DE2101658A1 - Wellendichtung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCH 8 MÜNCHEN 22.

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN StZZfH Dr. rer. nat.W. KÖRBER

PATENTANWÄLTE ·

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Patentanmeldung P 21 oi 658.0 O-1 ΓΜ ß C Q

Federal-Mogul Corporation ^ IU ι O O

Wellendichtung

Die Erfindung bezieht sich auf doppelseitig gerichtete · hydrodynamische ¥ellendichtungen. Solche Dichtungen sind in den US-Patentschriften 3 5o4 918, 3 5o4 919' und 3 5o4 92o "be schrieb en. Grundsätzlich haben diese, mit einer Lippe versehenen Wellendichtungen eine äussere (Luftseiten-) kegelstumpfähnliche Fläche mit schraubenförmigen Hucken, Rillen oder Riefen, die schräg auf das abdichtende Band oder die Lippenkante in entgegengesetzten pheripherischen Richtungen treffen, bzw. in einem kleinen Winkel von nicht mehr als zwanzig Grad, vorzugweise zwischen einem und fünf Grad, um in jeder Drehrichtung der Welle die Schmierflüssigkeit zurückzuführen.

Wenn eine bekannte Wellendichtung durch Zurichten (trimming) ihrer Lippe zusammengebaut ist, können sich nicht hinzunehmende üngonauigkeiten ergeben, Für das die Dichtung bewirkende üand oder für die Lippenkante ist daher eine bis zu ihrer endgültigen Gestalt geformte Fläche vorzuziehen, die keiner Nachbearbeitung mehr bedarf. Hierbei tre-

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ten aber sowohl bei der Konstruktion der !form als auch, bei der daraus entstehenden Dichtung besondere Probleme auf.

Bei einer Art der doppelseitig gerichteten hydrodynamischen Dichtungen mit Riefen sind z. B. mehrere Riefen in die Zugangs-" fläche der Mchtung geformt, so dass das abdichtende oder Berührungsband, auch statisches Band genannt, schräg; gekreuzt wird. Die Form kann in der üblichen Art hergestellt werden, mit Ausnahsie der Billen, die für das Formen der Riefen oder Hippen erforderlich sind. Die Billen können auf einer Drehbank hergestellt werden, bei der die Matrize tun eine Achse gedreht wird, die etwas schräg zu ihrer eigenen Längsachse

liegt. Die a« eingedrehten kreisförmigen Billen und die dabei

entstehenden Bücken verlaufen zueinander parallel, und die Mittelpunkte ihrer Kreise sind nacheinander Ton der Achse der kegelstumpf ähnlichen fläche versetzt. Bei dieser bekannten

i Konstruktion k'euzen sich eine oder mehrere dieser Billen mit der Iriaual:

nie der Dichtung. Die fertigen zugerichteten

Dichtungen habon auf dies· Weise eine dder mehrere Bippen, die sich mit der statischen lippe oder Priajärlippe auf de» Umfang in zwei entgegengesetzten Sichtungen kreuaen, wobei jede einzelne Rippe die läppe einmal in jeder Sichtung kreuzt. Venn mehrere Rippen vorhanden sind, kreuzen iaie die Primärlippe nacheinander im einer Sichtung und danz$ nacheinander in der entgegengesetzten Sichtung. Eine ähnliche Dichtung entsteht durch das Einschneiden einer Anzahl von Billen in die form, so dass jede Bille von der anderen einen radialen Abstand hat. Dadurch entsteht ein wechselndes Muster von Kreuzungen mit der Primärlippe, zuerst in der einen und dann in der entgegengesetzten Richtung. Venn die Dichtungslippen so zugerichtet sind, ergeben sich für einen geübten Formhersteller bei dem Aufbau keine Probleme. Jedoch sind Formen mit angeformt er lippe viel schwieriger herzustellen, weil die bekannten Rillen bei dieser Form des Aufbaus nicht fortlaufend sein können. Die für die Bildung der geformten Primärlippe erforderliche Fonaeeke stört jeden Fräs- oder Schneidevorgang.

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Zwar können zweiteilige Formen oder Kerne hergestellt werden, diese sind jedoch teuer und in der Fertigung nicht ganz befriedigend. Ob das G-elenkstück zwischen den beiden Formteilen verschraubt, hartgelötet oder auf andere Weise zusammengehalten wird, stets neigt es dazu, zwischen den Formteilen Gummi austreten zu lassen. Dadurch entsteht ein unerwünschter Pressgrat an der Primärlippe, auch Dichtungsband genannt.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Dichtungsaufbau, der besonders für die Bildung von einer Machbearbeitung nicht bedürfenden lippen geeignet ist und auch gleich ausgebildete doppelseitig gerichtete hydrodynamische Riefen aufweist.

Ein grundsätzliches Merkmal der Erfindung ist, dass die hydrodynamischen Hippen oder Riefen, die sich zu der Primärlippe erstrecken, eher das Dichtungsband oder die lippenkante tangieren als sie kreuzen. Bei dieser Anordnung können die Riefen in entgegengesetzten Richtungen schräg auf das Dichtungsband oder die Primärlippe treffen, und sie erzeugen bei jeder Drehrichtung der Welle eine hydrodynamische Wirkung. Die Anordnung ermöglicht auch die Verwendung eines einteiligen Formkerns. Ein solcher Kern ist von einem erfahrenen Feinmechaniker leicht herzustellen, da sich die Riefen nicht über die Formecke hinaus erstrecken und, da sie nicht unterbrochen sind, können sie auf einer Drehbank, in einem ununterbrochenen Vorgang geschnitten oder gefräst werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht in der Perspektive einer Wellendichtung nach der Erfindung, in der ein Teil des Gehäuses weggebrochen ist j

Fig. 2 eine vergrösserte Teilansicht im Aufriss und z.T. im Schnitt des Lippenteils der Wellendichtung nach Fig. 1 j

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Fig. 3 die Abwicklung der Fläche des gesamten Innenumfangs der Dichtung der Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 3 einer abgeänderten Form einer Dichtung mit mehreren Riefen;

Fig. 5 eine vergrösserte Ansicht im Aufriss und im Schnitt des Lippenteiles, die eine Form des Riefenaufbaus zeigt;

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 5 einer abgeänderten Form des Lippenaufbaus;

Flg. 7eine Ansicht ähnlich der in Fig. 5 einer anderen abgeänderten Form des Lippenaufbaus;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 5 einer wiederum anderen abgeänderten Form des Lippenaufbaus;

Fig. 9 eine Ansicht ähnlich der in Fig. 5 eines weiteren abgeänderten Aufbaues nach der Erfindung;

Fig.10 eine Teilansicht der Dichtung der Fig. 9» von rechts auf Fig. 9 gesehen;

Fig.11 eine Teil-Abwicklung einer anderen abgeänderten Dichtungsfoim mit mehreren parallelen Riefen.

In der Dichtung der Fig. 1 bis 3 umfasst die Wellendichtung ein verstärkendes Glied 11 aus Metall, das mit einer geeigneten, eine Ausbohrung abdichtenden zylindrischen Fläche 12 entweder aus Metall oder mit einem Überzug aus Elastomer über dem Metall versehen ist. Ein sich radial nach innen erstrekkender Flansch 13 ist so angeordnet, dass ein Verankerungsteil 14 entsteht, arfclen ein Körper 15 aus Elastomer angeformt und damit verbunden ist. Dieser Körper 15 weist eine Lippe 16 und eine Rille 17 für eine in sich geschlossene ringfönnige Schraubenfeder 18 auf. Die Lippe 16 ist die Kreuzung zweier konvergenter kegelstumpf ähnlicher Flächen 20 und 21, von denen die Fläche 20 zu der flüssigkeitsabdichtenden oder der ülseite der Dichtung 10 hin angeordnet ist und die Fläche 21 von ihr weg liegt. Die Dichtung 10 ist, wie Fig. 2 zeigt, nicht vollständig, obwohl eine Zurientungs-(trim) Linie 22 angezeigt i£t| ßtattdessen ist der Körper 15 in einer seiner möglichen S-Formen gezeigt, bei denen es einen hutähnliehen Teil 23 gibt_r

der abgeschnitten werden soll, aber beim !Formen durch den fliessenden überschüssigen Elastomer entstanden ist. Fig. 2 zeigt, wie die Dichtung 10 geformt werden kann, so dass die Primär lippe 16 oder das Dichtungsband in der !Form durch die Berührungslinie der kegelstumpfähnlichen Flächen 20 und 21 bestimmt ist. Die lippe oder das Dichtungsband 16 ist fortlaufend und liegt koaxial zu dem Körper 15 und der zylindrischen Gehäusefläche 12. Man kann sie statische Dichtungslippe oder Primärlippe der Dichtung nennen. Diese lippe 16 gehört in der Kegel zu der in den meisten Wellendichtungen gebrauchten • Art.

Die Erfindung unterscheidet sich von den bekannten Dichtungen durch die Verwendung von wenigstens einer Riefe 25 zur Schaffung einer doppelseitig gerichteten dynamischen Dichtung, mit anderen Worten, dadurch, dass sie ül oder eine andere Flüssigkeit, die unter dem Dichtungsband bzw. Dichtungslippe 16 ausgeflossen ist, entweder wegen eiüer Beschädigung des Dichtungsbandes 16 selbst oder der Welle, durch das Dichtungsband 16 zurückleitet. Wie aus den Fig. 1 bis 3 zu sehen ist, trifft die Riefe 25 das Dichtungsband 16 und verlässt es tangential. Sie kreuzt das Dichtungsband 16 nicht. Sie ist nicht unterbrochen und liegt deshalb in einem sich ändernden Winkel zu der Lippe 16,aber ist leicht an einer Form, z. B. durch eine Drehbank, anzubringen. Da sie nur an einem Punkt 26 berührt, ist es klar, dass an diesem Punkt das doppelseitig gerichtete Prinzip wirksam wird, so dass, abhängig von der Umdrehungsrichtung, entweder der zum Berührungspunkt 26 führende Teil der Hiefe 25 oder der diesen Punkt verlassende Teil 28 als hydrodynamisches Glied wirkt und die Flüssigkeit zurückführt.

Der in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Aufbau mit einer einzigen Hiefe ist zwar für einige Anwendungszwecke befriedigend. Bessere Ergebnisse werden aber mit mehreren Riefen erzielt, wie in der Abwicklung gemäss Fig. 4 gezeigt ist, in der jede Riefe durch eine einzige Linie dargestellt ist. Dort sind drei ver-

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schiedene Riefen 3o, 31 und 32 dargestellt, die an den Beruh- · rungspunkten 33, 34 und 35 die Dichtungslippe 16 treffen. Diesel Berührungspunkte liegen in gleichmässigen Abständen rund um j die Dichtung, so daß es drei Punkte 33, 34 und 35 gibt, an denen eine hydrodynamische Wirkung bei jeder Umdrehungs rieh tung besteht, tatsächlich gibt es sechs Wirkungspunkte, von denen nur drei gleichzeitig ihre Wirkung ausüben, abhängig von der Umdrehungsrichtung der Welle. Man kann auch, wie in Fig. 11 gezeigt ist, mehrere parallele Riefen 1oo, 1o1, 1o2 vorsehen, die jeweils durch eine Linie dargestellt sind, wobei die führende Riefe 1oo die schmale Dichtungslippe 16 oder -band berührt. In diesem Fall ist die berührende Riefe 1oo nur wirksam, wenn die Dichtung neu ist} aber eine oder mehrere Riefen in jeder der parallelen Gruppen werden wirksam, wenn sich die Dichtung abnutzt und die Dichtungslippe 16 sich ausweitet, wie in Pig. durch den schraffierten Teil dargestellt ist. Auf diese Weise wird die Riefe 1o1 eventuell hydrodynamisch wirksam, bei einer weiteren Abnutzung die Riefe 1o2 usw.

In den Pig. 5 bis 8 ist gezeigt, dass die einzelnen Riefen oder Rippen verschieden angeordnet werden können? die Riefen sind in diesen Figuren verhältnismässig stark vergßseert dargestellt. In Fig. 5 wird jede Riefe 4o gebildet durch eine vorspringende Rippe 41, die aus der normalerweise kegel stumpf ähnlichen Luftseite 21 der Dichtung hervorragt, und weil sie in einem Winkel von vorzugsweise 5 bis 1o° nach hinten ragt, entsteht ein Hohlraum oder rillenähnlicher Teil mit einer Hache 42, die ebenfalls die normale kegelstumpfähnliche Form 21 hat, und ein anderer Teil 43» der an der Linie 44 mit der Fläche 42, vorzugsweise in einem stumpfen Winkel, zusammentrifft .

Fig. 6 zeigt eine ähnliche Fora, bei der jede Riefe 5o von einer Wand 51» die unmittelbar vorspringt und keiner Htoohbenandlung bedarf, und von einer anderen Wand 52 gebildet wird, die zylindrisch, d.h. parallel ssu der Welle iet, die sie ab-

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dichten soll. Sie trifft an der linie 5^ auf einen Teil 53 der Wand 21» Wenn diese Dichtung auf die Welle geschoben wird, verändert die Welleninterferenz den Winkel und lässt sie an einigen Teilen annähernd die Gestalt der Rille gemäss Fig. 5 annehmen. Natürlich ist dieser Abschnitt gerade in einer Stellung gewählt, in einer anderen Stellung würde er mehr die Gestalt der Dichtungslippe 16 annehmen.

7 zeigt eine andere Form der Dichtung mit einer Rille 60, bei der eine Fläche 61 der vorstehenden Rippe 62 im wesentlichen parallel zur ölseite 20 der Dichtung liegt und eine Rille zwischen sich und einem Teil 63 der normalerweise kegelstumpf ähnlichen Luftseite 21 bildet, die sie an der Mnie 64 schneidet.

Fig. 8 zeigt eine weitere Form der Dichtung nach dieser Erfindung, bei der eine Rippe 71» dieeine Riefe 70 bildet, im wesentlichen halbkuglig ist und über die übliche kegelstumpfähnliche Fläche 21 hervorragt. Hier ist wiederum eine Rille zwischen dieser halbkugeligen Rippe 71 und einem Teil 72 der kegelstumpf ähnlichen Wand 21 gebildet, wobei sich die Rippe und der Teil 72 an der linie 73 treffen. Wenn man gemäße der Darstellung in den Fig. 1 bis 3 vorgeht, erhält man wiederum eine zweifach positive hydrodynamische Dichtung.

Eine zuweilen wünschenswerte Weiterbildung der Erfindung, wenn man eine nicht unterbrochene Dichtungslippe bei einer neuen Dichtung haben will, besteht darin, dassman eine Riefe konzentrisch mit der Dichtungslippe anordnet, wie es in den Fig. 9 und 10 gMeißt ist. Die Riefe 80 hat vorzugsweisejaenselben Querschnitt wie die hydrodynamische Riefe, und sie hat an keinem Funkt einen kleineren Durchmesser als der kleinste Durchmesser der hydrodynamischen Riefe. Das sichertfeleichzeitig eine statische Abdichtung ohne undichte Stelle und eine wirksame hydrodynamische Virkung. Die Fig. 9 zeigt das Dichtungsband oder die Idppenkante 16 und eine konzentrische

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Riefe 80. Eier berührt, wie zuvor beschrieben, eine oder iaehr.e-'^: re schräge Riefen 81 die konzentrische Riefe 80. Am günstig- ' ; sten wäre es, diese konzentrische Riefe in der ϊΌηη zu schnei- j den, nachdem die hydrodynamischen Riefen darin hergestellt worden sind. Wie in Pig. 10 gezeigt ist, bewegt sich, wenn der Abschnitt A-A um die Peripherie herum zu A'-A¹ bewegt wird, die schräge Riefe 81 auf die statische Riefe 80 hin, wie durch die punktierten Riefen der 3?ig. 9 gezeigt ist, bis bei A'-A' die statische und die dynamischen xiiefen 80 und genau zusammenfallen. Daraus ergibt sich, dass die Abschnitte A-A und A'-A' identisch sind, und beide/sehen wie in Fig. 9 dargestellt aus. Die Buchstaben A, B, C, D, E und F zeigen in beiden Darstellungen eine Gleichstellung der Elementejbn.

Ansprüche:

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Claims (11)

1. - 9 - Ansprüche
2. Wellendichtung, bestehend aus einem geformten Dichtungsring aus elastischem Material mit einer peripher!sehen Dichtungslippe, letztere mit inneren und äusseren gegenseitig konvergenten, in allgemeinen kegelstumpfähnlichen, zu der flüssigkeitsabdichtenden Seite der Dichtung hin bzw. von ihi weg liegenden Flächen, und aus einem ununterbrochenen, am Umfang verlaufenden Dichtungsband, das koaxial mitdem Dichtungsring liegt und von der Konvergenz der kegelstumpf-ähnlichen Flächen abgegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere kegelstumpfähnliche Fläche (21) wenigstens eine nicht unterbrochene Riefe (25) aufweist, die das Dichtungsband (16) tangential trifft und es wieder tangential verläss-t, und die Eiefe unabhängig von der Drehrichtung einer umlaufenden Welle eine am Dichtungsband etwa vorbeigelaufene Flüssigkeit zu dem Dichtungsband zurückführt.
3. Wellendichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Riefen (30, 31, 32), deren Berührungspunkte (33, 34, 35) um das Dichtungsband (16) in gleichen Abständen angeordnet sind (Fig.
4. 4).

   Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet", dass die äussere kegelstumpfähnliche Fläche (21) zusätzlich wenigstens eine oder mehrere nicht unterbrochene Riefen (100, 101, 102) aufweist, die parallel und axial mit Abstand von der fortlaufenden Riefe (100) angeordnet sind und einen grösseren Durchmesser haben, so dass bei sich abnutzendem Dichtungsband die eine odermehrere Riefen (101, 102) anstelle der vorhergehenden Riefe hydrodynamisch wirksam werden (Fig. 11).

   Wellendichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gruppen der parallelen Riefen ihre augen-

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   blicklichen und zukünftigen Berührungspunkte gleichmässig mit Abstand rund um das Dichtungsband haben.
5. 5. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelstumpf ähnliche Zugangsfläche (2i)iaehrere fortlaufende dynamische Riefen hat, die aus ihr hervorragen und axial mit Abstand voneinander und schräg qaer zu der Ebene der Primärlippe (16) angeordnet sind, wobei jededer dynamischen Riefen die Lippe (16) tangential trifft und sie wieder verlässt und bei Jeder Drehrichtung der umlaufenden Welle eine hydrodynamische Wirkung hervorruft (SIg. 5 bis 8).
6. 6. Dichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder dynamischen Riefe wenigstens eine Riefe von etwas grösserem Durchmesser parallel liegt, die bei sich abnutzender Dichtung wirksam ist.
7. 7· Wellendichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass jede der dynamischen Riefen eine kegel stumpf ähnliche Fläche bildet, die in einem Winkel von 3° bis 7° gegen die zylindrische Form geneigt ist und in einem stumpfen Winlzel die Zugangsfläche (21) trifft, und der Teil Jeder der dynamischen Riefen, der die lippe (16) tangential trifft und sie wieder verlässt, mit der Welle in Berührung kommt und mit ihr und mit der Zugangsfläche zusammenwirkt und so einen Keil abgrenzt, der ausgeflossenes öl auffängt und quer durch die Lippe (16) zurückleitet.
8. 8. Wellendichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass jede Riefe ungefähr 0,254 mm bis 0,508 mm (0,010" bis 0.020") breit ist.
9. 9· Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine fortlaufende statische Ri,efe (80) parallel zu

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   und mit Abstand von der Dichtungslippe (16) angeordnet ist und die hydrodynamische Riefe (01) tangential trifft und sie tangential wieder verlässt, wobei der Innendurchmesser der statischen Riefe (80) nicht kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser der hydrodynamischen Riefe (81).
10. 10. Wellendichtung nach Anspruch 9} dadurch gekennzeichnet, dasaj mehrere hydrodynamische Riefen (81) mit ihren Berührungspunkten rund um die statische Riefe (80) in gleichmässigen Abständen angeordnet sind.
11. 11. Wellendichtung nach Anspruch 9₅ dadurch gekennzeichnet, dass die statische Riefe (80) und die hydrodynamische Riefe (81) gleichförmig sind.

    Der Patentanwalt

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