DE3616780A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, insbesondere für hydrodynamische Kupplungen, Bremsen od.dgl., im einzelnen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Dich­ tungsanordnungen dieser Art sind bekannt aus den DE-Gebrauchs­ mustern 80 02 036 oder 84 14 929. Diese bekannten Dichtungsan­ ordnungen sind jeweils Bestandteil einer hydrodynamischen Kupp­ lung, in der Wasser oder eine ähnliche nicht-brennbare Flüssig­ keit als Kupplungs-Arbeitsflüssigkeit verwendet wird. Im Gegen­ satz zu Öl haben solche Flüssigkeiten den Nachteil, daß sie nicht zugleich als Schmierflüssigkeit für die Lager verwendet werden können, insbesondere nicht für dasjenige Lager, das dem torusförmigen Arbeitsraum benachbart ist, in dem die Arbeits­ flüssigkeit zirkuliert.

Deshalb ist die genannte Dichtungsanordnung erforderlich, die zur Abdichtung des Ringspaltes dient, der sich neben dem genann­ ten Lager zwischen der Welle und einem Dichtungsträger befindet. Die Dichtungsanordnung umfaßt einen Radial-Wellendichtring, der an dem Dichtungsträger befestigt ist und eine elastisch an die Welle andrückbare ringförmige Dichtungslippe aufweist. Der Ra­ dial-Wellendichtring ist zwischen dem genannten Ringspalt und dem torusförmigen Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung an­ geordnet. Genauer gesagt: Der Radial-Wellendichtring trennt den genannten Ringspalt und somit das genannte Lager von einem soge­ nannten Stauraum, der als Ringraum ausgebildet ist und der sich in einem geringerem Abstand von der Kupplungsdrehachse befindet als der torusförmige Arbeitsraum. Der Stauraum liegt also zwi­ schen dem torusförmigen Arbeitsraum und der Welle.

Im normalen Betriebszustand der hydrodynamischen Kupplung, d.h. bei nur geringem Schlupf zwischen den beiden Kupplungshälften, zirkuliert die Arbeitsflüssigkeit ausschließlich in dem torus­ förmigen Arbeitsraum, ohne in den Stauraum zu gelangen. Anders jedoch bei großem Kupplungsschlupf, insbesondere wenn beim An­ fahren die Primärkupplungshälfte schon mit hoher Drehzahl ro­ tiert, während die Sekundärkupplungshälfte erst allmählich be­ schleunigt wird: In diesem Betriebszustand strömt zumindest ein Teil der Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum (genauer: aus den Schaufelkanälen der Sekundär-Kupplungshälfte) in überwiegend zentripetaler Richtung in den Stauraum hinein. Dort trifft die Flüssigkeitsströmung u.a. auf die Dichtungslippe des Radial-Wel­ lendichtringes, so daß dieser einer hohen Belastung ausgesetzt ist. Hinzu kommt, daß die Kupplungs-Arbeitsflüssigkeit, z.B. bei Verwendung nicht vollkommen gereinigten Wassers, Fremdpartikel enthalten kann. In diesem Fall ist der Radial-Wellendichtring zusätzlich durch die Fremdpartikel beansprucht. Es besteht somit die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes dieses Radial-Wellen­ dichtringes, zumal dessen (auf der Welle gleitende) Dichtungs­ lippe in der Regel sich in Richtung zum Stauraum erstrecken muß (und nicht in der entgegengesetzten Richtung).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Dichtungsanordnung dahingehend zu verbes­ sern, daß der Radial-Wellendichtring trotz der geschilderten Umstände nicht vorzeitig verschleißt.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Danach wird zunächst ein vorzugsweise als Scheibe ausgebildetes Abschirmelement vor­ gesehen, das den unmittelbaren Zutritt der Flüssigkeitsströmung zum Radial-Wellendichtring unterbindet, so daß die Geschwindig­ keitsenergie der Flüssigkeitsströmung nicht mehr am Dichtring, sondern an anderer Stelle, z.B. an der Abschirmscheibe vernich­ tet wird. Die Erfindung beruht nun aber auf der Erkenntnis, daß es mit dem einfachen Anordnen eines derartigen Abschirmelements nicht getan ist und daß vielmehr der zwischen dem Radial-Wellen­ dichtring und der Abschirmelement befindliche Zwischenraum zum radial äußeren Bereich des Stauraumes hin offen gehalten werden muß.

Falls nämlich z.B. die Abschirmscheibe gemäß Anspruch 2 in ihrem radial äußeren Bereich am Dichtungsträger befestigt ist und so­ mit ein kleiner Ringspalt zwischen der Abschirmscheibe und der Welle (nach Art eines berührungslosen Dichtspaltes) offen blei­ ben muß, kann durch diesen Ringspalt immer noch eine kleine Flüssigkeitsmenge mit verringerter Geschwindigkeit und gegebe­ nenfalls mit Fremdpartikeln zum Radial-Wellendichtring hin strö­ men. Nun sorgt die genannte offene Verbindung zum radial äußeren Bereich des Stauraumes dafür, daß zum einen sich am Radial-Wel­ lendichtring kein nennenswerter Staudruck aufbauen kann und zum anderen eventuell vorhandene Fremdpartikel sich nicht an der Dichtungslippe des Radial-Wellendichtringes ansammeln, sondern sich vom Radial-Wellendichtring wieder entfernen können. Aus diesen Gründen wäre die Verwendung eines bekannten Radial-Wel­ lendichtringes gemäß Dubbel (Band I, 1953, Seite 726, Bilder 358 und 359) unzweckmäßig. Denn die dort dargestellten Dichtringe haben im Bereich der Schlauchfeder a und der Zunge b ein schei­ benförmiges Gehäuseteil. Der so gebildete Dichtungs-Innenraum ist in radialer Richtung geschlossen, so daß eine Druckent­ lastung nicht möglich ist und eindringende Fremdpartikel nicht entweichen können.

Falls das Abschirmelement gemäß Anspruch 3 an der Welle be­ festigt ist und mit dieser rotiert, ist wiederum zwischen dem Abschirmelement und dem mit anderer Drehzahl rotierenden Dich­ tungsträger ein gewisser Abstand vorgesehen. Durch diesen wird zugleich vermieden, daß Abschirmelement und Dichtungsträger auf­ einander gleiten.

Aus dem DE-GM 84 14 929 ist eine hydrodynamische Kupplung be­ kannt, an deren Primär-Schaufelrad im Bereich des Stauraumes eine sogenannte Drosselscheibe befestigt ist. Diese Drossel­ scheibe hat über den Umfang verteilt mehrere Durchtrittsöffnun­ gen und außerdem einen verhältnismäßig großen Innendurchmesser, so daß ein großer Abstand zwischen der Welle und dem Innendurch­ messer der Drosselscheibe vorhanden ist. Aus diesen Gründen kann die Drosselscheibe nicht die Funktion des erfindungsgemäßen Ab­ schirmelements ausüben.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nachfolgend beschrieben werden. Sowohl die Fig. 1 als auch die Fig. 2 ist ein Teil-Längsschnitt durch eine hydrodynamische Kupplung. In den beiden Figuren sind gleiche Bauteile mit glei­ chen Bezugszeichen versehen.

In beiden Figuren hat die dargestellte Kupplung eine Abtriebs­ welle 10, auf der das Sekundär-Schafelrad 12 mittels eines Flan­ sches 11 befestigt ist. Das Primär-Schaufelrad 13 ist gemeinsam mit der daran befestigten Kupplungsschale 14 mit Hilfe von Wälz­ lagern 15 und 16 auf der Abtriebswelle 10 drehbar gelagert. Die Außenseite des Primär-Schaufelrades 13 kann bei 17 mit einer nicht dargestellten Antriebswelle verbunden werden.

In Fig. 1 ist der (für beide Schaufelräder 12 und 13 gleich große) Außendurchmesser der Beschaufelung mit A bezeichnet, der Innendurchmesser der Beschaufelung des Primärrades mit B und der Innendurchmesser der Beschaufelung des Sekundärrades mit C. Wie man sieht, ist C kleiner als B; d.h. die Schaufelkanäle des Se­ kundärrades 12 erstrecken sich näher zur Abtriebswelle 10 hin.

Der von den beiden Schaufelrädern 12 und 13 gebildete torusfor­ mige Arbeitsraum ist mit 9 bezeichnet. Sein radial innerer Be­ reich steht über die Schaufelkanäle des Sekundärrades 12 mit dem sogenannten Stauraum 25 in Verbindung. Dies ist im wesentlichen der zwischen der Abtriebswelle 10 und dem primärseitigen Teil des Arbeitsraumes 9 befindliche Ringraum.

Im normalen Betrieb, d.h. wenn die anzutreibende Arbeitsmaschine mit ihrer normalen Geschwindigkeit läuft, arbeitet die Kupplung mit nur geringem Schlupf. Die sich hierbei einstellende Torus­ strömung ist in Fig. 1 durch die Pfeile 8 gekennzeichnet. Die Pfeile 7 stellen dagegen die Strömung dar, die sich bei großem Schlupf, insbesondere während des Anfahrens, im Sekundär-Schau­ felrad 12 einstellt. Hierbei gelangt ein Teil der Arbeitsflüs­ sigkeit vorübergehend in den Stauraum 25, so daß sich der Fül­ lungsgrad im Arbeitsraum 9 reduziert. Man erreicht hierdurch eine Begrenzung des von der Kupplung übertragenen Drehmoments.

Zur Abdichtung des Kupplungs-Innenraumes nach außen sind auf der Außenseite der Wälzlager 15 und 16 Dichtungsringe 30, 31 vorge­ sehen. In der erfindungsgemäßen Kupplung wird als Arbeitsflüs­ sigkeit, anstelle des in der Regel üblichen Öles, Wasser oder eine ähnliche nicht-brennbare Flüssigkeit verwendet. Deshalb sind auch noch an der Innenseite der Wälzlager 15 und 16 Dicht­ ringe 32, 33 angeordnet.

Der zwischen dem Stauraum 25 und dem (das Primärschaufelrad 13 tragenden) Wälzlager 16 angeordnete Radial-Wellendichtring 33 hat eine elastisch an die Welle andrückbare ringförmige Dich­ tungslippe 6, die sich, wie dargestellt, vorzugsweise in Rich­ tung zu dem genannten Stauraum 25 erstreckt. Die umgekehrte An­ ordnung des Radial-Wellendichtringes 33 ist jedoch unter Umstän­ den ebenfalls möglich. In Fig. 1 ist der Radial-Wellendichtring 33 in das Innere eines ringförmigen Dichtungsträgers 20 einge­ setzt; dieser ist am Primärschaufelrad 13 befestigt. Abweichend hiervon könnte der Dichtungsträger 20 mit dem Primärschaufelrad 13 einstückig ausgebildet sein. In Fig. 2 ist der Dichtungsträ­ ger, abweichend von Fig. 1, als eine Scheibe 20′ ausgebildet, die Bestandteil des Radial-Wellendichtringes 33′ sein kann. In diesem Falle wird also der Radial-Wellendichtring 33′ unmittel­ bar mittels achsparalleler Schrauben am Primärschaufelrad 13 befestigt.

In beiden Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Radial-Wellen­ dichtring 33 bzw. 33′ und dem radial inneren Bereich des Stau­ raumes 25 eine zur Abtriebswelle 10 konzentrische ringformige Abschirmscheibe 21 (Fig. 1) bzw. 21′ (Fig. 2) vorgesehen. Diese verhindert, daß die mit den Pfeilen 7 bezeichnete Flüssigkeits­ strömung unmittelbar auf den Radial-Wellendichtring 33, 33′ auf­ prallt.

Gemäß Fig. 1 ist die Abschirmscheibe 21 an den ringförmigen Dichtungsträger 20 befestigt, mit Hilfe einiger über den Umfang verteilter achsparalleler Schrauben 4. Hierbei sind zwischen dem Dichtungsträger 20 und der Abschirmscheibe 21 Abstandshülsen 22 eingespannt. Hierdurch bleibt der zwischen dem Radial-Wellen­ dichtring 33 und der Abschirmscheibe 21 vorhandene Zwischenraum in radialer Richtung zum radial äußeren Bereich des Stauraumes 25 hin offen. Dies ist auch dann der Fall, wenn der genannte Zwischenraum durch einen Ring 26 überdeckt ist, wie als Alterna­ tive mit strichpunktierten Linien dargestellt ist. Der Ring 26 ist in Fig. 1 mit der Abschirmscheibe 21 zu einem Winkelring zusammengefaßt. Statt dessen könnte er auch direkt am Dichtungs­ träger 20 befestigt sein. Zwischen der Abtriebswelle 10 und der Abschirmscheibe 21 ist ein berührungsloser Dichtspalt vorgese­ hen, da die beiden genannten Bauteile mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren.

Gemäß Fig. 2 ist die Abschirmscheibe 21′ Teil eines Winkelrin­ ges, der mit Hilfe einiger radial angeordneter Schrauben 23 (oder durch Schrumpfen oder durch Kleben) an der Abtriebswelle 10 befestigt ist. In diesem Falle sind keine zusätzlichen Maß­ nahmen erforderlich, um den zwischen dem Radial-Wellendichtring 33′ und der Abschirmscheibe 21′ vorhandenen Zwischenraum zum radial äußeren Bereich des Stauraumes 25 hin offen zu halten. Auch bei dieser Ausführungsform könnte ein Ring entsprechend dem Ring 26 der Fig. 1 vorgesehen werden.

Eine andere Variante zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungs­ form könnte darin bestehen, daß an den Flansch 11 des Sekundär­ rades 12, wie mit strichpunktierten Linien angedeutet, ein Win­ kelring 21′′ befestigt wird, der die Abschirmscheibe 21′ ersetzt und der die Flüssigkeitsströmung 7 in eine achsparallele Rich­ tung umlenkt (so daß sie nicht auf den Dichtring 33′ aufprallt).

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Abschirmscheibe 21 könnte bei Bedarf ohne weiteres auch mit der in Fig. 2 darge­ stellten Bauform des Radial-Wellendichtringes 33′ kombiniert werden. Eine andere Variationsmöglichkeit besteht darin, die an der Abtriebswelle 10 befestigte Abschirmscheibe 21′ der Fig. 2 mit der in Fig. 1 dargestellten Bauform des Radial-Wellendicht­ ringes 33 zu kombinieren.

Claims (6)

1. Dichtungsanordnung, insbesondere für hydrodynamische Kupp­ lungen, Bremsen od.dgl., mit den folgenden Merkmalen:

• a) Ein Radial-Wellendichtring (33; 33′) dient zur Abdich­ tung eines zwischen einer Welle (10) und einem Dich­ tungsträger (20, 20′) befindlichen Ringspaltes gegen einen sogenannten Stauraum (25), der zumindest zeitweise von einer Flüssigkeitsströmung (7) erfüllt ist;
• b) der Radial-Wellendichtring (33; 33′) hat eine elastisch an die Welle (10) andrückbare ringförmige Dichtungslippe (6);

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:

• c) zwischen dem Radial-Wellendichtring (33; 33′) und dem radial inneren Bereich des Stauraumes (d.h. dem die Wel­ le 10 unmittelbar umhüllenden Teil des Stauraumes 25) befindet sich ein ringförmiges, zur Welle konzentrisches Abschirmelement (21; 21′; 21′′), vorzugsweise in Form einer Abschirmscheibe;
• d) der zwischen dem Radial-Wellendichtring (33; 33′) und dem Abschirmelement (21; 21′; 21′′) vorhandene Zwischen­ raum ist in radialer Richtung zum radial äußeren Bereich des Stauraumes (25) hin offen.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmscheibe (21) in ihrem radial äußeren Bereich am Dichtungsträger (20) befestigt ist unter Zwischenschal­ tung einer Anzahl von am Umfang verteilten und unter sich beabstandeten Zwischenelementen (22), und daß zwischen der Welle (10) und der Abschirmscheibe (21) nur ein enger Spalt (nach Art eines berührungslosen Dichtspaltes) vorgesehen ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmelement (21′; 21′′) an der Welle (10) be­ festigt und in einem axialen Abstand vom Radial-Wellendicht­ ring (33; 33′) und gegebenenfalls vom Dichtungsträger (20) angeordnet ist.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Radial-Wellendichtring (33; 33′) und dem Abschirmelement (21; 21′; 21′′) befindliche Zwischenraum durch einen Ring (26) überdeckt ist, der in einem Abstand vom Dichtungsträger (20; 20′) angeordnet ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (26) am Abschirmelement (21; 21′; 21′′) angeord­ net ist.