DE19543571A1 - Sealing ring for shafts, with valve to relieve pressure - Google Patents

Abstract

The ring has a sealing lip (6) which is connected to a supporting ring (21). It also has a pressure relief valve (22,23,24) between the space (4) which is to be sealed and its surroundings (5). At least one opening (22) in the ring is lined with an insert (24), which forms a liquid seal, and which becomes permeable to gas if the pressure difference between the space and the surroundings exceeds a permitted value. The insert may be formed by a flexible membrane, which opens a gas duct (23) when it becomes curved. The membrane may also be made from an elastomeric material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring mit einem Stützring und einer daran angeschlossenen Dichtlippe sowie einem Druckentlastungsventil zwischen dem abzudichtenden Raum und der Umgebung.The invention relates to a shaft seal with a Support ring and a sealing lip connected to it as well a pressure relief valve between the one to be sealed Space and the environment.

Bei der Abdichtung eines geschlossenen, nicht entlüfteten Raumes mittels eines Wellendichtringes besteht die Gefahr, daß sich im Innern des abgedichteten Volumens durch interne oder externe Erwärmung ein Druck aufbaut, der auf die Dicht­ lippe des Wellendichtringes wirkt und diese stärker an die Gegenlauffläche anpreßt. Hierdurch werden Reibung und Ver­ schleiß der Dichtlippe mit der Folge größeren Energiever­ brauches und verringerter Lebensdauer erhöht. When sealing a closed, not vented Space using a shaft seal there is a risk that inside the sealed volume by internal or external heating builds up a pressure on the seal lip of the shaft seal acts and this more closely to the Presses counter surface. This will cause friction and ver wear of the sealing lip resulting in greater energy consumption use and reduced lifespan increased.  

Deshalb ist bei einem bekannten Wellendichtring dieser Art (DE 32 36 636 A1) eine Druckentlastung zwischen dem abzu­ dichtenden Raum und der Umgebung dadurch ermöglicht, daß in einem Befestigungsabschnitt der Dichtlippe in einem an den Rand des Stützringes angrenzenden Bereich eine Öffnung vor­ gesehen ist. Lokal um diese Öffnung herum ist das Gummi der Dichtlippe nicht an dem Stützring angeheftet. So kann sich die Dichtlippe bei einem Überdruck im abzudichtenden Raum lokal begrenzt von dem Rand des Stützringes wegwölben und eine Druckentlastung über die dann freigegebene Öffnung be­ wirken. Fertigungstechnisch ist dieser Vorschlag schwierig zu realisieren, so daß eine zuverlässige Druckentlastung nicht gewährleistet ist.Therefore, in a known shaft seal of this type (DE 32 36 636 A1) a pressure relief between the ab sealing space and the environment in that a fastening section of the sealing lip in one to the Edge of the support ring adjacent area an opening is seen. The rubber is locally around this opening Sealing lip not attached to the support ring. So can the sealing lip when there is excess pressure in the space to be sealed locally arched away from the edge of the support ring and a pressure relief through the then released opening be Act. This proposal is difficult from a manufacturing point of view to realize, so that a reliable pressure relief is not guaranteed.

Es ist ferner bekannt (DE 37 41 084 C1), bei einem Wellen­ dichtring mit Dichtlippe und axial vorgelagerter Schutzlippe in der Schutzlippe einen sichelförmigen Schnitt zur Entlüf­ tung des Raumes zwischen der Dichtlippe und der Schutzlippe in die Umgebung vorzusehen. Damit läßt sich ein abzudichten­ der Raum zwar entlüften aber nicht zuverlässig abdichten.It is also known (DE 37 41 084 C1) for a wave sealing ring with sealing lip and axially upstream protective lip a crescent-shaped cut in the protective lip for ventilation the space between the sealing lip and the protective lip in the surroundings. This can be used to seal vent the room but do not seal it reliably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellendicht­ ring der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszugestalten, daß mit geringem Fertigungsaufwand eine zu verlässige Druckentlastung des abzudichtenden Raumes gewähr­ leistet ist, wobei jegliche Leckage des abzudichtenden Medi­ ums vermieden ist.The invention has for its object a shaft seal ring of the type specified in the preamble of claim 1 to design that with little manufacturing effort guarantee reliable pressure relief of the space to be sealed is performed, any leakage of the medium to be sealed um avoided.

Diese Aufgabe ist durch Patentanspruch 1 gelöst.This object is solved by claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen unter Schutz gestellt.Advantageous embodiments of the invention are in the Un claims under protection.

Es ist bevorzugt, wenn der Einsatz von einer flexiblen Mem­ bran gebildet ist, die einen bei Auswölbung der Membran sich öffnenden Durchlaß für Gas freigibt. Der Durchlaß ist vor­ zugsweise von einem Einschnitt oder Einstich in den Elasto­ merwerkstoff des Plättchens gebildet, der bei nicht bean­ spruchter Membran flüssigkeits- und gasdicht abschließt, jedoch bei einer bestimmten Auswölbung der Membran, die ei­ nem vorgebbaren Schwellwert der Druckdifferenz zwischen ab­ zudichtendem Raum und der Umgebung entspricht, zum Druckaus­ gleich öffnet.It is preferred if the use of a flexible mem bran is formed, the one when bulging the membrane itself  opening passage for gas releases. The passage is in front preferably from an incision or puncture in the elasto mer material of the plate formed, which in the case of no bean sealed membrane liquid and gas tight, however, with a certain bulging of the membrane, the egg nem predeterminable threshold value of the pressure difference between ab sealing space and the environment corresponds to the pressure opens immediately.

Fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist, wenn das Plättchen aus dem gleichen Elastomer wie die Dichtlippe be­ steht und bei deren Vulkanisieren an dem Stützring in die Bohrung eingeformt wird. Bis auf das einfache Einbringen des Einstichs oder Einschnittes erübrigt dies einen zusätzlichen Fertigungsvorgang zum Herstellen des Druckentlastungsventi­ les.Manufacturing technology is particularly advantageous if that Plate made of the same elastomer as the sealing lip stands and during their vulcanization on the support ring in the Hole is formed. Except for the simple introduction of the This does not require an additional puncture or incision Manufacturing process for manufacturing the pressure relief valve les.

Die Erfindung wird mit besonderem Vorteil bei sogenannten "Kassettendichtungen" eingesetzt, wie sie beispielsweise zur Abdichtung von Radlagern eingesetzt werden und in der DE 41 10 154 A1 beschrieben sind.The invention is particularly advantageous in so-called "Cassette seals" used, such as for Sealing of wheel bearings are used and in the DE 41 10 154 A1 are described.

Bei Radlagerungen führt die Reibungswärme zwischen Lager und Dichtung sowie die von außen her zugeführte Bremswärme zur Erhöhung des Innendruckes in dem abzudichtenden Raum, auf­ grund dessen die Dichtlippe verschleißerhöhend und damit lebensdauermindernd an die Gegenlauffläche, z. B. den Umfang einer abzudichtenden Welle, angepreßt wird, wenn kein Druck­ ausgleich vorgesehen wird.In the case of wheel bearings, the frictional heat leads between the bearing and Seal and the brake heat supplied from the outside Increase in the internal pressure in the space to be sealed because of this, the sealing lip increases wear and thus reduces life to the counter surface, e.g. B. the scope a shaft to be sealed, is pressed when no pressure compensation is provided.

Andere Anwendungsbeispiele der Erfindung betreffen die Druckentlastung der Ritzeldichtung am Hinterachsgetriebe, wo üblicherweise aufwendige Schnüffelventile zur Entlüftung eingesetzt werden, die bei Einsatz der Abdichtung nach der Erfindung entfallen können.Other application examples of the invention relate to the Pressure relief of the pinion seal on the rear axle gear, where Usually complex sniffer valves for ventilation be used when using the seal after the Invention can be omitted.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Halbschnitt durch einen Wellendichtring gemäß der Er­ findung in Kassetten-Bauform. Dabei hat der Wellendichtring ein inneres Ringteil 1, das im Betrieb auf die (nicht ge­ zeigte) Achse aufgepreßt ist, und ein äußeres Ringteil 2, das in der (nicht gezeigten) Nabe sitzt und an einem sich radial nach innen erstreckenden Stützring 21 eine Dichtlippe 6 anvulkanisiert hat, die über eine übliche Wurmfeder 7 an die Dichtfläche 8 auf der Außenseite des inneren Ringteiles 1 angedrückt ist.The invention is explained in more detail below with reference to a drawing with further details. The drawing shows a half section through a shaft sealing ring according to the invention in cassette design. The shaft sealing ring has an inner ring part 1 , which is pressed onto the (not shown ge) axis during operation, and an outer ring part 2 , which sits in the (not shown) hub and has a sealing lip on a radially inwardly extending support ring 21 6 has vulcanized, which is pressed onto the sealing surface 8 on the outside of the inner ring part 1 via a conventional worm spring 7 .

Der abzudichtende Raum, in dem sich im Betrieb ein Druck aufbauen kann, ist mit der Bezugszahl 4 bezeichnet. Ein durch eine Staublippe 9 geschützter, mit der Umgebung in Verbindung stehender Außenraum der Dichtung ist mit der Be­ zugszahl 5 bezeichnet.The space to be sealed, in which pressure can build up during operation, is designated by the reference number 4 . A protected by a dust lip 9 , communicating with the environment outside of the seal is designated by the reference number 5 Be.

In dem metallenen Stützring 21 sind erfindungsgemäß über den Umfang gleichmäßig, d. h. um 90° versetzt, vier Bohrungen 22 angeordnet. Beim Anvulkanisieren der Dichtlippe 6 an den Stützring 21 wird in diese Bohrungen 22 jeweils ein Plätt­ chen 24 aus dem gleichen Elastomerwerkstoff wie die Dicht­ lippe 6 eingeformt. Das Plättchen 24 ist etwa in seiner Mit­ te mit einem sich etwa in Umfangsrichtung erstreckenden, von dem Raum 4 zum Außenraum 5 durchgehenden Einschnitt 23 ver­ sehen. Statt des Einschnittes 23 kann auch ein Einstich mit einer Nadel vorgesehen sein. Wichtig ist, daß der Einschnitt 23 oder Einstich aufgrund der Materialeigenschaften des Plättchens 24 in unbeanspruchtem Zustand gasdicht ab­ schließt.According to the invention, four bores 22 are arranged uniformly, ie offset by 90 °, in the metal support ring 21 . When the sealing lip 6 is vulcanized onto the support ring 21 , a plate 24 is formed in each of these bores 22 from the same elastomer material as the sealing lip 6 . The plate 24 is approximately in its te with a ver extending approximately in the circumferential direction, from the space 4 to the outer space 5 through incision 23 see. Instead of the incision 23 , a puncture with a needle can also be provided. It is important that the incision or puncture 23 gas-tight due to the material properties of the plate 24 in unstressed state from closing.

Bei Aufbau eines Überdrucks in dem Raum 4 wölbt sich das Plättchen 24 membranartig zum Außenraum 5 hin aus, so daß sich der Einschnitt 23 zur Freigabe eines Gasdurchlasses und damit zum Druckausgleich zwischen den Räumen 4 und 5 und damit zur äußeren Umgebung der Dichtung öffnet. Sobald der Druckausgleich hergestellt ist, verschwindet die Auswölbung des Plättchens 24, und der Einschnitt 23 ist wieder gasdicht abgeschlossen.When an overpressure builds up in the space 4 , the plate 24 bulges out like a membrane towards the outer space 5 , so that the incision 23 opens to release a gas passage and thus to equalize pressure between the spaces 4 and 5 and thus to the external environment of the seal. As soon as the pressure equalization has been established, the bulge of the plate 24 disappears and the incision 23 is closed again in a gas-tight manner.

Um die beschriebene Membranwirkung des Plättchens 24 si­ cherzustellen, sollte der Durchmesser d des Plättchens 24, d. h. der Bohrung 22 nicht zu klein gewählt sein. Bei Versu­ chen hat sich gezeigt, daß das Verhältnis des Durchmessers d des Plättchens 24, d. h. der Bohrung 22, zur Stärke s einen Betrag von 2,5 nicht unterschreiten sollte. Bei einer Aus­ führung haben ein Durchmesser d in der Größenordnung von 5 mm, eine Stärke s von etwa 1,8 mm und ein über diesen Durch­ messer in Umfangsrichtung bzw. tangential dazu verlaufender Einschnitt 23 zu vollständig zufriedenstellenden Ergebnissen führt.To the described membrane action of the lamina 24 si cherzustellen, the diameter d should be of the plate 24, the bore 22 that is not selected to be small. In Versu Chen it has been shown that the ratio of the diameter d of the plate 24 , ie the bore 22 , to the thickness s should not be less than 2.5. In one embodiment, a diameter d of the order of 5 mm, a thickness s of approximately 1.8 mm and an incision 23 extending in the circumferential direction or tangentially to this lead to completely satisfactory results.

In Versuchen konnte ferner nachgewiesen werden, daß sich bei Achsen von Aufliegern für Sattelschlepper, bei denen es im­ mer wieder Probleme mit Druckaufbau in der nicht entlüfteten Radnabe gab, nach Einbau von Dichtelementen mit integriertem Druckentlastungsventil nach der Erfindung keinerlei Druck­ aufbau im Innern der Radnabe (Raum 4) nachweisen ließ und auch über lange Laufstrecken nicht die geringste Leckage nach außen (Raum 5) auftrat.Experiments have also shown that axles from semitrailers for semitrailers, in which there were always problems with pressure build-up in the non-vented wheel hub, after installation of sealing elements with an integrated pressure relief valve according to the invention, no pressure build-up inside the wheel hub ( Room 4 ) was verified and there was not the slightest leak to the outside (room 5 ) even over long distances.

Claims (7)

1. Wellendichtring mit einem Stützring (21) und einer dar­ an angeschlossenen Dichtlippe (6) sowie einem Druckent­ lastungsventil (22-24) zwischen dem abzudichtenden Raum (4) und der Umgebung (5), dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Öffnung (22) in dem Stützring (21) mit einem flüssigkeitsdichten Ein­ satz (24) ausgekleidet ist, der bei Überschreiten einer zulässigen Druckdifferenz zwischen dem Raum (4) und der Umgebung (5) gasdurchlässig wird.1. shaft seal with a support ring ( 21 ) and a connected to the sealing lip ( 6 ) and a pressure relief valve ( 22-24 ) between the space to be sealed ( 4 ) and the environment ( 5 ), characterized in that at least one opening ( 22 ) is lined in the support ring ( 21 ) with a liquid-tight insert ( 24 ) which becomes gas-permeable when a permissible pressure difference between the space ( 4 ) and the surroundings ( 5 ) is exceeded. 2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einsatz (24) von einer flexi­ blen Membran gebildet ist, die einen bei Auswölbung der Membran sich öffnenden Durchlaß (23) für Gas freigibt.2. Shaft sealing ring according to claim 1, characterized in that the insert ( 24 ) is formed by a flexi ble membrane which releases a gas opening when the diaphragm bulges out ( 23 ). 3. Wellendichtring nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran von einem Plättchen (24) aus Elastomer gebildet ist und der Durchlaß (23) von einem Einschnitt oder Einstich gebildet ist.3. shaft seal according to claim 2, characterized in that the membrane is formed from a plate ( 24 ) made of elastomer and the passage ( 23 ) is formed by an incision or puncture. 4. Wellendichtring nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Plättchen (24) aus dem glei­ chen Elastomer wie die Dichtlippe (6) besteht und bei deren Anvulkanisieren an dem Stützring (21) in die Öff­ nung (22) eingeformt ist.4. Shaft sealing ring according to claim 3, characterized in that the plate ( 24 ) consists of the same chen elastomer as the sealing lip ( 6 ) and is vulcanized on the support ring ( 21 ) in the opening opening ( 22 ) is formed. 5. Wellendichtring nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Einschnitt (23) in Umfangsrichtung des Stützringes (21) verläuft.5. Shaft sealing ring according to claim 3 or 4, characterized in that the incision ( 23 ) extends in the circumferential direction of the support ring ( 21 ). 6. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Öffnun­ gen (22) gleichmäßig über den Umfang des Stützringes (21) verteilt angeordnet sind.6. Shaft sealing ring according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of openings ( 22 ) are arranged distributed uniformly over the circumference of the support ring ( 21 ). 7. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (d) des Plättchens (24) zu dessen Stärke (s) mindestens 2,5 ist.7. shaft seal according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ratio of the diameter (d) of the plate ( 24 ) to its thickness (s) is at least 2.5.