DE3333085C2

DE3333085C2 - Wellendichtring

Info

Publication number: DE3333085C2
Application number: DE3333085A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 6940 Weinheim Hölzer
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1983-09-14
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1986-05-07
Also published as: DE3333085A1

Abstract

Wellendichtring aus einem Gehäuse mit einer U-förmig nach innen geöffneten Nute und einer davon umschlossenen Dichtscheibe aus PTFE, die flüssigkeitsdicht und verdrehsicher auf der abgedichteten Welle gelagert ist. Die Dichtscheibe ist entlang des Außenumfanges mit einer in Richtung des abgedichteten Mediums vorgezogenen, elastischen Einrollung versehen und wird durch diese abgedichtet und gegen die Führungsfläche (10) des Gehäuses (9) gedrückt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring, bestehend aus einem Gehäuse mit einer innen geöffneten Nute und einer davon umschlossenen Dichtscheibe aus elastischem Werkstoff, die flüssigkeitsdicht und axial verschiebbar auf der Welle gelagert ist, die unter einer elastischen Vorspannung an den Begrenzungswänden der Nute anliegt und deren Dicke geringer ist als die axiale Länge der Nute, wobei die verwendete Dichtscheibe einen größeren Maximaldurchmesser aufweist als die Nute und am Außenumfang elastisch in Richtung des abgedichteten Mediums (P) eingerollt ist und wobei

ίο die dem abzudichtenden Medium zugewandte Begrenzungsfläche der Nute unter Bildung einer axialen Stützfläche für die Dichtscheibe bis in die unmittelbare Nähe der Welle verlängert ist
Ein Wellendichtring der vorgenannten Art wird in der US-PS 22 86 472 beschrieben. Dieser enthält eine U-förmig in Richtung des abgedichteten Mediums eingerollte Dichtscheibe, die mit derselben Oberfläche an dem abgedichteten Kugellagerring, der Stützfläche URd dem sich in axialer Richtung erstreckenden Nutgrund des aufnehmenden Gehäuses anliegt und mit sich quer zu dieser Oberfläche erstreckenden, weiteren Rächen an der der Stützfläche axial gegenüberliegenden Begrenzungsfläche der Nut Die radiale Nachgiebigkeit der Dichtscheibe wird hierdurch behindert Radiale Wellen-Verlagerungen können dadurch insbesondere beim Auftreten höherer Drücke zu einer schnellen Zerstörung der Dichtscheibe führen. Eine Sicherung gegen deren Verdrehung ist weder in Bezug auf das aufnehmende Gehäuse noch in JSezug auf die abgedichtete Kugellagerhülse vorhanden.

Ein anderer Wellendichtring wird in der DE-PS 32 04 193 beschrieben. Die aus PTFE bestehende Dichtscheibe ist dabei hohlkegeiig ausgebildet und liegt mit zwei verschiedenen Oberflächen, nämlich der inneren und dsr äußeren Kegelfiäche, an den die Nute in axialer Richtung begrenzenden Flächen des Gehäuses an. Höhere Drücke können mit einem solchen Wellendichtring nicht abgedichtet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellendichtring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß ein gutes Abdichtungsergebnis auch bei höheren Drücken und radialen Verlagerungen der abgedichteten Welle gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem WeI-lendichtring der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche Bezug.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellendichtring ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Dichtscheibe einen größeren Maximaldurchmesser aufweist als die Nute, daß die Dichtscheibe am Außenumfang elastisch in Richtung des abzudichtenden Mediums eingerollt ist und mit derselben Oberfläche an den einander zugewandten Begrenzungsflächen und der diese verbindenden Innenfläche der Nute anliegt und daß die dem abzudichtenden Medium zugewandte Begrenzungsfläche der Nut unter Bildung einer Stützfläche bis in die unmittclbare Nähe der Welle verlängert ist. Die elastische Einrollung der Dichtscheibe des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellendichtringes gewährleistet eine gute radiale Beweglichkeit in Bezug auf das aufnehmende Gehäuse. Radiale Wellenverlagerungen führen insofern lediglich zu einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Einrollung des Außenrandes der Dichtscheibe. Sie können deren unmittelbare Beschädigung nicht zur Folge haben. Die Dichtscheibc kann aus

Gummi, PTFE oder ähnlichen Werkstoffen bestehen.

Die verdrehsichere und flüssigkeitsabweisende Verankerung der Dichtscheibe auf der abzudichtenden Welle, die zugleich axiale Verlagerungen erlaubt, läßt sich erhalten, indem der Innendurchmesser der Scheibe geringfügig kleiner ausgeführt wird als der Außendurchmesser der abzudichtenden Welle. Die Maßdifferenz beträgt im ailgemeinen 0,5 bis 1 mm. Sie bedarf im Einzelfalle der Oberprüfung anhand einfacher Versuche.

Die axiale Zuordnung der Dichtscheibe zu dem aufnehmenden Gehäuse wird im wesentlichen bestimmt durch die relative Zuordnung der stirnseitigen Begrenzungsflächen der Nute. Die dem abzudichtenden Medium zugewandte Begrenzungsfläche, die bis in die unmittelbare Nähe der Welle verlängert ist, bildet dadurch zugleich eine axiale Stützfläche für die Dichtscheibe.

Sie vermag relativ hohen Drücken des abgedichteten Mediums standzuhalten, ohne daß sich eine Veränderung der relativen Zuordnung zu dem Gehäuse ergibt Die Dicke der Dichtscheibe beträgt dabei im Regelfalle nur 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,5 mm, was außerordentlich überraschend ist Der Druck des abzudichtenden Mediums führt unmittelbar zu einer Vergrößerung der gegenseitigen Verpressung zwischen der Dichtscheibe und den davon berührten Teilen des Gehäuses. Auch höhere Drücke des abgedichteten Mediums können hierdurch nicht zu Undichtigkeiten führen. Sie haben lediglich infolge des sich vergrößernden Reibungswiderstandes eine Beeinträchtigung der relativen Beweglichkeit zwischen der Dichtscheibe und dem Gehäuse zur Folge. Der Schwierigkeit läßt ssch jedoch durch verschiedene Maßnahmen begegnen, beispielsweise durch eine reibungsvermindernde Oberflächengestaltung des Gehäuses und/oder der Dichtscheibe oder durch Verwendung reibungsvermindernder Werkstoffe für deren Herstellung. In Bezug auf die Dichtscheibe ist diesbezüglich insbesondere die Verwendung eines mit kolloidalem Graphit gefüllten PTFE in die Überlegungen einzubeziehen. in Bezug auf das Gehäuse insbesondere die Verwendung graphitgefüllter Sinterwerkstoffe.

Die Stützfläche und die Dichtungsachse sollen einen Winkel von 85 bis 95° einschließen, vorzugsweise einen solchen von 90". Eine gute radiale Beweglichkeit der Dichtscheibe in Bezug auf das aufnehmende Gehäuse ist in diesem Falle gewährleistet. Die Stützfläche kann in dem genannten Sinne sowohl kegelig als auch eben ausgebildet sein, wobei der ebenen Ausführung der Vorzug gegeben wird

Die der abzudichtenden Welle zugewandte Innenfläche der Nute kann in axialer Richtung gewölbt und gegebenenfalls an das äußere Profil der in diesem Bereich eingerollten Dichtscheibe angepaßt sein.

Diese erhält dadurch eine besonders gute radiale Beweglichkeit, was vorteilhaft ist in bezug auf das Auffangen radialer Wellenverlagerungen unter Betriebsbedingungen.

Für die meisten Anwendungsfälle hat sich indessen eine Ausführung als vorteilhafter bewährt, bei der die entsprechende Innenfläche der Nute durch eine die Dichtungsachse in einem gleichbleibenden Abstand umschließende Fläche gebildet wird. Eine solche Innenfläche läßt sich nicht nui kostengünstiger herstellen, sondern sie bedingt zugleich eine axiale Verkürzung der Anlagefläche an der eingerollten Dichtscheibe bis auf ein schmales Band, wodurch die relative Beweglichkeit deutlich verbessert wird. 7usätzlich ergeben sich beiderseits der Beruhrungszone ringförmige Freiräume, die die an der Stirnseite gebildeten Begrenzungsflächen und die vorstehend angesprochene Dichtfläche räumlich und funktionsmäßig voneinander trennen. Die Freiräume begünstigen die Relativbeweglichkeit der Dichtscheibe. Zugleich können sie der Einlagerung von Schmiermittel dienen und hierdurch die Leichtgängigkeit der Dichtscheibe in bezug auf das abgedichtete Gehäuse weiter verbessern.

ίο Die verwendete Dichtscheibe kann schaufelartig wirkende Vorsprünge auf dem Außenumfang aufweisen, die durch die Einrollung nach innen zeigen. In Fällen, in denen eine ebene Dichtscheibe zur Anwendung kommt, lassen sich entsprechende Vorsprünge zugleich mit der Herstellung der Dichtscheibe durch einen einfachen Stanzvorgang erzeugen. Sie können beispielsweise einen sinusförmigen Verlauf haben und gleichmäßig ineinander übtrgehen.
Die radiale Erstreckung der Vorsp,. tinge soll kleiner sein als die zugehörige Erstreckung der Aiilagefiäche an dem dem abzudichtenden Medium zugewandten Schenkel des Profils des Gehäuses. Auch an diesem Schenkel wird dadurch bereits eine durchgehende Dichtfläche erhalten. Er hat einen größeren Innendurchmesser als der gegenüberliegende, die Stützfläche aufweisende Schenkel des Profils des Gehäuses. Das unter Betriebsbedingungen im Innenraum der Wellendichtung enthaltene Medium wird dadurch kontinuierlich umgewälzt und erneuert, was insbesondere der Kühlung und Schmierung

jo der aufeinandergleitenden Flächen zugute kommt

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnung weiter erläutert:

Der in der Zeichnung in längsgeschnittener Darsteilung wiedergegebene Wellendichiring ί dieni der Abdichtung des druckbeaufschlagten Raumes fim Bereich der Durchführung einer Welle 3 durch die Bohrung der Wandung 2.
Der Wellendichtring 1 besteht aus dem Gehäuse 9 aus Stahlblech mit einer darin enthaltenen, nach innen geöffneten Nute, die die Dichtscheibe 7 aus PTFE umschließt.

Die Dichtscheibe 7 wurde in einer ebenen Form hergestellt und weist einen geringfügig kleineren Durchmesser auf als die abzudichtende Welle 3. Sie ist dadurch verdrehsicher und flüssigkeitsdicht auf der Welle 3 verankert. Die Dicke beträgt 1,0 mm.

Die Dichtscheibe liegt unmittelbar an der sich in radialer Richtung erstreckenden Stützfläche 10 des von

so dem abgedichteten Medium abgewandten Schenkels 5 des Gehäuses 9 an.

Sie vermag dadurch unabhängig von dem Druck des abgedichteten Mediums ihre axiale Zuordnung zur Lage des Gehäuses nicht zu verändern.

In radialer Richtung wird die beweglich an der Innenwandung des Gehäuses anliegende Dichtscheibe 8 ausschließlich durch di» Welle 3 geführt und folgt deren Bewegungen. Radiale Verlagerungen der abgedichteten Welle 3 haben demzufolge eine mehr oder weniger starke Aufweitung der Einrollung 8 des Außcnumf&nges der Dichtscheibe 7 zur Folge.

Die die Nut auf der Innenseite begrenzende Fläche 4 hat einen im wesent'.'chen gleichbleibenden Abstand von der Dichtungsachse. Die Länge in axialer Richtung beträgt 10 mm. Hierdurch ergibt sich eine schmale Anlagefläche der Dichtscheibe 7 im Bereich der Einrollung 8, was die relative Beweglichkeit der Dichtscheibe 7 in bezug auf das aufnehmende Gehäuse 9 verbessert. Au-

ßerdem entstehen die beiden Freiräume 11 und 12, in die Schmiermittel zur weiteren Verbesserung der Beweglichkeit eingelagert ist.

Die in ebener Form hergestellte Dichtscheibe 7 weist entlang des Außenumfanges gleichmäßig verteilte, 5 schaufelartige Vorsprünge auf. Diese zeigen durch das Einrollen des Außenumfanges der Dichtscheibe 7 bei dem fertigen Wellendichtring nach innen und bewirken eine kontinuierliche Umwälzung des in dem Wellendichtring enthaltenen Flüssigkeitsvolumens. Eine ver- 10 besserte Schmierung und Kühlung ist hiervon die Folge. Der entsprechende Bereich der Dichtscheibe liegt flächig an dem zugeordneten Schenkel 6 des Profils des Gehäuses an.

Dieses wird in radialer Richtung nach innen von dem 15 Profil des Schenkels 5 des Gehäuses überragt.

Der beschriebene Wellendichtring bedarf, bedingt durch die Elastizität der Einrollung 8, nach dem Einbau keiner besonderen Justierung der Dichtscheibe. Diese legt sich vielmehr selbsttätig an die Stützfläche 10 des Schenkels 5 des Profils des Gehäuses 9 an. Voraussetzung für die Erzielung dieses Effektes ist eine ausreichende Elastizität der Einrollung 8. Diese läßt sich gewährleisten und langfristig sichern durch Vermeidung einer Erwärmung bei der Herstellung sowie durch eine Verformung, die die zulässigen Dehnungsgrenzen des Materials nicht überschreitet. Ein Krümmungsradius von mindestens der zweifachen und höchstens der vierfachen Dicke der Dichtscheibe soll deshalb möglichst eingehalten werden. Er bezieht sich in allen Fällen auf den mittleren Abstand der eingerollten Dichtscheibe vom Krümmungsmittelpunkt. Kegelig hergestellte Dichtscheiben können zu einer weiteren Verbesserung führen. Der Kegelwinke! soll jedoch nicht weniger als 90° betragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Wellendichtring, bestehend aus einem Gehäuse mit einer nach innen geöffneten Nute und einer davon umschlossenen Dichtscheibe aus elastischem Werkstoff, die flässigkeitsdicht und axial verschiebbar auf der Welle gelagert ist, die unter einer elastischen Vorspannung an den Begrenzungswänden der Nute anliegt und deren Dicke geringer ist als die axiale Länge der Nute, wobei die verwendete Dichtscheibe einen größeren Maximaldurchmesser aufweist als die Nute und am Außenumfang elastisch in Richtung des abgedichteten Mediums (P) eingerollt ist und wobei die dem abzudichtenden Medium zugewandte Begrenzungsfläche der Nute unter Bildung einer axialen Stützfläche für die Dichtscheibe bis in die unmittelbare Nähe der Welle verlängert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtscheibe (7) verdrehsicher auf der Weile festgelegt ist und mit derselben Oberfläche an den einander zugewandten Begrenzungsflächen und der diese verbindenden Innenfläche (4) der Nute anliegt.

2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Welle zugewandte innenfläche (4) der Nute an das äußere Profil der in diesem Bereich eingerollten Dichtscheibe (7) angepaßt ist.

3. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Welle (3) zugewandte Innenfläche (4; der Nute die Welle in gleichbleibendem Abstand umschließt, daß Ήΐε Innenfläche (4) die eingerollte Oichtscheibe (7) im Bereich eines schmalen Bandes berührt und da£i bei<Vrseits der so gebildeten Berührungszone ringförmige Freiräume vorhanden sind.

4. Weltendichtring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiräume ein Schmiermittel enthalten.

5. Wellendichtring nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von den einander gegenüberliegenden Begrenzungsflächen der Nute die der Stützfläche (10) gegenüberliegende Fläche einen sich nach innen vermindernden Abstand von der Stützfläche (10) aufweist.

6. Wellendichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Stützfläche (10) gegenüberliegende Fläche in sich gewölbt ist.

7. Wellendichtring nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Dichtscheibe (7) schaufelartig wirkende Vorsprünge auf dem Außenumfang aufweist, die durch die Einrollung (8) nach innen zeigen.

8. Wellendichtring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung der Vorsprünge kleiner ist als die zugehörige Erstreckung der Anlagefläche an dem dem abzudichtenden Medium (P) zugewandten Schenkel (6) des Profils des Gehäuses (9).

9. Wellendichtring nach Anspruch I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die der Stützfläche gegenüberliegende Fläche die Einrollung (8) der Dichtscheibe (7) in radialer Richtung nach innen überragt.