DE1248399B

DE1248399B - Lip ring seal for shafts

Info

Publication number: DE1248399B
Application number: DEG39292A
Authority: DE
Inventors: Robert Lewis Dega
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1962-12-04
Filing date: 1963-12-03
Publication date: 1967-08-24

Description

Lippenringdichtung für Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Lippenringdichtung für Wellen mit einer nachgiebigen in radialer Richtung liegenden Lippe, deren Dichtungsfläche die Form eines spitzwinkligen geraden Kegelstumpfes hat.Lip ring seal for shafts The invention relates to a Lip ring seal for shafts with a flexible one in the radial direction Lip, the sealing surface of which has the shape of an acute-angled straight truncated cone Has.

Es ist bei derartigen Lippenringdichtungen bekannt, den größten Durchmesser der Dichtungsfläche an der Kante der Lippe vorzusehen, die der abzudichtenden Flüssigkeit abgewandt ist und eine die Lippenringdichtung umgebende Schlauchfeder zu verwenden, die die Lippe in dauernder Anlage gegen die Welle hält.It is known for such lip ring seals to have the largest diameter of the sealing surface on the edge of the lip to provide that of the liquid to be sealed facing away and using a hose spring surrounding the lip ring seal, which keeps the lip in permanent contact with the shaft.

Bei einer derartigen Ausbildung ergibt sich eine Verformung der Lippe beim Umlauf der Welle, bei der die Lippe in Drehrichtung mitgenommen und verformt wird. Dies ist die Folge der hohen Reibmomente zwischen der Lippe und der Welle. Bei schnellaufenden Wellen kann ein Teil des öles verdampfen, wodurch die Reibmomente zwischen Dichtungslippe und Welle noch vergrößert werden. In diesem Fall kann ein Flattern der Lippe eintreten, d. h. eine so große Verformung der Lippe, daß diese an einem Punkt kräftiger gegen die Welle anliegt, während sie an einem anderen Punkt sich von dieser abhebt. Dies führt zu großen Leckagen und gegebenenfalls vollständigem Umbrauchbarwerden der Dichtung.With such a design, there is a deformation of the lip as the shaft rotates, during which the lip is entrained and deformed in the direction of rotation. This is the result of the high frictional torques between the lip and the shaft. In the case of high-speed shafts, part of the oil can evaporate, which increases the frictional torque between the sealing lip and the shaft. In this case, a fluttering of the lip can occur d. H. a deformation of the lip so great that it rests more strongly against the shaft at one point, while at another point it stands out from it. This leads to large leaks and possibly the seal becoming completely unusable.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitieen. Die Erfindung besteht darin, daß der größte Durchmesser der Dichtungsfläche an der Kante der Lippe liegt, auf der sich die abzudichtende Flüssigkeit befindet, daß der halbe spitze Winkel des Kegels im nicht zusammengedrückten Zustand der Dichtungsfläche zwischen 4 und 81 beträgt und daß auf die Lippe ein solcher Druck ausgeübt wird, daß der Druck zwischen der Dichtungsfläche der Lippe und der Welle von einem vernachlässigbaren Wert an der Kante des größten Durchmessers der Dichtungsfläche auf einen Höchstwert an der Kante des kleinsten Durchmessers der Dichtungsfläche ansteigt. Diese Druckverteilung sichert, daß bei laufender Welle zwischen dieser und der Dichtungsfläche des Dichtungsringes ein Schmiermittelfilm erzeugt und aufrechterhalten wird. Der Schmiermittelfilm wird durch Oberflächenspannung aufrechterhalten und hebt die LiDpe von der Welle gegen die Kraft der Schlauchfeder frei ab.The invention aims to obviate these disadvantages. The invention consists in that the largest diameter of the sealing surface is at the edge of the lip on which the liquid to be sealed is located, that half the acute angle of the cone in the uncompressed state of the sealing surface is between 4 and 81 and that on the lip such pressure is applied that the pressure between the sealing surface of the lip and the shaft increases from a negligible value at the edge of the largest diameter of the sealing surface to a maximum value at the edge of the smallest diameter of the sealing surface. This pressure distribution ensures that a lubricant film is generated and maintained between the shaft and the sealing surface of the sealing ring when the shaft is running. The lubricant film is maintained by surface tension and lifts the LiDpe off the shaft against the force of the coil spring.

Die Belastung der Lippenringdichtung durch die Schlauchfeder kann bei der erfindungsgemäßen Ausführung relativ klein sein, da die Ausbildung der Lippenringdichtung die Aufrechterhaltung eines Schmiermittelfilmes sichert, der bei laufender Welle wesentliche Schmiermittelleckagen unterbindet. Hierdurch wird die Abnutzung zwischen der Lippenringdichtung und der Welle beim Anlaufen der Welle wesentlich verringert und eine Zerstörung oder ein Flattern der Lippenringdichtung infolge des Verzerrens von Teilen der Lippe wesentlich verringert oder sogar beseitigt. Ferner wird der Schmiermittelfilm schnell gebildet, so daß der Abrieb, sofern er überhaupt eintritt, nur sehr gering ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Bauweise besteht darin, daß ein Einlaufen der Dichtung nach dem ersten Einbau, bei dem die Lippenringdichtung durch Reibung abgenutzt wird, nicht erforderlich ist, da die Lippenrinadichtun- so dimensioniert und belastet wird, daß die Dichtung durch den Schmiermittelfilm erfolgt. Es wird hierdurch eine gleichmäßige Dichtung über den Umfang erreicht und verhindert, daß die Dichtung in kurzer Zeit unzuverlässig wird. Da im Bereich der Kante größeren Durchmessers der Lippe praktisch kein Druck zwischen der Lippe und der Welle besteht, kann das Schmiermittel zwischen die Lippe und die Welle selbst dann fließen, wenn die Welle eine so gute Oberflächeneigenschaft hat, daß sie Schmiermittel nicht ohne weiteres unter die Lippe mitnimmt. Diese Druckverhältnisse unterstützen im übrigen die schnelle Bildung des Schmiermittelfilmes. Die keilförmige Gestalt des Schmiermittelfilmes ist im übrigen gegen ein Aufbrechen weniger empfindlich, da der abstützende Druck der Lippe an der Kante auftritt, wo die Lippe den geringsten Abstand von der Welle hat.The load on the lip ring seal by the hose spring can be relatively small in the embodiment according to the invention, since the formation of the lip ring seal the maintenance of a lubricant film that ensures that the shaft is running prevents significant lubricant leaks. This will reduce the wear and tear between the lip ring seal and the shaft significantly reduced when the shaft starts up and destruction or flutter of the lip ring seal due to the distortion parts of the lip are substantially reduced or even eliminated. Furthermore, the A lubricant film is formed quickly, so that the abrasion, if it occurs at all, is only very low. There is a further advantage of the construction according to the invention in that the seal is broken in after the first installation, in which the lip ring seal worn by friction, is not necessary, as the lip ring seal is dimensioned and loaded so that the seal through the lubricant film he follows. This achieves a uniform seal over the circumference and prevents the seal from becoming unreliable in a short period of time. Since in the area of Larger diameter edge of the lip practically no pressure between the lip and the shaft, the lubricant can get between the lip and the shaft itself then flow if the shaft has such a good surface property that it is lubricant does not take it under the lip without further ado. Support these pressure conditions otherwise the rapid formation of the lubricant film. The wedge-shaped shape the lubricant film is, moreover, less sensitive to breaking, since the supporting pressure of the lip occurs on the edge, where the Lip is closest to the shaft.

Vorteilhaft beträgt die Breite der Dichtungsfläche in Achsrichtung gemessen zwischen 0,76 und 2,54 mm. Für dieses Merkmal wird nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch Schutz begehrt. Ferner ist es zweckmäßig, wenn in an sich bekannter Weise eine die Schlauchfeder aufnehmende äußere Ringnut vorgesehen ist, deren kleinster Durchmesser C in einer Ebene mit der Kante der Dichtungsfläche liegt, an der diese den kleinsten Durchmesser hat. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Lippenringdichtung nach der Erfindung in einer Anordnung, die aus einer Welle und der Lippenringdichtung besteht, dargestellt. In der Zeichnung ist F i g. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Anordnung nach der Erfindung und F i g. 2 ein vergrößerter Ausschnitt aus F i g. 1. In F i g. 1 ist eine Welle 12 in einem Gehäuse 14 durch e;ne Lippenringdichtungseinheit10 abgedichtet eordnet. Die Lippenringdichtungseinheit 10 beang C steht aus einer Lippenringdichtung 16 mit einer Lippe 18. Eine Dichtungsfläche 20 der Lippe 18 liegt leicht gegen die Welle 12 an, wenn diese stillsteht. Die Dichtungsfläche 20 hat die Form eines Kegelstumpfes, dessen größter Durchmesser an der Kante 17 der Lippe 18 liegt, neben der sich das abzudichtende Schmiermittel 28 (s. F i g. 2) befindet. Der kleinste Durchmesser der Dichtungsfläche 20 befindet sich an der gegenüberliegenden Kante 19 der Dichtungslippe 18. The width of the sealing surface, measured in the axial direction, is advantageously between 0.76 and 2.54 mm. Protection is only sought for this feature in connection with the main claim. It is also expedient if, in a manner known per se, an outer annular groove that receives the hose spring is provided, the smallest diameter C of which lies in a plane with the edge of the sealing surface on which it has the smallest diameter. In the drawing, an embodiment of a lip ring seal according to the invention is shown in an arrangement consisting of a shaft and the lip ring seal. In the drawing, F i g. 1 shows a sectional side view of an arrangement according to the invention and FIG. 2 shows an enlarged detail from FIG. 1. In Fig. 1 , a shaft 12 is arranged in a housing 14 sealed by a lip ring seal unit 10. The lip ring seal unit 10 beang C consists of a lip ring seal 16 with a lip 18. A sealing surface 20 of the lip 18 rests lightly against the shaft 12 when it is stationary. The sealing surface 20 has the shape of a truncated cone, the largest diameter of which lies on the edge 17 of the lip 18 , next to which the lubricant 28 to be sealed (see FIG. 2) is located. The smallest diameter of the sealing surface 20 is located on the opposite edge 19 of the sealing lip 18.

Die Lippenringdichtung 16 ist mit einem Gehäuse 22 verbunden, das sich im Lagergehäuse 14 abstützt. Die Lippenringdichtung 16 hat am Außenumfang eine Ringnut 26, in der eine Schlauchfeder 24 liegt. Der kleinste Durchmesser dieser Ringnut 26 liegt in der gleichen Ebene wie die Kante 19 der Lippe 18, so daß die Schlauchfeder radiale Kräfte ausübt, die durch die Kante der Dichtungsfläche 20 gerichtet sind, an der der Durchmesser der Dichtungsfläche am kleinsten ist. Der Querschnitt der Ringnut 26 ist zum Teil kreisförmig. Seitlich der Schlauchfeder ist die Ringnut 26 erweitert, so daß die Schlauchfeder 24 frei in der Ringnut 26 anliegt und die von ihr ausgeübten Kräfte genau ausgerichtet einwirken. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Belastung der Lippe 18 durch die Schlauchfeder 24 verhindert.The lip ring seal 16 is connected to a housing 22 which is supported in the bearing housing 14. The lip ring seal 16 has on the outer circumference an annular groove 26 in which a hose spring 24 is located. The smallest diameter of this annular groove 26 lies in the same plane as the edge 19 of the lip 18, so that the hose spring exerts radial forces which are directed through the edge of the sealing surface 20 at which the diameter of the sealing surface is smallest. The cross section of the annular groove 26 is partially circular. To the side of the hose spring, the annular groove 26 is widened so that the hose spring 24 rests freely in the annular groove 26 and the forces exerted by it act in a precisely aligned manner. In this way, undesired loading of the lip 18 by the hose spring 24 is prevented.

Die Gestalt der Ringnut 26 und ihre Lage in bezug zur Lippe 18 bedingen einen veränderlichen Druck zwischen der Lippe 18 und der Welle 12 in axialer Richtung gesehen. Dieser Druck ändert sich von einem vernachlässigbar kleinen Wert an der Kante 17 größten Durchmessers auf einen Höchstwert an der Kante 19 kleinsten Durchmessers der Dichtungsfläche 20. Bei laufender Welle 12 wird zwischen dieser und der Dichtungsfläche 20 der Lippenringdichtung 16 ein Schmiermittelfilm erzeugt und aufrechterhalten, der sowohl einen Abrieb verhindert als auch eine Sperre gegen Leckage von Schmiermittel von der Kante 17 zur Kante 19 der Lippe 18 bildet.The shape of the annular groove 26 and its position in relation to the lip 18 cause a variable pressure between the lip 18 and the shaft 12, seen in the axial direction. This pressure varies from a negligibly small value at the edge 17 of the largest diameter to a maximum value at the edge 19 of the smallest diameter of the sealing surface 20. When operating shaft 12 between this and the sealing surface 20 of the lip ring seal 16 generates a lubricant film and maintain both prevents abrasion and forms a barrier against leakage of lubricant from the edge 17 to the edge 19 of the lip 18 .

Die Breite der Dichtungsfläche 20 der Lippe 18 in axialer Richtung gemessen beträgt bei den meisten Anordnungen zwischen 0,76 und 1,52 mm. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann aber auch eine Breite bis zu 2,54 mm verwendet werden. Die Neigung der Dichtun "asfläche20 zur Längsachse der Welle beträgt zwischen 4 und 8'. Ein zu großer Neigungswinkel kann eine zu hohe Belastung in der Ebene der Kante 19 der Lippe 18 bewirken, wodurch der Schmiermittelfilm ungünstig beeinflußt würde.The width of the sealing surface 20 of the lip 18, measured in the axial direction, is between 0.76 and 1.52 mm in most arrangements. Under certain operating conditions, however, a width of up to 2.54 mm can also be used. The inclination of the sealing surface 20 to the longitudinal axis of the shaft is between 4 and 8 '. An angle of inclination that is too large can cause too high a load in the plane of the edge 19 of the lip 18 , which would adversely affect the lubricant film.

Claims

Claims: 1. Lip ring seal for shafts with a flexible lip lying in the radial direction, the sealing surface of which has the shape of an acute-angled straight truncated cone, d a - characterized in that the largest diameter of the sealing surface (20) at the edge (17) of the lip ( 18) , on which the liquid to be sealed (28) is located, that half the acute angle of the cone in the uncompressed state of the sealing surface is between 4 and 8 ' and that such a pressure is exerted on the lip that the pressure between the Sealing surface (20) of the lip and shaft (12) increases from a negligible value at the edge (17) of the largest diameter of the sealing surface to a maximum value at the edge (19) of the smallest diameter of the sealing surface.

2. lip ring seal according to claim 1, characterized in that the width of the sealing surface (20) measured in the axial direction is between 0.76 and 2.54 mm. 3. lip ring seal according to claim 1 or 2, characterized in that a hose spring (24) receiving an outer annular groove (26) is provided in a manner known per se, the smallest diameter of which is in a plane with the edge (19) of the sealing surface (20) is where it has the smallest diameter.

Considered publications: Swiss patent specifications No. 259 554, 328550.