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Die
Erfindung betrifft einen Wellendichtring der aus der
DE 29 34 487 C2 bekannten
Art. Ein solcher Wellendichtring ist in
1 dargestellt.
Er hat einen insgesamt mit der Bezugszahl
1 bezeichneten metallenen
Versteifungsring, der wie ein Topf mit offenem Boden geformt ist
und einen Radialflansch
2, der quer zur Achse A einer bei
10 angedeuteten
Welle verläuft,
sowie einen Axialflansch
3,
4 aufweist. Ein Teilbereich
3 kleinen
Durchmessers des Axialflansches schließt über einen abgerundeten Übergang
5 an
den Radialflansch
2 an. Ein Endbereich
4 des Axialflansches
schließt über einen
mit einer Radialkomponente verformten konischen Bereich
6 an
den Teilbereich
3 kleineren Durchmessers an. Teilbereich
3 und
Endbereich
4 verlaufen beide achsparallel zur Achse A,
also senkrecht zum Radialflansch
2. Der Endbereich
4 schafft
in montiertem Zustand des Wellendichtringes in der Bohrung eines
Gehäuses
oder einer Nabe einen metallischen Haftsitz.
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An
den Radialflansch 2 ist eine Dichtlippe 7 aus
einem Elastomermaterial (Gummi) anvulkanisiert. Die Dichtlippe 7 wird
von einer Wurmfeder 8 an die Welle 10 abdichtend
angedrückt.
Der Teilbereich 3 ist mit einer Gummierung 9 aus
gleichem Elastomermaterial wie die Dichtlippe 7 versehen,
was ergänzend
zu dem metallischen Haftsitz des Endbereiches 4 den dichtenden
Sitz in der Bohrung des nicht gezeigten, feststehenden Gehäuses für den Wellendichtring
verbessern soll. Die Gummierung weist in der Regel einen etwas größeren Außendurchmesser auf
als der zur Erzeugung des Haftsitzes dienende Endbereich 4 des
Axialflansches und schließt
auf dessen Durchmesser an das Metall an. Der Übergang von der Gummierung 9 auf
den Endbereich 4 wird vorzugsweise als Radius ausgebildet,
der tangential in die Metalloberfläche des Endbereichs einläuft.
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Der
Versteifungsring 1 wird in mehreren Schritten geformt.
In einem ersten Schritt wird ein planes Metallblech in die topfförmige Gestalt
mit dem Radialflansch 2 und dem Axialflansch 3, 4 mit
einheitlichem Durchmesser entsprechend dem Durchmesser des Teilbereiches 3 in 1 verformt.
Anschließend
wird in einem zweiten Schritt zur Bildung des Überganges 6 eine Verformung
mit radialer Komponente nach außen
vorgenommen. In einem dritten Schritt wird dann erneut eine Verformung
mit radialer Komponente nach innen vorgenommen, um den zum Teilbereich 3 parallelen
Endbereich 4 mit großem Durchmesser
zu schaffen.
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Es
ist ersichtlich, dass bei diesen Verformungen die Zugfasern in den Übergängen 5 und 6 abwechselnd
radial außen
und innen und die Druckfasern entsprechend radial innen und außen zu liegen kommen.
So liegt die Zugfaser am Übergang 5 und an
der Übergangsstelle 6a zwischen Übergang 6 und Endbereich 4 außen, während sie
am Übergang 6b zwischen Übergang 6 und
Teilbereich 3 innen liegt. Zur Bildung des Versteifungsringes 1 gemäß 1 ist
also eine mehrmalige Verformung des Metallblechs jeweils in entgegengesetzte
Richtungen mit entsprechendem Wechsel der Lage der Zug- und Druckfasern
erforderlich. Die Praxis hat gezeigt, daß dies nicht zu Schwierigkeiten
führt,
sofern die axiale Erstrekung des Blechteils hinreichend groß ist. Dies trifft
dann zu, wenn die in der Maßtabelle
der internationalen Norm ISO 6194 in Abhängigkeit vom Wellendurchmesser
empfohlene axiale Baulänge
a nicht unterschritten wird.
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Die
Anwender von Dichtungen der beschriebenen Art fordern bedingt durch
den Zwang zur Platz- und Gewichtsreduzierung immer häufiger eine Verminderung
der Abmessungen, insbesondere der axialen Baulänge, beispielsweise bei Wellen
bis 100 mm Durchmesser eine Baulänge
von 5 mm anstatt der in der Norm empfohlenen 12 mm. Eine derartige Reduzierung
der Baulänge
führt bei
dem beschriebenen Wellendichtring zu Problemen in der Fertigung, weil
immer etwas Elastomermaterial (Gummi) aus dem Bereich der Gummierung 9 in
den Bereich des metallischen Haftsitzes beim Außendurchmesser des Endbereiches 4 überläuft. Dieser
Gummiüberlauf in
den metallischen Haftsitz hinein hat eine axiale Länge von
etwa 1 bis 3 mm und wird bei ausreichend axialer Baulänge des
Wellendichtringes als zulässig betrachtet.
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Die
Erfinder haben in diesem Zusammenhang herausgefunden, daß die Mantellinien
entlang des Außendurchmessers
des Endbereiches 4 nicht mehr achsparallel, sondern über eine
axiale Länge von
1 bis 3 mm wellenförmig
verlaufen, wenn der Versteifungsring wie oben beschrieben geformt
wird. Aufgrund dieser mangelnden Parallelität am Außendurchmesser des Endbereichs 4 lässt sich
der Fluss des Elastomermaterials am Übergang 6 in Richtung zum
Außendurchmesser
des Endbereiches 4 nicht mehr einwandfrei absperren.
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Anzumerken
ist hierbei, dass Elastomere, wie Gummi, anders als sonstige Kunststoffe
durch kleinste Spalte ab einer Spaltweite von 2,5 μm ohne jegliche
Behinderung fließen.
Beim Passieren solcher engen Spalte erhöht sich die Temperatur noch nicht
ausvulkanisierten Gummis in Folge der Spaltreibung. Dadurch sinkt
die Viskosität
weiter ab, und der unerwünschte
Gummifluss wird sogar noch stärker.
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Bei
einem anderen bekannten Wellendichtring (
DE 38 38 760 A1 ,
2)
ist der Teilbereich zwischen Axial- und Radialflansch zu einem Konus
so verformt, dass die Zugfasern an den verformten Stellen stets
außen
liegen. Die Gummierung ist an einer Stelle an den Axialflansch angeschlossen,
wo dieser seinen größten Durchmesser
aufweist. Der Außendurchmesser
der Gummierung ist in unmontiertem Zustand größer als der größte Außendurchmesser des
Axialflansches.
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Beim
Einpressen dieses Wellendichtringes in eine Nabe, deren Innenbohrung
nach der Norm ISO 6194 kleiner als der größte Außendurchmesser des Axialflansches
ist, um einen festen metallischen Sitz zu erzielen, kann es dabei
zum Einquetschen des inkompressiblen Gummis der Gummierung in den
Bereich des metallischen Haft- oder Presssitzes kommen.
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Aus
der Zeitschrift „Machine
Design”,
9. Januar 1992, S. 87 ist ein Wellendichtring mit einem metallenen
Versteifungsring bekannt, der einen Radialflansch sowie einen zweifach
gekröpften
Axialflansch aufweist. Dieser hat eine radial innere Kröpfung mit
radial außen
liegender Druckfaser und radial innen liegender Zugfaser und eine
radial äußere Kröpfung mit
radial außen
liegender Zugfaser und radial innen liegender Druckfaser. Auf den
Bereich kleinen Durchmessers des Axialflansches ist eine Gummierung
aufgebracht, deren größter Durchmesser kleiner
als der größte Außendurchmesser
des Axialflansches ist. Über
die Fertigung des Dichtringes ist nichts ausgesagt. Es ist auch
offen gelassen, wie der Wellendichtring in die Bohrung einer Nabe
oder dgl. montiert sein und sitzen soll.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellendichtring mit
verringerter axialer Baulänge zu
schaffen, die bei einer deutlichen Trennung von gummiertem Teilbereich
und metallischem Endbereich am Außendurchmesser zu mindestens
gleicher statischer Dichtheit und zu gleich gutem metallischen Haftsitz
in montiertem Zustand bei zumindest gleich guter Herstellbarkeit
und Montierbarkeit im Vergleich zu Wellendichtringen genormter Baulänge führen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
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Bei
einem Wellendichtring nach der Erfindung ist durch die beanspruchte
Wahl des Anbindungsortes der Gummierung an einer Stelle kleineren
Durchmessers des Axialflansches und durch Vorsehen einer Vertiefung
an dieser Stelle eine Aufnahmemöglichkeit
für Gummi
geschaffen, das beim Einpressen des Wellendichtringes verdrängt wird.
Durch die Kombination dieses Merkmales mit der an sich bekannten
(
DE 38 38 760 A1 )
Formung des Teilbereiches mit stets außen liegender Zugfaser wird überraschend
erreicht, dass auch bei gegenüber
der Norm (ISO 6194) deutlich verringerter axialer Baulänge ein definierter
metallischer Haftsitz zwischen dem Endbereich des Axialflansches
und der Aufnahmebohrung in einer Nabe bei unverändert guter Dichtung, Herstellbarkeit
und Montierbarkeit erzielt ist, ohne dass es zu der beim Stand der
Technik beobachteten Einquetschung von Gummi in dem metallenen Haftsitz
und der damit einhergehenden Ungenauigkeiten kommt.
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Bei
der Herstellung eines Wellendichtrings nach der Erfindung kann der
Axialschenkel des metallenen Versteifungsringes in einem einzigen
Ziehvorgang in eine Gestalt gebracht werden, bei der die gezogenen
Fasern stets radial außen
und die gedrückten
Fasern stets radial innen liegen, insbesondere in eine konische
Gestalt. Überraschenderweise treten
dann die anhand der 1 beschriebenen Wellungen des
Endbereiches 4 nicht mehr auf, und es wird ein Wellendichtring
kürzerer
axialer Baulänge mit
einem achsparallelen Endbereich bereitgestellt, der gleich gute
Dichteigenschaften und Montierbarkeit aufweist wie der Wellendichtring
nach 1.
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Die
Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
axialen Halbschnitt durch einen Wellendichtring gemäß dem Stand
der Technik;
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2 einen
axialen Halbschnitt wie 1 durch einen Wellendichtring
gemäß der Erfindung;
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3 eine
Einzelheit der 2 in größerem Maßstab und
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4 in
einer Darstellung ähnlich 3 eine Zwischenstellung
der Montage des Wellendichtringes gemäß der Erfindung.
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In 2 sind
für gleiche
Teile wie in 1 gleiche Bezugszeichen verwendet.
Diese gleichen Teile sind nicht nochmals beschrieben.
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Der
Versteifungsring 1 gemäß den 2 bis 4 hat
einen konisch gestalteten Teilbereich 3, dessen Außenseite
die Gummierung 9 trägt
und der über
einen konvex abgerundeten Übergang 5 in
den Radialflansch 2 übergeht.
Der Teilbereich 3 mit der Gummierung 9, die auch
hier aus dem gleichen Elastomer wie die Dichtlippe 7 besteht,
ist in diesem Fall kürzer
als bei dem Wellendichtring nach 1. Auch der
Endbereich 4, der über
einen abgerundeten Übergang 6 an
den konischen Teilbereich 3 anschließt, kann kürzer als bei dem Wellendichtring nach 1 gehalten
werden.
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Die
Einzelheiten des Wellendichtringes nach der Erfindung sind deutlicher
aus den 3 und 4 zu ersehen.
So hat die Gummierung 9 einen V-förmig zulaufenden Abschnitt 24,
dessen Spitze den Beginn der Anbindung der Gummierung 9 an dem
Versteifungsring 1 markiert. Diese mit der Bezugszahl 20 bezeichnete
Spitze oder Stelle liegt im Teilbereich 3 auf einem Durchmesser
D20, der um ein Maß 2a kleiner
als der größte Durchmesser
D4 des Versteifungsringes 1 ist (4). Dieser
Durchmesser D4 ist wiederum kleiner als der größte Durchmesser D9 der Gummierung 9.
Die Spitze 20 bildet den Grund einer Vertiefung 22,
die in 4 sowohl hinsichtlich ihrer Neigung (Winkel α) als auch
hinsichtlich ihrer Tiefe unmaßstäblich übertrieben
dargestellt ist. Das Maß 2a entspricht
dem zum Erzielen eines guten metallischen Haftsitzes erforderlichen Übermaß des Außendurchmessers
D4 gegenüber dem
Innendurchmesser D12 einer Bohrung 12 in einer Nabe 11.
Für die
Wahl des Übermaßes 2a kann auf
die Empfehlungen der Norm ISO 6194 zurückgegriffen werden. Als Beispiel
sei genannt, dass für
einen Wellendichtring mit metallischem Sitz in einer Bohrung von
80 bis 120 mm ein Übermaß am Außendurchmesser
von 0,10 bis 0,25 mm bezogen auf das Nennmaß des Wellendichtringes empfohlen
wird. Die Toleranz der Bohrung wird mit H8 empfohlen.
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Die
Vertiefung 22 mit ihrer tiefsten Stelle an der Spitze 20 bildet
einen Aufnahmeraum für
Gummi der Gummierung 9, das beim Einpressen des Wellendichtringes
in die Bohrung 12 in Richtung des Pfeiles F verdrängt wird.
Somit lässt
sich vermeiden, dass solches verdrängte Gummi in den metallischen Haftsitz
zwischen dem Außenseite
des Endbereiches 4 des Versteifungsringes 1 und
der Aufnahmebohrung 12 der Nabe 11 eingequetscht
wird.
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Der
Versteifungsring 1 nach 2 bis 4 ist
aufgrund des konisch gestalteten Teilbereichs 3 erheblich
einfacher herstellbar als der Versteifungsring 1 nach 1.
Zur Formung des Übergangsbereichs 3 ist
nur ein einziger Ziehvorgang mit Biegungen des Blechmaterials nur
in einer Richtung erforderlich. Dies führt dazu, dass in den verformten
Bereichen, insbesondere an den Übergängen 5, 6,
die Zugfaser stets radial außen
und die Druckfaser stets radial innen liegt. Hierdurch ist ein Wechsel
der herstellungsbedingten Spannungen am Versteifungsring vermieden,
was wiederum dazu führt,
dass auch nach der Verformung in seine Endgestalt der Endbereich 4 am
Außendurchmesser
völlig
achsparallel ohne die unerwünschten
Wellungen bleibt, welche sich bei Realisierung eines Wellendichtringes
gemäß 1 mit
gegenüber
der genormten axialen Baulänge
b verkürzter
axialer Baulänge
b' (2)
einstellen würden.
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Ein
Wellendichtring nach der Erfindung hat gemäß den Feststellungen der Erfinder
gleich gute Dichteigenschaften und gleich guten definierten Haftsitz
bei gleich guter Montierbarkeit wie ein Wellendichtring mit der
größeren genormten
axialen Baulänge
b gemäß 1.
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Die
in der obigen Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten
Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung
der Erfindung von Bedeutung sein.