-
Die Erfindung betrifft eine Wellendichtung zur Abdichtung einer aus einem mit einem fluiden Medium gefüllten Innenraum herausgeführten rotierenden Welle, vorzugsweise gegenüber der Atmosphäre. Einsatzbereiche solcher Wellendichtungen sind der Maschinen-, der Apparate- und der Kraftfahrzeugbau, wie zum Beispiel die Abdichtung der Antriebswelle einer Kühlmittelpumpe.
-
Im Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Ausführungen von Wellendichtungen bekannt geworden. In der von der Anmelderin hinterlegten
DE 101 41 138 C2 wird eine Radialwellendichtung mit zwei voneinander beabstandet angeordneten, an die Welle dichtend angelegten und gegen die Druckrichtung schräg gestellten Dichtlippen vorbeschrieben, welche von zwei ineinander angeordneten Dichtmembrankörpern gebildet wird, wobei zwischen den beiden Dichtmembrankörpern ein Stützkörper angeordnet ist, der die dem Innenraum benachbarte Dichtmembran an ihrer von der Innenkammer abgewandten Seite stützt.
-
Aus der
DE 10 2008 010 338 A und der
DE 10 2008 010 341 A sind zudem Radialwellendichtungen für Wasserpumpen, mit zwei voneinander beabstandet angeordneten Dichtmembrankörper bekannt, welche jeweils zwei dichtend an die Welle angelegte Dichtlippen aufweisen. Charakteristisch für die beiden vorgenannten Bauformen ist, dass die beiden Dichtmembrankörper gleich ausgebildet sind und daher in der gleichen Werkzeugform gefertigt werden können. Gegenüber der
DE 10 2008 010 338 A weist die
DE 10 2008 010 341 A einen Sammelraum für Leckageflüssigkeit auf, in den ein drehfest mit der abzudichtenden Welle verbundenes Schleuderelement hineinragt.
-
Für alle vorgenannten Bauformen ist charakteristisch, dass die auf einer Welle, bzw. einer Wellen-Laufhülse angeordneten Dichtlippen des dem Innenraum benachbarten Dichtmembrankörpers am stärksten mit Schmutzfracht konfrontiert sind, und daher auch zuerst verschleißen. Die weiter außen angeordneten Dichtlippen des zweiten Dichtmembrankörpers sollten für diesen Fall nun die durch die verschlissenen Lippen hindurchtretende Leckage abdichten.
-
Da jedoch die Dichtlippen des zweiten Dichtmembrankörpers ungekühlt auf der Welle, bzw. der Wellen-Laufhülse laufen, unterliegen diese einem erhöhten Verschleiß und werden hart. Sie verlieren dadurch ihre für die Vermeidung von Leckagen zwingend erforderliche Dichtspannung und können nach einer gewissen Einsatzzeit ihre Aufgabe als Dichtung nicht mehr vollständig erfüllen, so dass die Leckageverluste über die Betriebslaufzeit deutlich zunehmen.
-
Bei Kühlsystemen von Kraftfahrzeugen erfolgt zudem die Erstbefüllung des Kühlsystems, indem das Kühlsystem mittels einer Saugpumpe evakuiert, auf Dichtheit geprüft, und anschließend unter Nutzung des erzeugten Unterdruckes luftfrei mit Kühlmittel befüllt wird.
-
Auf die Erstbefüllung haben die zuvor beschriebenen Verschleißerscheinungen an den Dichtlippen keine Auswirkung.
-
Da jedoch bereits viele Werkstätten im Rahmen von Instandsetzungs- bzw. Instandhaltungsarbeiten mit Unterdruck luftfrei befüllen, kann über undichte verschlissene Dichtlippen Luft in den Kühlkreislauf gelangen.
-
Weitere Nachteile der im Stand der Technik beschriebenen Bauformen resultieren einerseits aus der Vielzahl der einzelnen Bauteile aus denen die im Stand der Technik vorbeschriebenen Radialwellendichtung bestehen, andererseits aus der für deren funktionsgerechte Fertigung und Montage resultierenden Fertigungsgenauigkeit und den mit der Fertigung und der Montage verbundenen Kosten, sowie zudem aus einer weiteren Verschleißproblematik, in deren Folge sich der Gummi der Dichtlippen in den „Laufbereich” der Wellen, bzw. Wellenhülsen „eingräbt”.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine neuartige Wellendichtung zur Abdichtung einer aus einem mit einem fluiden Medium gefüllten Innenraum herausgeführten rotierenden Welle gegenüber der Atmosphäre zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, Stillstandsleckagen zuverlässig vermeidet und auch bei rotierender Welle die Leckageverluste senkt, dabei fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, die Fertigungskosten deutlich reduziert und gleichzeitig „partikelunempfindlich” ist, zudem den Verschleiß der Baugruppen minimiert, und neben der Lebensdauer auch die Zuverlässigkeit deutlich erhöht, und selbst nach längerer Einsatzzeit noch eine „luftfreie” Vakuumbefüllung ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Wellendichtung nach den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.
-
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
-
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit vier Figuren näher erläutert.
-
Es zeigen dabei:
-
1: die erfindungsgemäße Wellendichtung in eingebauten Zustand nach der Endmontage, d. h. nach dem Einbau z. B. in eine Kühlmittelpumpe;
-
2: die erfindungsgemäße Wellendichtung während der Montage;
-
3: die erfindungsgemäße Wellendichtung im Auslieferungszustand nach der Fertigmontage, d. h. vor dem Einbau, z. B. in eine Kühlmittelpumpe;
-
4: die erfindungsgemäße Wellendichtung in einer weiteren Bauform in eingebautem Zustand nach der Endmontage.
-
In der 1 ist die erfindungsgemäße Wellendichtung in eingebautem Zustand nach der Endmontage dargestellt. Diese in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Wellendichtung dient der Abdichtung einer aus einem mit einem fluiden Medium gefüllten Innenraum 1 eines Arbeitsgehäuses 2 herausgeführten rotierenden Welle 3 gegenüber dem Außenraum 4.
-
Die erfindungsgemäße Wellendichtung besteht aus einem Dichtungsgehäuse 5, welches vorzugsweise als Tiefziehteil ausgebildet sein kann, einer Laufhülse 6, welche vorzugsweise aus kolsterisiertem Edelstahl besteht, und einer rotationssymmetrischen Dichtungsmembran 7, welche vorzugsweise aus Gummi besteht, und einem am Innenmantel der Dichtungsmembran 7 angeordneten ringförmigen Stützkörper 8, der vorzugsweise Messing besteht.
-
Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Wellendichtung während der Montage. Die vorliegende erfindungsgemäße Bauform zeichnet sich dadurch aus, dass an der Laufhülse 6 zum Innenraum 1 hin eine radiale Schleuderscheibe 9 angeordnet ist, welche den Innenzylinder 10 des Dichtungsgehäuses 5 überragt.
-
Kennzeichnend ist dabei, dass am Zylinderteil 11 des Dichtungsgehäuses 5 zum Außenraum 4 hin eine Membrananlageplatte 12 angeordnet ist, durch deren zylindrische Innenöffnung 13 die Laufhülse 6 zum Außenraum 4 hin hindurchragt, wobei zwischen der Innenöffnung 13 und der Laufhülse 6 ein Arbeitsspalt 14 angeordnet ist.
-
Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang, dass am Zylinderteil 11 des Dichtungsgehäuses 5 zum Innenraum 1 hin eine Dichtungsaufnahme 15 für eine Stationärdichtung 16 angeordnet ist.
-
Erfindungswesentlich ist, dass an den beiden freien Enden der Dichtungsmembran 7 einerseits eine Radialdichtlippe 17 und andererseits eine Axialdichtlippe 18 angeordnet ist, wobei die Radialdichtlippe 17 dem Arbeitsspalt 14 benachbart an der Laufhülse 6 anliegt und die Axialdichtlippe 18 dichtungsgehäuseseitig an der Schleuderscheibe 9 anliegt, wobei die Dichtungsmembran 7 zwischen der Radialdichtlippe 17 und der Axialdichtlippe 18 gegen den Innenzylinder 10 des Arbeitsgehäuses 2 und/oder die Membrananlageplatte 12 des Dichtungsgehäuses 5 mittels eines Stützkörpers 8 verspannt ist.
-
Erfindungsgemäß besteht die Dichtungsmembran aus Gummi, z. B. FPM GFLT-S, oder einem anderen gummiähnlichen elastischen Werkstoff. Kennzeichnend ist weiterhin, dass während der Montage der Wellendichtung die Axialdichtlippe 18 der Dichtungsmembran 7 in Richtung des Stützkörpers 8 verschoben und die Dichtungsmembran derart vorgespannt wird, dass beim Verspannen/Zusammendrücken der Dichtungsmembran 7 durch die elastische Verformung der Dichtungsmembran 7 zwischen dem vom Stützkörper 8 an den Innenzylinder 10 angepressten Bereich der gummielastischen Dichtungsmembran 7 und dem neben der Axialdichtlippe 18 am Innenzylinder 10 anliegenden Bereich der Dichtungsmembran 7 eine Wölbungsfeder 19 ausgebildet wird.
-
In der 3 ist nun die erfindungsgemäße Wellendichtung im Auslieferungszustand nach der Fertigmontage dargestellt.
-
Für den Auslieferungszustand nach der Fertigmontage ist die axiale Geschlossenheit der Kassette kennzeichnend.
-
Hierfür wird die Laufhülse 6 zum Außenraum 4 hin, im vorgespannten Zustand der Wölbungsfeder 19, unmittelbar neben den zukünftigen Arbeitsspalt 14 erfindungsgemäß durch aufweiten (dornen des offenen Endes) der Laufhülse mit einem Bördelrand 22 versehen.
-
Nach dem erfindungsgemäßen Aufweiten, d. h. nach der Erzeugung des Bördelrandes 22 ist die erfindungsgemäße Wellendichtung ein Fertigbauteil in Form einer transportfähigen Kassette und kann einfach transportiert und montiert werden. Das aufgeweitete Ende der Laufhülse erleichtert später die Montage auf die Pumpenwelle.
-
Im Rahmen der Endmontage muss die Laufhülse 6 dann lediglich noch in Ihrer Endlage positioniert, d. h. der Arbeitsspalt 14 „eingestellt” werden, so dass der in der 1 dargestellte Arbeitszustand der erfindungsgemäßen Wellendichtung hergestellt wird.
-
Gegenüber dem Stand der Technik weist die hier vorgestellte Lösung eine Vielzahl von Vorteilen auf.
-
So wirkt einerseits die im Innenraum 1, mediumseitig angeordnete Schleuderscheibe 9 als Fliehkraftfilter und bewirkt, dass gröbere Schmutzfracht, welche bei herkömmlichen Wellendichtungen in die mediumseitig angeordnete/n Dichtlippe/n eindringen und zum großen Teil zu deren Verschleiß beitragen, einfach nach außen entlang der Steilwand der Schleuderscheibe 9 weggeschleudert um vom Fördervolumenstrom mitgenommen, beispielsweise zu den Filtern transportiert, und dort abgeschieden zu werden.
-
Gleichzeitig wirkt der zwischen der Schleuderscheibe 9 und dem Dichtungsgehäuse 5 angeordnete Ringspalt als Spaltfilter, der zudem noch im niedrigeren Drehzahlbereich das Eindringen grober Schmutzpartikel in die mediumseitige Axialdichtlippe 18 unterbindet.
-
Diese neben dem Spaltfilter an der Schleuderscheibe 9 anliegende Axialdichtlippe 18 stellt primär die Dichtheit bei stillstehender Welle bzw. niedrigen Systemdrücken sicher.
-
Bei Vakuumbefüllung wird die Axialdichtlippe 18 auf Grund der erfindungsgemäßen Anordnung in diesen Ringspalt zwischen der Schleuderscheibe 9 und dem Dichtungsgehäuse 5 hineingezogen, so daß die erfindungsgemäße Lösung bei Vakuumbefüllung des Fahrzeugkühlkreislaufs wie ein Ventil abdichtet.
-
Die erfindungsgemäß stets vorgespannte Wölbungsfeder 19 gewährleistet während der Stillstandzeiten bzw. Aufwärmphasen des Motors gleichzeitig eine Axialdichtlippenanpresskraft, welche bei Stillstand der Welle 3 das Auftreten von Leckagen vollständig unterbindet.
-
Die Axialdichtlippe 18 ist jedoch nicht dazu konzipiert, das Medium, z. B. Kühlmittel gegen höhere Druckdifferenzen zurückzuhalten.
-
Die Bemessung der axialen Dichtgeometrie ist dabei erfindungsgemäß derart gestaltet, dass mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit der Welle zum Aufbau eines hydrodynamischen Schmierfilms zwischen der Axialdichtlippe 18 und der Schleuderscheibe 9 kommt, so dass die von der Wölbungsfeder 19 an die Schleuderscheibe 9 angepresste Axialdichtlippe 18 auf der Schleuderscheibe 9 aufschwimmt, und in diesem Betriebszustand nun die Anpresskraft der Wölbungsfeder 19 stets einen optimalen Dichtspalt bei minimalen Reibungsverlusten gewährleistet, so dass bei drehender Welle der Verschleiß der Axialdichtlippe 18 weitgehend verhindert wird.
-
Infolge des tragfähigen Schmierfilms verringern sich gleichzeitig auch die Reibverluste der Axialdichtlippe 18 auf ein Minimum.
-
Bei drehender Welle gelangt so erfindungsgemäß das flüssige Medium, z. B. das Kühlmittel durch den axialen Schmierspalt in das Dichtungsgehäuse und füllt das Volumen zwischen axialer und radialer Dichtstelle auf.
-
Hierdurch wird der Druckausgleich zum Pumpeninnenraum hergestellt.
-
Die radiale Dichtlippe wird dabei nun mit Systemdruck beaufschlagt welcher die Dichtfunktion zur Atmosphäre unterstützt.
-
Der erforderliche Druckausgleich wird dabei erfindungsgemäß zusätzlich durch die Nachgiebigkeit der vorzugsweise aus Gummi bestehenden Dichtungsmembran 7 weiter gefördert, welche kleine Druckdifferenzen durch Volumenänderungen ausgleichen kann.
-
Die Radialdichtlippe 17 übernimmt dann bei drehender Welle und höheren Systemdrücken vorzugsweise die Mediumabdichtung.
-
Durch die vorgenannten Partikelsperren wird verhindert, dass keine mit Partikeln beladene Schmutzfracht bis zur Radialdichtlippe 17 gelangen kann, so dass ist diese vor einem direkten Einwirken von verschleißfördernden Partikeln geschützt ist und so eine sehr lange Lebensdauer erreicht.
-
Da die sich erwärmende Radialdichtlippe 17 stets mit kühlendem Medium beaufschlagt wird, bildet sich bei drehender Laufhülse 6 im Raum zwischen Radialdichtlippe 17 und Axialdichtlippe 18, der Schmierkammer 20 eine innere Kühlströmung aus, welche Reibungswärme von der Radialdichtlippe 17 an die Schleuderscheibe 9 transportiert.
-
Die dünnwandige metallische Oberfläche der Schleuderscheibe 9 ermöglicht nun den Wärmeübergang zum kühleren Medium im Pumpeninneren.
-
Durch diese erfindungsgemäße Kühlung der Dichtlippen wird der Verschleiß der Dichtungsmembran 7 mit der Radialdichtlippe 17 und der Axialdichtlippe 18 minimiert und dadurch die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Wellendichtung wesentlich erhöht, so dass eine hohe Zuverlässigkeit auch nach längerer Einsatzzeit stets gewährleistet ist.
-
In speziellen Bauformen der erfindungsgemäßen Wellendichtung kann bereits im Auslieferungszustand der Wellendichtung nach der Fertigmontage, d. h. vor dem Einbau, z. B. in eine Kühlmittelpumpe, in der Schmierkammer 20 teilweise, oder auch vollständig ein schmierfähiges Medium, ein Schmiermittel 21, zum Beispiel reines Glykol angeordnet sein.
-
Dieses Schmiermittel 21 erhöht noch einmal zusätzlich die Lebensdauer der Dichtungsmembran 7 und damit auch die der Radialdichtlippe 17 und der Axialdichtlippe 18, da es die aus gummielastischen Material bestehenden Dichtlippen kontinuierlich während der Kühlung „pflegt”/schmiert, und dadurch vermeidet, das der Gummi der Dichtlippen aushärtet und sich beispielsweise dann in den „Laufbereich” der Wellen, bzw. Wellenhülsen „eingräbt” und verschleißt.
-
Die 4 zeigt nun die erfindungsgemäße Wellendichtung in einer weiteren Bauform in eingebauten Zustand nach der Endmontage.
-
Erfindungsgemäß ist bei dieser Bauform am Stützkörper 8 ein Druckfederanlagesteg 23 angeordnet, und die an der Schleuderscheibe 9 anliegende Axialdichtlippe 18 in Richtung der Laufhülse 6 mit einem Ringsteg 24 versehen, wobei am Ringsteg 24 der Axialdichtlippe 18 eine mit einer Druckfederaufnahme 25 versehene Stützhülse 26 anliegt.
-
Kennzeichnend ist dabei weiterhin, dass zwischen der Druckfederaufnahme 25 der Stützhülse 26 und dem Druckfederanlagesteg 23 eine Druckfeder 27 angeordnet ist, wobei im Bereich oberhalb der Druckfederaufnahme 25 an der gummielastischen Dichtungsmembran 7 eine am Innenzylinder 10 anliegende Führungswulst 28 angeordnet ist.
-
Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird die von der gummielastischen Dichtungsmembran 7 ausgebildete Wölbungsfeder 19 erfindungsgemäß durch eine Druckfeder 27 unterstützt, so dass man bei der Auslegung der Dichtungsmembran 7, d. h. der Auswahl z. B. der Wandstärke, der Materialzusammensetzung, o. ä., nicht mehr von der Federcharakteristik der Wölbungsfeder 19 abhängig ist, sondern, dass man sich in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Randbedingungen, wie zum Beispiel der abzudichtenden Medien, deren Temperatur o. ä., bei der Auslegung der Dichtungsmembran 7 frei entscheiden kann, da der jeweils erforderliche Anpressdruck der Axialdichtlippe 18 an die Schleuderscheibe 9 mittels der erfindungsgemäß eingesetzten Druckfeder 27 kompensiert („nachgebessert”) werden kann.
-
Mit all den hier vorgestellten Bauformen der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen eine neuartige Wellendichtung zur Abdichtung einer aus einem mit einem fluiden Medium gefüllten Innenraum herausgeführten rotierenden Welle 3 gegenüber der Atmosphäre zu entwickeln, welche die bestehenden Nachteile des Standes der Technik beseitigt, Stillstandsleckagen zuverlässig vermeidet, und bei rotierender Welle die Leckageverluste senkt, fertigungstechnisch einfach herstell- und montierbar ist, die Fertigungskosten deutlich reduziert, dabei gleichzeitig „partikelunempfindlich” ist, zudem den Verschleiß der Baugruppen minimiert, und neben der Lebensdauer auch die Zuverlässigkeit deutlich erhöht, so dass auch nach längerer Einsatzzeit noch eine „luftfreie” Vakuumbefüllung möglich ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Innenraum
- 2
- Arbeitsgehäuse
- 3
- Welle
- 4
- Außenraum
- 5
- Dichtungsgehäuse
- 6
- Laufhülse
- 7
- Dichtungsmembran
- 8
- Stützkörper
- 9
- Schleuderscheibe
- 10
- Innenzylinder
- 11
- Zylinderteil
- 12
- Membrananlageplatte
- 13
- Innenöffnung
- 14
- Arbeitsspalt
- 15
- Dichtungsaufnahme
- 16
- Stationärdichtung
- 17
- Radialdichtlippe
- 18
- Axialdichtlippe
- 19
- Wölbungsfeder
- 20
- Schmierkammer
- 21
- Schmiermittel
- 22
- Bördelrand
- 23
- Druckfederanlagesteg
- 24
- Ringsteg
- 25
- Druckfederaufnahme
- 26
- Stützhülse
- 27
- Druckfeder
- 28
- Führungswulst
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10141138 C2 [0002]
- DE 102008010338 A [0003, 0003]
- DE 102008010341 A [0003, 0003]
