DE2825622C2 - Anordnung zur Abdichtung von rotierenden Wellen, insbesondere Kurbelwellen in Hubkolbenmotoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Abdichtung von rotierenden Wellen, insbesondere Kurbelwellen in Hubkolbenmotoren, bestehend aus einem Radialwellendichtring aus elastischem Material mit darin eingebettetem metallischen Gehäuseteil und einem dem Radialwellendichtring auf der Luftseite vorgeschalteten, mit Schmiermittel versorgten Gewebepackungsring.

Bei der Abdichtung rotierender Wellen, wie z. B. Kurbelwellen in Hubkolbenmotoren, sind Radialwellendichtringe in großem Umfang im Einsatz. Insbesondere bei erschwerten Betriebsbedingungen sind aber Grenzen der Funktionstüchtigkeit derartiger Radialwellendichtringe erkennbar. Die Gründe hierfür sind vornehmlich in einem unregelmäßigen Bewegungsablauf der Dichtstelle, dem Zutritt von Fremdkörpern, wie z. B. Schmutzpartikeln, dem Zustand der Gegenlaufflächen, dar hohen Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Welle, erheblicher Belastungen aufgrund der hohen Temperaturen des abzudichtenden Mediums und anderen Faktoren zu suchen.

Die Bemühungen zur Verbesserung des Abdichtverhaltens und der Lebensdauer waren bislang auf Konstruktion, Werkstoffe und Ausführung der Radialwellendichtringe ausgerichtet So ist es z. B. bekannt auf der Luftseite des Radialwellendichtrings eine zusätzliche, mit der rotierenden Welle in Berührung kommende sogenannte Schutzlippe vorzusehen. Als ergänzende Maßnahmen wurden auch sogenannte »Opferringe« auf der Luftseite des Radialwellendichtringes vorgesehen.

Als »Opferringe« bezeichnet man in der Regel solche Radialwellendichtringe üblicher Bauart die aus einem Manschettenwerkstoff geringer Temperatur- und Medienbelastbarkeit wie z. B. Nitril-Kautschuk, bestehen. Derartige Werkstoffe zeichnen sich durch sehr geringe Kosten gegenüber den Werkstoffen (z. B. Fluorelastomer) aus. aus denen im allgemeinen die längerlebigen Dichtringe auf der Medienseite gefertigt sind.

Ein weiterer Schritt, dem geschilderten Problem Abhilfe zu schaffen, bestand darin, Anordnungen der eingangs bezeichneten Art vorzusehen, bei denen ein Radialwellendichtring jeweils mit einem Ring aus sogenanntem Packungsgeflecht kombiniert wurde. Bei Versuchen mit dieser Ausführung zeigte sich indessen in gleicher Weise, wie bei den Ausführungen mit zusätzlichen Opferringen und Ringkonstruktionen mit in Berührung mit der Welle kommender Schutzlippe, eine Schädigung der Lauffläche dieser auf den Schutz gegen eindringende Fremdstoffe ausgerichteten Elemente.

Man hat inzwischen zweifelsfrei erkannt, daß die beschriebene Schädigung der vorgeschalteten schmutzabweisenden Elemente durchwegs auf fehlende Schmierung an der gleitenden Dichtfläche zurückzuführen ist. Um dem entgegenzuwirken, hat man bei kombinierten Dichtungsanordnungen der eingangs bezeichneten Art den Gewebepackungsring mit einer Imprägnierung, z. B. einem geeigneten öl oder Fett, versehen. Man hat auch durch Zugabe von PTFE die Gleiteigenschaften zu verbessern versucht. In keinem der Fälle ist es jedoch gelungen, den durch eindringende Schmutzpartikel verursachten vorzeitigen Verschleiß der vorgeschalteten Dichtelemente zu verhindern.

Durch die US-PS 33 84 382 ist eine Anordnung der vorgenannten Art bekanntgeworden. Hierbei ist einem Radialwellendichtring auf der Luftseite ein Filzring vorgeschaltet. Bei dem bekannten Gegenstand ist eine Zuleitung zur Zuführung von Fett in den Zwischenraum zwischen Radialwellendichtring und Filzring vorgesehen. Es ist ferner vorgesehen, daß hierdurch der Filzring mit Fett getränkt wird. Aus der US-PS ist dagegen nicht ersichtlich, ob eine sich periodisch wiederholende Schmiermittelversorgung des Filzringes beabsichtigt ist

Des weiteren ist es durch die FR-PS 12 58 165 bekannt, einer Lippendichtung einen Gewebepackungsring vorzuschalten und diesen mit einem flüssigen Schmiermittel zu tränken. Der Gegenstand der FR-PS weicht aber schon gattungsmäßig stark vom Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ab. Denn die FR-PS

befaßt sich mit einer Manschettendichtung für einen in einem Zylinder hin und her bewegbaren Kolben, wohingegen die vorliegende Erfindung einen Radialwellendichtring mit vorgeschaltetem Gewebepackungsring zum Gegenstand hat. Bekanntermaßen liegen bei der Abdichtung von sich drehenden Wellen gegenüber einem ruhenden Gehäuseteil ganz andere Verhältnisse vor als bei der Abdichtung eines Kolbens, der sich gegenüber dem umgebenden Zylinder nicht dreht, sondern nur in Axialrichtung hin und her bewegt Man kann daher die Verhältnisse bei einer Radialwellend'chtung in kiiner Weise mit den Verhältnissen bei Manschettendichtungen zwischen Kolben und Zylinder gleichsetzen.

Im übrigen läßt der Gegenstand der FR-PS keinerlei Vorrichtung erkennen, die eine regelmäßige Versorgung des Gewebepackungsringes mit flüssigem Schmiermittel gewährleisten würde. Im Gegenteil, in der FR-PS wird sogar davon gesprochen, daß der Gewebepackungsring während des Betriebes der Manschettendichtung einen Teil seiner Ölimprägnierung verliert

Zum Stand der Technik sei schließlich noch die DE-OS 22 62 667 erwähnt, die sich aber — abweichend von der vorliegenden Anmeldung — mit Stopfbuchsenpackungen befaßt. Es handelt sich hierbei um eine völlig andere Dichtungsart als bei den in der vorliegenden Anmeldung beanspruchten Radialwellendichtringen mit vorgeschaltetem Gewebepackungsring. Ein Radialwellendichtring ist eine Lippendichtung, wohingegen die Dichtwirkung einer Stopfbuchse auf einer auf diese in Axialrichtung ständig aufgebrachten Preßwirkung besteht, die eine Kraftkomponente in radialer Richtung, d. h. in Richtung der abzudichtenden Welle, bewirkt. Umgekehrt handelt es sich bei dem einem Radialwellendichtring vorgeschalteten Gewebepackungsring nicht um eine Stopfbuchse, sondern lediglich um ein zusätzliches Element, welches den Eintritt von Schmutz und Staubpartikelchen in den Bereich der Dichtlippe des Radialwellendichtringes verhindern soll. Eine eigentliehe Dichtfunktion im Hinblick auf die von dem Radialwellendichtring erwartete Flüssigkeitsabdichtung kommt dem vorgeschalteten Gewebepackungsring nicht zu.

Beim Gegenstand der DE-OS geht es im übrigen um die Druckbeaufschlagung der Stopfbuchse mittels eines Preßfettes, wodurch die Stopfbuchse so zusammengedrückt werden soll, daß sie ihre Dichtungsfunktion auszuüben vermag.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik, insbesondere nach US-PS 33 84 382, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß der dem Radialwellendichtring vorgeschaltete Gewebepakkungsring so mit Schmiermittel versorgt wild, daß die angestrebte Betriebsdauer des vorgeschalteten Gewebepackungsringes bei voller Funktionstüchtigkeit desselben erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst daß Radialwellendichtring und vorgeschalteter &o Gewebepackungsring von einer gemeinsamen metallischen Einfassung umschlossen sind, derart daß sie ein gemeinsames Bauteil bilden, und daß die metallische Einfassung an ihrem Außenumfang und/oder der Gehäuseteil an dessen Stirnseite eine oder mehrere Bohrungen zur kontinuierlichen oder periodischen Einleitung flüssigen Schmiermittels in den Gewebepakkungsring aufweist

Durch die Erfindung wird fur eine regelmäßige und damit ausreichende Schmierung des vorgeschalteten Gewebepackungsringes gesorgt so daß dessen Verschleiß auf ein Minimum herabgemindert und damit eine lange Lebensdauer der gesamten Dichtungsanordnung erzielt wird. Die Erfindung macht sich hierbei die Eigenschaft des Packungsgeflechts zunutze, eine Diffusion von Schmiermittel, z. B. öl, in begrenztem Maße zuzulassen. Auf diese Weise gelangt immer genügend Schmiermittel zur Lauffläche des Gewebepackungsringes.

Die Erfindung schließt es keineswegs aus, die Gewebepackungsringe — etwa zur Erreichung eines abgestimmten Dichtungsverhaltens — nach wie vor mit bestimmten Imprägnierstoffen zu versehen oder zu beschichten. Jedoch werden derartige zusätzliche Behandlungen durch die Erfindung wesentlich vereinfacht, dergestalt daß man die Imprägnierung bzw. Beschichtung nicht mehr auf eine möglichst lange Unterstützung des Gleitverfahrens auszurichten braucht In vielen Fällen wird es aufgrund des durch die Erfindung erzielten Effekts sogar möglich sein, auf zusätzliches Imprägnieren oder Beschichten der Gewebepackungsringe gänzlich zu verzichten.

Hinsichtlich einer Anordnung, bei der das Radialwellendichtring und Gewebepackungsring außen umgebende Gehäuse (z. B. Motorgehäuse) Leitungen zur Zuführung von Schmiermittel zu dem Gewebepakkungsring aufweist wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Leitungen, vorzugsweise Bohrungen, zur Zuführung von flüssigem Schmiermittel zu dem Gewebepackungsring in einem ringförmigen Zwischenstück zuzuordnen, welches radial zwischen das Radialrollendichtring und Gewebepakkungsring außen umgebende Gehäuse (z. B. Motorgehäuse) eingefügt ist, und die Leitungen mit einer Druckmittelquelle zur Zuführung des flüssigen Schmiermittels zu dem Gewebepackungsring unter einem bestimmten Druck zu verbinden.

Hierbei ist es möglich, für den Gewebepackungsring ein von dem abzudichtenden ölraum unabhängiges separates Schmiermittelsystem vorzusehen. Dies ermöglicht die Auswahl eines ganz speziell auf den jeweiligen Zweck zugeschnittenen Schmiermittels sowie die Zuführung desselben zum Gewebepackungsring unter dem jeweils optimalen Druck.

Alternativ ist es aber auch denkbar, zur Schmierung des Gewebepackungsringes Flüssigkeit (z. B. Öl) aus dem durch den Radialwellendichtring abzudichtenden Flüssigkeitsraum (z. B. Kurbelgehäuse) zu verwenden. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besondere Einfachheit der praktischen Verwirklichung aus.

Die Erfindung ist nun anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung veranschaulicht und in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt eine Ausführungsform einer Dichtungsanordnung nach der Erfindung, wobei zur Schmierung des Gewebepackungsrings ein separates Schmiermittelsystem dient, und

F i g. 2 in entsprechender Darstellung eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der zur Schmierung des Gewebepackungsringes öl aus den vom Radialwellendichtring abzudichtenden ölraum verwendet wird.

Nach F i g. 1 bezeichnet 10 eine rotierende Welle, z. B. die Kurbelwelle eines Hubkolbenmotors. Ein die Welle 10 umgebendes Gehäuse, z. B. das Kurbelgehäuse des Motors, ist mit 11 beziffert. Um den mit öl gefüllten

Raum 12 nach außen hin abzudichten, dient ein Radialwellendichtring bekannter Bauart, der insgesamt mit 13 bezeichnet ist. Der Radialwellendichtring 13 besteht im wesentlichen aus einer bei 14 mit der rotierenden Welle 10 in Berührung stehenden Dichtlippe 15 aus einem elastischen Material und einem metallischen Gehäuseteil 16, der außen wiederum von einem Gummi- oder Kunststoff material 17 umgeben ist. Die elastische Dichtlippe 15 wird durch eine Ringfeder

18 mit der Wellenoberfläche in dichtender Berührung gehalten.

Auf der dem ölraum 12 abgewandten Seite des Radialwellendichtringes 13, der sogenannten Luftseite, ist dem Radialwellendichtring 13 ein Gewebepackungsring 19 unmittelbar vorgeschaltet, derart, daß er an der Stirnseite 20 des Radialwellendichtrings 13 zur Anlage kommt. Der Gewebepackungsring 19 besteht aus einem textlien Packungsgeflecht, welches in begrenztem Maße die Diffusion von öl zuläßt. Der Gewebepackungsring

19 hat die Aufgabe, den Zutritt von Staub und anderen Schmutzpartikeln zu der Dichtlippe 14, 15 des Radialwellendichtrings 13 zu verhindern. Er liegt zu diesem Zweck mit seiner Innenumfangsfläche 21 auf seiner gesamten Breite a auf der Oberfläche der rotierenden Welle 10.

Radialwellendichtring 13 und Gewebepackungsring 19 sind von einer gemeinsamen metallischen Einfassung 22 umschlossen, welche die luftseitige Stirnfläche des Gewebepackungsringes nahezu vollständig übergreift. Auf diese Weise bilden der Radialwellendichtring 13 und der vorgeschaltete Gewebepackungsring 19 eine gemeinsame Baueinheit, wodurch die Montage der Dichtungsanordnung wesentlich erleichtert wird.

Als besonderes Merkmal der Ausführungsform nach F i g. 1 ist des weiteren zu erwähnen, daß Radialwellendichtring 13 und Gewebepackungsring 19 denselben Außendurchmesser aufweisen, so daß die gemeinsame metallische Einfassung 22 Zylinderform aufweist.

Wie des weiteren aus Fig. 1 hervorgeht, ist radial zwischen der metallischen Einfassung 22 der Baueinheit 13, 19 und dem Motorgehäuse 11 ein ringförmiges Zwischenstück 23 zwischengeschaltet. Dieses ringförmige Zwischenstück 23 weist eine Axialbohrung 24 und eine diese schneidende Radialbohrung 25 auf. Die Radialbohrung 25 fluchtet hierbei mit einer ebenfalls radial angeordneten Bohrung 26 in der metallischen Einfassung 22 im Bereich des Gewebepackungsringes

19. Die Bohrungen 24, 25, 26 haben den Zweck, Schmieröl zu dem Gewebepackungsring 19 zu führen. Das Schmieröl dringt in Pfeilrichtung 27 in das Material des Gewebepackungsringes 19 ein und gelangt schließlieh zur Dichtfläche 21 desselben, wo es dann eine Schmierfunktion zwischen der Fläche 21 des Gewebepackungsringes 19 und der Oberfläche der rotierenden Welle 10 ausübt. Hierdurch wird der Verschleiß des Gewebepackungsringes 19 an seiner Dichtfläche 21

ι« ganz wesentlich reduziert.

Das in Pfeilrichtung 28 in die Bohrung 24 eingeleitete Schmieröl kann aus einem separaten Schmiermittelsystem stammen und unter einem bestimmten Druck zu dem Gewebepackungsring 19 hingeführt werden. Es ist

aber auch möglich, hierfür das ohnehin in dem Ölraum 12 vorhandene öl zu verwenden.

Eine Ausführungsform der Erfindung, welche speziell auf die letztgenannte Möglichkeit ausgerichtet ist, zeigt F i g. 2. Der Einfachheit und Übersichtlichkeit halber sind auch hier die einander entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 weist der Gewebepackungsring 19a einen wesentlichen kleineren Außendurchmesser als der Radialwellendichtring 13 auf.

Hierdurch ergibt sich eine abgesetzte Form der gemeinsamen metallischen Einfassung 22a. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 besteht jedoch darin, daß der Radialwellendichtring 13 an der Stirnseite 29 seines Gehäuseteils 16 zwei Axialbohrungen 30,31 aufweist Die Axialbohrungen 30, 31 erlauben den Durchtritt von öl aus dem ölraum 12 zu dem Gewebepackungsring 19a. Dieses öl hat wiederum dann die Möglichkeit, durch das Material des Gewebepackungsringes 19a hindurchzudiffundieren, bis es zur Dichtfläche 21 desselben gelangt und dort für eine Schmierung gegenüber der rotierenden Welle 10 sorgt Die Ausführungsform nach Fig.2 zeichnet sich

gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 1 durch eine

größere Einfachheit aus. Selbstverständlich ist aber bei beiden Ausführungsformen die Erfindung keineswegs auf die gezeigte Anzahl von Bohrungen zur Zuführung von Schmieröl zu dem Gewebepackungsring 19 bzw. 19a festgelegt Auch hinsichtlich der genauen Lage der Schmieröl-Zuführungsbohrungen sollen dem Fachmann durch die Erfindung keinerlei enge Grenzen gesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Abdichtung von rotierenden Wellen, insbesondere Kurbelwellen in Hubkolbenmotoren, bestehend aus einem Radialwellendichtring (13) aus elastischem Material (15,17) mit darin eingebettetem metallischen Gehäuseteil (16) und einem dem Radialwellendichtring auf der Luftseite vorgeschalteten, mit Schmiermittel versorgten Gewebepackungsring (19), dadurch gekennzeichnet, daß Radialwellendichtring (13) und vorgeschalteter Gewebepackungsring (19) von einer gemeinsamen metallischen Einfassung (22) umschlossen sind, derart, daß sie ein gemeinsames Bauteil bilden, und daß die metallische Einfassung (22) an ihrem Außenumfang und/oder der Gehäuseteil (16) an dessen Stirnseite (29) eine oder mehrere Bohrungen (26 bzw. 30,31) zur kontinuierlichen oder periodischen Einleitung flüssigen Schmiermittels in den Gewebepackungsring (19) aufweist

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Radialwellendichtring und Gewebepackungsring außen umgebende Gehäuse (z.B. Motorgehäuse) Leitungen zur Zuführung von Schmiermittel zu dem Gewebepackungsring aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen, vorzugsweise Bohrungen (24, 25), zur Zuführung von flüssigem Schmiermittel zu dem Gewebepackungsring (19) in einem ringförmigen Zwischenstück (23) angeordnet sind, welches radial zwischen das Radialwellendichtring (13) und Gewebepackungsring (19) außen umgenbende Gehäuse (z. B. Motorgehäuse (H)) eingefügt ist, und daß die Leitungen (24, 25) mit einer Druckmittelquelle zur Zuführung des flüssigen Schmiermittels zu dem Gewebepackungsring (19) unter einem bestimmten Druck verbunden sind (Fig. 1).

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle von dem durch den Radialwellendichtring (13) abzudichtenden Ölraum (12) unabhängig ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schmierung des Gewebepackungsringes (19) Flüssigkeit (z. B. öl) aus dem durch den Radialwellendichtring (13) abzudichtenden Flüssigkeitsraum (z. B. Kurbelgehäuse (12)) dient (F ig. 2).

5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewebepackungsring (19, 19a) axial unmittelbar vor dem Radialwellendichtring (13) angeordnet ist, vorzugsweise an dessen Stirnseite (20) zur Anlage kommt.