DE2022017A1 - Wellendichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL..ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

8 München 2, Rotental 7, 2.Aui_g.

Tei.-Adr. Ulnpat München Telefon (0811)2^1989

^den 5. Mai 1970

Unser Zeichen

ZAa/Kg - S GEORGE ANGUS & COIy[PANY LIMITED, Newcastle upon Tyne 1/England

Wellendichtung Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 16 25 907.7-12)

Die Erfindung betrifft Wellendichtungen, die auch als öldichtungen bekannt sind und zum Abdichten gegen das Lecken von Flüssigkeit entlang von Wellen, wie Kurbelwellen oder Kraftfahrzeugantriebsübertragungswellen, die aufgrund von Faktoren wie Wellendurchbiegung, Torsionsschwingung und exzentrischer Bewegung schwer abzudichten sind.

Es ist seit langem bekannt, dass das Abdichten solcher Wellen dadurch verbessert werden kann, dass man am abgedichteten Umfang eine Art Rückförderschraube oder Rückförderschnecke vorsieht, die durch eine schraubenlinige Rippe oder Rille an der Oberfläche der Welle oder der Dichtung ausgebildet ist. Durch geeignete Wahl der Richtung der Schraubenlinie in bezug auf die normale ürehrichtung der Welle bewirkt die relative Drehung, dass das Öl oder eine andere Flüssigkeit, die dazu neigt, durch die Dichtung zu leoken, zurückbefördert wird.

Die am besten geeignete Art zur Schaffung einer Rückförderwirkung besteht darin, die erforderliche Rippe oder Rille

0 0 9 8 A 7 / 1 2 0 5 ~²~

am Abdichtungsumfang der Dichtung auszubilden, so dass eine Ver- ^! änderung der Welle nicht erforderlich ist und die Dichtung auf der zylindrischen Oberfläche jeder Welle geeigneter Grosse in Tätigkeit tritt.

Gemäss Patent (Patentanmeldung P 16 25 907.7-12)

ist eine Wellendichtung vorgeschlagen, die in jeder Drehrichtung der Welle eine Rückförderwirkung ausübt und die im folgenden als "die Dichtung des Hauptpatents" bezeichnet wird.

Die Dichtung des Hauptpatents besteht aus einem geformten Dichtungsring aus elastischem Material, der eine Uiufangsdichtungslippe mit einem sich überden Umfang erstreckenden Dichtungsband zwischen einer inneren und einer äusseren kegelstumpfförmigen Flä-■ ehe aufweist, die im Betrieb der Dichtung der abgedichteten Flüsi sigkeit zu- bzw. abgekehrt sind, und bei dem sich wenigstens ein \ durch eine Rippe oder Rille gebildetes Leitflächenteil, dessen '. Enden das Dichtungsband in entgegengesetzten Umfangsrichtungen schneiden und ein Paar entgegengesetzt gerichteter Leitflächen bilden, die auf das'Dichtungsband in einem Winkel von nicht mehr als 20° zur Ebene des Dichtungsbandes auftreffen, bogenförmig über einen Teil der äusseren kegelstumpfförmigen Fläche erstreckt. Der Winkel beträgt vorzugsweise nicht mehr als 5°, oder wenn möglich nicht mehr als 3°.

Die Leitflächen bewirken bei jeder Richtung der Wellendrei hung, wenn die Dichtung in Betrieb ist, eine Rückförderung von j hinter das Dichtungsband leckender Flüssigkeit auf dieses zu.

j Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung der Dichtung j des flauptpatents dar und sieht einen erweiterten Bereich hinsichtlich der Verteilung und der Abstände der Leitflächen in bezug auf das Dichtungsband vor.

Gemäss der Erfindung sind bei einer Dichtung des Hauptpatents wenigstens zwei solche Leitflächenteile in Form von Rippen vorgesehen, die sich so über die äussere kegelstumpf!'örmige Fläche des Dichtungsrings bogenförmig erstrecken, dass sie sich !schneiden. 009847/1 206 ^

Die Dichtung weist somit wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere Paare entgegengesetzt gerichteter Leitflächen auf und durch geeignete Ausrichtung der sich schneidenden Rippen können ihre Verteilung und ihre Abstände in bezug zum Dichtungsband so gewählt werden, dass sie den an Dichtungen gestellten Anforderungen ent<sprechen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede Hippe ein Teil eines Kreises, der in einer schräg zur Ebene des Dichtungsbandes liegenden Q,uerebene liegt. Der Schrägheitswinkel ist vorzugsweise bei allen Rippen gleich, jedoch sind die schrägen Ebenen der sich schneidenden Rippen um die Achse der Dichtung verschieden ausgerichtet.

Bei geeigneter Wahl der Anzahl und der Abstände der sich schneidenden Rippen und Gruppen \on Rippen, ihres Schrägheitswinkels und ihrer Ausrichtung in bezug zur Achse der Dichtung können eine gewünschte Anzahl und Abstände entgegengesetzt gerichteter Paare von Leitflächen auf dem Dichtungsband erzielt werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Wellendichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der kreisförmigen Dichtungskante der Dichtung des Hauptpatents,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der kreisförmigen Dichtungskante der Dichtung gemäss Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der kreisförmigen Dichtungskante einer anderen Ausführung der Erfindung,

-4-

0 0 9 8 4 7/1205

Fig. 5 als Flächenabwicklung die äussere kegelstumpf föriflige Fläche und die sich schneidenden Rippen der Dichtung gemäss Fig. 1 und 3, und

Fig. 6 in stark vergrössertem Masstab Schnittansicht eines Teils der Dichtungslippe entsprechend der rechten Seite der Fig. 5.

Fig. 1 zeigt eine Dichtung, die im Hinblick auf ihre HauptkonstruktioB als Innendichtung bekannt ist und die flüssigkeitsdicht in ein Gehäuse eingepasst wird und durch eine elastische Lippe rund um die zylindrische Oberfläche einer Welle abdichtet.

Die Dichtung besteht aus einem geformten Dichtungsring aus synthetischem Gummi od.dgl. mit rinnenartigem Querschnitt, der eine äussere zylindrische Wand 1 aufweist, die durch eine Einlage 2 mit L-förmigem s4uerschnitt versteift ist, so dass ein Halteteil gebildet wird, das in ein Gehäuse eingepasst werden kann, und einen flexiblen Flansch 3, der von einer Radialfeder 4 umgeben ist und die Dichtungslippe bildet.

Eine kreisförmige üichtungskante 5 wird durch die Verbindung zwischen der äusseren und inneren kegelstumpfförmigen Flächen 6 und 7 gebildet, die koaxial zur Achse X-X der Dichtung verlaufen .

Bei der üblichen Herstellung der Dichtung wird die Fläche über die volle axiale Ausdehnung des Flansche 3 geformt, wie durch gestrichelte linien bezeichnet, und die Fläche 7 wird dann durch Drehung der Dichtung um die Achse X-X gegen ein schräggestelltes Messer ausgeschnitten, wodurch die Dichtungskante 5 an der Verbindung der Flächen 6 und 7 gebildet wird. Im Betrieb der Dichtung wird durch die Anfangsabnutzung gegen die Wellenoberfläche, als "Einlaufen" bekannt, die Kante 5 zu einem schmalen Band axial verbreitert. Der Ausdruck "Dichtungsband" wird zur Bezeichnung sowohl ;der anfänglichen Dichtungskante als auch des sich ergebenden sohma» len Bandes verwendet.

00 9847/ 1 205 ~⁵~

Soweit bisher beschrieben, entspricht die Dichtung nach
Fig. 1 der bekannten Praxis. Die Ausführungsform gemäss der Erfindung sieht die Schaffung von zwei Gruppen sich schneidender '' Rippen Y und Z vor, die auf der ausseren kegelstumpfförmigen Flä-i ehe 6 geformt sind. Jede Gruppe besteht aus einer abgestuften !'..■ Reihe parallel über den Umfang verlaufender Rippen.

Die Rippen sind kreisförmig und die Rippen jeder Gruppe ■; sind in gleichen Abständen und koaxial jeweils um eine leicht,
im dargestellten Beispiel um 5°in bezug auf die Achse X-Xder
Dichtung geneigte Achse angeordnet. ι

Die Rippen liegen somit in schräg in einem Winkel von 5°
zur Ebene der Dichtungskante verlaufenden Querebenen, wobei die
Ebenen der Rippen in jeder Gruppe zueinander parallel liegen, je-! de Gruppe jedoch um die Achse X-X der Dichtung verschieden ausge—; richtet ist. i

Wenn die Dichtung geformt worden ist, erstrecken sich die ; Rippen über die volle axiale Ausdehnung der Fläche 6, wenn jedoch ^l die Fläche 7 geschnitten wird, werden Bogen der Rippen an der j Dichtungskante 5 weggeschnitteB, so dass die Enden der Rippen in
die Dichtungskante 5 übergehen und Paare von Leitflächen Y , YtjswV bzw. Z ,Z usw. bilden. |

Wenn nur eine Gruppe von Rippen, beispielsweise von Rippen j

Y, vorgesehen wäre, würde die Dichtung eine einfache Dichtung nach!

dem Hauptpatent sein. Eine solche Dichtung ist in Fig. 2 schema- |

tisch dargestellt, die drei Paare von Leitflächen Y', Y und Y^ ; zeigt, die in die Dichtungskante 5 übergehen. Die schräge Achse de;r· Rippen Y, die um 5° zur Dichtungsachse geneigt ist, ist mit Y⁰ be-J

ι zeichnet und es ist zu sehen, dass die Leitflächen symmetrisch um; ; entgegengesetzte Halbkreise der Diohtungskante 5 gruppiert sind, :

ι wobei die Leitflächen der einen Gruppe in der anderen Gruppe ent- ' gegengesetzter Umfangsriahtung verlaufen.

Fig. 3 erläutert die Erfindung, bei der die zweite Gruppe
von Rippen Z eingeführt ist, die in jeder Hinsicht, der Gruppe der

009847/1206 -6-

Rippen Y gleicht, mit der Ausnahme, dass ihre schräge Achse eine andere Ausrichtung um die Dichtungsachse, und zwar um 90° von der Achse Y⁰ versetzt aufweist, wie durch Z⁰ in Fig. 3 dargestellt.

Die durch die Rippen Z gebildeten Paare von Leitflächen Z , Z und Z^ entsprechen den durch die Rippen Y gebildeten Leitflächenpaaren, sie sind jedoch in bezug zu diesen um 90° um die Dichtungskante 5 herum versetzt, die dadurch mit sechs in gleichen Abständen am Umfang angeordneten Leitflächenpaaren versehen ist.

Das Muster der sich schneidenden Rippen Y und Z der Dichtung nach Fig. 1 und 3 ist als Flächenabwicklung in Fig. 5 dargestellt. Zur Erleichterung der Darstellung sind die Rippen Y in den Fig. 1 und 5 durch dickere Linien bezeichnet als die Rippen Z.

Die Beziehung zwischen den Fig. 1, 3 und 5 kann durch Vergleichen der betreffenden als 0° bis 360° bezeichneten Kardinalpunkte festgestellt werden, die übereinstimmen, nämlich 90°, 180° bzw. 270°. Das dargestellte Muster der Rippen ist um den Mittelpunkt 180° symmetrisch.

Eine Berücksichtigung der Geometrie zeigt, dass die im we,, sentlichen regelmässigen Abstände zwischen den Leitflächen bei einem solchen symmetrischen Muster nicht mit einer einzigen Gruppe koaxial um eine schräge Aohse verlaufenden Rippen erzielt werden können. Selbst mit engeren Abständen zwischen den Rippen einer einzigen Gruppe zum Zweck der Erhöhung der Anzahl von Leitflächenpaaren würden sich die Abstände vom Mittelpunkt des Musters weg beträchtlich vergrössern.

Wie Fig. 1 und 5 am besten zeigen, schneiden sich die zwei Gruppen von Rippen Y bzw. Z an Kreuzungsverbindungen 8 und bilden zwischen sich ein Muster im wesentlichen thomboidisoher Zwischenräume 9 von fortlaufend verschiedener Grosse, deren Hauptachsen sich jedooh alle im wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken.

Die Dichtung kann auf übliche Weise, wie oben beschrieben, duroh Formen der Fläche 6 kcmplett mit dea Rippen Y und Z bis zur vollen

-7-0.09847/1206

axialen Ausdehnung der Lippe 3 und darauffolgendes Ausschneiden der Fläche 7 hergestellt werden. Es ist nicht notwendig, das Ausschneiden mit grosser Genauigkeit durchzuführen, um die Dichtungs·- kante.5 anzuordnen, vorausgesetzt, dass diese Kante deutlich durch die Zwischenräume 9 statt durch die Kreuzungsverbindungen 8 verläuft. ' '. \

Die bevorzugte (piuerschnittsform der Rippen Y und Z ist im ■■; wesentlichen eine L-förmige bzw. rechtwinklige Dreiecksform, bei der eine Seitenfläche parallel zur Dichtungsachse X-X verläuft.

Sta.tt die Fläche 7 auszuschneiden, können auch die Flächen 6 und 7 vollständig mit,dem gewünschten Rippenmuster geformt werden, jedoch ist der Vergleich der Kosten für die Formwerkzeuge und das Vermeiden oder Entfernen des Formaustriebs für eine wirtschaftliche Herstellung zu berücksichtigen.

Die (oiuerschnittsform der Rippen ist in Fig. 6 in vergrösserteiii Masstab und etwas übertrieben dargestellt, um zu veranschaulichen, wie die Rippen in die Diohtungskante 5 übergehen und sich bei der Verbindung 8 schneiden.

An den Mittelpunkten der Verbindungen stimmen die l^uerschnittsformen der Rippen überein, was auch der in Fig. 6 dargestellte Radialschnitt der Rippen zeigt. Die Seitenfläche 10 jeder Rippe liegt parallel zur Dichtungsachse, so dass diese Seitenflächen zylindrisch um die Dichtungsachse verlaufen.

Selbstverständlich können,je nach der Anzahl und den Abständen der Rippen und der Länge der kegelstumpfförmigen Fläche 6, einige geformte Rippen auch nicht auf die Dichtungskante 5 auftreffen und somit als vollständige schräge Ringe auf der Fläche 6 erhalten bleiben. ·

Auch erstreckt sich das Formen der am weitesten von der ^:, späteren Dichtungskante 5 entfernten Rippen nicht über dieäussere Kante 11 der kegelstumpfförmigen Fläche 6 hinaus, so dass die : Kante 11 die Mittelbögen dieser auftreffenden Rippen tatsächlich abschneidet.

00 9 84 7V 120S ' -8- . -

In Fig. 6 sind die Abmessungen der Rippen zum Zwecke besserer Klarheit vergrössert, in der Praxis sind die Rippen jedoch sehr fein, so dass sie nur leicht von der Fläche 6, auf der sie ausgeformt sind, vorspringen und in die Dichtungskante 5 übergehen, ohne Vorsprünge zu bilden, die den vollständigen Linienkontakt der Dichtungskante 5 mit der Oberfläche einer Welle mit geeignetem Durchmesser stören würden»

Die tatsächlichen Masse der Rippen hängen von der Grosse und Art der Dichtung ab, die folgenden Beispiele können jedoch als adequate Leitwerte dienen.

Winkel der äusseren kegelstumpfförmigen Fläche - 30° Wellendurchmesser 76,2 mm

Schragheitswinkel der Rippen 5°

Teilung der Rippen in jeder Gruppe 5,5 pro cm

radiales Mass jeder Rippe 0,127 mm

axiales Mass jeder Rippe 0,22 mm

Obwohl oben in dem mit bezug auf die Fig. 1, 3, 5 und 6 beschriebenen Beispiel zwei Gruppen von Rippen mit einer Differenz von 90° in der Ausrichtung ihrer schrägen Achsen vorgesehen sind, können gemäss der Erfindung auch nur zwei sich schneidende Rippen vorhanden sein, die zwei Leitflächenpaare, z.B. Y und Z , bilden. Es können auch mehr als zwei Gruppen von Rippen und jede geeignete Differenz in der Ausrichtung ihrer schrägen Achsen vorgesehen sein.

Eine alternative Anordnung ist schematisch in Fig. 4 dargestellt, die die Wirkung einer Differenz von 180° in der Ausrichtung der schrägen Achsen Y⁰ und Z⁰ um die Dichtungsachse X-X zeigt, wobei die Rippen Y und Z sonst so beschaffen sind, wie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben.

Fig. 4 zeigt, dass die Leitflächen in geringen Abständen entgegengesetzt gerichtet und an den entgegengesetzten Seiten der Diohtungskante gruppiert sind.

-9-009847/1205

2Q22017

Buroh iahl der Zahl und lbstände der Bippen oder Bippengruppen und der Differenz in ihrer Ausrichtung kann eine grosse Versohiedenartigkeit der Verteilung der leitflächen in bezug zur Dichtungskante erzielt werden. ■

Die Erfindung ist in bezug auf ihre Verwendung als innere ; Wellendichtung beschrieben und dargestellt worden, sie kann jed och auch bei einer äusseren Wellendichtung verwendet werden, die bekanntlich so auf einer Welle befestigt wird, dass sie sich mit ihr dreht und gegen eine sie umgebende zylindrische Fläche eines Gehäuses abdichtet. Bei einer Aussendichtung sind die Stellung der als Halteteil ausgebildeten Wand 1 und die des Flansches 3 umgekehrt in bezug zueinander und die Badialfeder 4 wirkt radial nach aussen.

Das elastische Material des DiGhtungsrings kann, wie oben erwähnt, synthetischer Gummi oder auch Naturgummi oder ähnliches Material sein, z.B. als Elastomere bekannte Kunststoffe.

• -10-009847/120 5

Claims (3)

1. Patentansprüche ι

   JWellendichtung aus einem geformten Dichtungsring als elastischem Material, der eine Umfangsdichtungslippe mit einem sich über den Umfang erstreckenden Dichtungsband zwischen einer inneren und einer ausseren kegelstumpfförmigen Fläche aufweist, die im Betrieb der Dichtung der abgedichteten Flüssigkeit zu,, bzw. abgekehrt sind, und bei der sich wenigstens ein durch eine Rippe oder Eille gebildetes Leitflachenteil, dessen Enden das· Dichtungsband in entgegengesetzten Umfangsrichtungen schneiden und ein Paar entgegengesetzt gerichteter Leitflächen bilden, die auf das Dichtungsband in einem Winkel von nicht mehr als 20°, vorzugsweise nicht mehr als 5° oder wenn möglich nicht mehr als 3°, zur Ebene des Dichtungsbandes auftreffen, bogenförmig über einen Teil der

   ausseren kegelstumpfförmigen Fläche erstreckt, nach Patent

   (Patentanmeldung P 16 25 907.7-12), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei solcher leitflächenteile in Form von Rippen (Y, Z) vorgesehen sind, die sich so bogenförmig um die äussere l^elstumpfförmige Fläche (6) des Flansches (3) des Dichtungsringes erstrekken, dass sie sich schneiden (8).
2. 2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere kegelstumpfförmige Fläche (6) des Dichtungsringes wenigstens zwei auf ihr geformte, sich schneidende Gruppen über den Umfang parallel verlaufender Rippen (Y , Y² ... Z , Z²...) aufweist, wobei jede Rippe in einer zur Ebene des DiGhtungsbandes (5) schräg verlaufenden Ebene liegt und die Schräge der Ebenen der Rippen jeder Gruppe eine andere Ausrichtung um die Achse (X-X) des Dichtungsrings als zwischen einer Gruppe und der anderen aufweist und wenigstens eine Rippe jeder Gruppe ein Leitflachenteil bildet.
3. 3. Wellendichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (Y, Z) jeweils einen im wesentliohen L-förmigen Querschnitt aufweisen, bei dem eine Seiten-

   -11-009847/1205

   fläche (10) im wesentlichen zylindrisch um die Achse (X-X) des Dichtungsrings verläuft, und dass die Querschnitte der Rippen an den Mittelpunkten der Schnittpunkte (8) der sich schneidenden Rippen übereinstimmen.

   009847/120$

   Leerseite