DE2330468C2 - Wellenabdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenabdichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie aus der DE-OS 25 118 als bekannt hervorgeht.

Bei dem Werkstoff der dort erwähnten Gummidichtung handelt es sich vielfach auch um synthetische gummielelastische Werkstoffe, die strenggenommen nicht mit Gummi bezeichnet werden können. Von dieser Unexaktheit soll vorliegend aber einmal abgesehen werden.

Bekannte Abdichtungen der zugrunde gelegten Art sind u. a. im Fahrzeugbau, insbesondere zur Abdichtung von Wellendurchführungen an angetriebenen Achsen von Nutz- oder Militärfahrzeugen angewandt, jedoch als unzureichend empfunden, da Abdichtungen dieser A.nwendungsart im Bereich einer starken Schmutz- und Nässeeinwirkung angeordnet sind und der Schmutz sehr abrassiv wirkende Bestandteile, wie z. B. feinen Sand enthält Die Folge ist ein sehr rascher Verschleiß der Dichtelemente und/oder der Wellen, der die Wirkung ίο der Abdichtung illusorisch macht und die durch die Abdichtung zu schützenden Lagerstellen und Getriebegehäuse nahezu schutzlos der Schmutz- und Nässeeinwirkung preisgibt Die Lebensdauer wesentlicher Fahrzeugteile hängt daher unmittelbar mit der Lebensdauer der ihnen zugeordneten Abdichtungen zusammen.

Die eingangs zitierte DE-OS 20 25 118 zeigt eine als Stulpdichtung ausgebildete Vorschaltdichtung für den Grobschmutz, mit der außerdem eine gewisse Axialbewegung der Welle dichtend aufgefangen werden kann. Nachteilig an dieser Abdichtung ist, daß bei der Axialbewegung die aufeinander gleitenden Dichtflächen in Schmutzzutrittsrichtung eine Relativbewegung zueinander ausführen, wodurch die Dichtflächen von Schmutz unterfahren werden können. Außerdem weist die vorgeschaltete Stulpdichtung sowohl auf der Schmutzseite als auch auf der Reinseite systembedingt Schmutzablagerstellen auf. Dies alles beeinträchtigt die Lebensdauer der Abdichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrunde gelegte Wellenabdichtung so zu verbessern, daß sie selbst unter härteren Einsatzbedingungen eine Lebensdauer von vertretbarer Länge hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Aufgrund der Verwendung einer Dichtungspackung aus Polyurethanschaum als Vorschaltdichtung werden nicht nur Schmutzablagerstellen vermieden, sondern es wird eine große Kriechstrecke für den Schmutz, eine geringe Dichtflächenpressung und ein großes Verschleißvolumen geschaffen. Die unter Vorspannung stehende Dichtungspackung fängt nicht nur die Axialbewegungen der Welle und einen gleichmäßigen Verschleiß auf, sondern die Vorspannung sorgt auch dafür, daß bei einem örtlich ungleichmäßigen Verschleiß der Dichtungsspalt an allen Umfangsstellen sauber geschlossen bleibt. Dank der Abdichtung gegen Schmutzzutritt zunächst entlang einer achssenkrechten dem Fliehkrafteinfluß unterliegenden umlaufenden Fläche wird durch die drehende Relativbewegung der Dichtflächen eine dem Schmutzzutritt entgegenwirkende Rückförderwirkung erzielt. Aufgrund der achssenkrechten Anordnung der schmutzseitig ersten Dichtfläche findet überdies bei der Axialbewegung der Welle keine Relativbewegung der Dichtfläche in Schmutzzutrittsrichtung statt, so daß ein verschleißendes Unterfahren von angerosteten oder angeschmutzten Wellenteilen unter die Dichtungsteile ausgeschlossen ist. Aufgrund der achssenkrechten Anordnung der schmutzseitig ersten Dichtfläche wird daher eine Verschleißminderung erzielt. Aufgrund der achssenkrechten Anordnung der schmutzseitig ersten Dichtfläche wird daher eine Verschleißminderung erzielt. Aufgrund der Großflächigkeit der Dichtungspackung wird eine gute Dichtwirkung erzielt, die durch die anordnungsbedingte Rückförderwirkung des Dichtflächenspaltes unterstützt wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des ersten Dichtflächenspaltes ist daher die Abdichtung besonders wirksam,

besonders verschleißarm und weist eine große Verschleißreserve auf.

Die DE-OS 17 75 613 zeigt einen aus Polyurethanschaum hergestellten im Querschnitt trapezförmigen Abdichtring, der mit einer möglichst schm?ien lippenartigen Anlagefläche ausgebildet ist und damit an einem axialen Wellenbund dichtend anliegt. Eine derartige Ausgestaltung zeigt nicht die vorliegend gelehrte vollflächige dichtende Anlage; außerdem zeitigt eine solche Abdichtung schädliche Schmutzsammeltaschen im Abdichtungsraum, was vorliegend gerade vermieden werden soll.

Die US-PS 35 76 326 zeigt die Lagerung für einen Schraubengangförderer bzw. die Lagerabdichtung dafür. Das Kernrohr des Schraubenförderers ist über die Lagerstelle axial hinweggeführt, wodurch ein großer Zwickelraum entsteht Zum Fernhalten von Fremdkörpern aus diesem Zwickelraum wird dieser nachträglich, d. h. nach der Montage mit Kunststoff ausgeschäumt. Der Schaumpfropfen wird zusammen mit den Schraubenköpfen für den Lagerschild eine formschlüssige Verbindung eingehen, die ihn in Drehrichtung am Lagerschild festlegt Es wird daher an der Innenseite des Kernmantelrohres ein Gleiten zwischen Schaumpfropfen und rotierenden Teilen auftreten. Die in Schmutzzutrittsrichtung erste Dichtfläche ist also axial ausgerichtet; sie kann bei Axialbewegungen von Schmutz durch diese Axialbewegungen unterlaufen werden. Eine Vorspannung des Schaumpfropfens ist nicht möglich; die Abdichtwirkung und die Verschleißreserve ist daher sehr gering.

Die US-PS 35 17 952 zeigt die Anwendung eine» im Querschnitt etwa quadratischen Polyurethanschaum-Dichtringes, der in einen im Gehäuse gelagerten Kunststoffring eingebettet ist und auf der zylindrischen Umfangsseite der Welle dichtend anliegt. Auch hier können durch Axialbewegungen der Welle Schmutzteile in den Dichtspalt eingetragen werden.

Die Abdichtungsanordnung nach der US-PS 22 85 623 zeigt als alleiniges Abdichtelement eine elastische Dichtungspackung beispielsweise aus Kork, die vollflächig an einer Gehäusebohrung bzw. Bohrungsstirnseite ruhend und vollflächig an einem zylindrischen Teil der Welle sowie an einer Wellenschulter gleitend und dichtend anüegt. Jedoch ist das radiale Gleitspaltende zwischen Packung und Wellenschulter durch eine im Querschnitt hakenförmige Ausgestaltung des die Wellenschulter bildenden Blechteilen übergriffen, so daß sich dort Schmutzfangtaschen bilden. Demgegenüber lehrt aber die Erfindung, daß das betreffende Gleitspaltende dichtungsseitig bzw. wellenseitig glatt und bündig sein soll.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; die Figur zeigt einen achsparallelen Schnitt durch eine Wellenabdichtung gemäß der Erfindung

Die Welle 1 ist durch eine Gehäusewandung 2, in der auch das Axialbewegungen zulassende als Loslager dienende Lager 3 angeordnet ist, hindurchgeführt. In einer mit einer Abstufung versehenen Bohrung 4 im Gehäuse sind zwei mit Dichtlippen 7 bis 10 versehene Gummidichtungen 5 und 6 angeordnet. Die an der Welle dichtenden Teiie — nämlich die Dichtlippen 7 bis 10 deeser Gummidichtungen sind aus Gummi oder ähnlichem Werkstoff, die die ringförmigen Gummidichtungen in der Gehäusebohrung festhaftenden Teile — nämlich die Blechgehäuse 11 und 12 — sind aus Blech hergestellt, welches mit den Gummiteilen zusammenvulkanisiert ist

Die Bohrung 4 ist tiefer als für eine Aufnahme des Lagers 3 und der Gummidichtungen 5 und 6 erforderlich. Dadurch ist innerhalb der Bohrung Platz für die teilweise Aufnahme der als vorgeschalteter Grobschmutzdichtung dienenden ringförmigen Dichtungspackung der weiteren Dichtung 13 geschaffen. Diese weitere Dichtung besteht aus verschleißresistentem elastischem komprimierbarem Polyurethanschaumstoff, der mit Graphitöl getränkt ist. Durch eine solche Tränkung kann die Reibung der Dichtflächen vermindert und der Zutritt von Schmutz in das Innere der schwammartigen Struktur der weiteren Dichtung verringert werden.

Wellenseitig ist eine Buchse 14 aus korrosionsbeständigem und verschieißresistentem Werkstoff vorgesehen auf der außer der ringförmigen Dichtungspackung der weiteren Dichtung 13 auch die Dichtlippen 7 bis 10 der Gummidichtungen gleiten und die Wälzkörper des Lagers 3 abrollen. Die Buchse 14 ist festhaftend bis zu dem kleinen Wellenbund 15 aufgeschoben. Auf der ■ Umfangseite des Wellenbundes ist außerdem ein gesonderter Wellenbund 16 aus dem gleichen Werkstoff wie die Buchse 14 aufgeschrumpft Der solcherart gebildete gemeinsame Wellenbund 15/16 ist axial an eine solche Stelle gelegt, daß der Raum in axialer Richtung zwischen der achssenkrechten Schulter 17 dieses gemeinsamen Wellenbundes und dem Blechgehäuse 12 der Gummidichtung 6 genügend groß ist, um Axialbewegungen der Welle und des gemeinsamen Wellenbundes 15/16 derart auffangen zu können, daß der Dichtflächenspalt sich nicht öffnet, sondern aufgrund der elastischen Nachgiebigkeit und Vorspannung der aus Schaumstoff gebildeten Dichtungspackung geschlossen gehallen werden kann; die axiale Größe der Kammer bestimmt sich auch danach, daß die durch die Axialbewegungen verursachten Veränderungen der Dichtflächenanpressung sich in zulässigen Grenzen halten. Damit die Dichtfläche möglichst groß ist und damit ferner die Anpressung der axial vorkomprimierten Dichtungspackung bewegungs- und verschleißbedingt sich nur in möglichst geringen Grenzen ändert, ist es zweckmäßig, wenn die axiale Länge der weiteren Dichtung wenigstens etwa halb so groß ist wie deren radiale Erstreckung. Gerade die axiale Erstreckung der Dichtungspackung auf ein bestimmtes Mindestmaß erlaubt es, Axialbewegungen der Wellenschalter aufzufangen, so daß der achssenkrechte Dichtspalt stets geschlossen bleibt. Mit derartigen Axialbewegungen muß nicht nur auf der Loslagerseite einer Welle gerechnet werden, sondern diese treten bei angetriebenen gelenkten Fahrzeugachsen wenigstens an der außerhalb der Wellengelenke liegenden Dichtung funktionsnotwendig bei Radeinschlag auf.

Der gesonderte Wellenbund 16 und die Dichtungspackung der weiteren Dichtung 13 haben denselben Außendurchmesser, so daß keines der beiden genannten Teile gegenüber dem anderen radial vorstehen kann. Ein radiales Überstehen der Dichtungspackung würde nach einer gewissen Verschleißzeit zu einem schlauchartigen, den Welienbund übergreifenden Ansatz führen, unter dem sich Schmutz ansammeln könnte. Ein radiales Überstehen des gesonderten Wellenbundes könnte zu ähnlichen Totwinkeln, in denen sich Schmutz bevorzugt ab'agert, führen. Der Bereich des Beginnes der Dichtflächen ist aufgrund des gleichen Durchmessers des gemeinsamen Wellenbundes 15/16 und der Dichtungspackung sowie aufgrund des weiteren Umstandes,

daß die Dichtungspackung aus der Bohrung 4 herausragt, freigehalten. Dadurch kann zwar der Schmutz gut hinzutreten, andererseits kann das Schmutzwasser aber auch ohne nennenswerte Schmutzablagerungen wieder besser ablaufen und anhaftenden Schmutz sogar wieder wegspülen. Durch das teilweise Freiliegen der Dichtungspackung ist überdies eine freie Dehn- und Stauchstrecke für den gemeinsamen Wellenbund 15/16 bei Axialbewegungen der Welle geschaffen. Bei Wellenabdichtungen, die nicht von Schmutzwasser überflutet werden, sondern die lediglich Spritzwasser ausgesetzt sind, kann es vorteilhafter sein, vor den Beginn des Dichtflächenspaltes ein Labyrinth anzuordnen.

Zur Fixierung der Dichtungspackung in Umfangsrichtung in der Bohrung 4 des Gehäuses ist diese mit ihrer rechten Stirnseite an das Blechgehäuse 12 der Gummidichtung 6 angeklebt. Für das axiale Arbeiten der Dichtungspackung steht daher auch noch die Länge zur Verfügung, auf der die Dichtungspackung in der Bohrung des Gehäuses steckt. Durch diese Verklebung wird sichergestellt, daß die Dichtungspackung unter allen Umständen am Gehäuse ruhend anliegt und nicht etwa mit der Welle umzulaufen beginnt. Durch ein Mitlaufen der Dichtungspackung mit der Welle würde nicht nur im Hinblick auf die Form und Anordnung ein anderer Dichtflächenverlauf, sondern auch materialmä-Big eine andere Dichtflächenpaarung entstehen. Der Werkstoff der Gehäusewandung und des Blechgehäuses ist nicht für eine verschleißresistente Dichtung ausgelegt. Im übrigen würde schmutzseitig zunächst ein zylindrisch verlaufender Dichtspalt ohne Rückförder-

wirkung entstehen. Das Vcrschleißverhalten und die Dichtwirkung der Abdichtung würde durch ein Mitlaufen der Dichtungspackung sehr leiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Abdichtung zwischen einer umlaufenden axiale Bewegungen ausführenden Welle und einer stillstehenden Bohrung, bestehend aus wenigstens einer dichtend und fest in die Bohrung eingeschobenen wenigstens eine am Wellenumfang etwa linienförmig anliegende Dichtlippe aufweisenden durch ein ringförmiges Blechgehäuse gestützten Gummidichtung und aus einer auf der Schmutzseite der Gummidichtung angeordneten am Wellenumfang und an der Stirnseite einer schmutzseitig vorgesehenen etwa achsensenkrechten Wellenschulter flächig dichtend anliegenden weiteren Dichtung, wobei die weitere Dichtung als ein gegenüber der Gummidichtung separates ringförmiges aus elastisch nachgiebigem Material bestehendes den Axialbewegungen der Welle folgendes Teil ausgebildet ist, welches auf der der Gummidichtung zugekehrten Stirnseite an deren Blechgehäuse ruhend und flächig dichtend anliegt, gekennzeichnet durch die Gesamtkombination der folgenden Merkmale:

a) Die weitere Dichtung ist in an sich bekannter Weise als Dichtungspackung (13) aus Polyurethanschaum ausgebildet, welche axial unter Vorspannung steht;

b) die weitere Dichtung (13) erstreckt sich teilweise ins Innere der Bohrung (4) und liegt an deren Umfang sowie auf der ganzen Erstrekkung zwischen Gummidichtung (6) und Wellenschulter (17) am Wellenumfang vollfächig dichtend an;

c) die die Wellenschulter (!7) ist im Außendurchmesser ebenso groß wie die weitere Dichtung (13) ausgebildet, wobei am äußeren Ende des radialen Dichtspaltes die Wellenschulter (17) und die weitere Dichtung (13) radial bündig zueinander sind.

2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der weiteren Dichtung (13) wenigstens etwa halb so groß ist wie deren radiale Erstreckung.

3. Abdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus elastischem Schaumstoff bestehende weitere Dichtung in an sich bekannter Weise mit Schmiermittel, vorzugsweise mit einem Feststoffschmiermittel, wie z. B. Graphitstaub getränkt ist.

4. Abdichtung nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Dichtung (13) mit der der Gummidichtung (6) zugekehrten Stirnseite am Blechgehäuse (J 2) der Gummidichtung (6) verklebt ist.