DE1943177A1

DE1943177A1 - Radiale Wellendichtung fuer Kurbelwellen od.dgl.

Info

Publication number: DE1943177A1
Application number: DE19691943177
Authority: DE
Inventors: Scott Arthur Milton
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 1968-08-27
Filing date: 1969-08-25
Publication date: 1970-05-21
Also published as: BR6911863D0; FR2016471A1

Description

Dipl.-Ing. W. PAAP 8 MÖNCHEN 22,

Dipl.-.ng. H. MITSCHERLICH "ϊ^^

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN

D, r.r. not. W. KDRBER ^ _A

PATENTANWÄLTE

PEDERAL-MOGUL CORPOEAiEIOlT
2655 Northwestern Highway
Southfield, Michigan 48075 / V.St.A,

Patentanmeldung

Radiale Wellendichtung für Kurbelwellen^ο. dgl.

Die Erfindung bezieht sich auf eine ringförmige, radiale Wellendichtung mit einem einzigen Spalt, die sich vor· allem als Kurbelwellendichtung eignet.

Kurbelwellen in Kraftfahrzeugen konnten lange nur schwer gegen Olundichtigkeiten abgedichtet werden, insbesondere in der rückwärtigen Stellung, wo ein Plansch, dessen Durchmesser grosser ist als der Durchmesser der Welle, die "Verwendung einer normalen Wellendichtung verhindert. Während bei den meisten Einbauten eine ringförmige Dichtung auf der glatten zylindrischen Welle ohne weiteres verschoben werden kann, machen der Plansch bzw. die Plansche auf solchen Kurbelwellen die Verwendung von nicht unterbrochenen Ringdichtungen unmöglich. Bislang wurden Kurbelwellendichtungen als zwei getrennte halbkreisförmige Stücke hergestellt, die für eine einwandfreie Dichtung genau um die Kurbelwelle herum zusammenpassen mussten. Andernfalls war die Dichtung an den Ver-

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bindungspunkten oder an den Spalten, wo die beiden Teildichtungen aneinander grenzen, undicht. Man hat sich auf die Kurbelwelle und die Ausbohrung verlassen, um die beiden Dichtungsteile zusammenzuhalten. Wegen der zugelassenen Toleranzen war jedoch dieses Vertrauen nicht gerechtfertigt, und nicht säten wurde das Abdichten durch an der Dichtung auftretende Lockerungen infrage gestellt.

Bei dieser Art der Dichtungen trafen mancherlei Schwierigkeiten zusammen, die sich aus der Notwendigkeit ergaben, die Dichtungsränder durch ein Metallteil verstärken zu müssen. Wenn eine zufriedenstellende Dichtung gänzlich aus hoch-dehnungsfähigem Elastomer hergestellt werden könnte, der genügend streckbar wäre und sich dann wieder zusammenziehen würde, könnte die Dichtung als ein nichtunterbrochener Ring hergestellt werden. Solche Dichtungen haben sich aber als unbefriedigend erwiesen wegen der Unfähigkeit, ihre ursprüngliche Gestalt wieder anzunehmen und auf die Welle einen die Dichtung bewirkenden ausreichenden Druck auszuüben. Ferner ist bislang der metallische Teil starr und steif und daher nicht in der Lage gewesen, sich nennenswert zu biegen. Dies sind die Gründe., •die bisher die Herstellung der Dichtung in zwei getrennten Stücken verlangt haben,

ν ' . Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwellendichtung mit nur einem Spalt, der quer durch den Dichtungsring geschnitten wird, nachdem die Dichtung gegossen.worden ist, und der so geschnitten ist, dass die beiden Enden notwendigerweise genau zusammenpassen. Die Tatsache, dass es einen einzigen Spalt gibt, bedeutet, dass nur dort möglicherweise eine undichte Stelle auftreten kann, wobei das Zusammenpassen der Enden dieses Spalts gerade hier die Möglichkeit von Lecks vermindert. Dieser einzige Spalt ist durch die Verwendung eines eingepressten metallischen Verstärkungsteils aus Federstahl möglich geworden. Dieser Federstahlteil ist nicht ringförmig, kein in sich geschlossener Ring, sondern ein fast zu

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einem Ring gezogener Streifen, dessen Enden in der Form jedoch nicht ganz anexnanderliegen. Dadurch entsteht in dem gegossenen Ring ein kürzerer Anschnitt, in dem kein Metall, sondern nur Elastomer vorhanden ist; das ist der Abschnitt, wo nach dem Giessen der Schnitt quer durch die Dichtung erfolgt. Dieser Aufbau liefert eine genau definierte Stelle-, an der die Dichtung durchgetrennt wird und der Spalt entsteht. Diese Konstruktion benötigt keinen in sich geschlossenen Metallring, der notgedrungen geschnitten werden müsste und daher niemals eine annehmbare Alternative gewesen ist. Der erwähnte Aufbau schafft auch eine ausreichende Verstärkung des Dichtungsrandes. Ein anderer bedeutsamer Umstand ist der, dass das Federmetall einen ständigen Druck ausübt nnd die Enden an dem Spalt zusammendrückt und daudrch dazu beiträgt, dort das Entstehen einer undichten Stelle selbst dann zu verhindern, wenn der Einbau Herstellungstoleranzen hat, die beim Spalt zu einer Undichtheit führen könnten wenn der Metallteil völlig starr wäre; der Dichtungsring \vird tatsächlich durch einen Preßsitz in der Ausbohrung stets in der richtigen Lage gehalten, d. h. eine unternormal grosse Ausbohrung schliesst den vollen Umfang der Dichtung ein und überträgt den Dichtungsdruck ringsherum auf die Dichtung. Schliesslich ist vielleicht am wichtigsten die Tatsache, dass dieser Aufbau ein Auseinandernehmen der Dichtung bei ihrem Einbau ermöglicht und sicherstellt, dass nach erfolgtem Einbau sich die ursprüngliche Ringform voll und ganz wiederherstellt.

Bei der Verwendung einer Dichtung mit nur einem Spalt werden manche Probleme, die bei den zweistückigen Dichtungen auftreten, gegenstandslos. Zweistückige Dichtungen erfordern eine sehr genaue Arbeit an den !Formen, um sicherzustellen, dass sich die beiden Stücke zu einem vollständigen Ring zusammenfügen, und wobei zu bedenken ist, dass die Giess-Handwerker nicht immer über die erforderliche Geschicklichkeit verfügen. Formfeuer, Formabnutzung oder andere Fehler konnten aber selbst

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.· eine gute Arbeit zunichte machen und zu einer Undichtheit führen. Selbst vollkommen durchgeprüfte und technisch in Ordnung "befundene ZweistücteDichtungen konnten wegen der Toleran- : zen bei den Teilen, die sie abdichten sollten, nicht befrie-ί digen. Alle diese Schwierigkeiten werden durch die neue Dich- : tung überwunden, die als eine komplette Einheit gegossen und ! als solche eingebaut wird. Sie passt mit der ihr eigenen Ge- : nauigkeit zusammen und wird durch in ihr vorhandene Federkraft zusammen- wie auch durch ihren Sitz in der Ausbohrung gehalten.

j. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform sowie aus den Ansprüchen. In ihnen zeigt:

Fig."1 eine perspektivische Ansicht einer Dichtung unter Anwendung des Erfindungsgedankens;

Fig. 2 eine gleiche Ansicht der Dichtung mit abgespreizten Enden, um den Schlitz und die Biegsamkeit zu veranschaulichen, die den Einbau um oder zwischen Flansche von grösserem Durchmesser als dem der Dichtung ermöglichen;

Fig. 3 eine vergrösserte Ansicht im Schnitt entlang'der Linie 3 - 3 in Fig. 2;

Fig. 4- eine Draufsicht auf einen Teil der Dichtung mit einem winkelförmigen Schnitt durch die Dichtung;

Fig. 5 eine Teilansicht der Dichtung in vergrössertem Masstab bei dem Schnitt, durchgeführt entlang des Pfeiles in Fig. 4;

Fig. 6 eine Ansicht im Aufriss und Schnitt einer an einer rückwärtigen Kurbelwelle einer Maschine, z. B. eines Kraftfahrzeugmotors, eingebauten Dichtung.

j Die Wellendichtung 10 nach der Erfindung ist ringförmig und ; hat einen Schlitz 11, der zwischen seinen Enden 12 und 13 eine Art Gelenk bildet. Die Dichtung wird durch Giessen eines elastomer is chen Teils 15 hergestellt, wobei sich dieser mit einem

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metallischen Verstärkungsteil 14 verbindet, worauf dann mit einem Messer oder auf andere Weise der Schlitz 11 geschnitten wird. ι

Der Verstärkungsring 14 ist ein Federmetallstreifen von vorzugsweise flachem Querschnitt, der annähernd zu einem Ring mit einem Spalt vorgeformt ist, wie dies dieFig. 5 zeigt. Der Spalt ist bei einer typischen Ausführungsform etwa 0,76 mm (3/100 Zoll) breit, während die Dichtung einen Durchmesser von etwa 51 oder 76 mm (2 oder 3 Zoll) hat. Beim Einlegen des Federmetallstreifens 14 in eine Form stossen dessen Enden und 17 aus einem noch zu erläuternden Grund nicht ganz' zusammen, sonst ist der Streifen a'ber ein im wesentlichen vollständiger Ring. Bei einer typischen Dichtung ist der Ring etwa 0,76 mm (3/ίθΟ Zoll) stark und etwa 7,6 mm (3/10 Zoll) weit.

Der elastomerische Teil 15, der vorzugsweise zu einer Form mit dem in Fig. 3 dargestellten Querschnitt gegossen wird, M einen durch Verbinden der beiden konischen Flächen 21, entstandenen Rand 20 und erhält durch eine Rinne 23 eine gewisse Biegsamkeit. Der Federstreifen 14 liegt dicht am Rand 20 an und hält diesen in einer ständig dichtenden Lage. Der Körper 24 weist vorzugsweise zwei Endflansche 25 und 26 mit zylindrischen Aussenflachen 27 und 28 auf zum engen Anliegen an eine Ausbohrung, in der die Dichtung 10 verdrehungssicher gelagert ist. Zwischen den Flanschen 25 und 26 liegt eine Auskehlung 30 mit einem abgerundeten Wulst 31, um die Festigkeit und Starrheit des Körpers 24 zu erhöhen und eine innige Berührung mit einem vorspringenden Teil der Ausbohrung sicherzustellen. Die Aussenfläche 32 des Federstreifens H

• liegt am Körper 24 an und ist mit ihm verbunden, ebenso der eine Rand 33 und ein Teil der Innenfläche 34, die zum Teil durch einen konischen Teil 35 abgedeckt ist. Dieser konische

' Teil 35 ragt etwas Über den konischen Teil 21 des Randes 20 hinaus. Den Spalt zwischen den Enden 16 und 17 füllen Elastomer

; aus. Wenn der Schlitz 11 geschnitten ist, wird er durch zwei

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genau zusammenpassende Teile 36 und 37 aus Elastomer eindeutig festgelegt. Der nach dem Giessen hergestellte Schlitz verläuft in der Hegel nicht genau- radial. Er liegt vorzugsweise etwa um 10 G-rad aus der Radialen oder innerhalb eines Bereiches von ungefähr 7 "bis 13 G-rad aus der Radial ebene, obgleich er axial senkrecht zur Dichtung 10 verläuft. Ein derartiger Winkelschnitt wird bevorzugt, weil er eine hydrodynamische Fähigkeit verleiht und das Bestreben des Öls verringert, aus undichten Stellen am Schlitz entlang zu fliessen; es wird .im Gegenteil in den Ölbehälter zurückgepumpt.

Die Innenfläche des konischen Teils 21 weist eine Anzahl von Rippen 38 auf, die von der Innenkante zum Rand 20 winklig oder spiralförmig verlaufen. Die übrige Fläche des Teils 21 ist im wesentlichen glatt. Die Dichtung kann natürlich auch ohne Rippen 38 oder mit doppelseitig gerichteten Rippen hergestellt sein. Wie in der Querschnittsansicht zu sehen ist, erstreckt sich der Rand 20 aus dem Hauptkörper 24 heraus und sorgt für eine abdichtende Berührung mit der Welle; bei einer typischen Dichtung sind etwa 100 dieser unter einem Winkel von etwa 20 G-rad liegenden Rippen 38 mit einem Abstand von vierzig Stück je 25,4 mm und mit einer Breite von etwa 0,25 mm (1/100 Zoll) und 0,13 mm (5/1000 Zoll) Höhe vorgesehen.

Die Dichtung 10 wird besser in einem Stück als In zwei Hälften gegossen und mit nur einem Schlitz 11 versehen, bei dem dann nur eine undichte Stelle statt zwei auftreten kann. Da der Schlitz erst nach dem G-iessen hergestellt wird und daher vollkommen zueinanderpassende Enden 12 und 13 aufweist, wird die Möglichkeit einer Undichtheit weiterhin verringert. Die Uhdichtheit wird im wesentlichen durch den Federdruck ' verhindert, den der metallische Feder-Verstärkungsteil 15 ausübt.

Die Dichtung TO wird als Einzelstück in gespreiztem Zustand auf die Welle.geschoben und, wenn sie die richtige Lage er-

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reicht hat, kehrt der Federmetallstreifen in seine "völlig runde Lage zurück. Me Fig. 6 zeigt die. eingepasste Dichtung. Sie ist in erster Linie für die Verwendung "bei Kurbelwellen 40, in Kraftfahrzeugen, ortsfesten oder Schiffsmaschinen usw. gedacht, und Tor allem in der rückwärtigen lage, wo ein Flansch 41, der im Durchmesser grosser ist als die Welle 40, zwische-n dem rückwärtigen Hauptlager 42 und der Dichtung. 10 liegt und die Verwendung einer normalen Wellendichtung nicht möglich ist. Dort "befindet sich auch ein Schraubflansch oder ein Satz τοη Verschraubungsansätzen 43> die Tom Flansch 41 getrennt sind und den Einbau einer nicht unterbrochenen ringförmigen Dichtung auch τοη diesem Ende her Terhindern. Der Motorblock 44 hat einen radial nach innen Torspringenden Rücken 45, der in einen Teil der Auskehlung 30 eingepasst ist, während in der unteren Hälfte über einem Ölpfannendeekel 46 eine Dichtungs-Sperrkappe 47 angeordnet ist, die auch in die Auskehlung 30 eingepasst ist und mit dem Wulst 31 zur Erzielung einer einwandfreien Dichtung zusammenwirkt. Der Eingriff des Wulstes 31 rund um den ganzen Umfang der Dichtung 10 hilft eine Undichtheit zu Terhüten und eine gute Dichtwirkung gegen die Welle 40 zu gewährleisten.

Ansprüche:

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Claims

- 8 Ansprüche

Radiale Wellendichtung für Kurbelwellen o. dgl. zum Ab-'dichten zwischen einer Ausbohrung und einem Wellenteil mit einem Plansch, der den Einbau eines nicht unterbrochenen Ringes auf dem Wellenteil verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (10) einen in den Ring (15) eingeformten Federmetall-Verstärkungsteil (H) aus Bandstahl mit einem kurzen Spalt zwischen dessen Enden (16, 17) aufweist, und ein mit dem Verstärkungsteil (14) verbundener und angeformter, den Spalt und einen Schlitz (11) quer in, dem Spalt ausfüllender ekstomerischer Teil vorgesehen ist, so dass die Dichtung (10) bei ihrem Einbau auseinanderspreizbar ist und der Federmetall-Verstärkungsteil (14) nach dem Einbau die ursprüngliche Form der Dichtung wiederherstellt, und dass der elastomerische Teil einen Rand (20) für eine Umlaufabdichtung gegen die Welle und einen äusseren, in der Regel zylindrischen Teil (15) zum Abdichten gegen die ortsfeste Ausbohrung aufweist.

Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (11) unter einem Winkel geschnitten ist, der entgegengesetzt in der Richtung zu der beabsichtigten Hauptrichtung der Wellenumdrehung liegt.

Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel etwa 7 bis 13 Grad gegen eine Radialebene durch den von den Enden (16, 17) des metallischen Verstärkungsstreifens (14) gebildeten Spalt beträgt.

Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (20) durch zwei sich schneidende konische Flächen gebildet ist, von denen die eine eine Ölseite des Randes, die andere eine Luftseite schafft, und die Fläche auf der

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Luftseite eine Vielzahl von Spiralrippen (38) in der Drehrichtung'der Welle aufweist,

5. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsteil (14) einen flachen Querschnitt hat.

6. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere, im allgemeinen zylindrische Teil (15) eine durch radiale Plansche (27, 28) "begrenzte Auskehlung (30) und einen Wulst (31) aus Elastomer auf dem zylindrischen Teil zwischen den Flanschen aufweist, und der Wulst im Durchmesser grosser ist als der mit ihm nach erfolgtem Einbau der Dichtung zur Anlage kommende Teil der Ausbohrung.

7. Eingebaute Kurbelwelle mit Flanschen, die den Einbau eines nicht -unterbrochenen Ringes auf einen Teil der Welle verhindern, und einer aus mehreren Bauteilen bestehenden Ausbohrung und einer radialen Dichtung zwischen Welle und Ausbohrung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federmetall-Verstärkungsteil (14) aus Bandstahl in einen Ring (15) mit _; einem kurzen Spalt zwischen dessen Enden (16, 17) geformt ist, und ein an den Verstärkungsteil (H) gebundener und den Spalt und einen Schlitz (11) quer in dem Spalt ausfül- ; lender elastomerischer Teil vorgesehen ist, so dass die Dichtung (10) bei ihrem Einbau auseinanderspreizbar ist

und der Federmetall-Verstärkungsteil (14) nach dem Einbau j

die ursprüngliche Form der Dichtung wiederherstellt, und i dass der elastomerische Teil einen Rand (20) für eine Um-

laufabdichtung gegen die Welle und einen äusseren, in der j

Regel zylindrischen Teil (15) zum Abdichten gegen die j ortsfeste Ausbohrung aufweist.

8. Eingebaute Kurbelwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbohrung einen schmalen zylindrischen, radial in Richtung der Wellendichtung vorspringenden Wulst

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¹ (45) aufweist, und der im allgemeinen zylindrische Teil ; der Wellendichtung (10) eine durch zwei radiale Flansche : (25, 26), zwischen denen der Wulst (31) liegt, abgegrenzte Auskehlung (30) aufweist,- und die Auskehlung mit einer Rippe versehen ist, die im Durchmesser grosser ist als der ; Innenumfang des vorspringenden Wulstes (45) der Ausbohrung unddadurch zusammengedrückt wird.

'- 9. Dichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der

Schlitz (11) unter einem Winkel geschnitten ist, der ent- ; .gegengesetzt in der Richtung von der Drehrichtung der Welle \ liegt/

10. Dichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des Schlitzes (11) etwa 7 "bis 13 Grad gegen eine Radialebene durch den Spalt (16, 17) "beträgt.

i11. Verfahren zur Herstellung eines einzigen Schlitzes für ; eine ringförmige Dichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch die Vorformung eines Streifens (14) aus Pederstahl ι zu einer Kreisform, die den Streif en zurückhält ..und zu der j er zurückzukehren bestrebt ist, während die Enden (36, 37) j ,des Streifens nahe beieinander liegen, aber durch einen : Schlitz (11) getrennt sind, durch das Giessen und .Verbinden eines nicht unterbrochenen elastomerischen Ringes (15) mit dem lederstahl (H)» wobei der Spalt mit Elastomer ausgefüllt wird, und durch das Schneiden eines einzigen Schlitzes (11) durch den Elastomer in genanntem Spalt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnitt senkrecht zur Ebene der Dichtung entlang einer , von der Radialen abweichenden Ebene erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass _; die Abweichung für die Radiale etwa 7 "bis 13 Grad beträgt, j

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