DE3826628C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellenabdichtungssystem zur Abdichtung von Wellen mit axial vorgeschalteter Lippendichtung, die luftseitig angeordnet ist und als Schutzring gegenüber äußerer Einwirkung dient, und die aus einem Gehäusering mit anvulkanisiertem elastomeren Dichtlippenteil besteht und mit einem zweiten mediumsseitig angeordneten Lippendichtungsring der Hauptabdichtungsring ist und aus einer Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff besteht, die zwischen den radialen Schenkeln des Gehäuseringes und eines Klemmringes eingeklemmt ist.

Bei Wellendichtungsringen ist es bekannt, an Stelle von Lippendichtungsringen mit an den Gehäusering anvulkanisierter elastomerer Dichtlippe Lippendichtungsringe zu verwenden, deren Dichtteil aus einer Polytetrafluorethylenscheibe besteht, die an ihrem Außenumfang im Haftteil zwischen die radialen Schenkel des Gehäuseringes und eines Klemmringes eingespannt ist, und die in ihrem dynamischen Dichtteil am Innenumfang zur Dichtlippe abgebogen auf der Welle aufliegt. Bei schmutzbeaufschlagten Dichtstellen ist es dabei erforderlich, der eigentlichen Hauptdichtlippe eine oder mehrere Schutzlippen luftseitig vorzuschalten.

Nach beispielsweise der DE-OS 32 33 573 besteht die dem Polytetrafluorethylen-Hauptabdichtungsring vorgeschaltete Schutzlippe aus einer an den Gehäusering anvulkanisierten elastomeren Dichtlippe.

Nach beispielsweise dem Wellendichtungsring Typ 827 SS der Firma Goetze AG (vgl. Goetze-Katalog 89 290 0/5/85 "Radial-Wellendichtringe für Kraftfahrzeuge" von 1985 Seite 8 Abs. 6) besitzt der elastomere Wellendichtungsring zwei luftseitig vorgeschaltete, elastomere, an den Gehäusering anvulkanisierte Schutzlippen, die im Zusammenspiel mit der Fettfüllung des von ihnen gebildeten Raumes den Zutritt von Schmutzteilchen zur Hauptdichtlippe verhindern.

In Strömungsbremsen oder Turbokupplungen sind die Lippendichtungsringe wechselnden hohen Beanspruchungen durch zeitweise hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Welle und zweitweise hohe stoßartige Druckbelastungen durch das Abdichtmedium ausgesetzt, wobei während hohen Wellenumfangsgeschwindigkeiten eine normale und relativ kleine Druckbelastung durch das Abdichtmedium von bis zu maximal 0,5 bar auftritt, während bei reduzierter Wellenumfangsgeschwindigkeit die Druckbelastung groß ist und bei über 3 bar liegen kann. Darüber hinaus sind derartige Dichtstellen meist einer starken Schmutzbelastung ausgesetzt.

In solchen Fällen werden Lippendichtungsringe mit luftseitig vorgeschalteten Schutzlippen verwendet, bei denen entweder die elastomere Dichtlippe durch einen bis in die Membrane hineinreichenden einvulkanisierten Radialschenkel des Gehäuseringes versteift ist, oder bei denen die Dichtlippe relativ kurz und dadurch weniger flexibel ist.

In diesem Fall führen hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium zu weniger starken Deformationen der Dichtlippe als bei herkömmlichen Dichtlippenkonstruktionen, so daß vor allem die Dichtlippe nicht mehr mit erhöhter Radialkraft gegen die Welle gepreßt wird und erhöhte Reibungskräfte mit entsprechend hoher Reibungswärmeentwicklung die Dichtlippe belasten und erhöhte Verschleißwerte hervorrufen. Derartig versteifte Dichtlippen brauchen dann nicht mehr zu ihrer Stabilisierung mit hoher Radialkraft auf der Welle aufzuliegen, und hohe Wellenumfangsgeschwindigkeiten führen nicht mehr zu einer zu starken Reibungswärmeentwicklung mit Temperaturbelastungen des Dichtlippenwerkstoffes und seinen Zerstörungen.

Solche Lippendichtungsringkonstruktionen neigen unter den geschilderten extremen Belastungen in Strömungsbremsen und Turbokupplungen immer noch zu erhöhtem Verschleiß mit entsprechend geringer Lebensdauer. Zugleich kann eine versteifte und dadurch weniger flexible und elastische Dichtlippe Wellenstöße bei exzentrischem Wellenlauf nicht mehr ausreichend ausgleichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wellenabdichtungssystem gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, das auch bei extremen Belastungen durch hohe Wellenumfangsgeschwindigkeiten, hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium und hohe äußere Schmutzbelastung verschleißbeständig und dadurch mit langer Lebensdauer bei guter Abdichtung eingesetzt werden kann. Das Wellenabdichtungssystem soll zugleich einfach und kostensparend herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Wellenabdichtungssystem aus zwei axial hintereinander angeordneten Lippendichtungsringen gelöst, dessen elastomerer Dichtteil des Schutzringes zwei radial wirkende Dichtlippen besitzt, dessen von ihnen gebildeter Raum mit einer Fettfüllung versehen ist, und dessen elastomerer Dichtteil einen axialen Vorsprung aufweist, der gegen einen als vorgeschaltetes Labyrinth wirkenden Laufring axial anschlägt.

Durch die Fettfüllung des von den elastomeren Dichtlippen gebildeten Raumes wird eine verbesserte Schmierwirkung und damit ein verbesserter Verschleißschutz der Dichtlippen bewirkt. Gleichzeitig bewirken die Dichtlippen zusammen mit der Fettfüllung eine verbesserte Abdichtung gegenüber äußerer hoher Schmutzbelastung, so daß das erfindungsgemäße Wellenabdichtungssystem auch bei extremen Belastungen durch hohe Wellenumfangsgeschwindigkeiten, hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium und hohe äußere Schmutzbelastungen mit guter Abdichtwirkung bei langer Lebensdauer eingesetzt werden kann. Das vom Laufring luftseitig durch einen Radialschenkel gebildete Labyrinth und der vom elastomeren Dichtteil gebildete und an den Laufringschenkel axial anschlagende Vorsprung verbessert dabei die Schutzwirkung des Schutzringes vor extremer äußerer Belastung.

Da der vorgeschaltete elastomere Lippendichtungsring nur als Schutzring dient, können seine Schutzlippen praktisch ohne Radialkraft auf der Welle aufliegen und sind auch bei hohen Wellenumdrehungszahlen keinen Verschleißerscheinungen durch Reibwärmeentwicklungen ausgesetzt. Der Hauptabdichtungsring besteht aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff mit kleinem Reibungskoeffizienten, so daß auch bei sehr hohen Wellendrehzahlen an dem zur Dichtlippe abgebogenen, auf der Welle großflächig aufliegenden Dichtscheibenteil nur geringe Erhitzung und damit kein erhöhter Verschleiß entsteht. Die hohe Temperaturbeständigkeit des Polytetrafluorethylen verbessert zusätzlich die Beständigkeit der Dichtlippe, so daß die Dichtlippe selbst ohne Gefahr von Zerstörungen mit erhöhter Radialkraft und dadurch gut abdichtend auf der Welle aufliegen kann. Polytetrafluorethylene sind darüber hinaus verformungssteif und wenig flexibel. Stoßartig auftretende hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium führen zu keiner Deformation der Dichtscheibe, die Dichtscheibe hebt sich nicht von der Welle ab, und die Dichtung bleibt auch bei extremen Belastungsverhältnissen dicht. Dadurch ist am Hauptabdichtungsring das Problem der Überbelastung durch hohe Wellendrehzahlen und stoßartige hohe Druckbelastungen durch das Abdichtmedium gelöst.

Zur Vereinfachung der Bauweise bildet dabei bevorzugt der Gehäusering des Schutzringes auch den Gehäusering des Hauptabdichtringes, indem sein äußerer Axialschenkel zu einem abgestuften Zylinder mit erweitertem Durchmesser verlängert ist. Zur Montage ist die Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen in den Zylinder eingeschoben und zwischen der radialen abgestuften Fläche und dem radialen Schenkel des nachgeschalteten Klemmringes verspannt. Bevorzugt ist dabei auch die radiale abgestufte Fläche mit einer Elastomerschicht überzogen.

Zur Erzielung einer kompakten Bauweise ist das erfindungsgemäße Wellenabdichtungssystem mit einem Laufring versehen, der zusammen mit den Lippendichtungsringen zu einer Dichtkassette verbunden ist, die zur Montage unter drehfester Verbindung des Laufringes mit Metallsitz oder Elastomersitz auf die Welle aufgeschoben werden kann. Der Laufring besitzt dabei luftseitig einen radialen Schenkel, so daß zwischen diesem Schenkel und dem Schutzring nur noch ein kleiner, als Labyrinthdichtung wirkender Spalt mit verbesserter Schutzwirkung besteht. In diesem Fall besitzt das Dichtlippenteil eine zusätzliche axiale Dichtlippe, die den Radialschenkel des rotierenden Laufringes berührt.

Durch die Erfindung ist somit ein Wellenabsdichtungssystem entstanden, das bei hohen Umdrehungszahlen der Wellen und stoßartigen Druckbelastungen des Abdichtmediums zuverlässig mit langer Lebensdauer abdichtet. Das Wellenabdichtungssystem ist luftseitig vor äußerer Schmutzeinwirkung geschützt und besitzt in seiner bevorzugten Ausführungsform eine kompakte und dadurch einfach zu montierende Form bei geringen Herstellungskosten.

Ein Ausführungsbeispiel des Wellenabdichtungssystemes wird anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Abbildung zeigt einen Querschnitt des Wellenabdichtungssystemes.

In der Abbildung ist (1) das auf der Welle (2) montierte Wellenabdichtungssystem aus dem luftseitigen (3) Schutzring (4), dem Hauptabdichtungsring und dem Laufring (7). Der Schutzring (4) bildet mit seinem einvulkanisierten Gehäusering (8) einen abgestuften (9) Zylinder, in dem die als Hauptdichtungsring dienende Dichtscheibe (5) aus Polytetrafluorethylen zwischen der gummierten Abstufung (9) und dem Radialschenkel eines Klemmringes (10) im Haftteil (11) am Außenumfang eingespannt ist. Am Innenumfang liegt die Dichtscheibe (5) zur Dichtlippe (12) abgebogen auf dem Laufring (7) auf.

Die Dichtlippenlauffläche (12) ist mit eingeschnittenen Rückfördergängen (13) als hydrodynamische Dichthilfe versehen. Bei hohen Drehzahlen der Welle (2) ist, bedingt durch den kleinen Reibungskoeffizienten, die Reibbelastung der Dichtlippe (12) gering bei entsprechend geringem Verschleiß, und gleichzeitig kann auch bei hoher Druckbelastung durch das Abdichtmedium die verformungssteife Dichtscheibe (5) aus Polytetrafluorethylen nicht verformt werden. Der Dichtlippenteil (14) des luftseitigen (3) Schutzringes (4) ist an den inneren Radialschenkel des Gehäuseringes (8) anvulkanisiert und bildet zwei radial den Laufring (7) berührende elastomere Dichtlippen (15, 15′), wobei der von den beiden Schutzlippen begrenzte Raum (16) zur Verbesserung der Schmierung mit Schmierfett gefüllt ist. Der durch Metallsitz mit der Welle (2) drehfest verbundene Laufring (7) besitzt einen luftseitigen (3) Radialschenkel (17), der die Schutzlippen (15, 15′) umhüllt und ihre Schutzwirkung im Sinne einer Labyrinthdichtung verbessert. Der elastomere, axial den Radialschenkel (17) des Laufringes (7) berührende, axiale Vorsprung (18) dient der Zentrierung bei der Montage und gleichzeitig als zusätzliche Schutzlippe gegen äußere (3) Schmutzeinwirkung.

Claims (5)

1. Wellenabdichtungssystem zur Abdichtung von Wellen mit axial vorgeschalteter Lippendichtung, die luftseitig angeordnet ist und als Schutzring gegenüber äußerer Einwirkung dient, und die aus einem Gehäusering mit anvulkanisiertem elastomerem Dichtlippenteil besteht und mit einem zweiten mediumseitig angeordneten Lippendichtungsring der Hauptabdichtungsring ist und aus einer Dichtscheibe aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff besteht, die zwischen den radialen Schenkeln des Gehäuseringes und eines Klemmringes eingeklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Dichtteil (14) des Schutzringes (4) zwei radial wirkende Dichtlippen (15, 15′) besitzt, und daß der von ihnen gebildete Raum (16) mit einer Fettfüllung versehen ist, daß das Dichtteil (14) einen axialen Vorsprung (18) aufweist, der gegen einen als vorgeschalteten Labyrinth wirkenden Laufring (7) anschlägt.

2. Wellenabdichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusering (8) des Schutzringes (4) zu einem abgestuften (9) Zylinder verlängert ist, in den der Haftteil (11) der Dichtscheibe (5) aus Polytetrafluorethylen oder einem artverwandten Werkstoff eingeschoben und zwischen dem radialen Schenkel der Abstufung (9) und dem radialen Schenkel des Klemmringes (10) eingespannt ist.

3. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgestufte Anschlagfläche (9) des Gehäuseringes (8) für die eingeklemmte Dichtscheibe (5) mit einer Elastomerbeschichtung versehen ist.

4. Wellenabdichtungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippendichtungsringe (4, 5) mit einem Laufring (7) zu einer einbaufähigen Dichtkassette verbunden sind.

5. Verwendung des Wellenabdichtungssystemes nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Abdichtung der Wellen in Strömungsbremsen oder Turbokupplungen von Kraftfahrzeugen, bei denen die Welle (2) wechselweise mit hoher Umdrehungszahl bei gleichzeitig geringer Druckbelastung von bis zu 0,5 bar durch das Abdichtmedium (6) und reduzierter Umdrehungszahl bei gleichzeitig hoher Druckbelastung von über 3 bar durch das Abdichtmedium (6) läuft.