DE102014007968A1

DE102014007968A1 - Anordnung mit einem Radialwellendichtring mit sinusförmig geschwungener Dichtkante

Info

Publication number: DE102014007968A1
Application number: DE102014007968.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Sattler; Erich Prem
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US9482344B2; JP2015230098A; US20150354705A1; KR20150139778A

Abstract

Eine Anordnung, welche eine Welle (1) und einen Radialwellendichtring (2) umfasst, wobei der Radialwellendichtring (2) die Welle (1) umfängt, wobei der Radialwellendichtring (2) einen Träger (3) aufweist, welcher mit einem Elastomerkörper (4) verbunden ist, wobei der Elastomerkörper (4) eine Dichtlippe (5) zur Anlage an der Welle (1) ausbildet, wobei die Dichtlippe (5) auf ihrer der Welle (1) zugewandten Seite eine sinusförmig geschwungene Dichtkante (6) aufweist, die längs des Innenumfangs der Dichtlippe (5) umläuft, und wobei die Dichtkante (6) an der Mantelfläche (7) der Welle (1) anliegt, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass in dieser ein Radialwellendichtring als Einzelteil eine hohe dynamische Dichtheit bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen entfalten kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (6) eine erste Flanke (6a) aufweist, die mit der Längsachse der Welle (1) mindestens einen Winkel (α) im Bereich 40° bis 80° einschließt, und dass die Dichtkante (6) eine zweite Flanke (6b) aufweist, die mit der Längsachse der Welle (1) mindestens einen Winkel (β) im Bereich 10° bis 60° einschließt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Ein Radialwellendichtring mit einer sinusförmig geschwungenen Dichtkante ist aus der DE 195 22 890 C1 bereits bekannt.
Die bekannten Radialwellendichtringe können häufig keine vollständige Dichtheit gegenüber Schmierstoffen, insbesondere Ölen, gewährleisten und werden daher üblicherweise mit einer Standarddichtung kombiniert. Eine solche Kombination ist in 1 der DE 195 22 890 C1 offenbart.
Vor diesem Hintergrund besteht ein Bedarf nach einem Radialwellendichtring, der weitgehend unabhängig von Betriebsbedingungen und insbesondere unabhängig von Wellendrehzahlen und unabhängig von der Drehrichtung der Welle einwandfrei gegen alle Arten von Schmierstoffen zuverlässig abdichtet, so dass ein weiteres Dichtelement nicht mehr benötigt wird.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass in dieser ein Radialwellendichtring als Einzelteil eine hohe dynamische Dichtheit bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen entfalten kann.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass eine Öldichtheit mit einem einzigen Dichtelement erreichbar ist. Eine Kombination mehrerer Radialwellendichtringe ist nicht notwendig und erfindungsgemäß nicht vorgesehen. Ein Radialwellendichtring weist eine Dichtlippe mit einer sinusförmig geschwungenen Dichtkante auf, wobei die Dichtkante mit der Längsachse der Welle im eingebauten Zustand zwei Winkel bildet. Die Winkel sind erfindungsgemäß derart gewählt, dass zumindest eine Öldichtheit gegeben ist. Durch einen glücklichen Griff wurden Winkelbereiche gefunden, die in Ergänzung mit weiteren geometrischen Parametern eine einwandfreie Dichtheit gegen alle Arten von Schmierstoffen gewährleisten. Die Dichtheit ist erfindungsgemäß weitgehend unabhängig von Betriebsbedingungen und insbesondere von Wellendrehzahlen gewährleistet.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Die Summe der Winkel, welche die erste Flanke und die zweite Flanke mit der Längsachse jeweils an einer Stelle auf der Mentalfläche einschließen, könnte 90° betragen. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Dichtungswirkung. Des Weiteren werden Schmutzpartikel vorteilhaft auf die Schmierstoffseite zurückgefördert.
Die doppelte Amplitude der sinusförmig geschwungenen Dichtkante könnte zwischen 0,3 und 1,0 mm betragen. Hierdurch wird eine relativ breite Streifenfläche auf der Mantelfläche durch die Dichtkante erfasst. Dies hat zur Folge, dass die Wärmeabfuhr in die Welle deutlich schneller erfolgt. So ist die kritische Dichtlippentemperatur im Vergleich zu konventionellen Dichtlippen deutlich geringer. Auch der Schmierstoff wird bei weitem nicht so stark thermisch und mechanisch geschädigt wie bei konventionellen Dichtlippen.
Die Dichtlippe könnte nicht durch eine Feder belastet sein. Vorteilhaft kann auf relativ teure Spiralfedern verzichtet werden, welche üblicherweise eine Dichtlippe gegen eine Mantelfläche pressen. Es ist bevorzugt keine Spiralfeder oder ähnliche separate Feder vorgesehen, um die Dichtlippe gegen die Mantelfläche zu pressen.
Der Dichtkante könnte eine Nebendichtkante axial benachbart sein, welche von der Mantelfläche um einen Abstand (s) beabstandet ist. Hierdurch wird eine Art Ringspalt oder Ringraum geschaffen, welcher als Schmierstoffdepot fungieren kann.
Der Abstand (s) könnte im Bereich 0,03 bis 0,05 mm liegen. Um eine Druckstabilität von bis zu 10 bar zu garantieren, ist nach dem Ringraum, der gleichzeitig als Schmierfettdepot dient, die umlaufende Nebendichtkante angeordnet. Diese hält im drucklosen Zustand den Abstand (s) im genannten Bereich zur Mantelfläche der Welle ein und liegt bei Druckbelastung an der Welle an. Hierdurch wird eine druckbedingte zusätzliche Anpresskraft kompensiert und die sinusförmige Dichtkante wird entlastet.
Die Dichtkante könnte von einer der Welle zugewandten Fläche der Dichtlippe abragen, wobei die Fläche von der Mantelfläche um einen Spaltabstand (x) im Bereich 0,05 bis 0,5 mm beabstandet ist. Dieser Spaltabstand führt zu einer guten Dichtheit, wobei gleichzeitig Schmutzpartikel auf der Schmierstoffseite gehalten werden.
Die Spitze der Dichtkante könnte von einem schmierstoffseitigen Ende der Dichtlippe zwischen 0,5 bis 1 mm beabstandet sein. Diese Abstandslänge führt zu einer guten Dichtheit, wobei gleichzeitig Schmutzpartikel auf der Schmierstoffseite gehalten werden.
Zwischen einem Gehäuse und dem Träger des Radialwellendichtrings könnte ein Haftsitz angeordnet sein. Der Haftsitz ist vorteilhaft aus einem Elastomer gefertigt. So wird eine Metall-Metall-Dichtung, wie sie in der DE 195 22 890 C1 offenbart ist, vermieden.
Ein Radialwellendichtring könnte in einer Anordnung der hier beschriebenen Art verwendet werden. Ein Radialwellendichtring mit den ihm eigenen konstruktiven Merkmalen, wie sie in den Ansprüchen mit Bezug auf die Anordnung einzeln oder in Kombination beschrieben sind, führt zu sehr guten Ergebnissen in Bezug auf eine Abdichtung gegen Schmierstoffe.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
1 eine teilweise Schnittansicht einer Anordnung, welche einen Radialwellendichtring mit einer sinusförmig geschwungenen Dichtkante aufweist, die auf einer Mantelfläche einer Welle aufliegt,
2 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht der Dichtkante gemäß 1,
3 einen Radialwellendichtring mit einer Schutzlippe aus Vliesstoff und
4 einen Radialwellendichtring mit einer konventionellen vorgeschalteten Dichtlippe aus Elastomer.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Anordnung, welche eine Welle 1 und einen Radialwellendichtring 2 umfasst, wobei der Radialwellendichtring 2 die Welle 1 umfängt, wobei der Radialwellendichtring 2 einen Träger 3 aufweist, welcher mit einem Elastomerkörper 4 verbunden ist, wobei der Elastomerkörper 4 eine Dichtlippe 5 zur Anlage an der Welle 1 ausbildet, wobei die Dichtlippe 5 auf ihrer der Welle 1 zugewandten Seite eine sinusförmig geschwungene Dichtkante 6 aufweist, die längs des Innenumfangs der Dichtlippe 5 umläuft, und wobei die Dichtkante 6 an der Mantelfläche 7 der Welle 1 anliegt.
Der Träger 3 ist aus Metall gefertigt.
2 zeigt im Detail, dass die Dichtkante 6 eine erste Flanke 6a aufweist, die mit der Längsachse der Welle 1 mindestens einen Winkel (α) im Bereich 40° bis 80° einschließt, und dass die Dichtkante 6 eine zweite Flanke 6b aufweist, die mit der Längsachse der Welle 1 mindestens einen Winkel (β) im Bereich 10° bis 60° einschließt.
Der Winkel (α) ist auf der Schmierstoffseite ausgebildet.
Die Summe der Winkel, welche die erste Flanke 6a und die zweite Flanke 6b mit der Längsachse jeweils an einer Stelle auf der Mantelfläche 7 einschließen, beträgt 90°.
Die doppelte Amplitude (2a) der sinusförmig geschwungenen Dichtkante 6 beträgt zwischen 0,3 und 1,0 mm.
Die Dichtlippe 5 ist nicht durch eine Feder belastet.
Der Dichtkante 6 ist eine Nebendichtkante 8 axial benachbart, welche von der Mantelfläche 7 um einen Abstand (s) beabstandet ist. Der Abstand (s) liegt im Bereich 0,03 bis 0,05 mm.
Die Dichtkante 6 ragt von einer der Welle 1 zugewandten Fläche 9 der Dichtlippe 5 ab, wobei die Fläche 9 von der Mantelfläche 7 um einen Spaltabstand (x) im Bereich 0,05 bis 0,5 mm beabstandet ist.
Die Spitze 6c der Dichtkante 6 ist von einem schmierstoffseitigen Ende der Dichtlippe 5 um eine Länge (y) beabstandet, die im Bereich 0,5 bis 1 mm liegt.
1 zeigt, dass zwischen einem Gehäuse 10 und dem Träger 3 des Radialwellendichtrings ein Haftsitz 11 aus Elastomer angeordnet ist.
2 zeigt konkret Merkmale, die notwendig sind, um eine optimale Dichtfunktion sicherzustellen. Die Dichtlippe 5 weist je nach Wellendurchmesser 3–5 sinusförmige Perioden über ihren Innenumfang auf.
Die Geometrie der Dichtkante 6 der Dichtlippe 5 wird durch die Winkel α und β, den Spaltabstand (x) und die Länge (y) definiert. a entspricht der Amplitude der sinusförmigen Ausprägung. s beschreibt den Abstand der Nebendichtkante 8 von der Mantelfläche 7 der Welle 1.
Bevorzugt nehmen diese Parameter folgende Werte an:
α = 40–80°
β = 10–60°
wobei die Summe der beiden Winkel vorzugsweise 90° betragen sollte und auch beide Winkel den gleichen Wert annehmen können.
x = 0,05–0,5 mm
y = 0,5–1,5 mm
2a = 0,3–1,0 mm
s = 0,03–0,05 mm
Die axiale Erstreckung der Dichtkante 6, also die doppelte Amplitude, beträgt je nach Wellendurchmesser 0.3 bis maximal 1,0 mm.
Die Anzahl der sinusförmigen Perioden beträgt bei einem Wellendurchmesser von 5–25 mm vorzugsweise drei, bei einem Wellendurchmesser von 25–200 mm vorzugsweise fünf.
Durch den definierten Spalt, der durch die Parameter x und y festgelegt ist, und die sinusförmige Dichtkante 6 ist sichergestellt, dass sich keine größeren Partikel, die sich häufig im abzudichtenden Raum befinden, an der Dichtkante 6 anlagern und dadurch die Dichtwirkung beeinflussen können.
Um eine Druckstabilität von bis zu 10 bar zu garantieren, ist nach einem Ringraum 12, der gleichzeitig als Schmierfettdepot dient, die umlaufende Nebendichtkante 8 angeordnet. Diese hält im drucklosen Zustand einen Abstand (s) zur Mantelfläche 7 der Welle 1 ein und liegt bei Druckbelastung an der Welle 1 an. Hierdurch wird eine druckbedingte zusätzliche Anpresskraft kompensiert und die sinusförmige Dichtkante 6 wird entlastet.
Sinusförmige Dichtkanten 6 haben gegenüber konventionellen Dichtkanten folgende Vorteile:
Sie überstreifen über den Wellenumfang eine gegenüber konventionellen Dichtkanten bis zu 300% größere oder breitere Streifenfläche. Dies hat zur Folge, dass die Wärmeabfuhr in die Welle 1 deutlich schneller erfolgt.
So ist die kritische Dichtlippentemperatur im Vergleich zu konventionellen Dichtlippen deutlich geringer. Auch der Schmierstoff wird bei weitem nicht so stark thermisch und mechanisch geschädigt wie bei konventionellen Dichtlippen.
Durch die sinusförmige Ausprägung wird die Dichtkante 6 deutlich besser geschmiert. Dies hat zur Folge, dass die erzeugte Reibungswärme bzw. die Verlustleistung entsprechend geringer sind. Es treten ein geringerer Welleneinlauf und ein geringerer Laufspurbreitenverschleiß auf.
Sinusförmige Dichtkanten haben in der Regel den Nachteil, dass sie aufgrund ihrer Ausprägung nicht in jedem Drehzahlbereich sicher gegen niedrigviskose Schmierstoffe abdichten. Je nach Amplitude und Steigung der sinusförmigen Dichtkante kann es in Abhängigkeit von der Wellendrehzahl und anderen Betriebsbedingungen wie z. B. einem Wellenschlag, Gehäuseversatz oder Benetzungseigenschaften der Schmierstoffe zur Leckage kommen.
Ein weiterer Nachteil ist das zum Teil enorme Förderverhalten solcher Dichtkanten. Diese saugen nämlich permanent Luft an, so dass es oft zu einem unzulässig hohen Überdruck in nicht entlüfteten Achsen und Getrieben oder gar Motoren kommt.
Erfindungsgemäß werden diese Nachteile durch die spezifische Ausgestaltung der Dichtlippengeometrie kompensiert. Auch auf Wellen, die fertigungsbedingt einen Förderdrall aufweisen, wird sicher abgedichtet. Die 3 und 4 zeigen weitere Radialwellendichtringe mit sinusförmigen Dichtkanten, bei denen eine Luftansaugung durch eine vorgeschaltete Dichtlippe aus Elastomer (4) und/oder durch eine Schutzlippe aus Vlies minimiert wird.
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 19522890 C1 [0002, 0003, 0016]

Claims

Anordnung, welche eine Welle (1) und einen Radialwellendichtring (2) umfasst, wobei der Radialwellendichtring (2) die Welle (1) umfängt, wobei der Radialwellendichtring (2) einen Träger (3) aufweist, welcher mit einem Elastomerkörper (4) verbunden ist, wobei der Elastomerkörper (4) eine Dichtlippe (5) zur Anlage an der Welle (1) ausbildet, wobei die Dichtlippe (5) auf ihrer der Welle (1) zugewandten Seite eine sinusförmig geschwungene Dichtkante (6) aufweist, die längs des Innenumfangs der Dichtlippe (5) umläuft, und wobei die Dichtkante (6) an der Mantelfläche (7) der Welle (1) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (6) eine erste Flanke (6a) aufweist, die mit der Längsachse der Welle (1) mindestens einen Winkel (α) im Bereich 40° bis 80° einschließt, und dass die Dichtkante (6) eine zweite Flanke (6b) aufweist, die mit der Längsachse der Welle (1) mindestens einen Winkel (β) im Bereich 10° bis 60° einschließt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Winkel, welche die erste Flanke (6a) und die zweite Flanke (6b) mit der Längsachse jeweils an einer Stelle auf der Mantelfläche (7) einschließen, 90° beträgt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelte Amplitude (2a) der sinusförmig geschwungenen Dichtkante (6) zwischen 0,3 und 1,0 mm beträgt.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (5) nicht durch eine Feder belastet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkante (6) eine Nebendichtkante (8) axial benachbart ist, welche von der Mantelfläche (7) um einen Abstand (s) beabstandet ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (s) im Bereich 0,03 bis 0,05 mm liegt.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (6) von einer der Welle (1) zugewandten Fläche (9) der Dichtlippe (5) abragt, wobei die Fläche (9) von der Mantelfläche (7) um einen Spaltabstand (x) im Bereich 0,05 bis 0,5 mm beabstandet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (6c) der Dichtkante (6) von einem schmierstoffseitigen Ende der Dichtlippe (5) zwischen 0,5 bis 1 mm beabstandet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Gehäuse (10) und dem Träger (3) des Radialwellendichtrings (2) ein Haftsitz (11) angeordnet ist.
Radialwellendichtring (2) zur Verwendung in einer Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche.