, sondern.können gegenüber solchen Ebenen auch um Winkelbeträge bis zu 30o abweichen und rIabei z.ß. schraubenförmig verlaufen. Es sind auch noch-andere Abwandlungen und Ausgestaltungen des Ausführungsbeispiels denkbar, ohne daB dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Zur Zeichnung ist noch zu beachten, daß sie die Abmesaungsverhältnisse nur schematisch, jedoch nicht maßstabsgerecht wiedergibt, damit darunter nicht die Anschaulichkeit der Darstellung leidet.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1; Dichtring einer Wellenabdichtungseinrichtung, der in einem die Welle umgebenden Lagergehäuse od.dgl. angeordnet ist und aus einem einerseits von einer-Flüs6sgkeit, gegenüber der abzudichten ist, benetzten, auf die Flüssigkeit nicht ab' stoßend wirkenden elastomeren Ring besteht, der im Ruhezustand an der Welle entlang öiner inneren ringförmigen Umfangsfläche e anliegt und nach dein.Flüssigkeitsraum hin eine mit Rillen ver- sehene axlale@Hohlkegelmantelfläche aufweist, dadurch gekenn-zeichnet, daß der Keg«lwinkel der Hohlkegelmantelfläche (17) zwischen 1600 und 1200 liegt und die Rillen (18) einen parallel- enipedischen, vorzugsweise rechtwinkligen Querschnitt mit einer Breite zwischen 0,1 und 1,0 mm und einer Tiefe zwischen 0,05 und 0,4 mm aufweisen und im wesentlichen in Axialebenen zur Welle (10) verlaufen. 2. Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel der Hohlkegelmantelfläche (17) etwa 900 beträgt. 3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Rillen (18) etwa der drei- bis zwölffachen Breite der Rillen (18) entspricht. 4. Dichtring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da8 der Abstand zwischen zwei benachbarten Rillen (18) etwa der achtfachen Breite der Rillen (18) entspricht. 5. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (18) eine Breite zwischen 0,1 und 0,4 mm und eine Tiefe zwischen 0,1 und 0a25 mm aufweisen. 6. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (18) nur schwach, maximal + 300 schraubenförmig gegenüber der Axialebene geneigt ver- laufen. 7. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Bewehrung versehen ist., B. Dichtring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in an sich b6kannter Weise mit einem zusätzlichen Spannmittel, z.B. mit einer ihn ringförmig umspannenden Schraubenfeder, versehen ist.