DE19841123A1 - Radialwellendichtring - Google Patents

Abstract

Ein Radialwellendichtring besteht aus einem Membrankörper (1) und einem Stützkörper (2), auf den der Membrankörper (1) mit einer Vorspannung aufgezogen ist. Um einen derartigen Dichtring bei hohen Drücken und Drehzahlen einsetzen zu können, ist am Stützkörper (2) ein Zentrierteil (6) mit einem radial außenliegenden Rand (7) angeordnet, der vom Membrankörper (1) nicht überzogen ist und beim Einbau des Radialwellendichtringes in ein Lagergehäuse an der Innenseite des Lagergehäuses anlegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring, bestehend aus einem Membrankörper und einem Stützkörper, auf den der Membrankörper mit einer Vorspannung aufgezogen ist.

Radialwellendichtungen haben allgemein die Aufgabe, Wellen­ durchführungen abzudichten und dabei Medienströmungen höheren Druckes in Räume niedrigeren Druckes zu verhindern. Dies ist oft mit den Anforderungen hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Wellen, hohen Temperaturen des abzudichtenden Mediums, che­ mischer Beständigkeit und hohen Lebensdauerwerten verbunden.

Radialwellendichtringe der eingangs genannten Art sind be­ kannt, zum Beispiel durch die DE 44 34 573 A1. Das Wir­ kungsprinzip eines solchen Dichtringes liegt darin begründet, daß über den Stützkörper, der aus Stahl oder anderen Metallen bestehen kann, der elastische Membrankörper mit einer genau abgestimmten Vorspannung aufgezogen wird. Der Membrankörper kann an seinem radial innenliegenden Ende eine Dichtlippe aufweisen, die der Druckrichtung des abzudichtenden Mediums entgegengestellt ist. An der druckabgewandten Seite der Dicht­ lippe weist der Stützkörper eine integrierte Druckabstützung auf. Zwischen dem radial innenliegenden Rand der Druckabstüt­ zung und der Welle besteht ein Dichtspalt. Dieser ist so klein wie möglich zu halten, um ein Eindringen des elastomeren Mate­ rials der Dichtlippe unter dem Einfluß von Druck und Drehzahl der Welle zwischen Druckabstützung und Welle in Druckrichtung (Spaltextrusion) zu vermeiden. Andererseits erfordert der Dichtspalt eine bestimmte Mindestgröße, um ungleichmäßige Spannungsverhältnisse des Membranmaterials im Dichtbereich bei Außermittigkeiten des in einem Lagergehäuse eingesetzten Radialwellendichtringes auszuschließen.

Mit den bekannten Radialwellendichtringen mit Membrankörpern aus elastomerem Material war bisher ein Einsatz bei höheren Drücken und/oder Drehzahlen kaum möglich. Die unter diesen Bedingungen herrschenden hohen Radialkräfte führen zum Ein­ fressen des elastomeren Membranmaterials in die Wellenober­ fläche. Dadurch entstehen nicht nur hohe Verlustmomente, große Reibtemperaturen können zum Zerstören des Dichtmaterials füh­ ren, was Undichtungen oder sogar einen Ausfall der Dichtung zur Folge hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radialwellendichtung so weiterzubilden, daß sie sich für hohe Drücke und/oder Drehzahlen eignet und den Anforderungen hoher Temperaturen des abzudichtenden Mediums, chemischer Beständig­ keit und hoher Lebensdauer genügt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Radialwellendichtring der eingangs genannten Art am Stützkör­ per ein Zentrierteil mit einem radial außenliegenden Rand angeordnet ist, der vom Membrankörper nicht überzogen ist und beim Einbau des Radialwellendichtringes in ein Lagergehäuse an der Innenseite des Lagergehäuses anlegbar ist.

Die Anlage des Radialwellendichtringes an die Innenseite des Lagergehäuses geschieht vorzugsweise mit einer sehr geringen Spioelpassung. Eine Presspassung käme auch in Betracht, wobei jedoch Vorsorge zu treffen wäre, daß es nicht zu einer Schief­ lage des Dichtringes im Lagergehäuse kommt.

Durch das Anliegen des zylinderförmigen äußeren Randes des Zentrierteils kann eine in Bezug auf die Wellenachse äußerst genaue mittige Anordnung des Stützkörpers im Lagergehäuse erreicht werden. Bei den bekannten Radialwellendichtringen der eingangs genannten Art ist der Membrankörper über den radial außenliegenden Rand des Stützkörpers gezogen, so daß nicht dieser, sondern das aufgespannte Membranteil an der zylin­ drischen Innenfläche des Lagergehäuses anliegt. Durch eventu­ elles Schiefeinpressen oder durch Lageversatz des Membrankör­ pers auf den Stützkörper kann jedoch eine in bezug auf die Wellenachse außermittige Lagerung des Dichtringes zustande kommen.

Aufgrund der mit der erfindungsgemäßen Konstruktion erreich­ baren mittigen Anordnung des Dichtringes im Lagergehäuse kann der Dichtspalt zwischen der Druckabstützung und der Welle äußerst gering gehalten werden. Dadurch kann schließlich die Belastbarkeit der Dichtung wesentlich erhöht werden, was ihren Einsatz bei höheren Drücken und/oder Drehzahlen erlaubt.

Dazu trägt auch bei, daß die Druckabstützung in den Dichtungs­ aufbau integriert ist, indem sie einen Teil des Stützkörpers für den Membrankörper bildet und nicht, wie bei anderen be­ kannten Radialwellendichtringen, als zusätzliche hinter der Dichtung angeordnete Scheibe ausgebildet ist.

Durch die Zentrierung mit dem vorzugsweise aus Metall beste­ henden Zentrierteil des Stützkörpers wird erreicht, daß der Dichtspalt ein über den gesamten Umfang gleiches Maß aufweist. Ungleichmäßige Spannungsverhältnisse unter Druckbelastung des Membranmaterials im Dichtbereich, die zum Ausfall der Dichtung oder zur Verkleinerung der Lebensdauer führen können, werden daher vermieden.

Das statische Abdichten des Dichtringes zum Lagergehäuse wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Membrankörper axial benachbart zum radial außenliegenden Rand des Zentrierteils gegenüber diesem mit einer bestimmten Höhe radial nach außen vorsteht. Die Höhe ist so bemessen, daß beim Einpressen des Dichtringes in das Lagergehäuse der Membrankörper im vorste­ henden Bereich auf den Außendurchmesser des Zentrierteils, der auch dem Durchmesser der Gehäusebohrung entspricht, kompri­ miert wird und mit einer Flächenpressung an der Lagerwandung anliegt. Der Außenrand des metallischen Zentrierteils fixiert den Radialwellendichtring im Lagergehäuse. Ein eventuelles Schiefeinpressen oder ein Lageversatz der bekannten mit dem Membrankörper überzogenen Dichtringe ist daher ausgeschlossen.

Die statische Abdichtung gegenüber dem Lagergehäuse durch den auf den Stützkörper aufgezogenen Membrankörper kann auch axial gegen die Stirnseite einer Erweiterung der Gehäusebohrung erfolgen. Unter Umständen kann auch eine metallische Abdich­ tung durch das Zentrierteil des Lagerkörpers vorgesehen sein.

Aufgrund des äußerst geringen Dichtspaltes und der exakten Zentrierung des Radialwellendichtringes in der Gehäusebohrung übernimmt der erfindungsgemäße Dichtring auch eine Wel­ lenlagerfunktion.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Zen­ trierteil einstückig an den Stützkörper angeformt.

Um eine optimale Präzision des Innen- bzw. Außenradius des Stützkörpers bzw. Zentrierteils zu gewährleisten, können der Stützkörper und das Zentrierteil als ein einstückiges Me­ talldrehteil ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der auf den Stützkörper aufgezogene Membrankörper in axialer Richtung dadurch gesichert, daß er in eine an der radialen Außenseite des Stützkörpers angeordneten Nut eingreift.

Der Stützkörper kann im wesentlichen scheibenförmig ausge­ bildet sein, wobei der Membrankörper an einer Stirnseite des Stützkörpers anliegt. Diese Stirnseite ist in der Regel die gegen die Druckrichtung des Mediums gewandte Seite des Stütz­ körpers. Im radial innenliegenden Endbereich weist der Mem­ brankörper vorzugsweise eine vom Stützkörper sich entfernende schräggestellte Dichtlippe auf. Um zu vermeiden, daß die Dichtlippe unter Druckeinwirkung nicht in ihrer gesamten Länge flach auf die Welle aufgedrückt wird, weist der Stützkörper an seinem radial innenliegenden Ende vorzugsweise einen zum Mem­ brankörper weisenden abgeschrägten Ansatz auf. Selbst bei hoher Druckbelastung verursache der Membrankörper lediglich eine schmale Polierspur auf der Welle. Aufgrund der geringen mechanischen Belastung wird ein geringer Verschleiß und somit eine hohe Lebensdauer der Dichtung erreicht.

Weiterhin kann der Stützkörper an der vom Membrankörper ab­ gewandten Stirnseite eine radial nach innen offene Ausnehmung ausweisen. Die Ausnehmung ist bevorzugt als Eindrehung des Stützkörpers ausgebildet und dient hinter der Druckabstützung entweder als Schmierkammer für die Dichtlippe oder bei hinter­ einander angeordneten Dichtungen als Freiraum für die schräg­ gestellte Dichtlippe der benachbarten Dichtung.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung geht der Stütz­ körper von der am Membrankörper abgewandten Stirnseite in seinem radial außenliegenden Bereich in einen abgekröpften Bereich über, der das Zentrierteil bildet.

Der Membrankörper besteht bevorzugt aus einem hochver­ schleißfesten elastomeren Material. Als besonders vorteilhaft haben sich Therban (ISO-Kennzeichen HNBR) und Viton (ISO-Kenn­ zeichen FPM) herausgestellt.

Beim Benzineinsatz und dort, wo aus bestimmten Gründen auf eine Schmierflüssigkeit verzichtet werden muß, wie zum Bei­ spiel im Lebensmitteleinsatz, kann der Membrankörper darin eingebettete Schmierpartikel enthalten. Die Schmierpartikel können insbesondere aus Graphit oder PTFE bestehen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zei­ gen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen Radialwellen­ dichtring,

Fig. 2 eine Vergrößerung des in Fig. 1 kreisförmig um­ randeten Bereichs des Radialwellendichtringes,

Fig. 3 eine Hintereinanderanordnung zweier Radialwel­ lendichtringe gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 zwei entgegengestellte Radialwellendichtringe.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht der Radialwellendichtring aus einem Membrankörper 1 und einem Stützkörper 2, auf den der Membrankörper 1 mit einer Vorspannung aufgezogen ist. Der Stützkörper 2 ist im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet, wobei der Membrankörper 1 an einer Stirnseite 3 des Stützkör­ pers 2 anliegt. In dem radial innenliegenden Bereich des Stützkörpers 2 bildet die Stirnseite 3 eine Druckabstützung 4 für den Membrankörper 1. Der radial innenliegende, zylinder­ förmige Rand der Druckabstützung 4 bildet mit der Welle 5 einen ringförmigen Dichtspalt ds, der insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht.

Um den Dichtspalt ds so klein wie möglich und gleichmäßig über den gesamten Umfang der Welle 5 zu halten, weist der Stützkör­ per 2 ein Zentrierteil 6 mit einem radial außenliegenden zy­ linderförmigen Rand 7 auf, der vom Membrankörper 1 nicht über­ zogen ist und beim Einbau der Radialwellendichtung in ein (in der Zeichnung nicht gezeigtes) Lagergehäuse an der Innenseite des Lagergehäuses anlegbar ist. Die statische Abdichtung ge­ genüber dem Lagergehäuse erfolgt durch ein dem Zentrierteil 6 axial benachbartes Membranteil 8, das gegenüber dem Zentrier­ teil 6 radial nach außen mit einer bestimmten Höhe vorsteht. Beim Einpressen des Radialwellendichtringes in das Lagergehäu­ se wird das Membranteil 8 radial komprimiert, so daß es mit einer Vorspannung am Lagergehäuse anliegt. Durch das Zentrier­ teil 6 wird dabei der Radialwellendichtring im Lagergehäuse fixiert und äußert genau gegenüber der Wellenachse zentriert.

Der Stützkörper 2 ist zusammen mit der Druckabstützung 4 und dem Zentrierteil 6 als ein einstückiges Metalldrehteil aus­ gebildet. An der zum Membrankörper 1 weisenden Seite des scheibenförmigen Zentrierteils 6 ist eine Nut 9 in den Stütz­ körper 2 eingeformt, in die der über einen scheibenförmigen Vorsprung 10 radial und axial gespannte Membrankörper 1 ein­ greift und dadurch axial festgelegt wird. Die Höhe des Vor­ sprungs 10 ist geringer als diejenige des Zentrierteils 6, so daß das Membranteil 8 eine ausreichende kompressionsfähige Dicke aufweist.

Wie ebenfalls aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, weist der Membrankörper 1 an seinem radial innenliegenden Ende eine vom Stützkörper wegweisende schräggestellte Dichtlippe 11 auf. Die Dichtlippe 11 liegt mit einer axial relativ schmalen Fläche an der Welle 5 an. Zur Abstützung der Dichtlippe 11 weist der Stützkörper 2 an seinem radial innenliegenden Ende einen zur Dichtlippe 11 hin geneigten Ansatz 12 auf.

Weiterhin ist an der vom Membrankörper 1 abgewandten Stirn­ seite des Stützkörpers 2 eine radial nach innen offene Aus­ nehmung 13 vorgesehen. Die Ausnehmung 13 besteht aus einem weiteren zylinderförmigen Bereich und einem zum Ansatz 12 weisenden engeren konischen Bereich.

Der Stützkörper weist aufgrund der Ausnehmung 13 insgesamt im Querschnitt eine gekröpfte Form auf, die zum Beispiel aus Lagerbronze gedreht ist, um Achsenbeschädigungen bei der Mon­ tage des Radialwellendichtringes auszuschließen oder einen Wellenversatz auszugleichen.

Der Membrankörper 1 besteht aus einem hochverschleißfesten elastomeren Material, zum Beispiel Therban (ISO-Bezeichnung HNBR) mit darin eingebetteten Graphitpartikeln als inte­ griertem Schmierstoff. Er kann daher insbesondere bei Benzin als Druckmedium eingesetzt werden, wie bei herkömmlichen Ela­ stomeren Schmierflüssigkeitsfilme abbrechen. Auch im Lebens­ mitteleinsatz und überall dort, wo keine Verunreinigungen durch Schmierflüssigkeiten erfolgen dürfen, ist die Verwendung von integrierten Schmierpartikeln im elastomeren Material zweckmäßig.

Fig. 3 zeigt eine Hintereinanderanordnung zweier Radialwel­ lendichtungen der vorstehend beschriebenen Art. Aufgrund der scheibenförmigen Ausführung des Zentrierteils 6 und des Mem­ brankörpers 1 liegen die beiden Dichtringe flach aneinander. In die Ausnehmung 13 des an das Druckmediums angrenzenden Dichtringes erstreckt sich die Dichtlippe 11 des benachbarten Dichtringes.

In Fig. 4 sind in ein Lagergehäuse zwei entgegengestellte Dichtringe eingebaut. Die beiden Stützkörper 2 sind als ein einstückig zusammenhängendes Drehteil ausgebildet mit einer radialen Kanalbohrung 14, durch die zum Beispiel eine Spül­ flüssigkeit in die Ausnehmung 15 eingeführt werden kann. Es kann mit dieser Anordnung die axiale Baubreite der Doppeldich­ tung relativ kurz gehalten werden.

Bezugszeichenliste

1

Membrankörper

2

Stützkörper

3

Stirnseite

4

Druckabstützung

5

Welle

6

Zentrierteil

7

Rand

8

Membranteil

9

Nut

10

Vorsprung

11

Dichtlippe

12

Ansatz

13

Ausnehmung

14

Kanalbohrung

15

Ausnehmung
ds Dichtspalt

Claims (10)

1. Radialwellendichtring, bestehend aus einem Membrankörper (1) und einem Stützkörper (2), auf den der Membrankörper (1) mit einer Vorspannung aufgezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Stützkörper (2) ein Zentrierteil (6) mit einem radial außenliegenden Rand (7) angeordnet ist, der vom Membrankörper (1) nicht über­ zogen ist und beim Einbau des Radialwellendichtringes in ein Lagergehäuse an der Innenseite des Lagergehäuses anlegbar ist.

2. Radialwellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierteil (6) einstückig an den Stützkörper (2) angeformt ist.

3. Radialwellendichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (2) und das Zentrierteil (6) als ein einstückiges Me­ talldrehteil ausgebildet sind.

4. Radialwellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrankörper (1) in eine an der radialen Außenseite des Stützkörpers (2) angeordneten Nut (9) greift.

5. Radialwellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (2) im wesentlichen scheibenförmig aus­ gebildet ist, wobei der Membrankörper (1) an einer Stirn­ seite (3) des Stützkörpers (2) anliegt.

6. Radialwellendichtring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (2) an der vom Membrankörper (1) abgewandten Stirnseite eine radial nach innen offene Ausnehmung (13) aufweist.

7. Radialwellendichtring nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützkörper an seinem radial nach innen weisenden Rand einen zum Membrankörper weisenden abgeschrägten Ansatz (12) aufweist.

8. Radialwellendichtring nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (2) an der vom Membrankörper (1) abgewandten Stirnseite in einem radial außenliegenden Bereich in einen abgekröpften Bereich übergeht, der das Zentrierteil (6) bildet.

9. Radialwellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrankörper darin eingebettete Schmierpartikel enthält.

10. Radialwellendichtring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierpartikel aus Graphit bestehen.