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Die
Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring, bestehend aus einem
Membrankörper
und einem Stützkörper, auf
den der Membrankörper
mit einer Vorspannung aufgezogen ist, wobei am Stützkörper ein
Zentrierteil mit einem radial außen liegenden Rand angeordnet
ist, der vom Membrankörper nicht überzogen
ist.
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Radialwellendichtungen
haben allgemein die Aufgabe, Wellendurchführungen abzudichten und dabei
Medienströmungen
höheren
Druckes in Räume
niedrigeren Druckes zu verhindern. Dies ist oft mit den Anforderungen
hoher Umfangsgeschwindigkeiten der Wellen, hoher Temperaturen des
abzudichtenden Mediums, chemischer Beständigkeit und hoher Lebensdauerwerte
verbunden.
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Radialwellendichtringe
sind zum Beispiel durch die
DE
44 34 573 A1 bekannt. Das Wirkungsprinzip eines solchen
Dichtringes liegt darin begründet,
dass über
den Stützkörper, der
aus Stahl oder anderen Metallen bestehen kann, der elastische Membrankörper mit
einer genau abgestimmten Vorspannung aufgezogen wird. Der Membrankörper kann
an seinem radial innen liegenden Ende eine Dichtlippe aufweisen,
die der Druckrichtung des abzudichtenden Mediums entgegengestellt
ist. An der druckabgewandten Seite der Dichtlippe weist der Stützkörper eine
integrierte Druckabstützung
auf. Zwischen dem radial innen liegenden Rand der Druckabstützung und
der Welle besteht ein Dichtspalt. Dieser ist so klein wie möglich zu
halten, um ein Eindringen des elastomeren Materials der Dichtlippe
unter dem Einfluss von Druck und Drehzahl der Welle zwischen Druckabstützung und
Welle in Druckrichtung (Spaltextrusion) zu vermeiden. Andererseits
erfordert der Dichtspalt eine bestimmte Mindestgröße, um ungleichmäßige Spannungsverhältnisse
des Membranmaterials im Dichtbereich bei Außermittigkeiten des in einem
Lagergehäuse
eingesetzten Radialwellendichtringes auszuschließen.
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Ein
Radialwellendichtring mit den eingangs genannten Merkmalen ist in
dem
DE-GM 9213374 offenbart.
Der Membrankörper
weist hierbei eine axiale Nut auf, die einen axialen Kragen des
Stützkörpers lose
oder mit einer gewissen Klemmung oder Haftung aufnimmt, um die einheitliche
Handhabung des Dichtringes vor seiner Installation im Lagergehäuse zu erleichtern.
Weiterhin ist der Stützkörper aus
einem formbeständigen
Werkstoff, wie Metall ausgebildet, der gegenüber der Bohrung des Lagergehäuses ein Übermaß aufweist,
das nach der Montage einen Presssitz im Lagergehäuse ergibt. Der Membrankörper ist
aus elastomerem Material hergestellt.
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Mit
den bekannten Radialwellendichtringen mit Membrankörpern aus
elastomerem Material war bisher ein Einsatz bei höheren Drücken und/oder Drehzahlen
kaum möglich.
Die unter diesen Bedingungen herrschenden hohen Radialkräfte führen zum
Einfressen des elastomeren Membranmaterials in die Wellenoberfläche. Dadurch
entstehen nicht nur hohe Verlustmomente, große Reibtemperaturen können zum
Zerstören
des Dichtmaterials führen,
was Undichtungen oder sogar einen Ausfall der Dichtung zur Folge
hat.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialwellendichtung
so weiterzubilden, dass sie sich für hohe Drücke und/oder Drehzahlen eignet
und den Anforderungen hoher Temperaturen des abzudichtenden Mediums,
chemischer Beständigkeit
und hoher Lebensdauer genügt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
bei einem Radialwellendichtring der eingangs genannten Art der Stützkörper im
Wesentlichen scheibenförmig
ausgebildet ist, wobei der Membrankörper an einer Stirnseite des
Stützkörpers anliegt,
der Membrankörper
in eine an der radialen Außenseite
des Stützkörpers angeordnete
Nut greift und das Zentrierteil beim Einbau des Radialwellendichtringes
in ein Lagergehäuse
an der Innenseite des Lagergehäuses
mit einer sehr geringen Spielpassung anlegbar ist.
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Aufgrund
der Teilmerkmale, dass der Stützkörper im
Wesentlichen scheibenförmig
ausgebildet ist, wobei der Membrankörper an einer Stirnseite des Stützkörpers anliegt
und mit einer Vorspannung auf den Stützkörper aufgezogen ist, und der
Membrankörper
in eine an der radialen Außenseite
des Stützkörpers angeordnete
Nut greift, eignet sich der erfindungsgemäße Radialwellendichtring insbesondere für den Einsatz
bei hohen Drücken
und/oder hohen Drehzahlen. Durch das Eingreifen des Membrankörpers in
eine an der radialen Außenseite
des Stützkörpers angeordnete
Nut wird ein Lageversatz des Membrankörpers auf dem Stützkörper und
eine dadurch bedingte außermittige
Lagerung des Dichtringes in Bezug auf die Wellenachse vermieden.
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Dadurch,
dass das am Stützkörper angeordnete
und vorzugsweise aus Metall bestehende Zentrierteil beim Einbau
des Radialwellendichtringes in ein Lagergehäuse an der Innenseite des Lagergehäuses mit
einer sehr geringen Spielpassung anlegbar ist, wird ebenfalls eine
bessere Zentrierung des Dichtringes im Lagergehäuse erreicht, sodass der Dichtspalt
zwischen der Druckabstützung
und der Welle äußerst gering
gehalten werden kann und über den
gesamten Umfang ein gleiches Maß aufweist. Dies
führt dazu,
dass die Belastbarkeit der Dichtung wesentlich erhöht werden
kann, was ebenfalls ihre Eignung für den Einsatz bei höheren Drücken und/oder
Drehzahlen wesentlich verbessert.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Konstruktion
des Radialwellendichtringes können
ungleichmäßige Spannungsverhältnisse
unter Druckbelastung des Membranmaterials im Dichtbereich, die zum Ausfall
der Dichtung oder zur Verkleinerung der Lebensdauer führen können, vermieden
werden.
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Das
statische Abdichten des Dichtringes zum Lagergehäuse wird vorzugsweise dadurch
erreicht, dass der Membrankörper
axial benachbart zum radial außenliegenden
Rand des Zentrierteils gegenüber
diesem mit einer bestimmten Höhe
radial nach außen
vorsteht. Die Höhe
ist so bemessen, dass beim Einpressen des Dichtringes in das Lagergehäuse der
Membrankörper
im vorstehenden Bereich auf den Außendurchmesser des Zentrierteils, der
auch dem Durchmesser der Gehäusebohrung entspricht,
komprimiert wird und mit einer Flächenpressung an der Lagerwandung
anliegt. Der Außenrand
des metallischen Zentrierteils fixiert den Radialwellendichtring
im Lagergehäuse.
Ein eventuelles Schiefeinpressen oder ein Lageversatz der bekannten
mit dem Membrankörper überzogenen
Dichtringe ist daher ausgeschlossen.
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Die
statische Abdichtung gegenüber
dem Lagergehäuse
durch den auf den Stützkörper aufgezogenen
Membrankörper
kann auch axial gegen die Stirnseite einer Erweiterung der Gehäusebohrung
erfolgen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung ist das Zentrierteil einstückig an den Stützkörper angeformt.
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Um
eine optimale Präzision
des Innen- bzw. Außenradius
des Stützkörpers bzw.
Zentrierteils zu gewährleisten,
können
der Stützkörper und
das Zentrierteil als ein einstückiges
Metalldrehteil ausgebildet sein.
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Im
radial innenliegenden Endbereich weist der Membrankörper vorzugsweise
eine vom Stützkörper sich
entfernende schräggestellte
Dichtlippe auf. Um zu vermeiden, dass die Dichtlippe unter Druckeinwirkung
nicht in ihrer gesamten Länge
flach auf die welle aufgedrückt
wird, weist der Stützkörper an
seinem radial innenliegenden Ende vorzugsweise einen zum Membrankörper weisenden
abgeschrägten
Ansatz auf. Selbst bei hoher Druckbelastung verursache der Membrankörper lediglich
eine schmale Polierspur auf der Welle. Aufgrund der geringen mechanischen
Belastung wird ein geringer Verschleiß und somit eine hohe Lebensdauer
der Dichtung erreicht.
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Weiterhin
kann der Stützkörper an
der vom Membrankörper
abgewandten Stirnseite eine radial nach innen offene Ausnehmung
ausweisen. Die Ausnehmung ist bevorzugt als Eindrehung des Stützkörpers ausgebildet
und dient hinter der Druckabstützung
entweder als Schmierkammer für
die Dichtlippe oder bei hintereinander angeordneten Dichtungen als
Freiraum für
die schräggestellte
Dichtlippe der benachbarten Dichtung.
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In
einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung geht der Stützkörper von
der am Membrankörper
abgewandten Stirnseite in seinem radial außenliegenden Bereich in einen
abgekröpften
Bereich über,
der das Zentrierteil bildet.
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Der
Membrankörper
besteht bevorzugt aus einem hochverschleißfesten elastomeren Material. Als
besonders vorteilhaft haben sich Therban (ISO-Kennzeichen HNBR)
und Viton (ISO-Kennzeichen FPM) herausgestellt.
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Beim
Benzineinsatz und dort, wo aus bestimmten Gründen auf eine Schmierflüssigkeit
verzichtet werden muß,
wie zum Beispiel im Lebensmitteleinsatz, kann der Membrankörper darin
eingebettete Schmierpartikel enthalten. Die Schmierpartikel können insbesondere
aus Graphit oder PTFE bestehen.
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Einige
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
axialen Schnitt durch einen Radialwellendichtring,
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2 eine
Vergrößerung des
in 1 kreisförmig
umrandeten Bereichs des Radialwellendichtringes,
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3 eine
Hintereinanderanordnung zweier Radialwellendichtringe gemäß 1 und
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4 zwei
entgegengestellte Radialwellendichtringe.
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Wie
aus 1 hervorgeht, besteht der Radialwellendichtring
aus einem Membrankörper 1 und einem
Stützkörper 2,
auf den der Membrankörper 1 mit
einer Vorspannung aufgezogen ist. Der Stützkörper 2 ist im wesentlichen
scheibenförmig
ausgebildet, wobei der Membrankörper 1 an
einer Stirnseite 3 des Stützkörpers 2 anliegt. In
dem radial innenliegenden Bereich des Stützkörpers 2 bildet die
Stirnseite 3 eine Druckabstützung 4 für den Membrankörper 1. Der
radial innenliegende, zylinderförmige
Rand der Druckabstützung 4 bildet
mit der Welle 5 einen ringförmigen Dichtspalt ds, der insbesondere
aus 2 hervorgeht.
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Um
den Dichtspalt ds so klein wie möglich und
gleichmäßig über den
gesamten Umfang der Welle 5 zu halten, weist der Stützkörper 2 ein
Zentrierteil 6 mit einem radial außenliegenden zylinderförmigen Rand 7 auf,
der vom Membrankörper 1 nicht überzogen
ist und beim Einbau der Radialwellendichtung in ein (in der Zeichnung
nicht gezeigtes) Lagergehäuse
an der Innenseite des Lagergehäuses
anlegbar ist. Die statische Abdichtung gegenüber dem Lagergehäuse erfolgt
durch ein dem Zentrierteil 6 axial benachbartes Membranteil 8,
das gegenüber dem
Zentrierteil 6 radial nach außen mit einer bestimmten Höhe vorsteht.
Beim Einpressen des Radialwellendichtringes in das Lagergehäuse wird
das Membranteil 8 radial komprimiert, so daß es mit
einer Vorspannung am Lagergehäuse
anliegt. Durch das Zentrierteil 6 wird dabei der Radialwellendichtring
im Lagergehäuse
fixiert und äußert genau
gegenüber der
Wellenachse zentriert.
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Der
Stützkörper 2 ist
zusammen mit der Druckabstützung 4 und
dem Zentrierteil 6 als ein einstückiges Metalldrehteil ausgebildet.
An der zum Membrankörper 1 weisenden
Seite des scheibenförmigen
Zentrierteils 6 ist eine Nut 9 in den Stützkörper 2 eingeformt,
in die der über
einen scheibenförmigen Vorsprung 10 radial
und axial gespannte Membrankörper 1 eingreift
und dadurch axial festgelegt wird. Die Höhe des Vorsprungs 10 ist
geringer als diejenige des Zentrierteils 6, so daß das Membranteil 8 eine ausreichende
kompressionsfähige
Dicke aufweist.
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Wie
ebenfalls aus den 1 und 2 hervorgeht,
weist der Membrankörper 1 an
seinem radial innenliegenden Ende eine vom Stützkörper wegweisende schräggestellte
Dichtlippe 11 auf. Die Dichtlippe 11 liegt mit
einer axial relativ schmalen Fläche
an der Welle 5 an. Zur Abstützung der Dichtlippe 11 weist
der Stützkörper 2 an
seinem radial innenliegenden Ende einen zur Dichtlippe 11 hin
geneigten Ansatz 12 auf.
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Weiterhin
ist an der vom Membrankörper 1 abgewandten
Stirnseite des Stützkörpers 2 eine
radial nach innen offene Ausnehmung 13 vorgesehen. Die
Ausnehmung 13 besteht aus einem weiteren zylinderförmigen Bereich
und einem zum Ansatz 12 weisenden engeren konischen Bereich.
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Der
Stützkörper weist
aufgrund der Ausnehmung 13 insgesamt im Querschnitt eine
gekröpfte Form
auf, die zum Beispiel aus Lagerbronze gedreht ist, um Achsenbeschädigungen
bei der Montage des Radialwellendichtringes auszuschließen oder
einen Wellenversatz auszugleichen.
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Der
Membrankörper 1 besteht
aus einem hochverschleißfesten
elastomeren Material, zum Beispiel Therban (ISO-Bezeichnung HNBR)
mit darin eingebetteten Graphitpartikeln als integriertem Schmierstoff.
Er kann daher insbesondere bei Benzin als Druckmedium eingesetzt
werden, wie bei herkömmlichen
Elastomeren Schmierflüssigkeitsfilme abbrechen.
Auch im Lebensmitteleinsatz und überall dort,
wo keine Verunreinigungen durch Schmierflüssigkeiten erfolgen dürfen, ist
die Verwendung von integrierten Schmierpartikeln im elastomeren
Material zweckmäßig.
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3 zeigt
eine Hintereinanderanordnung zweier Radialwellendichtungen der vorstehend
beschriebenen Art. Aufgrund der scheibenförmigen Ausführung des Zentrierteils 6 und
des Membrankörpers 1 liegen
die beiden Dichtringe flach aneinander. In die Ausnehmung 13 des
an das Druckmediums angrenzenden Dichtringes erstreckt sich die
Dichtlippe 11 des benachbarten Dichtringes.
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In 4 sind
in ein Lagergehäuse
zwei entgegengestellte Dichtringe eingebaut. Die beiden Stützkörper 2 sind
als ein einstückig
zusammenhängendes
Drehteil ausgebildet mit einer radialen Kanalbohrung 14,
durch die zum Beispiel eine Spülflüssigkeit
in die Ausnehmung 15 eingeführt werden kann. Es kann mit
dieser Anordnung die axiale Baubreite der Doppeldichtung relativ
kurz gehalten werden.
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- 1
- Membrankörper
- 2
- Stützkörper
- 3
- Stirnseite
- 4
- Druckabstützung
- 5
- Welle
- 6
- Zentrierteil
- 7
- Rand
- 8
- Membranteil
- 9
- Nut
- 10
- Vorsprung
- 11
- Dichtlippe
- 12
- Ansatz
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Kanalbohrung
- 15
- Ausnehmung
- ds
- Dichtspalt