DE3103319C2 - "Lippendichtungsring" - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lippendichtungsring für rotierende Maschinenteile, wie insbesondere Kühlwasserpumpen, mit einer an einem meist winkelförmigen Dichtungsgehäuse aufgehängten, in Richtung auf das abzudichtende Medium weisenden, elastischen Dichtlippe, welche an einem ebenfalls im Querschnitt meist winkelförmigen, konzentrisch zum Dichtungsgehäuse angeordneten Laufring dichtend anliegt, dessen Radialschenkel axial vor der Dichtlippe (mediumsseitig) f, angeordnet ist und in Richtung des Dichtungsgehäuses weist.

Durch die US-PS 31 79 424 ist bereits ein Lippendich

tungsring bekannt, der ein Versteifungsteil aufweist, an welchem eine dem Medium zugewandte Hauptdichtlippe und mehrere SchmutzUppen elastisch aufgehängt sind. Sowohl die Haupt- als auch die Schmutzlippen liegen am Axialschenkel eines winkelförmigen Laufringes an. Der versteifte Lippendichtungsring und der Laufring werden von einem weiteren, ebenfalls winkelförmigen Dichtungsgehäuse derart umgeben, daß eine Einbaueinheit gebildet wird. Der abgebogene Schenkel des Laufringes ist radial gegen das Jichtungsgehäuse gerichtet, während der abgebogene Schenkel des Dichtungsgehäuses in entgegengesetzte radiale Richtung weist Axial zwischen den beiden Radialschenkeln wird somit ein Labyrinthspalt gebildet, wobei der Radialschenkel des Laufringes im Einbauzustand an der einen Stirnfläche des Elastomerkörpers, aus welchem die Dichtlippen gebildet sind, anliegt und somit eine weitere Dichtstelle entsteht Nachteilig ist neben dem relativ umständlichen Aufbau der Dichtui.g und den vielen benötigten Teilen zu sehen, daß die Dichtung axial an beiden Seiten übersteht und somit ziemlich schwierig zu montieren ist, und daß durch die zusätzliche Dichtstelle im Anfahrzustand der Dichtung durch die auftretende Reibung sich Gummi lösen und die eigentliche Dichtfunktion der Hauptdichtlippe beeinträchtigen kann.

Weiterhin ist durch die DE-PS 25 00 099 und die DE-OS 25 33 751 (Zusatzanmeldung) ein Lippendichtungsring bekannt, der mit einem Laufring formschlüssig verbunden ist um den Laufring gegen axiales Verschieben zu sichern. Nachteilig ist auch hier zu sehen, daß sich der angestrebte Labyrinthspalt zwischen Laufring und der Verlängerung des Dichtungsgehäuses beim Aufpressen der Dichtungseinheit auf die Welle nicht immer einstellt und somit in der Anlaufphase der Dichtung mit erhöhter Reibung in diesem Bereich zu rechnen ist. die sich ebenso auswirkt, wie schon vorab bei der US-PS 31 79 424 angesprochen.

Die DE-OS 23 31 412 offenbart eine Abdichtungsan Ordnung für zwei relativ zueinat. Jer drehbare Maschinenteile. Diese besteht aus einem Wellendichtring und einer diesem vorgeschalteten Förderscheibe, die den Transport von Schmiermittel in axialer Richtung bewirken soll.

Des weiteren ist durch die GB-PS 8 81 607 eine Flüssigkeitsdichtung ähnlich der in der US-PS 31 79 424 angesprochenen bekannt. Die eigentliche Hauptdichtlippe ist zum Medium gerichtet und ist an einem mehrfach abgewinkelten Metallring angeformt. Die Lippe lauft auf einem ebenfalls mehrfach abgewinkelten Laufring. Die Nachteile dieser Konstruktion entsprechen weitestgehend denen des Lippendichtungsringes gemäß der US-PS 31 79 424.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde. Lippendichtungsringe der angesprochenen Art auf einfache Weise konstruktiv so zu verändern, daß zum einen die axiale Bauhöhe reduziert und somit der Anwendungsbereich vergrößert wird, und zum anderen sicherzustellen, daß sich der gewünschte Labyrinthspalt zwischen Laufring und Dichtungsgehäuse mit der Montage der Dichtung einstellt und auch während des Betriebszustandes der Dichtung erhalten bleibt. Des weiteren soll sichergestellt werden, daß sich die Dichtüppe bei Druckbelastung nicht öffnet und somit das Funktionsverhalten aufrechterhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine vom Radialschenkel des Laufringes und/oder vom Axialschenkel des Dichtungsgehäuses ausgehende,

unter Druckbelastung am anderen Laufpartner anlegbare, membranartige, elastische Verlängerung. Diese Membran weist den Vorteil auf, daß sie bei auftretendem Druck im abzudichtenden Medium schließt, d. h. sie legt sich an der korrespondierenden Gegenfläche an und verhindert somit, daß das unter Druck stehende Medium die Dichtlippe abhebt und gegebenenfalls sogar beschädigt

Der bevorzugte Anwendungsfall ist in Systemen zu sehen, die im Betriebszustand mit Unterdruck und im Stillstand mit Oberdruck arbeiten, wie z. B. Kühlwasserpumpen für Kraftfahrzeuge. Die Betriebszustände liegen etwa bei 0.5 bar Unterdruck und bei etwa 2 bis 2,5 bar Oberdruck. Die Abdichtung erfolgte bisher in der Regel durch relativ kostspielige Gleitringdichtungen. Die Anwendung von Radialwellendichtringen scheiterte bisher an den extremen, oben genannten Bedingungen, zu denen auch noch die relativ hohen Temperaturen (ca. 100 bis 120⁰C) und das im Medium vorgesehene Frostschutzmittel eine negative Wirkung auf die Dichtlippe ausüben. Als weiterhin nachteilig für bisher verwendete Radialweiiendichtringe ist der vom Guß des Motorblockes her sich in unzugänglichen Ecken festsetzende Formsand anzusehen. Bei Inbetriebnahme des Systems wird dieser dann nach und nach gelöst und gelangt u. a. auch an die Dichtlippe, die auf diese Art relativ schnell zerstört wird. Mit dem vorgeschlagenen Lippendichtungsring werden die angeführten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise gelöst.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß weist die membranartige Verlängerung des Laufringes und/oder des Dichtungsgehäuses derart in Richtung des anderen Laufpartners, daß unter Bildung eines Labyrinthspaltes im Betriebszustand (Unterdruck) der Dichtung eine Formschlußverbindung zwischen Dichtungsgehäuse und Laufring entsteht. Diese Formschlußverbindung hat natürlich nicht nur im Betriebszustand Vorteile, vielmehr wird durch sie ermöglicht, eine Einbaueinheit zu bilden, die gegenüber dem Stand der Technik (insbesondere DE PS 25 00 099) den Vorteil aufweist, daß der Labyrinthspalt sowohl bei der Montage der Einheit durch in einer radialen Ebene angeordnete Radialschenkel als auch im Einbauzustand erhalten bleibt und somit beim Anfahren der Dichtung mit keinem Gummiabrieb infolge Berührung der Elastomerteile zu rechnen ist.

Um eine optimale Abdicht- oder Schließwirkung der Membran bei Druckbeaufschlagung zu erhalten, ist diese, im Querschnitt gesehen, in Richtung auf den korrespondierenden Laufpartner sich verjüngend ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß das System je nach Anwendungsfall und je nach Auslegung optimal jeder Druckschwankung gerecht werden kann.

Um das Einpressen der so geschaffenen Einbaueinheit zu erleichtern, könnte dichtlippenseitig am Axialschenkel des Dichtungsgehäuses ein radial vom Radialschenkel des Laufri'igc\ weg weisender Schenkel angeformt werden, der als Anschlag für die Aufnahme des Lippendichtungsringes dient. Je nach Anwendungsfall kann der äußere stirnseitige Bereich (mediumsseitig) des Laufring-Radialschenkels und des radial abgebogenen Schenkels mit einer gleich dicken Elastomerauflage versehen werden, um so eine einheitliche Anlagefläche für das Montagewerkzeug zu schaffen.

Zur Erhöhung der Dichtwirkung des Labyrinthspaltes während des Betriebszustandes wird vorgeschlagen, die Elastomerauflage im äußc: en stirnseitigen Bereich eines oder beider Radialschenkel mit einer umlaufenden Nut zu versehen, in welcher hydrodynamisch wirkende Rückförderelemente in Form von geraden oder leicht gebogenen Rippen angeordnet sind. Durch diese Rippen ist eine Schleuderwtrkung in Richtung des abzudichtenden Mediums sichergestellt, welche die Schließwirkung der Membran noch unterstützt

Zur Erzielung retativ kurzer Baulängen kann es vorteilhaft sein, die axiale Länge des Laufringes gleich ίο oder kleiner zu gestalten als die axiale Länge des funktionsbedingten Dichtungsgehäuses. Auf diese Weise wird der Anwendungsbereich der vorgeschlagenen Dichtung vergrößert, da hier eine kompakte Einheit vorliegt

Durch die vorgeschlagene Ausbildung des erfmdungsgemäßen Lippendichtungsringes wird die Dichtlippe für den Transport gegen Beschädigung und Schmutzeinwirkung weitestgehend geschützt Damit die lippe auch im Betriebszustand über ihre gesamte Lebensdauer ausreichend geschmiert wird, ist der von der Dichtlippe und der Membran begrenzte Raum 2wis<·" ;n Dichtungsgehäusc und Laufring mit einer Fcttfüllrng verschen. Durch sie soll ebenfalls verhindert werden, daß gegebenenfalls aggressives Medium zur Dichtlippe gelangen und diese vorzeitig beschädigen kann.

Die E-findung ist in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 bis 3 unterschiedliche Ausbildungsvarianten einer Lippendichtung.

Die in F i g. 1 abgebildete Lippendichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt winkelförmigen Dichtungsgehäuse 2, an welchem eine elastische Dichtlippe 3 aufgehängt ist, des weiteren aus einem ebenfalls winkelförmigen Laufring 4. Am Axialschenkel J5 5 des Dichtungsgehäuses 2 ist ein radial nach außen abgebogener Schenkel 6 angeordnet, der als Anschlagfläche am korrespondierenden Maschinenteil dient. Axial- 5 und Radialschenkel 6 sind sowohl im Bereich ihrer Stirnflächen 7, 8 als auch im Bereich ihrer Umfangsflächen 9, 10 mit einer Elastomerschicht 11 überzogen. Die äußere Umfangsfläche 12 der EIastorT .rschicht 11 ist wellenförmig profiliert ausgebildet und gleicht somit nicht eingehaltene Einbautoleranzen z. B. des Gehäuses 13 aus. Der Laufring 4, der vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, ist radial in Richtung auf das Dichtungsgehäuse 2 abgewinkelt 14. derart, daß sowohl der Radialschenkel 6 des Dichtungsgehäuses 2 als auch der Radialschenkel 14 des Laufringes 4 in einer radialen Ebene angeordnet sind. Der Laufring 4 ist im Bereich beider Stirnflächen 15, 16 des Radialschenkels 14 und im Bereich der inneren Umfangsfläche 17 seines Axialschenkels 18 mit einer Elastomerschicht 19 überzogen. Die Elastomerschicht 19 ist τ) der inneren Umfangsfläche 38 wellenförmig profiliert ausgebildet, um so ebenfalls nicht eingehaltenen Einbautoleran.?'"!. /. B. der Weile 20, e Ugegenzuwirken. Die Elastomerschichten 11 und 19 sind im äulieren stirnseitigen Bereich 7,15 der Radialschenkel 6, 14 gleich dick ausgebildet. Damit soll einem nicht weiter *>° dargestellten Wert. eug. das eine glatte Druckfläche aufweisen kann, ermöglicht werden, das gesamte System 1 gleichmäßig in die vorgesehene Position zu schieben. Die äußere Umfangsfläche 21 des ^aufringes 4 dient als Lauffläche für die dem Radialschenkel 14 zugewandte Dichtlippe 3, die einen Federring 22 zur Verschleilüvompensa.ion der Dichtlippe 3 trägt. Vom Axialschenkel 5 des Dichtungsgehäuses 2 ausgehend, erstreckt sich in Richtung des korrespondierenden

Radialschenkels 14 des Laufringes 4 eine membranartige elastische Verlängerung 23, die vorzugsweise aus dem gleichen Elastomermaterial wie die Dichtlippe 3 und die Elastomerschichten 11, 19 besteht. Die Membran 23 hat die Aufgabe, die Dichtlippe vor Beschädigung oder Zerstörung durch das abzudichtende Medium und Formsandrückständen zu schützen, indem die auftretenden Betricbszustände ausgenutzt werden, d. h. Betriebszustände, wie sie z. B. in Kühlwasserpumpen von Kraftfahrzeugen auftreten (Unterdruck während des Laufes, Überdruck in der ersten Zeit des Stillstandes durch ansteigende Temperatur im System). Während des Laufes, also bei leichtem Überdruck (ca. 0.5 bar) ist die Membran 23 unter Bildung eines Labyrinthspaltes 24 auf den Radialschenkcl 14 zu gerichtet. Im Stillstand hingegen, also bei sich aufbauendem Überdruck (ca. 2 bis 2,5 bar), liegt die Membran 23 — wie gestricheil dargestellt — auf der korrespondierenden Umfangsfläche 25 des Radialschenkels 14 auf und verhindert somit, daß das Medium an die Dichtlippe 3 gelangen kann. Zur Unterstützung dieses Effektes ist der durch die Dichtlippe 3 und die Membran 23 begrenzte Raum 39 mit einer Fettfüllung versehen, die gleichzeitig dazu dient, die Dichtlippe 3 über ihre gesamte Lebenszeit ausreichend zu schmieren. Fig. 2 ist ähnlich Fig. 1 zu sehen, mii dem Unterschied, daß am Axialschenkel 5 des Dichtungsgehäuse': 2 ein radial sich in Richtung des Laufringes 4 erstreckender umlaufender Wulst 26 vorgesehen ist, und daß am Radialschenkel 14 des Laufringes 4 eine sich im wesentlichen radial in Richtung des Dichtungsgehäuses 2 sich erstreckende membranartige elastische Verlängerung 27 erstreckt. Die Wirkungsweise ist gleich der in

> Fig. 1 beschriebenen Membran 23 zu sehen, nämlich, daß bei Unterdruck ein Labyrinthspalt 28 vorhanden ist und im Stillstand der Dichtung 1 das unter Druck stehende Medium die Membran 27 gegen die korrespondierende Fläche 29 des Wulstes drückt.

ι F i g. 3 ist ebenfalls ähnlich den F i g. I und 2 zu sehen, wobei der wesentliche Unterschied auch hier in der Ausbildung der Membran 30 zu sehen ist. Im Bereich der äußeren Umfangsfläche 31 des Radlalschenkels 14 ist eine Elastomerauflage 32 vorgesehen, die wellenförmig

> profiliert ist. Zwischen jeweils zwei F.rhebungen 33, 34 ist die sich in Richtung des Radialschenkels 14 verjüngende Membran 30 unter Bildung eines Labyrinthspaltes 35 im Betriebszustand angeordnet. Die Funktionsweise ist gleich den in den F i g. 2 und 3

ι beschriebenen Varianten zu sehen, im Bereich der dem Medium zugewandten und mit einer Elastomerschicht 19 versehenen Stirnfläche 15 des Radialschenkels 14 ist eine umlaufende Nut 36 vorgesehen. Im Umfangsbereich dieser Nut 36 sind hydrodynamisch wirkende

■ Rückförderelemente in Form von leicht gebogenen Rippen 37 angeordnet, die die Abdichtwirkung der Membran 30 noch verstärken und so angeordnet sind, daß sie auf das abzudichtende Medium eine Schlcuderwirkung ausüben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Lippendichtungsring für rotierende Maschinenteile, wie insbesondere Kühlwasserpumpen, mit einer an einem im Querschnitt meist winkelförmigen Dichtungsgehäuse aufgehängten, in Richtung auf das abzudichtende Medium weisenden, elastischen Dichtüppe, welche an einem ebenfalls im Querschnitt meist winkelförmigen, konzentrisch zum Dichtungsgehäuse angeordneten Laufring dichtend anliegt, dessen Radialschenkel axial vor der Dichtlippe (mediumsseitig) angeordnet ist und in Richtung des Dichtungsgehäuses weist, gekennzeichnet durch eine vom Radialschenkel (14) des Laufringes (4) und/oder vom Axialschenkel (5) des Dichtungsgehäuses (2) ausgehende, unter Druckbelastung am anderen Laufpartner (25, 29) anlegbare, membranartige, elastische Verlängerung (23,27,30).

2. Lippendichtungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die membranartige Verlangerung (23, 27, 30) des Laufringes (4) und/oder des Dächtungsgchäuses (2) derart in Richtung des anderen Laufpartners (2,4) weist, daß unter Bildung eines Labyrinthspaltes (24, 28, 35) im Betriebszustand der Dichtung (1) eine Formschlußverbindung zwischen Dichtiingsgehäuse (2) und Laufring (4) entsteht

3. Lippendichtungsring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der membranartigen Verlängerung (23, 27,30) in Richtung des korrespondierenden Laufringes (2 oder *) verjüngt

4. Lippendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß im äußeren stirnseitigen Bereich (/', 15) eines oder beider Radialschen- j, kel (6,14) eine Elastomeraufla^e (11,19) vorgesehen ist, die eine umlaufende Nut (36) aufweist.

5. Lippendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet daß im Bereich der Nut (36) am Umfang gleichmäßig verteilt hydrodynamisch wirkende Rückförderelemente vorgesehen sind.

6. Lippendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückförderelemente aus geraden oder leicht gebogenen, im wesentlichen radial verlaufenden Rippen (37) gebildet sind.

7. Lippendichtungsring nach den Ansprüchen 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Dichtlippe (3) und der Membran (23, 27, 30) begrenzte Raum (39) zwischen Dichtungsgehäuse (2) und Laufring (4) mit einer Fet'füllung versehen ist.