DE10109320A1 - Radialwellendichtring - Google Patents

Abstract

Ein Radialwellendichtring mit einem Dichtelement aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE-Compound, das eine Dichtlippe aufweist, die mit einem Abschnitt an der Oberfläche einer Welle zur Mediumseite hin abdichtend anliegt, zeichnet sich dadurch aus, daß auf der Mediumseite der Dichtlippe eine Andrückvorrichtung vorgesehen ist, die den Abschnitt der Dichtlippe an die Oberfläche der Welle mit einer Kraft mit radial einwärts gerichteter Komponente angedrückt hält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei Radialwellendichtringen dieser Art wird die in unmontiertem Zustand radial nach innen ragende Dichtlippe bei der Montage in axialer Richtung elastisch abgebogen, so daß sie sich mit ihrem freien Ende axial an die Wellenoberfläche anlegt (vergleiche hierzu SAE Technical Paper 930531 "Advanced Analytical Techniques for the Optimization of PTFE Seals", D. M. Toth, F. Hatch, G. Upper). Messungen und Rechnung haben gezeigt, daß die Stelle maximaler Anpressung der Dichtlippe an die Wellenoberfläche zur Luftseite hin verschoben ist und daß nahezu keine Anpreßkräfte auf die Dichtlippe mehr am freien Ende der Dichtlippe wirken. Dies kann insbesondere bei Überdruck im abzudichtenden Raum zu einem Abheben der Dichtlippe führen, das in der Fachwelt als "Bell Mouthing" bezeichnet wird.

Aus der DE 33 27 229 A1 ist ein Radialwellendichtring der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Dichtlippe zur Erhöhung der Flexibilität durch kreisförmige, in sich geschlossene Einschnitte teilweise gespalten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radialwellendichtring der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß eine Anpressung der Dichtlippe über die gesamte, an der Oberfläche aufliegende Fläche auch bei Überdruck in dem abzudichten­ den Raum sicher gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist durch eine Wellendichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Her­ stellung gemäß Anspruch 14 gelöst.

Die Andrückvorrichtung, welche allenfalls kraftlosen und vorzugsweise überhaupt keinen Kontakt mit der Welle hat, hält die Dichtlippe, vorzugsweise das freie Ende dieser Dichtlippe, stets mit einer Kraft mit radial einwärts gerichteter Komponente gegen die Oberfläche der Welle niedergedrückt, so daß das unerwünschte "Bell Mouthing" und damit die Gefahr einer Leckage der Dichtung vermieden sind. Dies gilt insbesondere auch für Anwendungsfälle, bei denen der Druck im Dichtraum höher als der Druck auf der Umgebungsseite, der sogenannten "Luftseite", beispielsweise der Atmosphärendruck, ist.

Vorzugsweise ist die Andrückvorrichtung eine mit dem Dichtelement einteilige, durch radia­ les Aufschlitzen oder Aufspalten gebildete elastische Andrücklippe, welche auf das freie Ende des Abschnittes der Dichtlippe mit der genannten Kraft einwirkt. Herstellungsbedingt hat die­ se Andrücklippe in unmontiertem Zustand vorzugsweise den gleichen Innendurchmesser wie die Dichtlippe. In montiertem Zustand stellt sich dann die Andrücklippe selbsttätig so ein, daß sie mit der Dichtlippe lediglich Kontakt an deren freiem Ende hat, die Welle jedoch nicht be­ rührt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt. Es ist dabei bekannt, Rückförderstrukturen beispielsweise in Gestalt von Spiralnuten insbesondere in dem auf der Welle anliegenden Flächenbereich der Dichtlippe vorzusehen (SAE Technical Paper 930531, Fig. 1, siehe oben). Solche Nuten sind zum abzudichtenden Raum hin offen, um in den Dichtspalt gelangtes Medium in den abzudichtenden Raum hinein zurückzufördern. Herrscht nun in dem Dichtraum ein Überdruck, dann kann dies dazu führen, daß Dichtmedium über die Nut oder Nuten in die Gegenrichtung über den Dichtspalt hinweg zu Umgebungsseite hinausgedrückt wird, folglich also abzudichtendes Medium aus dem Dichtraum zur Umgebung leckt.

Um dies zu vermeiden, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, die auch für sich allein genommen Bedeutung hat, vorgesehen, daß die Rückförderstruktur zur Mediumseite und/oder zur Luftseite hin verschlossen ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungs­ beispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen radialen Halbschnitt durch eine erste Ausführung eines Radialwellendichtringes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in einem radialen Halbschnitt wie Fig. 1 einen abgewandelten Radialwellendichtring gemäß der Erfindung;

Fig. 3 bis 7 jeweils Teilschnitte von abgewandelten Radialwellendichtringen gemäß der Er­ findung in Darstellungen wie in Fig. 1 und 2, wobei jedoch nicht die dort angedeutete Welle und auch nur ein Teil der Dichtlippe des Radialwellendichtringes gezeichnet ist.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Radialwellendichtringe sind in montiertem Zustand auf einer Welle 5 dargestellt. Sie haben jeweils ein Dichtelement 2 aus einem PTFE-Compound. Das radial innere Ende des Dichtelementes 2 ist radial von innen nach außen aufgeschlitzt, um eine Dichtlippe 3 und eine Andrücklippe 4 zu bilden. Die Dichtlippe 3 ist dicker als die Andrücklippe 4 und ist elastisch aus der radialen Richtung in die axiale Richtung umgebogen, so daß ihr radial innerster Abschnitt 30 flächig auf der Oberfläche der Welle 5 abdichtend an­ liegt. Mit der Bezugszahl 8 ist eine Rückförderstruktur in Gestalt einer ein- oder mehrgängi­ gen Spiralnut bezeichnet, die vor dem freien Ende des Abschnittes 30 endet, mit anderen Worten zur Mediumseite M hin abgeschlossen ist.

Die bei den gezeigten Ausführungen dünnere Andrücklippe 4 stützt sich mit ihrem freien En­ de 40 auf dem freien Ende des Abschnittes 30 unter Ausübung einer etwa in Richtung des Pfeiles K gerichteten Kraft ab (Fig. 1). Diese Kraft K, die eine radiale Komponente R und eine axiale Komponente A hat, ergibt sich aus dem elastischen Widerstand der Andrücklippe aufgrund von deren Ausbiegung aus der (in unmontiertem Zustand) radialen Richtung.

Die Kraft K bewirkt, daß der Abschnitt 30 der Dichtlippe 3 im Betrieb selbst dann nicht von der Oberfläche der Welle 5 abheben kann, wenn ein Überdruck auf der Mediumseite M zum Atmosphärendruck auf der Luftseite L der Dichtung herrscht. Ein sogenanntes "Bell Mout­ hing" und eine damit einhergehende Leckage ist hierdurch verhindert. Diese Leckage kann auch nicht über die Spiralnut 8 auftreten, weil diese zumindest zur Mediumseite M hin ver­ schlossen ist.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Dichtelement 2 mit seinem radialen Abschnitt 20 an einem radialen Schenkel 11 eines insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichneten Tragkörpers in Gestalt eines Ringes aus Stahl, Aluminium oder einem starren Kunststoff angeheftet, z. B. angeklebt ist. Wie gezeigt kann der radiale Schenkel 11 einen Überzug 12 aus einem Elasto­ mer aufweisen, der auf seiner radialen Außenseite gerippt ist, um das sichere Einpressen in eine Gehäusebohrung oder dgl. zu ermöglichen.

Der Innendurchmesser d1 ist, wie gezeigt, größer als der Durchmesser d0 der Welle 5. Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß andererseits der Schlitzdurchmesser d2 größer als der Durchmesser d1 ist. Der Durchmesser d2 kann im Bereich zwischen d1 und 2d1 liegen. In diesem Bereich ist sichergestellt, daß nach dem Abstechen des Dichtelementes 2 von einem PTFE-Rohr und radiales Aufspalten der Andrücklippe das Dichtelement 2 mit den Lippen 3, 4 die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Konfiguration einnimmt, wobei nur das Ende 40 der An­ drücklippe 4 die Dichtlippe unter Ausübung der Kraft K auf den Abschnitt 30 gegen die Ober­ fläche der Welle 5 niederdrückt, die Andrücklippe 4 jedoch nicht die Welle 5 kontaktiert. Da­ bei ziehen die Radialspannungen das freie Ende 40 der Andrücklippe 4 in der gezeigten Wei­ se nach unten, woraus sich die dargestellte Abwinkelung des Abschnittes 40 radial nach innen selbsttätig ergibt.

Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß zu­ sätzlich eine Schutzlippe 7 ebenfalls durch radiales Aufschlitzen oder Aufspalten von innen nach außen des Dichtelementes 2 bis zu einem Durchmesser d3 gebildet ist, der Vorteilhafter­ weise ebenfalls größer als der Durchmesser d1 des radialen Schenkels 11 ist. Dadurch wird erreicht, daß die Dichtlippe 2 nicht nur linienförmig, sondern flächig auf der Oberfläche der Welle 5 aufliegt.

In den Fig. 3 bis 7 sind abgewandelte Ausführungen der anhand der Fig. 1 und 2 be­ reits beschriebenen Dichtlippe 3 im einzelnen gezeigt.

Bei der Dichtlippe 3 gemäß Fig. 3 ist die Rückförderstruktur 8 von einer schrägen Nut oder Spiralnut gebildet, die bis dicht an die geschlossene Kante 13 des Abschnittes 30 der Dicht­ lippe 3 reicht, diese jedoch nicht durchbricht. Somit kann von der Mediumseite M her kein unter Druck stehendes Medium in die Nut 8 hineingedrückt werden. In Fig. 3 links von der Nut 8 sind drei konzentrische Einstiche 9 eingebracht, welche lediglich dazu dienen, die Fle­ xibilität und damit die Fähigkeit der Dichtlippe 3 zu erhöhen, statischen und dynamischen Verlagerungen der Welle 5 zu folgen.

Solche Einstiche 9 sind auch bei sämtlichen weiteren Abwandlungen gemäß den Fig. 4 bis 7 in der Dichtlippe vorgesehen. Unterschiedlich sind jedoch die Rückförderstrukturen 8 bei diesen Ausführungen ausgebildet.

So mündet bei der Ausführung nach Fig. 4 die schräge oder spiralige Nut 8 in Richtung zur Mediumseite M hin in eine vor der Dichtkante 13 liegende, radiale Nut 14.

Schräge Nuten oder Spiralnuten 8, wie anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben, eignen sich nur für eine in einer Drehrichtung wirksame Rückförderstruktur. Bei Drehung der Welle ent­ gegen der normalen Drehrichtung würde durch solche Nuten 8 sogar zusätzliche Leckage provoziert.

Bei den Ausführungen nach Fig. 5 und 6 sind eine oder mehrere sinusförmige oder ähnlich geformte Nuten 15 vorgesehen, welche als in beiden Drehrichtungen der Welle funktionie­ rende Rückförderstrukturen wirken. Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist hierbei zusätzlich auch noch eine Schrägnut 8 gezeigt, welche nur in einer Drehrichtung, beispielsweise der Hauptdrehrichtung, rückfördernd wirkt.

Fig. 7 schließlich zeigt eine Abwandlung der Dichtlippe 3 mit ausschließlich konzentrischem Einstich 9. Auch diese Konstruktion hat einen allerdings nur kleinen Rückfördereffekt, der durch dynamische Verlagerung der "Dichtkante" - das ist diejenige Stelle des flächig auf der Welle 5 anliegenden Bereiches der Dichtlippe 3, welche unter größtem Anpreßdruck an der Oberfläche der Welle 5 angedrückt ist -, durch das sogenannte "Schieben" der Dichtlippe 3 in axialer Richtung bei nicht exakt konzentrisch eingebauten oder unrund laufenden Wellen 5 bewirkt ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (13)

1. Radialwellendichtring mit einem Dichtelement (2) aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE-Compound, das eine Dichtlippe (3) aufweist, die mit einem Abschnitt (30) an der Oberfläche einer Welle (5) zur Mediumseite (M) hin abdichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mediumseite (M) der Dichtlippe (3) eine An­ drückvorrichtung (4) vorgesehen ist, die den Abschnitt (30) der Dichtlippe (3) an die Oberfläche der Welle (5) mit einer Kraft (K) mit radial einwärts gerichteter Kompo­ nente (R) angedrückt hält.

2. Radialwellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückvorrichtung (4) die Oberfläche der Welle (5) nicht berührt.

3. Radialwellendichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückvorrichtung (4) eine mit dem Dichtelement einteilige, elastische Andrück­ lippe ist, welche auf das freie Ende des Abschnittes (30) der Dichtlippe (3) mit der ge­ nannten Kraft einwirkt.

4. Radialwellendichtring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Andrücklippe (4) höchstens so groß wie diejenige der Dichtlippe (3) ist.

5. Radialwellendichtring nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtlippe (3) und die Andrücklippe (4) durch radiales Auf­ schlitzen des Dichtelementes (2) von innen nach außen gebildet sind.

6. Radialwellendichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement an einem radialen Schenkel (11) eines Tragkörpers (10) angebunden ist, und daß der Durchmesser (d2), bis zu dem das Dichtelement (2) radial aufgeschlitzt ist, mindestens so groß und höchstens doppelt so groß wie der Innendurchmesser (d1) des radialen Schenkels ist.

7. Radialwellendichtring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (2) auf der Luftseite (L) eine Schutzlippe (7) aufweist, die durch radiales Aufschlitzen des Dichtelementes (2) von innen nach außen bis zu einem Durchmesser (d3) gebildet ist, der gleich oder größer als der Innendurchmesser (d1) des radialen Schenkels (11) ist.

8. Radialwellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtlippe (3) in ihrem auf der Oberfläche der Welle (5) anlie­ genden Abschnitt (30) eine Rücktbrderstruktur (8) aufweist, die zur Mediumseite (M) und/oder zur Luftseite hin verschlossen ist.

9. Radialwellendichtring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückförderstruktur (8) eine ein- oder mehrgängige Spiralnut ist.

10. Radialwellendichtring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (8) von mindestens einem schrägen, geradlinigen Einstich gebildet ist.

11. Radialwellendichtring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (8) von mindestens einem sinusförmigen Einstich gebildet ist.

12. Radialwellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtlippe (3) in ihrem der Wellenoberfläche zugewandten Ab­ schnitt (30) parallele, konzentrische Einstiche (9) aufweist.

13. Verfahren zum Herstellen eines Radialwellendichtrings nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtelement (2) plan von einem Rohr abgestochen wird,
daß das Dichtelement (2) radial von innen nach außen zur Bildung der Dichtlippe (3) und der Andrücklippe (4) aufgeschlitzt wird,
daß das Dichtelement auf der Dichtlippenseite mit einem radialen Flansch (11) eines Tragkörpers (10) verbunden wird und
daß die Dichtlippe (3) und die Andrücklippe (4) in axialer Richtung umgebogen wer­ den.