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Die
Erfindung betrifft ein Dichtelement zum Abdichten einer bestimmungsgemäß zum Drehen vorgesehenen
Welle an einer Durchtrittsöffnung
eines Gehäuseteils
für die
Welle.
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Insbesondere
bei Verbrennungskraftmaschinen und Getrieben im Automobilbereich
werden an dort eingesetzte Wellendichtungen besondere Anforderungen
hinsichtlich Lebensdauer, Reibleistung und Montagesicherheit gestellt.
Dabei sind Radialwellendichtringe mit Dichtlippen aus chemisch hoch
beständigen
Polytetrafluorethylen (PTFE) und einer spiralförmigen Förderstruktur, beispielsweise
für ein
synthetisches Öl
der Verbrennungskraftmaschine, bekannt. Dabei werden zur Minderung
der Reibleistung die durch die Welle aufgeweiteten Lippenquerschnitte
bis in den Bereich der PTFE-Korngröße reduziert und
die ohnehin guten Gleiteigenschaften des PTFE teilweise durch Füllstoffe,
wie Graphit oder Molybdändisulfid
begünstigt.
Dabei bedarf die für
die genannte Anwendung optimierte Dichtungsgestaltung bei der Montage
einer besonderen Sorgfalt, um Beschädigungen des im Vergleich zu
Fluorpolymerdichtungen relativ unelastischen Dichtlippenmaterials aus
PTFE zu vermeiden. Weiterhin wird zum Nachweis der ordnungsgemä ßen Positionierung
der Wellendichtung die Wellendichtung nach ihrem Einbau immer häufiger einer
automatisierten Druck- und/oder Vakuumprüfung am Montageband der Verbrennungskraftmaschine
oder des Getriebes unterzogen. Aufgrund der geringen Elastizität der PTFE-Dichtlippe,
ihrer niedrigen spezifischen Anlagekraft zur Welle, ihrer durch
ihre Glasfaserfüllstoffe amorphen
Struktur der Wellenkontaktfläche
und ihrer zur Atmosphäre
hin offenen spiralförmigen Ölrückförderstruktur
kann ihr Kontaktbereich zur Welle nicht ohne weitere Zusatzstoffe
ausreichend gasdicht verschlossen werden. Deswegen ist bei vorgenannten Druck-
und/oder Vakuumprüfungen
der Dichtspalt temporär
zu verschließen,
beispielsweise unter Verwendung von sich im Betrieb des Getriebes
oder der Verbrennungskraftmaschine verflüchtigenden Wachses. Dabei kann
ein fehlerhaftes Auftragsverfahren für das Wachs oder eine montagebedingte
Beschädigung
der Wachsschicht bei den Prüfungen
am Montageband bei besagter Druck- und/oder Vakuumprüfung zu
einer Scheinundichtigkeit führen,
was mit Nachteil zur Rückweisung
der eigentlich einwandfreien Wellendichtung und damit des Getriebes
oder der Verbrennungskraftmaschine führt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes
Dichtelement zu schaffen, das bei einfacher und damit kostengünstiger
Herstellbarkeit sowohl bei bestimmungsgemäßem Betrieb als auch zu Prüf- und Testzwecken
gute Dichteigenschaften aufweist.
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Die
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß Anspruch
beinhaltet ein Dichtelement zum Abdichten einer bestimmungsgemäß zum Drehen
vorgesehenen Welle an einer Durchtrittsöffnung eines Gehäuseteils
für die
Welle folgende Merkmale:
- – Ein Versteifungsteil,
- – ein
mit dem Versteifungsteil verbundenes erstes Elastomerteil aus einem
ersten Elastomermaterial, wobei das erste Elastomerteil für ein statisch abdichtendes
Anliegen am Gehäuseteil
ausgebildet ist, und
- – ein
mit dem Versteifungsteil verbundenes zweites Elastomerteil aus einem
zweiten, vom ersten verschiedenen Elastomermaterial, wobei das zweite
Elastomerteil einen zum abdichtenden Anliegen an der Welle ausgebildeten
und vorgesehenen Dichtabschnitt umfasst, der für ein Rückfördern eines Leckagefluids in
einen abzudichtenden Raum eine Rückförderstruktur
umfasst und der bei bestimmungsgemäß an der Welle anliegendem
Dichtabschnitt mit wenigstens einer auf einem Kreiszylindermantel
verlaufenden, in Umfangsrichtung in sich geschlossenen Linie ausgebildet
ist, die wenigstens bei sich nicht drehender Welle zum abdichtenden
Anliegen an der Welle vorgesehen ist.
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Das
erfindungsgemäße Dichtelement
bietet dabei, unter Berücksichtigung
der anwendungsspezifischen Anforderungen an Dichtheit, Lebensdauer, Reib- und Verlustleistung,
die Möglichkeit
des automatisierten Einbaus und Überprüfung durch
eine nachgeschaltete Gasleckageprüfung. Dadurch, dass die beiden
Elastomerteile aus unterschiedlichen Elastomermaterialien gefertigt
sind, ist eine spezielle Anpassung an die dynamischen bzw. statischen Dichtungsanforderungen
sowie eine wirtschaftliche Fertigung möglich. Dadurch, dass das zweite
Elastomerteil aus einem Elastomermaterial hergestellt ist, weist
der Dichtabschnitt insbesondere gegenüber einer vergleichbaren Ausführung aus
PTFE eine höhere
Elastizität
auf, woraus aufgrund des Anlagevermögens des Dichtabschnitts, insbesondere
der auf dem Kreiszylindermantel radial umlaufenden, in sich geschlossenen
Linie an einer Gegenlauffläche
der Welle ein definierter statisch gasdichter Einbau möglich ist,
woraus wiederum besagte Druck- und/oder Vakuumprüfung ohne ein Aufbringen von Zusatzmaterialien
auf den Dichtabschnitt möglich
ist. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Dichtelement zur Erzielung einer
möglichst
geringen Reibleistung gegenüber vergleichbaren
bekannten Ausbildungen durch einen querschnittsreduzierten Dichtabschnitt
und damit einhergehend mit einer niedrigen spezifischen Radialkraft
besonders angepasst ausgebildet.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Rückförderstruktur bei bestimmungsgemäß an der
Welle anliegendem Dichtabschnitt wenigstens drei in Umfangsrichtung
verteilt angeordnete Nuten oder Stege. Dabei ist mit Vorteil durch
eine Vielzahl separater, am Umfang verteilter gleich- oder auch
gegensinnig gekrümmter
Nuten oder Stege mit Vorteil eine Anpassung an die jeweils erforderliche
Rückförderrate
und Drehrichtungen anpassbar.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand
der Figuren. Dabei zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer ersten Ausführungsform,
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2a einen
Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer zweiten Ausführungsform,
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2b eine
Ausschnittsvergrößerung der 2a,
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3 einen
Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer dritten Ausführungsform,
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4 einen
Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer vierten Ausführungsform und
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5 einen
Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer fünften
Ausführungsform.
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Die 1 zeigt
als ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer ersten Ausführungsform. Dabei umfasst das
ringförmige
Dichtelement ein Versteifungsteil 30 sowie ein mit dem
Versteifungsteil 30 verbundenes erstes Elastomerteil 10 und
zweites Elastomerteil 20. Das Versteifungsteil 30 ist
dabei beispielsweise aus einem Blech ausgebildet. Das erste Elastomerteil 10 ist
aus einem ersten Elastomermaterial, insbesondere AEM, ACM, EVM oder
Silicon ausgebildet und durch ein Anvulkanisieren an das Versteifungsteil 30 mit
diesem verbunden. Dabei ist der gewellt ausgebildete Außenmantel
des ersten Elastomerteils 10 zum statisch dichten Anliegen
an einem nicht dargestellten Gehäuseteil
im Bereich einer Durchtrittsöffnung
für eine
abzudichtende, ebenfalls nicht dargestellte Welle ausgebildet. Dabei handelt
es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor, wobei auf der
linken Seite der 1 ein Ölraum des Motors angeordnet
ist und sich auf der rechten Seite der 1 beispielsweise
eine der Umgebungsatmosphäre
zugehörige
Luftseite des Verbrennungsmotors befindet.
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Das
zweite Elastomerteil 20 ist ebenfalls durch ein Anvulkanisieren
an das Versteifungselement 30 befestigt. Dabei ist das
zweite Elastomerteil 20 aus einem Fluorelastomer ausgebildet
und kann weiterhin PTFE-Nanopartikel beinhalten. Bei bestimmungsgemäßem Einbau
des Dichtelements liegt ein im wesentlichen hohlzylinderartigen
Dichtabschnitt 22 des zweiten Elastomerteils 20 an
der nicht dargestellten Welle an. Dieser Dichtabschnitt 22 geht dann zur
rechten Seite hin glatt in einen sich trompetenartig aufweitenden
Abschnitt 24 über.
In der dargestellten Ausführungsform
ragt somit der trompetenartige Abschnitt 24 mit sich in
den Ölraum
hinein verkleinernden Querschnitt in den Ölraum hinein. In anderen Ausführungsformen
kann das Dichtelement der 1 beispielsweise
unter Weglassung der sekundären
Dichtlippe 26, auch um 180° gespiegelt am Versteifungsteil 30 befestigt
sein, so dass der trompetenartige Abschnitt 24 zur Luftseite
hin den Ölraum erweiternd
angeordnet ist, wobei dabei die Förderstruktur für eine Rückförderwirkung
zum Ölraum
hin gegebenenfalls entsprechend anzupassen ist.
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Der
Innenmantel des hohlzylinderartigen Dichtabschnitts 22 ist
dabei mit einer Reihe von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten,
sichelartigen Nuten 28 ausgebildet, die bei einem Drehen
der Welle mit bestimmungsgemäßer Drehrichtung
eine Rückförderwirkung
auf zwischen der Welle und dem Dichtabschnitt 22 vordringenden Öls ausübt. Die
sichelartigen Nuten 28 sind dabei zur Ölseite hin mit einer größer werdenden
Breite ausgebildet. Dabei sind die sichelartigen Nuten 28 zur
linken Seite hin, also zum Ölraum
hin, offen auslaufend ausgebildet. Auf der rechten Seite enden die
sichelartigen Nuten 28 derart, dass am Ende besagter sichelartiger
Nuten 28 sich in Achsrichtung ein kreisringartiger, radial
umlaufender, in sich geschlossener Bereich des Dichtabschnitts 22 anschließt, der
wenigstens bei sich nicht drehender Welle zum abdichtenden Anliegen an
der Welle vorgesehen ist. Dieser ringartige, radial umlaufende,
in sich geschlossene Bereich des Dichtabschnitts 22 bildet
dabei im Zusammenhang mit den Materialeigenschaften des zweiten
Elastomermaterials die Voraussetzung, dass das Dichtelement auch bei
sich nicht drehender Welle gasabdichtend an der Welle anliegt, so
dass zur Kontrolle des korrekten Einbaus des Dichtelements und der
Dichtwirkung der Verbrennungsmotor im Rahmen seines Montageprozesses,
ohne dass zwischen dem Dichtabschnitt 22 und der Welle
weitere Materialien aufgetragen werden müssen, einer Druck- und/oder
Vakuumprüfung unterzogen
werden kann. Schließlich
ist das zweite Elastomerteil 20 zur Luftseite hin eine
sekundäre Dichtlippe 26 ausbildend
gestaltet.
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Die 2a zeigt
als ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer zweiten Ausführungsform. Dabei unterscheidet
sich das Dichtelement der zweiten Ausführungsform gemäß der 2a von
dem Dichtelement der ersten Ausführungsform
gemäß der 1 im
wesentlichen durch folgende Punkte:
Anders als beim Dichtelement
der 1 umschließt das
erste Elastomerteil 10' den
Außenmantel
des Versteifungsteils 30' nicht
vollständig,
so dass bei der Ausführungsform
entsprechend der 2a sowohl Teile des Versteifungselements 30' als auch Teile
des ersten Elastomerteils 10' bestimmungsgemäß zur Anlage
am Gehäuseteil
kommen.
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Das
zweite Elastomerteil 20' der 2a unterscheidet
sich von dem der 1 insbesondere dadurch, dass
anstelle der sichelartigen Nuten 28 bogenartige Nuten 28' mit in etwa
gleichbleibendem Querschnittprofil vorhanden sind, die sich am Innenmantel
des Dichtabschnitts 22' und
sich fort erstreckend am Innenmantel des trompetenartigen Abschnitts 24' ausgebildet
sind. Weiterhin enden die bogenartigen Nuten 28' anders als
die sichelartigen Nuten 28 der 1 zur Ölseite hin
nicht offen, sondern münden
in einem Bereich 29' rampenartig
in einen ringartigen, am Innenmantel des Dichtabschnitts 22' radial umlaufenden
Bereich, der zum abdichtenden Anliegen an der Welle wenigstens bei
sich nicht drehender Welle vorgesehen ist. Im Unterschied zur 1 ist
damit besagter ringartiger, radial umlaufender, in sich geschlossener
Bereich nicht wie bei der 1 am luftseitigen
Ende des Dichtabschnitts 22 angeordnet, sondern auf der
linken Seite der 2a, also am ölseitigen Ende des Dichtabschnitts 22' angeordnet.
Das rampenartige Einmünden
der bogenartigen Nuten 28' ist
dabei nochmals in der 2b verdeutlicht, die eine entsprechende
Ausschnittsvergrößerung der 2a darstellt.
Eine radiale Dicke des besagten kreisringartigen, radial umlaufenden Bereichs
beträgt
dabei 0,3 bis 1,0 mm, insbesondere 0,4 bis 0,55 mm. Ein Verhältnis einer
radialen Dicke besagten ringartigen, radial umlaufenden Bereichs zu
einer Tiefe der Nuten 28' liegt
dabei mit Vorteil in einem Bereich von 5,0 bis 1,65. Dabei sind
die Nuten 28' insbesondere
mit einer Tiefe von 0,1 bis 0,4 mm ausgebildet.
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Schließlich ist
in der 2a, anders als in der 1,
die sekundäre
Dichtlippe 26' nicht
aus dem zweiten Elastomermaterial des zweiten Elastomerteils 20' ausgebildet,
sondern die sekundäre Dichtlippe 26' ist aus einem
Vlieswerkstoff ausgebildet, womit auch beim Anliegen der Dichtlippe 26' an der Welle
eine gewisse Atmungsaktivität
bzw. ein Filtereffekt bewirkt werden können. Ansonsten gilt das vorausgehend
zu der 1 Beschriebene für die Ausführungsform der 2a und 2b entsprechend.
Vergleichbare Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichennummern
ergänzt
um einen Hochstrich bezeichnet. In anderen Ausführungsformen kann natürlich auch
ein Außenmantelbereich des
Dichtelements der 2a entsprechend dem des Dichtelements
der 1 ausgebildet sein.
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Die 3 zeigt
als ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer dritten Ausführungsform. Dabei unterscheidet
sich das Dichtelement der dritten Ausführungsform gemäß der 3 von
dem der 2a im wesentlichen dadurch,
dass die bogenartigen Nuten 28'' der 3 sich
einander kreuzend ausgebildet sind und beide Ende der bogenartigen
Nuten in besagtem ringartigen, radial umlaufenden, in sich geschlossenen
Bereich enden. Ansonsten gilt das vorausgehend zu den 2a und 2b Beschriebene
für die
Ausführungsform
der 3 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind
dabei mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um einen weiteren, zweiten Hochstrich
bezeichnet.
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Die 4 zeigt
als ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer vierten Ausführungsform. Dabei entspricht
das Dichtelement der vierten Ausführungsform gemäß der 4 im wesentlichen
dem der 1, unterscheidet sich aber insbesondere
von dem Dichtelement der 1 dadurch, dass sich die Rückförderstruktur
auf dem Innenmantel des Dichtabschnitts 22''' sowie des trompetenartigen
Abschnitts 24''' erstreckend ausgebildet ist und
der ringartige, radial umlaufende, in sich geschlossene, zum abdichtenden
Anliegen bei wenigstens sich nicht drehender Welle vorgesehene Bereich entsprechend
der 2 am linken axialen, also ölseitigen
Ende des Dichtabschnitts 22''' ausgebildet ist. Die Nuten 28''' sind
dabei ebenfalls sichelartig ausgebildet, weisen aber anders als
bei der 1 kein rinnen-, sondern vielmehr
ein wannenartiges Querschnittsprofil auf. Ähnlich wie bei den 2a und 2b enden
die sichelförmigen
Nuten der 4 rampenartig in besagtem ringartigen,
radial umlaufenden Bereich. Ansonsten gilt das vorausgehend zu der 1 Beschriebene
für die
Ausführungsform
der 4 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind
dabei mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um drei Hochstrichen bezeichnet.
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Die 5 zeigt
schließlich
als ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung einen Längsschnitt
durch eine obere Hälfte
eines Dichtelements in einer fünften
Ausführungsform.
Dabei unterscheidet sich das Dichtelement der fünften Ausführungsform gemäß der 5 von
dem der 4 im wesentlichen dadurch, dass
sozusagen die sichelartigen Nuten 28'''' der 4 mit einer
derartigen Breite ausgebildet sind, dass zum Anliegen an der Welle
bei der 5 lediglich Stege 28'''' verbleiben.
Ansonsten gilt das vorausgehend zu der 4 Beschriebene
für die Ausführungsform
der 5 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind
dabei mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um einen weiteren, vierten
Hochstrich bezeichnet.
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In
anderen Ausführungsformen
sind natürlich
auch Kombinationen der vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen,
insbesondere betreffend die Außenmantelbereiche
der Dichtelemente und die Formen der sekundären Dichtlippen, möglich. Weiterhin
können
die beiden Elastomerteile natürlich
auch einander gegenseitig berührend
und auch ineinanderübergehend
ausgebildet sein.
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In
anderen Ausführungsformen
kann die Rückförderstruktur
auch als eine ein- oder
mehrgängige
schraubengangartige Nut ausgebildet sein, wobei beispielsweise bei
eingängiger
schraubenartiger Nut diese an wenigstens einer Stelle durch einen
sich im wesentlichen in Achsrichtung verlaufenden Steg unterbrochen
ist, so dass die Begrenzungen der Nut in einem 360° um die Stegstelle
herum zusammen mit dem Steg besagte, auf einem Kreiszylindermantel
verlaufende, in Umfangsrichtung in sich geschlossene Linie bilden,
die wenigstens bei sich nicht drehender Welle an der Welle anliegt.
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- 10,
10', 10'', 10''', 10''''
- erstes
Elastomerteil
- 20,
20', 20'', 20''', 20''''
- zweites
Elastomerteil
- 22,
22', 22'', 22''', 22''''
- hohlzylinderartiger
Dichtabschnitt
- 24,
24', 24'', 24''', 24''''
- trompetenartiger
Abschnitt
- 26,
26', 26'', 26''', 26''''
- sekundäre Dichtlippe
- 28,
28', 28'', 28'''
- Nut
- 28''''
- Steg
- 29'
- rampenartiger
Bereich
- 30,
30', 30'', 30''', 30''''
- Versteifungsteil