Einriehtung zum Abdichten einer Welle mit räumlicher Bewegungsfreiheit gegenüber dem Lagergehäuse, insbesondere zur Staubabdichtung der Achslager von Sehienenfahrzeugen. - Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abdichten einer Welle mit räumlicher Bewegungsfreiheit gegenüber dem Lagergehäuse. Diese Einrichtung eignet sich insbesondere zur Staubabdichtung der Achslager von Schienenfahrzeugen, bei denen bekanntlich der Achsschenkel als abzudich tende Welle gegen das Gehäuse starke. stoss artige Bewegungen ausführt.
Es ist bereits bekannt geworden, derartige Staubabdich tungen sowohl an der Welle wie an den bei den Wandungen der sie aufnehmenden Ge- häuseausnehmung unter Spannung anliegen zu lassen. In diesen Fällen hat man jedoch die gesamte Staubabdichtung aus nachgie bigen Stoffen, wie insbesondere Leder, Filz und Fiber aufgebaut. Während aber die von der Welle dargebotene Dichtungsfläche hoch glanzpoliert und völlig kreisrund und stets mit einer feinen Oljiaut überzogen ist, fehlen diese Merkmale bei den durch die Gehäuse- wände gegebenen Dichtungsflächen. Eine Bearbeitung ist hier nur in unvollkommenem Masse möglich, da die Tasche zur Aufnahme der Staubabdichtung meist durch angegossene Gehäuseteile gebildet wird.
Es handelt sich also um verhältnismässig rauhe, wenn auch durch Genauguss planparallele Dichtungs flächen, an denen eine Zerfaserung der aus elastischem Material bestehenden Staubab dichtung eintritt. Diese Zerstörung der Ab dichtung macht umso grössere Fortschritte, weil der glättende und ausgleichende Einfluss der Ölhaut wie auf der Welle fehlt. Insbe sondere aber unterliegt die Dichtung ruck weisen, stossartigen Bewegungen, die von der kreiszylindrischen Dichtungsfläche an der Welle ausgehen. Zur Übertragung dieser Stösse ist der elastische Werkstoff dieser Dichtungen denkbar ungeeignet.
Es kommt nach kurzer Zeit, insbesondere wenn die Dichtung aus einer Reihe von dünnen Leder- platten aufgebaut ist, zu Verwerfungen, Aus- beulungen usw., durch welche Teile des Dich tungsgliedes in den lichten Raum der zur Durchführung der Welle vorgesehenen Ge- häusedurchbrechungen eindringen. Bei der nächsten Stossbewegung kommt die Ausbeu lung mit der scharfen Begrenzungskante der Gehäusedurchbrechung zur Berührung und wird dabei mehr oder weniger zwangsweise eingebeult; dabei entstehen ausserordentlich hohe Materialbeanspruchungen, die in Ver bindung mit den oben dargelegten Einflüssen nach kurzer Zeit zur völligen Zerstörung der Staubabdichtung führen müssen.
Verstärkt wird der Eintritt der Zerstörung noch da durch, dass Leder geneigt ist, sich mehr und mehr mit Schmiermittel und Feuchtigkeit vollzusaugen, womit es seine Härte verliert; die Zerstörung des weichgewordenen Leders verstärkt sich entsprechend, so dass die Dich tung trotz Ausübung eines radial und achsial gerichteten Anpressdruckes den Dichtungs- schluss nicht mehr auszuüben vermag. In die sem Falle dringen Fremdkörper in die Staub abdichtung ein, bilden mit per stets vorhan denen Ölhaut eine schmirgelnde Masse und führen nach kurzer Zeit völlige Unbrauch barkeit der Dichtung herbei.
Demgegenüber geht vorliegende Erfin dung von der Erkenntnis aus, dass nach giebige Stoffe am Aufbau des Dichtungs gliedes nur soweit beteiligt werden dürfen, wie sie unumgänglich erforderlich sind. Er forderlich sind sie an einer einzigen Stelle, nämlich am Umfang der abzudichtenden Welle. Diese Welle unterliegt im Betriebe einem Verschleissvorgang, der allerdings äusserst langsam vor sich geht. Die Elastizi tät von zur Abdichtung in Betracht kommen den Stoffen, wie insbesondere Leder, ist ge rade gross genug, um diese durch Verschleiss eintretenden Durchmesserverminderungen selbsttätig ausgleichen zu können. Hierzu genügt aber bereits ein schmaler Dichtungs streifen.
Dieser Dichtungsstreifen ist zur Ausübung und Weiterleitung von Kräften, die zur Erzeugung des Dichtungsschlusses dienen müssen, ungeeignet. Denn dieser Dich tungsstreifen liegt wiederum an der stets mit einer feinen Ölhaut benetzten Welle an, nimmt also Schmiermittel auf und verliert dadurch die Härte, die ihn anfänglich zur Übertragung von Kräften geeignet macht. Der aus elastischen Stoffen bestehende Dich tungsstreifen bedarf infolge dieses Umstandes eines Zusammenhaltes, was bei den bisher bekanntgewordenen Dichtungen niemals be achtet wurde.
Weiter geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass gerade der Dich tungsschluss an den Gehäusewandungen nur durch metallische Dichtungsgliedteile in ge nügendem Masse erzeugt und erhalten werden kann. Denn die metallischen Teile können Kräfte aufnehmen, die selbst bei Anwendung geringer Materialstärken erheblich sind, und es geht während des Betriebes diese vorteil hafte Eigenschaft, beispielsweise durch Ein wirkung des Schmiermittels, nicht verloren. Ein Ausgleich von Verschleisswirkungen ist nicht erforderlich, da an diesen Dichtungs teilen Verschleisswirkungen nicht auftreten.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen zeichnet sich die erfindungsgemässe Einrichtung zum Abdichten einer Welle mit räumlicher Bewe gungsfreiheit gegenüber dem Lagergehäuse, bei welcher Einrichtung die innere Umfangs fläche an der Welle und die Stirnflächen an beiden Wandungen des die Einrichtung auf nehmenden Gehäuses unter Federdruck an liegen, dadurch aus, dass sie durch Federn radial zusammengezogene und achsial ausein- andergetriebene Kränze starrer metallischer Ringsegmente und elastische Dichtungsringe aufnimmt, von denen letztere an der Welle anliegen und an ihrer Aussenseite von den Ringsegmenten eingekapselt sind,
während diese unmittelbar die Wandungen des Ge häuses dichtend berühren. Zweckmässig lassen die metallischen Ringsegmente der Kränze auf ihrem Aussenumfang eine keil förmige Nut zur Aufnahme einer den Ab dichtungsdruck erzeugenden Schraubenfeder zwischen sich frei. Die an der Welle anliegen den elastischen Dichtungsringe haben vorteil haft T-förmigen Querschnitt und ragen nur mit einem Steg zwischen die Kränze der Ringsegmente.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise Aus führungen erfindungsgemäss ausgebildeter Abdichtungseinrichtungen.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines ersten Bei spiels, vom Inneren des Achslagergehäuses aus gesehen; Fig. 2 gibt einen senkrechten Längs schnitt nach Linie II-II der Fig. 1 durch die Einrichtung wieder, wobei im mittleren Teil die elastischen Dichtungsringe entfernt gedacht sind, um die Ausnehmung zur Auf nahme des Steges der Dichtungsringe zu zeigen; Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf den untern Teil der Einrichtung nach Abnahme des obern Teils;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Einrichtung nach Linie IV-IV der Fig. 1; Fig. 5 und 6 zeigen in perspektivischer Darstellung die Ausbildung der Ausklin- kungen in der untern Hälfte der Einrichtung, wobei die Teile auseinandergenommen ge dacht sind; Fig. 7 zeigt dieselben Teile im zusammen gebauten Zustande; Fig. 8 schliesslich gibt im senkrechten Längsschnitt durch einen Teil des Achs lagergehäuses die Darstellung der in die Staubtasche eingebauten Einrichtung wieder;
Fig. 9 gibt eine Stirnansicht auf die Staubabdichtung wieder, wenn sie sich in völlig auseinandergezogenem Zustand be findet, das heisst wenn die abzudichtende Welle, insbesondere der abzudichtende Achs schenkelnotlauf den grössten Durchmesser besitzt, der beim Betriebe dieser Staubab dichtung vorkommt; Fig. 10 zeigt dieselbe Staubabdichtung bei dem kleinsten, praktisch in Betracht kommenden Wellendurchmesser; Fig. 11 zeigt eine Stirnansicht eines wei teren Beispiels, während Fig. 12 einen wag rechten Schnitt nach Linie XII-XII durch die Einrichtung nach Fig. 11 wiedergibt;
Fig. 13 zeigt eine abweichende Aus bildung des Gelenkes in der gleichen Schnitt anordnung wie Fig. 12; Fig. 14 gibt die entsprechende Stirnan sicht auf das Gelenk wieder;
Fig. 15 zeigt einen senkrechten Quer schnitt durch die Einrichtung nach Fig. 11 gemäss Linie XV-XV derselben, während Fig. 16 einen wagrechten Querschnif durch die Einrichtung nach Fig. 11 gemäss Linie XVI-XVI derselben wiedergibt;
Fig. 17 zeigt die Ausbildung der Treuu- fuge an der Einrichtung nach Fig. 7, ist aber zur grösseren Deutlichkeit der Beschrei bung nochmals neben den folgenden Figuren gezeichnet, während Fig. 18 mit den Schnittfiguren 19 bis 23 die Ausbildung der Trennfuge darstellt; Fig. 24 zeigt die Ausbildung der obern Hälfte der Einrichtung an der Trennfuge, in schaubildlicher Darstellung von unten ge sehen, während Fig. 25 die Ausbildung der untern Hälfte der Einrichtung an der Trennfuge, in schaubildlicher Darstellung von oben gesehen, wiedergibt;
Fig. 26 veranschaulicht die Abdeckung in der Trennfuge bei auseinandergezogenen Ein richtungshälften; die Fig. 2 7 und 28 zeigen in der Stirnansicht und im senkrechten Längsschnitt die Aus bildung des elastischen Dicbtungsringes mit Längsfuge, wobei der Ring selbst zweiteilig ausgebildet ist; die Fig. 29 und 30 zeigen in der gleichen Dar stellung einen einteiligen Dichtungsring, und Fig. 31 und 32 einen Dichtungsring mit eingelegter Trennwand.
Die gezeichnete Einrichtung besitzt vier metallische Kranzhälften 1, 2, 3 und 4. Zwi schen den Kränzen 1 und 3 einerseits, 2 und 4 anderseits befindet sich eine Teilungsfuge 5, die in einer Ebene senkrecht zur Achse 6-6 (siehe Fig. 8) liegt. Weitere Teilungs fugen 7', 7"' zwischen .den Kranzhälften 1 und 3 bezw. 8' und @8" zwischen den Kranz hälften 2 und 4 liegen in radialen Ebenen. Durch die Teilungsfugen :5 entsteht eine Be- weglichkeit der Kränze in achsialer Richtung, durch die Teilungsfugen 7, 7", 7"', -8"', 8", 8' eine Beweglichkeit der Kranzhälften in radialer Richtung.
Je zwei metallische Kranzhälften 1 und 2 bezw. 3 und 4 weisen je die Hälfte einer ringförmigen Ausnehmung 9 zur Aufnahme einer in sich geschlossenen, gespannten Schraubenfeder 10 auf. Die Eigenspannung dieser Schraubenfeder 10 wirkt sich in zweifacher Weise aus. Zunächst werden die Kranzhälften 1 und 2 gegen die Kranzhälften 3 und 4 und damit in radialer Richtung gegen die Welle gezogen, so dass ein radialer bezw. peripherer Dichtungs- schluss dieser Kranzhälften um den Notlauf des Achsschenkels 12- bezw. um den auf die sen aufgesetzten Spritzringansatz 13 eintritt.
Die Teilungsfugen 7", 8", die durch Ver setzung der sie bildenden Ausklinkungen 14' in der Kranzhälfte 3 gegen 14" in der Kranz hälfte 1 und 15' in der Kranzhälfte 2 gegen 15" in der Kranzhälfte 4 entstehen, dienen dabei nicht nur zur Unterbrechung des Fugenweges 7'-7"' und 8"'--8', sondern gleichzeitig als Führungsmittel der Kranz hälften 1 und 2 einerseits, gegen die Kranz hälften 3 und 4 anderseits. Die Teilungs fugen sind dabei so gelegt, dass die Kranz hälften 1 und 3 einerseits, die Kranzhälften 2 und 4 anderseits unter sich symmetrisch wer den, so dass diese Kranzhälften mit je einer einzigen Kokille bezw. sonstigen Form her gestellt werden können.
Distanzbolzen 16, die beispielsweise in die Kranzhälften 2 und 4 eingenietet sind, bewirken, dass die Kranz hälften auch im ausgebauten Zustand der Dichtung zusammengehalten werden. Wie Fig. 8 zeigt, legen sich nun die Kranzhälften 1 und 3 bezw. 2 und 4 gegen die Abschluss- fläche 17 des Achslagergehäuses 18 bezw. gegen die Abschlussflächen 19 der Staub taschenkappe 20 an und bewirken in achsialer Richtung den vollen Dichtungsschluss. Um die Abdichtung am Notlauf zu verstärken,
weisen die Kranzhälften 1 bis 4 ausser der konischen Ausnehmung 9 auf ihrer Innen fläche eine weitere, ringförmige Ausnehmung 21 auf, in die sich ein geteilter ringförmiger Dichtungsstreifen 22, 23 aus elastischen Mit teln, wie Leder, Filz, Fiber oder dergleichen mit einem stegartigen Vorsprung einlegt. Es ist also die Einrichtung sowohl nach. die Wellenachse enthaltenden, wie senkrecht zu ihr stehenden Ebenen geteilt. Sie berührt mit ihren Stirnflächen unmittelbar beide Ge häusewandungen, während sie an der Welle über elastische Dichtungsringe anliegt, die sie an ihrer Aussenseite nach Art eines Ge häuses kaspelt.
Wie Fig. 2 und 8 zeigen, verlaufen die Teilungsfugen 24 und 25 des Dichtungs ringes 2'2),'23 schräg mit der Steigung dem Innern des Achslagergehäuses zu, um ein Ab setzen der etwa eindringenden Fremdkörper auf den ersten Wegelementen in der Tei lungsfuge zu erreichen. Statt der durchgehen den Steigung kann die Teilungsfuge auch stufenförmig unterbrochen sein, wie dies in Fig. 2 in gestrichelten Linien angegeben ist. Die Kranzhälfte 1 der Einrichtung weist bei 26 eine parallelepipedische Verstärkung auf, mit der sie sich in einer Ausnehmung 27 führt.
Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die auch an ihren äussern Begrenzungs flächen 28, 29 halbkreisförmig ausgestalteten Kranzhälften 1, 2 und 3, 4 verdrehen können. Wie Fig. 1 zeigt, ist dabei die Einrichtung in der Vertikalen etwas verstärkt, um der ellip tischen Form der Staubtaschenöffnung 30 Rechnung zu tragen. Diese elliptische Form ist zweckmässig, um die untere Kante 31 der Staubtaschenöffnung 30 hochzulegen, trotz dem die Staubtasche 20 über den Spritzring 32 mit verhältnismässig grossem Durchmesser hinübergeführt werden muss.
Zweckmässig be stehen die metallischen Kranzhälften 1, 2 und 3, 4 der Einrichtung aus Aluminium, um eine besonders einfache Herstellung im Spritz- oder Kokillenguss zu ermöglichen. Zu diesem Zweck sind alle in aehsialer Richtung liegen den Flächen etwas konisch ausgestaltet, um das Abziehen des Spritz- oder Gusserzeug- nisses aus der Kokille oder Spritzgussform zu erleichtern.
Naturgemäss ist ebenso gut mög lich, die Kranzhälften 1, 2 und 3, 4 aus Blechstreifen zu stanzen, aus dem Vollen her- auszudrehen oder sonstwie herzustellen. Durch die Herstellung der Kranzhälften 1, 2, 3 und 4 durch Kokillenguss ergeben sich jedoch auch ohne Nachbearbeitung verhältnis mässig glatte Aussenflächen, die an den bear beiteten Abschlussflächen 17 und 19 fugenlos anliegen.
Der Dichtungsring 22, 23 kann in ein fachster Weise bei Verschleiss ausgewechselt werden, indem die Schraubenfeder 10 entfernt, die Kranzhälften 1 und 2 einerseits, 3 und 4 anderseits auseinandergezogen und die Dich- tungsringteile 22, 23 umgewechselt werden. Hierauf werden die Kranzhälften 1 und 2 bezw. 3 und 4, die nicht ausgewechselt zu werden brauchen, wieder ineinandergesteckt, die Schraubenfeder aufgelegt und die Staub taschenkappe wieder mit dem Achslagerge- häuse verbunden.
Wie aus dem Vergleich der Fig. 9 und 10 hervorgeht, besteht bei vollkommen starrer Ausbildung der nach senkrecht zur Achse stehenden und die Achsschenkelachse enthal tenden Ebenen geteilten Einrichtung die Ge fahr der Lückenbildung 33 zwischen der Oberfläche der abzudichtenden Welle 34 und den Kranzhälften 35, 36 bezw. <B>37,</B> 38.
Zer legt man jedoch jede Kranzhälfte in zwei Segmente 35', 35" bezw. 36', 36" bezw. 37', 37<B>"</B> bezw. 38', 38" und verbindet man die so entstandenen Segmente bei 39 bezw. 40 durch Gelenke, wie dies Fig. 10 schematisch veran schaulicht, so ergibt sich die Möglichkeit, trotz starrer Ausbildung der einzelnen Seg mente der Einrichtung die Zwischenräume ä3 mit Sicherheit zu vermeiden.
Die Fig. 11 und 12 veranschaulichen zu nächst eine Ausführungsform der gelenk artigen Verbindung. Beispielsweise die Seg mente 35' und 35" oder 36' und 36", die bei 39 (siehe Fig. 10) gelenkig verbunden wer den sollen, sind mit einer kreisförmig be grenzten Ausdrehung 41 versehen, während die durch die Ausdrehung entstandene war zenförmige Erhebung 42. der Segmente 35' und 35" bezw. 36' und 36" etwas abgeflacht ist.
Eine Scheibe 43, deren Form aus Fig. 11 zu erkennen ist, liegt derartig in der Aus- drehung 41, dass je zwei Segmente 35' und 35" bezw. 36' und 36" durch den Ringwulst 44 jeder Scheibe 43 gelenkig zusammenge halten werden. Nieten 45 verbinden dabei jeden Scheibenkörper 43 mit den Segmenten 35" bezw. 36'.
Die Ausbildung der Gelenkverbindung nach den Fig. 13 und 14 entspricht derjenigen nach den Fig. 11 und 12, mit dem Unter schied, dass die Scheibe 43 einen Mittel- zapfen 46 aufweist, an dessen Stirnseiten zwei stiftförmige Vorsprünge 47 bezw. 48 vorge sehen sind. Ausserdem weisen die zu verbin denden Segmente, beispielsweise wieder 36' und 36", eine kreisförmige Ausdrehung 49 zur Aufnahme der Stifte 47 und 48 auf.
Nachdem die zweckmässig in Dauerguss- formen herzustellenden, paarweise symme trischen Kranzhälften 35-3,8 bei 41 und 49 mit entsprechenden Ausdrehungen versehen worden sind, werden sie in die Segmente U', 35", 36', 36" usw. zerlegt. Hierauf wird zur gelenkigen Verbindung der Segmente 36' und 36" die Scheibe 43 so zwischen die beiden Teile eingeführt, dass die Vorsprünge 47 und 48 mit ihrer Längsachse parallel zu den die Trennfuge begrenzenden Stirnflächen der Segmente 36' und 36" liegen.
Nachdem der Ringwulst 44 in die entsprechende Ausneh- mung 41 der Segmente eingetreten ist, wird die Scheibe 43 um einen rechten Winkel ver dreht. Hierbei legen sich die stiftförmigen Vorsprünge 47 und 48 in die in den Fig. 13 und 14 veranschaulichte Lage, in der die beiden Segmente 36' und 36" völlig über die allseitig verklammerten Teile 50 und 51 ge lenkig miteinander verbunden sind.
Um nun auch die Trennfuge zwischen den Segmenten 35', 35" und 37', 37" bezw. 36', 36" und 38', 38" bei auseinandergezoge- nen Dichtungsgliedteilen zu sperren, sind folgende weiteren Massnahmen getroffen.
Wie insbesondere aus dem Vergleich der Fig. 25 mit der früher vorgeschlagenen Ausbildung nach Fig. 17 (die etwas anders gezeichnet, aber im wesentlichen identisch mit Fig. 7 ist) hervorgeht, weist eines der zur Gehäusestirn fläche zu liegenden Segmente, in diesem Fall ,das Segment 38" auf der rechten, das Seg ment 38' auf der linken Seite, an der Tei lungsfuge 52 bezw. 53, die ähnlich der frühe ren Ausführungsform, stufenförmig unter teilt ist (vergleiche Fig. 17), über die Trenn fugenflächen nach den freien Seiten zu über stehende Lappen 54' bezw. 54" und 55' bezw. 5,5" auf,
die sich in entsprechende Ausneh- mungen <B>56'</B> und 56" bezw. 57' und 57" hin einlegen, so dass die Trennfuge, wie dies Fig. 26 besonders anschaulich zeigt, auch bei völlig auseinandergezogenen Kranzhälften ge sperrt bleibt.
Um die Sperrung auch ei dem Dich tungsring zu erreichen, der aus elastischem Stoff besteht und die innere Fläche der Kranzhälften 35 bis 38 dem Achsschenkel gegenüber abkleidet, sind folgende Mass nahmen getroffen: Der Dichtungsring, der sich mit seinem ringförmigen Vorsprung 58 in die entsprechende Ausnehmung 59 der Kränze einlegt, weist gemäss den Fig. 27 und 2,8 eine Längsfuge auf, die ihn in zwei völlig getrennte Teile 60 und 61 zerlegt.
Die Trennfugen 62 und 63, die ihn, ausgehend von der Längsfuge, nach den Stirnflächen 64 und 65 zu zerlegen, fallen dabei, von der Längsfuge ausgehend, nach aussen ab, so dass auf diese Weise das Eindringen von Fremd körpern in das Gehäuse, sowie das Austreten von Schmiermittel aus dem Gehäuse be hindert ist. Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 29 und 30 entspricht völlig dem jenigen der Fig. 27 und 28, mit dem einzigen Unterschied, dass sich die Längsfuge 66 nur auf einen verhältnismässig kurzen Teil er streckt.
Beide Ausführungen zeigen aber eine ständige Sperrung der Trennfuge, gleich- gültig, welchen Durchmesser gerade die ab zudichtende Welle besitzt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 37. und 32 ist die Sperrung der Trennfuge 67 dadurch erreicht, dass in den untern Teil 68 des Dichtungsringes ein Kupferblech 69 ein gelassen ist, das in einer entsprechenden Ausnehmung 70 des obern Dichtungsringteilä 71 ständig aufgenommen ist. Dieses Kupfer- blech sperrt den freien Durchgang durch die Trennfuge 67.
Der Dichtungsring 60 verhindert, wie aus der Fig. 16 hervorgeht, dadurch die un willkürliche Verdrehung der Scheiben 43, .dass er an- der innern Abflachung 43' der Scheiben 43 fest anliegt. Diese Sicherung ist besonders für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 13 und 14 von Vorteil.
Es können natürlich Abänderungen der Ausführungsbeispiele getroffen werden, ohne dass der Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, statt eines Kupferbleches 69 zur Sperrung der Trenn fugen in dem Dichtungsring aus nachgiebigen Stoffen mehrere derartige Sperrwände anzu ordnen.