DE102007054887A1

DE102007054887A1 - Dichtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeugrad

Info

Publication number: DE102007054887A1
Application number: DE102007054887A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schmitt
Original assignee: Dichtungstechnik G Bruss GmbH and Co KG
Current assignee: Dichtungstechnik G Bruss GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2009-06-04

Abstract

Eine Dichtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeugrad zum Verändern des Reifenluftdrucks während der Fahrt umfasst eine erste Ringdichtung (13) und eine zweite axial versetzte Ringdichtung (14) zur Abdichtung einer zwischen den Ringdichtungen (13, 14) gebildeten Kammer (15) zur Druckluftdurchführung. Die Ringdichtungen (13, 14) weisen jeweils einen vorspannungsfrei gehaltenen, axial frei verschiebbaren inneren Dichtring (19, 31) auf, der allein durch in der Kammer (15) anliegenden Überdruck an eine entsprechende Gegenlauffläche (28, 42) angedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeugrad zum Verändern des Reifenluftdrucks während der Fahrt.
Auf zwei axialen Ringdichtungen zur Abdichtung einer zwischen den Ringdichtungen gebildeten Kammer zur Druckluftdurchführung beruhende Dichtungsvorrichtungen sind bekannt, siehe EP 0 521 719 A1 , EP 0 656 267 B1 , DE 100 19 641 A1 , DE 103 09 591 A1 , DE 103 24 410 A1 , EP 1 607 241 A1 und EP 1 671 816 A1 . Diese in der Regel auf Radialwellendichtringen basierenden Dichtringanordnungen weisen jedoch im drucklosen Dauerbetrieb insbesondere bei Trockenlauf ein erhebliches Reibungsdrehmoment auf, was zu vorzeitigem Verschleiß und verkürzten Standzeiten führt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dichtungsvorrichtung mit sehr langer Standzeit bereitzustellen, die insbesondere auch bei schweren Fahrzeugen eine zuverlässige Veränderung des Reifenluftdrucks während der Fahrt gestattet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln von Anspruch 1. Weil die inneren Dichtringe nicht mit Vorspannung beaufschlagt sind, können die Ringdichtungen im drucklosen Dauerbetrieb im Wesentlichen berührungs- und somit verschleißfrei laufen. Dies ermöglicht insbesondere die Verwendung von Trockenlaufdichtungen. Durch Anlegen eines Überdrucks in der Durchgangsöffnung relativ zum Atmosphärendruck werden die inneren Dichtringe axial frei verschoben, bis die Dichtfläche jeweils an einer entsprechenden Gegenlauffläche anliegt. Die Ringdichtungen kommen auf diese Weise praktisch sofort in Eingriff. Die inneren Dichtringe werden nur solange an die Gegenlauffläche gedrückt, wie der Überdruck in der Durchgangsöffnung anliegt. Die erfindungsgemäße Dreh-Druck-Zuführung ist zur Luftdruckregelung in Reifen auch von schwersten Nutzfahrzeugen, das heißt bei einem Luftdruck bis beispielsweise 10 bar, geeignet.
Die Betriebsbedingungen lassen sich wie folgt zusammenfassen. Abzudichtendes Medium: Luft. Schmierung: Überwiegend oder ausschließlich Trockenlauf der Dichtung. Abzudichtender Druck: kurzfristig bis etwa 10 bar. Drehzahl: bis etwa 700 U/min.
Vorzugsweise weisen die axialen Ringdichtungen jeweils ein nichtmetallisches Dichtelement mit guter Trockenlaufbeständigkeit beispielsweise auf der Basis eines PTFE-Compounds auf. Es ist vorteilhaft, wenn das nichtmetallische Dichtelement Teil des axial verschiebbaren inneren Dichtrings ist. Die Gegenlauffläche kann dann von einem metallischen äußeren Dichtring gebildet werden, der eine Ableitung der Reibungswärme an ein mit dem äußeren Dichtring verbundenes metallisches Bauteil, insbesondere Achse bzw. Welle oder Gehäuse, ermöglicht.
In einer konstruktiv bevorzugten Ausführungsform steht ein innerer Dichtring mit dem gegenüberliegenden äußeren Dichtring drehfest aber axialverschiebbar in Eingriff, um Rotationsreibung zwischen diesen Komponenten und entsprechenden Verschleiß zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1: eine Querschnittsansicht einer Dichtungsvorrichtung; und
2: eine Querschnittsansicht einer Dichtungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
Die Dichtungsvorrichtung 10 ist radial innen mit der Welle oder Achse 11 eines Kraftfahrzeugrades und radial außen mit einem Gehäuse 12 verbunden, wobei Achse bzw. Welle 11 und Gehäuse 12 relativ zueinander um die Wellenachse drehbar gelagert sind. Das Gehäuse 12 kann insbesondere die Radnabe bzw. die Felge oder ein Radlagergehäuse sein.
Die Dichtungsvorrichtung 10 umfasst eine erste Ringdichtung 13 und eine zweite, gegenüber der ersten Ringdichtung 13 axial versetzt angeordnete Ringdichtung 14. Zwischen der ersten Ringdichtung 13 und der zweiten Ringdichtung 14 ist eine Kammer 15 gebildet, durch die Druckluft von einem nicht gezeigten fahrzeugfesten Druckluftspeicher oder Kompressor über entsprechende Kanäle 17, 18 in der Welle bzw. Achse 11 und dem Gehäuse 12 bzw. gegebenenfalls Leitungen in den Reifen strömen kann.
Die erste Ringdichtung 13 ist eine radiale Gleitringdichtung und umfasst einen inneren Dichtring 19 und einen damit dichtend zusammenwirkenden äußeren Dichtring 20. Der innere Dichtring 19 umfasst ein Dichtelement 21, das an einem ringförmigen Träger 22 beispielsweise mittels einer Klebeverbindung befestigt ist. Der Träger 22 weist einen Radialflansch 23 zum Halten des Dichtelements 21 auf. Zu diesem Zweck weist der Radialflansch 23 beispielsweise eine Ausnehmung 25 und das Dichtelement 21 einen entsprechenden, in die Ausnehmung 25 eingreifenden Vorsprung 26 auf. Der Träger 22 weist des Weiteren ei nen Axialflansch 24 zur drehfesten aber axial verschiebbaren Verbindung des inneren Dichtrings 19 mit der Achse bzw. Welle 11 auf, wie später im Detail erläutert wird.
Der äußere Dichtring 20 umfasst einen Radialflansch 27, der eine Gegenlauffläche 28 für das Dichtelement 21 bildet, und einen Axialflansch 29 zur Befestigung des äußeren Dichtrings 20 in einer Bohrung des Gehäuses 12. Der Axialflansch 29 erstreckt sich über die axiale Länge der Dichtvorrichtung 10 und weist eine Öffnung 30 zur Verbindung der Kammer 15 mit dem Fahrzeugreifen über den Kanal 18 bzw. entsprechende Druckluftleitungen.
Die zweite Ringdichtung 14 ist ebenfalls eine radiale Gleitringdichtung und umfasst einen inneren Dichtring 31 und einen damit dichtend zusammenwirkenden äußeren Dichtring 32. Der innere Dichtring 31 umfasst ein Dichtelement 33, das an einem ringförmigen Träger 34 beispielsweise mittels einer Klebeverbindung befestigt ist. Der Träger 34 ist insbesondere als Formteil ausgebildet. Zum Halten des Dichtelements 33 weist der Träger 34 beispielsweise eine Ausnehmung 36 und das Dichtelement 33 einen entsprechenden, in die Ausnehmung 36 eingreifenden Vorsprung 37 auf. Der Träger 34 weist des Weiteren einen Vorsprung 38 auf, der in ein Langloch 39 des äußeren Dichtrings 20 der ersten Ringdichtung 13 eingreift. Der innere Dichtring 31 der zweiten Ringdichtung 14 ist auf diese Weise drehfest aber axial verschiebbar gegenüber dem Gehäuse 12 gelagert. Die axiale Erstreckung des Trägers 34 beträgt vorzugsweise mindestens die Hälfte der gesamten axialen Erstreckung der Dichtungsvorrichtung 10, wodurch eine präzise Führung des Trägers 34 bezüglich seiner Axialverschiebbarkeit erreicht wird.
Der äußere Dichtring 32 umfasst einen Radialflansch 41, der eine Gegenlauffläche 42 für das Dichtelement 33 bildet, und einen Axialflansch 43 zur Befestigung des äußeren Dichtrings 32 an der Achse bzw. Welle 11 bzw. an einer damit verbundenen Bundbuchse 44, auf die der äußere Dichtring 32 beispielsweise aufgepresst sein kann. Der Axialflansch 43 weist eine oder mehrere axiale Nuten 45 auf, in die entsprechend entsprechende axiale Zähne 46 des inneren Dichtrings 19 der ersten Ringdichtung 13 eingreifen. Der innere Dichtring 19 der ersten Ringdichtung 13 ist auf diese Weise drehfest aber axial verschiebbar gegenüber der Achse bzw. Welle 11 gelagert. Die Bundbuchse 44 weist eine Öffnung 47 zur Verbindung der Kammer 15 mit einer Druckluftquelle über den Kanal 17 bzw. entsprechende Druckluftleitungen auf.
Die axiale Verschiebung des innere Dichtring 19 ist gegenüber der Achse bzw. Welle 11 mittels eines Dichtelements 35 abgedichtet, das als aufvulkanisierte Gummiauflage 64 ausgebildet sein kann. Die axiale Verschiebung des inneren Dichtrings 31 ist gegenüber dem äußeren Dichtring 20 der ersten Ringdichtung 13 mittels eines Dichtelements 40 abgedichtet, das vorzugsweise als kompakt bauende und eine geringe Toleranzempfindlichkeit aufweisende A-Ring-Dichtung gemäß DE 195 45 172 C2 ausgeführt ist. Auch das Dichtelement 35 kann als A-Ring-Dichtung ausgeführt sein. Eine durch Druck leicht nachstellende Ausführung ist ebenfalls möglich.
Zum Schutz insbesondere der Dichtfläche 28 gegen das Eindringen von Verschmutzungen ist eine statische Dichtung 50 vorgesehen. Diese kann vorzugsweise gemäß DE 298 18 952 U1 ausgeführt sein. Die statische Dichtung 50 kann einstückig mit dem Dichtelement 35 zur Abdichtung der axialen Verschiebung des entsprechenden inneren Dichtrings 19 gebildet sein. Die Dich tung 50 dient in ihrem wellennahen Bereich 65 auch zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Bundbuchse 44 gegen die Oberfläche 63 der Welle 11.
Die Dichtelemente 21, 33 sind insbesondere nichtmetallisch und weisen sehr gute Trockenlaufbeständigkeit auf. Bevorzugt ist ein Werkstoff auf der Basis von PTFE, beispielsweise aus einem gefüllten PTFE-Compound. Die Träger 22, 34 für die Dichtelemente 21, 33 sind im Hinblick auf präzise Führung vorzugsweise metallisch oder aus einem geeigneten festen Kunststoff gefertigt.
Die die Gegenlaufflächen bildenden äußeren Dichtringe 20, 32 sind vorzugsweise metallisch. Aufgrund des direkten Metall-Metall-Kontakts zwischen den die Gegenlaufflächen bildenden äußeren Dichtringen 20, 32 und der Achse oder Welle 11 bzw. dem Gehäuse 12 kann die an den dynamischen Dichtflächen 28, 42 entstehende Reibungswärme gut abgeführt werden. Dies erfordert, dass die Dichtelemente 21, 33 an den inneren Dichtringen 19, 31 befestigt sind.
Die Funktionsweise der Dichtungsvorrichtung 10 wird im Folgenden erläutert. Die Dichtungsvorrichtung 10 wird nicht kontinuierlich, sondern nur bei Bedarf mit Luftdruck beaufschlagt, wenn der Reifenluftdruck bei fahrendem Fahrzeug erhöht oder gesenkt werden soll. Im Normalbetrieb, das heißt während der Fahrt des Kraftfahrzeugs mit konstantem Reifenluftdruck, ist die Dichtungsvorrichtung 10 drucklos, das heißt in der Spaltöffnung 15 herrscht Umgebungsluftdruck. Weil die inneren Dichtringe 19, 31 demnach nicht mit Überdruck beaufschlagt und überdies vorspannungsfrei gehalten sind, können sie losgelöst von den Gegenlaufflächen 28, 42 im Wesentlichen reibungs- und verschleißfrei laufen.
Es sei nun angenommen, dass während der Fahrt der Reifenluftdruck erhöht werden soll. Dies kann beispielsweise bei einem geländegängigen Fahrzeug beim Übergang von Gelände, wo mit reduziertem Reifenluftdruck gefahren wird, auf eine asphaltierte Straße zweckmäßig sein. Wenn eine entsprechende Bedieneinrichtung betätigt wird, veranlasst eine nicht gezeigte Steuervorrichtung beispielsweise durch öffnen eines ebenfalls nicht gezeigten Ventils, dass der Kanal 17 mit Druckluft aus einem Druckluftgenerator oder -speicher beaufschlagt wird. Die Druckluft strömt durch die Öffnung 47 in die Kammer 15 und wird durch die Dichtungen 35, 40 am Entweichen gehindert. Durch den sich rasch aufbauenden Überdruck werden die inneren Dichtringe 19, 31 in der Art eines Kolbens nach außen verschoben, bis die Dichtelemente 21, 33 an die Gegenlaufflächen 28, 42 dichtend angepresst werden. Aufgrund der Abdichtung der Kammer 15 gegen die Umgebung durch die Ringdichtungen 13, 14 gelangt die Druckluft durch die Öffnung 30, den Kanal 18, gegebenenfalls entsprechende Leitungen und ein nicht dargestelltes Ventil in den Reifen.
Sobald der gewünschte Reifendruck erreicht ist, was beispielsweise durch einen entsprechenden Sensor festgestellt werden kann, wird die Leitung 17 von der Steuervorrichtung drucklos gestellt, so dass die inneren Dichtringe 19, 31 sich von den Gegenlaufflächen 28, 42 lösen und wieder im Wesentlichen reibungsfrei laufen können.
Für die Funktionssicherheit der Dichtungsvorrichtung 10 ist zweierlei von Bedeutung. Erstens schließen die inneren Dichtringe 19, 31 die Kammer 15 vorzugsweise im Wesentlichen vollständig – bis auf minimale Spalte 48, 49 – gegen die Umgebung ab, damit der Überdruck in der Kammer 15 nicht durch Leckströ me durch die Spalte 48, 49 abgebaut wird, was schlimmstenfalls eine Verschiebung der inneren Dichtringe 19, 31 in die Dichtposition verhindern und damit einen Ausfall der Dichtungsvorrichtung 10 hervorrufen könnte. Zweitens weisen die inneren Dichtringe 19, 31 vorzugsweise eine erheblich axiale Führungslänge von mindestens etwa 50% der axialen Gesamtlänge der Dichtungsvorrichtung 10 auf, um ein Verkanten der inneren Dichtringe 19, 31 beim Verschieben in die Dichtposition und dadurch hervorgerufene Leckströme sicher zu verhindern.
Das zuvor Beschriebene gilt mutatis mutandis auch für den umgekehrten Fall, wenn während der Fahrt Luft aus dem Reifen entnommen und beispielsweise einem Druckluftspeicher zugeführt werden soll.
Die Ausführungsform gemäß 2 verdeutlicht, dass das Dichtelement 21 auch an dem äußeren Dichtring 20 befestigt sein kann. In diesem Fall umfasst der äußere Dichtring 20 einen als Formteil ausgebildeten Träger 66 für das Dichtelement 21, wobei das Formteil 66 aus einem geeigneten Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, Metall, Sinterwerkstoff oder als Druckgussteil gefertigt sein kann und in eine Bohrung 60 des Gehäuses 12 eingepresst ist. Das zweite Formteil 34 greift über eine Feder-Nut-Verbindung 61 drehfest aber axial verschiebbar in das erste Formteil 66 ein. Das Dichtelement 40 ist in diesem Fall als O-Ring ausgeführt.
Die inneren Formteile 34, 66 weisen gegebenenfalls Bohrungen 67 oder Ausnehmungen 68 auf, die den Luftdurchtritt zwischen den Öffnungen 30, 47 und der Kammer 15 gestatten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0521719 A1 [0002]
- EP 0656267 B1 [0002]
- DE 10019641 A1 [0002]
- DE 10309591 A1 [0002]
- DE 10324410 A1 [0002]
- EP 1607241 A1 [0002]
- EP 1671816 A1 [0002]
- DE 19545172 C2 [0017]
- DE 29818952 U1 [0018]

Claims

Dichtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeugrad zum Verändern des Reifenluftdrucks während der Fahrt, umfassend eine erste Ringdichtung (13) und eine zweite axial versetzte Ringdichtung (14) zur Abdichtung einer zwischen den Ringdichtungen (13, 14) gebildeten Kammer (15) zur Druckluftdurchführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtungen (13, 14) jeweils einen vorspannungsfrei gehaltenen, axial frei verschiebbaren inneren Dichtring (19, 31) aufweisen, der allein durch in der Kammer (15) anliegenden Überdruck an eine entsprechende Gegenlauffläche (28, 42) angedrückt wird.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die inneren Dichtringe (19, 31) die Kammer (15) im Wesentlichen vollständig gegen die Umgebung abschließen.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die inneren Dichtringe (19, 31) eine axiale Führungslänge von mindestens etwa 50% der axialen Gesamtlänge der Dichtungsvorrichtung (10) aufweisen.
Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ringdichtungen (13, 14) jeweils ein nichtmetallisches Dichtelement (21, 33) mit guter Trockenlaufbeständigkeit umfassen.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das nichtmetallische Dichtelement (21, 33) aus einem Werkstoff auf der Basis von PTFE besteht.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das nichtmetallische Dichtelement (21, 33) Teil des axial verschiebbaren inneren Dichtrings (19, 31) ist.
Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ringdichtungen (13, 14) jeweils ein insbesondere metallisches Dichtelement zur Bildung einer Gegenlauffläche (28, 42) umfassen.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das metallische Dichtelement einen Axialflansch (29, 43) und einen die Gegenlauffläche (28, 42) bildenden Radialflansch (27, 41) aufweist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei das die Gegenlauffläche (28, 42) bildende Dichtelement Teil des äußeren Dichtrings (20, 32) ist.
Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein innerer Dichtring (19, 31) mit dem jeweils anderen äußeren Dichtring (32, 20) axial verschiebbar und drehfest in Eingriff steht.
Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein innerer Dichtring (19, 31) und der jeweils andere äußere Dichtring (32, 20) durch eine Verzahnung (45, 46; 38, 39; 61) miteinander in Eingriff stehen.
Dichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die axiale Verschiebung eines inneren Dichtrings (19, 31) mittels eines Dichtelements (35, 40) abgedichtet ist.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das die axiale Verschiebung abdichtende Dichtelement (40) ein A-Ring ist.
Dichtungseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ringdichtungen (13, 14) Trockenlaufdichtungen sind.
Felge für ein Kraftfahrzeugrad mit einer integrierten Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Radlagereinheit für ein Kraftfahrzeugrad mit einer integrierten Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.