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Die Erfindung betrifft ein Vordichtungselement mit einer Rotationsachse für eine dynamische Wellendichtungsanordnung, eine Wellendichtungsanordnung mit einer Rotationsachse für eine dynamische Dichtung, sowie eine Wellenbaugruppe.
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Dynamische Wellendichtungsanordnungen mit Vordichtungselement sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise im Bereich von Kraftfahrzeugen, in vielfältigen Formen bekannt. Hierbei liegt ein Radialspalt zwischen zwei relativ gegeneinander rotierenden Bauteilen vor und es ist die Grundaufgabe, einen Innenraum vor Schmutz und Wasser aus einer Außenumgebung zu schützen. In diesem Radialspalt oder in dessen axialer Verlängerung (innenseitig zu der Wellendichtungsanordnung) ist ein Lagersitz gebildet, beispielsweise umfassend zumindest ein Wälzlager.
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Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugantrieben wird es zunehmend erforderlich, Verluste zu reduzieren. Es wurde festgestellt, dass auch die Wellendichtungsanordnung einen nicht unerheblichen Reibungsverlust erzeugt. Es ist angestrebt, diesen Reibungsverlust unter Berücksichtigung eines hohen Kostendrucks zu verringern.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft ein Vordichtungselement mit einer Rotationsachse für eine dynamische Wellendichtungsanordnung, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Radialschild zum Überdecken eines Radialspalts zwischen einem ersten Bauteil und einem relativ zu dem ersten Bauteil rotierbaren zweiten Bauteil;
- - einen statischen Auflagersitz, mittels welchem im Einsatz gegenüber einer Außenumgebung statisch dichtend das Vordichtungselement an dem ersten Bauteil radial abgestützt ist; und
- - eine Axiallasche, welche im Einsatz ein Dichtungslabyrinth bildend axial mit dem zweiten Bauteil überlappend angeordnet ist.
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Das Vordichtungselement ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Vordichtungselement weiterhin einen Druck-Spoiler umfasst,
wobei der Druck-Spoiler mit der Axiallasche derart verbunden ist, dass von einem Druck quer zu der axialen Erstreckung der Axiallasche auf den Druck-Spoiler die Axiallasche gegenläufig verkippt wird.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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Das hier vorgeschlagene Vordichtungselement heißt im Vergleich zu vorbekannten Vordichtungselementen den Vorteil auf, dass dieses Vordichtungselement zusammen mit einer dynamischen Wellendichtungsanordnung mit geringer Reibung oder sogar reibungslos (also berührungsfrei) verwendbar ist. Gleichzeitig ist bei einem Druck von außen, beispielsweise von Schmutzwasser oder einem Hochdruckreiniger, eine hervorragende Dichtungswirkung bereits mittels dieses Vordichtungselements gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zugehörige dynamische Wellendichtungsanordnung in einem solchen Zustand, in welchem der Druck-Spoiler die Axialasche bewegt vollständig abgeschirmt.
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Das Vordichtungselement ist zu einer Rotationsachse umlaufend gebildet und weist als Hauptelement einen Radialschild auf, mittels welchem der Radialspalt zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil überdeckt, also überbrückt und abgeschirmt ist. Beispielsweise ist ein solcher Radialschild ein Scheibenanteil (oder eine separate Scheibe) des Vordichtungselements.
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Das Vordichtungselement umfasst weiterhin einen statischen Auflagersitz, mittels welchem das Vordichtungselement zum einen an dem ersten Bauteil radial abgestützt ist und zum anderen zu diesem ersten Bauteil eine statische Dichtung ausbildet. In einer Ausführungsform ist der statische Auflagersitz für eine metallische Paarung ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform umfasst der statische Auflagersitz des Vordichtungselements bauteil-seitig (also für den Kontakt beziehungsweise die dichtende Wirkung) einen Kunststoff, bevorzugt einen Gummi-elastischen Kunststoff. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der statische Auflagersitz eine axiale Erstreckung auf, wobei beispielsweise mittels des Radialschilds und des statischen Auflagersitzes im Querschnitt eine L-Form gebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der statische Auflagersitz abhängig von dem Einsatz radial-außen, radial-innen oder auch in einer mittleren radialen Höhe in Bezug zu dem Radialschild angeordnet ist. Bevorzugt ist der Auflagersitz im Einsatz an dem rotierenden Bauteil abgestützt.
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Das hier vorgeschlagenen Vordichtungselement weist weiterhin eine Axiallasche auf, mittels welcher infolge einer axialen Überlappung mit dem anderen (also zweiten) Bauteil im Einsatz ein Dichtungslabyrinth gebildet ist. Ein Dichtungslabyrinth ist ein Kanal mit zumindest einem Knick, bevorzugt einer 90°-Biegung [neunzig Grad von 360°], sodass eintretende Flüssigkeit keine Umlenkung erfährt, welche ausreichend ist, um einen erheblichen Staudruck zu erzeugen.
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Hierbei weist das zweite Bauteil eine axiale Außenfläche auf, mit welcher sich die Axiallasche des Vordichtungselements im Einsatz axial überlappt. Alternativ weist das zweite Bauteil eine Vertiefung mit axialer Erstreckung auf, in welcher die Axiallasche im Einsatz axial hineintauchend angeordnet ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Axiallasche radial-außerhalb der axial-überlappend angeordneten (korrespondierenden) Außenfläche des zweiten Bauteils angeordnet.
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Alternativ ist die Axiallasche radial innerhalb der korrespondierenden Außenfläche des zweiten Bauteils angeordnet.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass das Vordichtungselement weiterhin einen Druck-Spoiler umfasst, mittels welchem eine derartige mechanische Verbindung zu der Axiallasche gebildet ist, dass abhängig von einem Druck quer auf diesen Druck-Spoiler die Axiallasche mit einem radialen Bewegungsanteil verkippbar ist. In einer Ausführungsform ist ein Druck, beispielsweise von einem Wasserstrahl eines Hochdruckreinigers, von radial-innen auf den Druck-Spoiler gerichtet und die Axiallasche wird infolge der Reaktion des Druck-Spoilers (einer Bewegung nach radial-außen) nach radial-innen bewegt. Somit wird in dem Bereich der Überlappung mit dem zweiten Bauteil die Axiallasche hin zu der korrespondierenden Außenfläche des zweiten Bauteils, beispielsweise gegen das zweite Bauteil, gedrückt und somit das Dichtungslabyrinth verengt oder sogar geschlossen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Druck-Spoiler sich weg von der Axiallasche in Richtung hin zu der Außenumgebung axial erstreckend gebildet und mit der Axiallasche über ein Gelenk bei dem Radialschild mit der Axiallasche kraftübertragend verbunden. In einer Ausführungsform sind im Querschnitt der Druck-Spoiler und die Axiallasche als T-Strich zu dem Radialschild angeordnet, also diese Anordnung im Querschnitt T-förmig. Beispielsweise besteht das Gelenk aus einem Gummi-elastischen Material, bevorzugt die der gesamte Druck-Spoiler und oder die gesamte Axialasche in einer Ausführungsform ist der Radialschild deutlich steifer ausgeführt als das Gelenk und oder der Druck-Spoiler beziehungsweise die Axiallasche.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Wellendichtungsanordnung mit einer Rotationsachse für eine dynamische Dichtung vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Radialwellendichtring mit zumindest einer dynamischen Dichtungslippe zum Anliegen an einem relativ zu dem Radialwellendichtring rotierbaren ersten Bauteil und mit einem statischen Dichtsitz zum Anliegen an einem zu dem Radialwellendichtring fixierten zweiten Bauteil; und
- - ein Vordichtungselement mit einem statischen Auflagersitz, mittels welchem im Einsatz gegenüber einer Außenumgebung statisch dichtend das Vordichtungselement an dem ersten Bauteil radial abgestützt ist, und mit einem Radialschild, mittels welchem im Einsatz ein Radialspalt zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil überragt ist,
wobei im Einsatz bezogen auf den Radialwellendichtring das Vordichtungselement axial außenseitiger angeordnet ist.
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Die Wellendichtungsanordnung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Radialwellendichtring und das Vordichtungselement berührungsfrei zueinander angeordnet sind.
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Um einen Innenraum mit einer zur Außenumgebung hindurchreichenden Welle im Betrieb vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen, ist hier eine Wellendichtungsanordnung vorgeschlagen. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Wellendichtungsanordnung, ein Schmiermittel (beispielsweise Fett oder Öl) an einem Ausdringen zu hindern. Diese Aufgabe wird meist allein von dem Radialwellendichtring erfüllt. Die Wellendichtungsanordnung umfasst einen Radialwellendichtring und ein Vordichtungselement. Der Radialwellendichtring ist beispielsweise konventionell ausgeführt und umfasst eine dynamische Dichtungslippe. Die dynamische Dichtungslippe ist derart ausgeführt, dass diese zum Anliegen an einem relativ zu dem Radialwellendichtring rotierbaren (ersten) Bauteil eingerichtet ist. Das Anliegen in der Dichtungslippe und damit die dichtende Wirkung ist meist mittels eines separaten Energiespeicherelements (beispielsweise Schlauchfeder oder Wurmfeder) sichergestellt. In einer Ausführungsform umfasst der Radialwellendichtring eine Mehrzahl von dynamischen Dichtungslippen und/oder zumindest eine berührungslose Vorlippe.
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Ferner umfasst der Radialwellendichtring einen statischen Dichtsitz, welcher im Einsatz an einem zu dem Radialwellendichtring fixierten (zweiten) Bauteil anliegend angeordnet ist. Mittels des Radialwellendichtrings ist ein Radialspalt überdeckt, wobei lediglich ein (statisch gedichteter) Spalt bei dem statischen Dichtsitz und ein (dynamisch gedichteter) Spalt bei der zumindest einen dynamischen Dichtungslippe verbleibt. Es sei darauf hingewiesen, dass es unerheblich ist, ob das erste Bauteil oder das zweite Bauteil rotierbar ist. Bevorzugt ist der statische Dichtsitz mit dem stehenden (fixierten) Bauteil gebildet, sodass der Radialwellendichtring ebenfalls stehend montiert ist.
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Weiterhin ist von der Wellendichtungsanordnung ein Vordichtungselement umfasst. In einer Ausführungsform ist das Vordichtungselement wie oben beschrieben ausgeführt. Es ist aber nicht notwendig, dass eine Axiallasche und/oder ein Druck-Spoiler vorgesehen sind. Das Vordichtungselement ist zu einer Rotationsachse umlaufend gebildet und weist als Hauptelement einen Radialschild auf, mittels welchem der Radialspalt zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil überdeckt, also überbrückt und abgeschirmt, ist. der Radialschild überragt dabei die radiale Ausdehnung des Radialspalts, sodass hier bereits ein axialer und/oder radialer Spalt zu dem zweiten Bauteil gebildet ist. Beispielsweise ist ein solcher Radialschild ein Scheibenanteil (oder eine separate Scheibe) des Vordichtungselements. Das Vordichtungselement ist mittels eines statischen Auflagersitzes im Einsatz statisch dichtend gegenüber der Außenumgebung an dem ersten Bauteil radial abgestützt. Das erste Bauteil ist dasjenige, an welchem im Einsatz auch die dynamische Dichtungslippe des Radialwellendichtrings anliegt. Es sei darauf hingewiesen, dass das erste Bauteil auch als Baugruppe ausführbar ist, wobei separate Teile (beispielsweise axial oder als Hülse) miteinander verbunden sind. Der Auflagersitz ist derart ausgeführt, dass zu dem ersten Bauteil eine statische Dichtung ausgebildet ist. In einer Ausführungsform ist der statische Auflagersitz für eine metallische Paarung ausgeführt und beispielsweise mittels Verpressung auf das erste Bauteil gefügt. In einer anderen Ausführungsform umfasst der statische Auflagersitz des Vordichtungselements bauteil-seitig (also für den Kontakt beziehungsweise die dichtende Wirkung) einen Kunststoff, bevorzugt einen Gummi-elastischen Kunststoff. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der statische Auflagersitz eine axiale Erstreckung auf, wobei beispielsweise mittels des Radialschilds und des statischen Auflagersitzes im Querschnitt eine L-Form gebildet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der statische Auflagersitz abhängig von dem Einsatz radial-außen, radial-innen oder auch in einer mittleren radialen Höhe in Bezug zu dem Radialschild angeordnet ist. Bevorzugt ist der Auflagersitz im Einsatz an dem rotierenden Bauteil abgestützt.
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Beispielsweise ist der Radialschild aus einem Kunststoff und/oder einem Metallblech ausgeführt, wobei auch eine Kombination der beiden Werkstoffe darstellbar ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das Vordichtungselement im Einsatz, bezogen auf den Radialwellendichtring axial-außenseitiger angeordnet ist. Also das Vordichtungselement derart angeordnet ist, dass eine effektive Abschirmung gegenüber der Außenumgebung geschaffen sind und ein direkter Weg zu dem Radialwellendichtring verschlossen ist.
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Dabei ist hier weiterhin vorgeschlagen, dass der Radialwellendichtring und das Vordichtungselement innerhalb der Wellendichtungsanordnung im Einsatz derart relativ zueinander angeordnet sind, dass diese frei von einem Kontakt miteinander sind. Sie sind also im Einsatz untereinander berührungsfrei innerhalb der Wellendichtungsanordnung angeordnet. Aufgrund der berührungsfreien Anordnung der beiden Komponenten sind (zumindest bei normalem Betrieb) weniger, in einer bevorzugten Ausführungsform werden keine, Reibungsverluste von der Wellendichtungsanordnung verursacht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an jenem dem Auflagersitz radial gegenüberliegenden Ende des Radialschilds eine Axiallasche vorgesehen, beispielsweise nach Art und Funktion wie vorhergehend beschrieben. Die Axiallasche ist im Einsatz unter normalen Betriebsbedingungen bevorzugt ebenfalls berührungsfrei angeordnet, also ein Spalt mit radialer Erstreckung (ring-artig) zwischen der Axiallasche und dem zweiten Bauteil gebildet ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass ein Spalt als Teil eines Dichtungslabyrinths bevorzugt zwischen 0,5 mm [einem halben Millimeter] und 3 mm, besonders bevorzugt gleich oder unterhalb von 1,5 mm. Eine Spaltlänge in einem Dichtungslabyrinth beträgt bevorzugt mehrere Millimeter, beispielsweise mehr als 4 mm [vier Millimeter]. Die Auswahl ist nach vorhandenem Bauraum sowie nach den vorliegend zulässigen fertigungsbedingten und montagebedingten Toleranzen (beispielsweise Rundlauf und Konzentrizität) zu treffen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wellendichtungsanordnung vorgeschlagen, dass von dem Vordichtungselement axial außenseitiger als die dynamische Dichtungslippe eine erste Fangkammer gebildet ist.
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Die erste Fangkammer ist dabei an der Außenumgebung abgewandten Seite des Vordichtungselements, also axial innerhalb der Wellendichtungsanordnung, angeordnet. Die erste Fangkammer weist ebenfalls nach radial-außen eine Öffnung auf, und beispielsweise etwa U-förmig ausgeführt ist. Die erste Fangkammer ist mit der Öffnung derart ausgeführt, dass von außen eindringendes Wasser sich innerhalb der ersten Fangkammer sammelt. Auch hier wird von der Rotation eines der Bauteile eine Austreibbewegung induziert, sodass dadurch ein Großteil des eingedrungenen und von der ersten Fangkammer aufgefangenen Wassers aus der Wellendichtungsanordnung hinaustransportiert wird.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wellendichtungsanordnung vorgeschlagen, dass von dem Radialwellendichtring axial außenseitiger als die dynamische Dichtungslippe eine zweite Fangkammer gebildet ist.
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Wie oben bereits beschrieben, ist mittels des umlaufenden Radialschilds des Vordichtungselements eine Abschirmung des direkten Wegs zu dem Radialwellendichtring geschaffen. Der Zugang ist also ausschließlich über einen gewundenen Kanal (Dichtungslabyrinth) zugänglich. Weil aber eine geringere Dichtwirkung, bevorzugt ein offener Spalt gegeben ist, kann weiterhin Wasser in die Wellendichtungsanordnung zwischen das Vordichtungselement und den Radialwellendichtring eindringen. Daher ist hier vorgeschlagen, dass von dem Radialwellendichtring eine zweite Fangkammer gebildet ist. Bevorzugt ist die zweite Fangkammer radial-mittig in Bezug auf den Radialspalt an dem Radialwellendichtring angeordnet. Die zweite Fangkammer ist axial außenseitiger als die zumindest eine dynamische Dichtungslippe gebildet. In einer Ausführungsform ist die dynamische Dichtungslippe radial-einwärts gerichtet. Die zweite Fangkammer ist dann beispielsweise an der Radialwandung des Radialwellendichtrings zwischen dem statischen Dichtsitz und der dynamischen Dichtungslippe angeordnet. In einer Ausführungsform ist die dynamische Dichtungslippe axial und auswärtig ausgerichtet. Die zweite Fangkammer ist dann radial weiter auswärts angeordnet, bevorzugt hier ebenfalls an der Radialwandung des Radialwellendichtrings.
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Die zweite Fangkammer ist dabei derart gebildet, dass diese nach radial-außen eine Öffnung aufweist, und beispielsweise etwa U-förmig ausgeführt ist. Die zweite Fangkammer ist mit der Öffnung derart ausgeführt, dass von außen eindringendes Wasser sich innerhalb der zweiten Fangkammer sammelt. Es hat sich gezeigt, dass mittels der Rotation eines der Bauteile (bevorzugt des ersten Bauteils) und innerhalb der Wellendichtungsanordnung eine Austreibbewegung induziert wird, sodass dadurch ein Großteil des eingedrungenen und von der zweiten Fangkammer aufgefangenen Wassers aus der Wellendichtungsanordnung hinaustransportiert wird.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wellendichtungsanordnung vorgeschlagen, dass die erste Fangkammer in einem Kanal zwischen außen und der dynamischen Dichtungslippe des Radialwellendichtrings weiter außen angeordnet ist als die zweite Fangkammer des Radialwellendichtrings nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung.
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In einer Ausführungsform ist die erste Fangkammer radial näher an der Rotationsachse angeordnet als die zweite Fangkammer. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Fangkammer radial weiter außen angeordnet als die zweite Fangkammer, sodass erst ein Überlauf oder ein (seltener) Spritzer in die zweite Fangkammer eindringen kann. Dabei ist die erste Fangkammer innerhalb eines Kanals, welcher die Außenumgebung mit dem Radialwellendichtring am radialen Ende der Wellendichtungsanordnung verbindet, angeordnet. Die erste Fangkammer ist beispielsweise einstückig mit dem Radialschild des Vordichtungselements gebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die zweite Fangkammer des Radialwellendichtrings zumindest funktional nach einer der obigen Ausführungsformen ausgeführt ist.
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Der Kanal zwischen der Außenumgebung und der zumindest einen dynamischen Dichtungslippe ist von dem gebildeten Dichtungslabyrinth der Wellendichtungsanordnung gebildet. Bevorzugt ist der Kanal zum Ausbringen von eingedrungenem Wasser eingerichtet. Dabei sind die mittels der zumindest einen Fangkammern gebildeten Strömungshindernisse derart ausgeführt, dass ein Ausbringen von Wasser aus dem Kanal einfacher erfolgen kann als ein Eindringen in den Kanal.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wellendichtungsanordnung vorgeschlagen, dass von dem Vordichtungselement in axialer Überlappung mit dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil ein Dichtungslabyrinth gebildet ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ein Dichtungslabyrinth beispielsweise ausschließlich mittels radialer Überlappung (beispielsweise mittels radialem Überstand des Radialschilds) und/oder mittels zumindest einer der Fangkammern gebildet ist. In einer Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich ein Dichtungslabyrinth mittels der genannten Axiallasche geformt, also einzig in axialer Überlappung mit einem Absatz des zweiten Bauteils und damit eingangsseitig des Dichtungslabyrinths, bevorzugt radial außerhalb des zweiten Bauteils. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform ist mittels einer (ersten) Fangkammer (wie oben beschrieben) eine axiale Überlappung mit dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil ausgebildet. Von der axialen Überlappung und dem resultierenden radialen Spalt geringer radialer Erstreckung ist nicht nur eine Wahrscheinlichkeit für ein Eintreten von Schmutz und Wasser aus der Außenumgebung reduziert, sondern auch ein Strömungshindernis beziehungsweise erhöhter Strömungswiderstand für eventuell eintretendes Wasser gebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist anschließend an die axiale Überlappung ein scharfer Knick in dem Kanal gebildet, beispielsweise mit nun radialer oder sogar gegenläufiger axialer Erstreckung. Hieraus folgt ein Strömungsbild, welches einen Staudruck erzeugt und somit den Strömungswiderstand weiter erhöht. Weiterhin steht bei einem radialen Anteil bevorzugt während eines rotierenden betriebs eine austreibende Strömung entgegen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wellendichtungsanordnung vorgeschlagen, dass das Vordichtungselement zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff gefertigt ist,
wobei bevorzugt der Kunststoff faserverstärkt ist.
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In einer Ausführungsform ist der Auflagersitz des Vordichtungselements aus einem Blech, bevorzugt Metallblech, ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass das Vordichtungselement beispielsweise mittels einer Verpressung auf das erste Bauteil rotationsfest und allein so oder zusammen mit einem dazwischen angeordneten (bevorzugt gummi-elastischen) Kunststoff dichtend verbindbar ist. Kunststoff hingegen hat den Vorteil, dass es meist korrosionsfrei und/oder leichter als ein konventionelles Vordichtungsblech und gegebenenfalls kostengünstiger (beispielsweise mittels Spritzgießen) herstellbar ist.
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In einer Ausführungsform ist der Radialschild und/oder die gegebenenfalls vorhandene erste Fangkammer des Vordichtungselements aus Kunststoff gefertigt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kunststoffkomponenten des Vordichtungselements zumindest zu einem Teil aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet, beispielsweise mittels Glasfasern, Kohlefasern und/oder Aramidfasern. Bevorzugt sind die Axiallasche, der Radialschild und/oder die erste Fangkammer aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Metallblechkern von einem oder einer Mehrzahl von Kunststoffen zumindest teilweise (bevorzugt vollständig) ummantelt, beispielsweise mittels (bevorzugt Mehrkomponenten-) Spritzgießen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wellendichtungsanordnung vorgeschlagen, dass das Vordichtungselement nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung gebildet ist, wobei bevorzugt der Radialschild einen steifen Kern und der Druck-Spoiler und die Axiallasche gummi-elastisch gebildet sind.
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Das Vordichtungselement ist nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich der Radialschild mit einem aussteifenden Kern ausgeführt. Beispielsweise ist der Kern aus einem Metallblech oder einem faserverstärkten Kunststoff ausgeführt. Der Druck-Spoiler und die Axiallasche hingegen sind aus einem gummi-elastischen Kunststoff beziehungsweise Material gefertigt. Der gummi-elastische Kunststoff des Druck-Spoilers und der Axiallasche sind derart ausgeformt, dass die Axiallasche mit einem radialen Bewegungsanteil verkippbar ist. In einer Ausführungsform ist mittels eines Drucks von außen (beispielsweise von einem Wasserstrahl eines Hochdruckreinigers), welcher von radial-innen auf den Druck-Spoiler gerichtet ist, die Axiallasche infolge der Reaktion des Druck-Spoilers (einer Bewegung nach radial-außen) nach radial-innen bewegt. Damit wird von der Axiallasche der im Einsatz vorhandene Spalt im Bereich der Überlappung verringert beziehungsweise verschlossen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Wellenbaugruppe vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein erstes Bauteil,
- - ein zweites Bauteil, wobei das erste Bauteil relativ zu dem zweiten Bauteil rotierbar ist und zwischen welchen ein Radialspalt gebildet ist;
- - einen Radialwellendichtring mit zumindest einer dynamischen Dichtungslippe, welche an dem relativ zu dem Radialwellendichtring rotierbaren ersten Bauteil und mit einem statischen Dichtsitz an dem zu dem Radialwellendichtring fixierten zweiten Bauteil anliegt; und
- - ein Vordichtungselement mit einem statischen Auflagersitz, mittels welchem gegenüber einer Außenumgebung statisch dichtend das Vordichtungselement an dem ersten Bauteil radial abgestützt ist, und mit einem Radialschild, mittels welchem der Radialspalt zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil bis zu einem Axialkanal mit einer radialen Ausdehnung überdeckt ist,
wobei bezogen auf den Radialwellendichtring das Vordichtungselement axial außenseitiger angeordnet ist.
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Die Wellenbaugruppe ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Axialkanal einen Eingang und der Radialspalt eine axial-außenseitige Außenkante aufweist, wobei ein axialer Abstand zwischen dem Eingang des Axialkanals und der Außenkante des Radialspalts betragsmäßig größer ist als die radiale Ausdehnung des Axialkanals,
und dass der Radialwellendichtring und das Vordichtungselement berührungsfrei zueinander angeordnet sind.
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Eine Wellenbaugruppe umfasst eine Welle und einen Lagersitz für die Welle, wobei die Welle um eine (gedachte) Rotationsachse rotierbar ist. Die Wellenbaugruppe umfasst ein erstes Bauteil, beispielsweise die Welle, und ein zweites Bauteil, beispielsweise ein Gehäuse mit einem Lagersitz. Das erste Bauteil und das zweite Bauteil sind zueinander rotierbar, wobei bevorzugt im Raum nur eine der beiden Komponenten (in der Regel die Welle) rotiert. Die Welle umfasst (einstückig oder lösbar montiert) beispielsweise eine Mehrzahl verschiedener anderer Komponenten, beispielsweise eine Getriebeverzahnung, einen Wellenanschluss oder eine Riemenaufnahme. In einer Ausführungsform ist die Wellenbaugruppe ein Teil einer Getriebestufe.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Bauteile entlang der Rotationsachse unterschiedliche radiale Abstände aufweisen können, also ein Radialspalt nicht zwangsläufig parallel zu der Rotationsachse und/oder eine radial gleiche Ausdehnung aufweisen muss.
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Um das Eindringen von Schmutzpartikeln und/oder Wasser zu unterbinden und somit eine gewünschte Lebensdauer der Wellenbaugruppe sicherzustellen, sind ein Vordichtungselement und ein Radialwellendichtring (Wellendichtungsanordnung) vorgesehen. Der Radialwellendichtring ist beispielsweise wie in einer vorgenannten Ausführungsform und/oder konventionell ausgeführt. Das Vordichtungselement ist bei dieser Ausführungsform besonders einfach und kostengünstig gestaltbar, wobei zugleich dieses Vordichtungselement berührungslos zu dem Radialwellendichtring anordenbar ist. Das Vordichtungselement ist mit dem ersten Bauteil mittels eines Auflagersitzes dichtend verbunden, beispielsweise ausgeführt wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen. Auch für die Materialien ist an dieser Stelle auf die Ausführungsformen der vorhergehenden Beschreibung verwiesen, wobei bevorzugt das Vordichtungselement vollständig aus einem Blech, besonders bevorzugt Metallblech ohne Kunststoff-Beschichtung, geformt ist.
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Von dem Vordichtungselement ist zudem zweiten Bauteil ein Axialkanal gebildet, wobei der Axialkanal eine axiale Erstreckung aufweist, welche zumindest der radialen Ausdehnung (Spaltmaß oder Ringbreite) des Axialkanals entspricht, bevorzugt um ein Vielfaches größer ist. Mittels des Axialkanals ist ein möglicher Eintrittswinkel für Wasser aus der Außenumgebung deutlich reduziert.
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Hier ist nun vorgeschlagen, dass der (außenseitige) Eingang, also von dem Radialwellendichtring abgewandte Eintritt, des Axialkanals in dem Radialspalt einwärts versetzt ist. Es liegt also ein axialer Abstand zwischen dem Eingang des Axialkanals und der (außenseitigen) Außenkante des Radialspalts, bevorzugt des zweiten Bauteils vor, wobei dieser axiale Abstand betragsmäßig größer ist als die radiale Ausdehnung des Axialkanals. In einer Ausführungsform ist der axiale Abstand betragsmäßig zumindest halb so groß wie die axiale Erstreckung des Axialkanals. In einer Ausführungsform ist der axiale Abstand betragsmäßig genau oder größer als das Zweifache der radialen Ausdehnung des Axialkanals. Es sei darauf hingewiesen, dass die radiale Ausdehnung über die axiale Erstreckung des Axialkanals nicht zwangsläufig konstant ist. Dann ist die hier betrachtete Bezugsgröße die maximale radiale Ausdehnung des Axialkanals. In einer Ausführungsform ist mittels des Axialkanals ein Gegendruck von bis zu etwa 20 MPa [zwanzig Megapascal] erzielbar.
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Die Außenkante des Radialspalts ist beispielsweise eine umlaufende Kante zwischen der zylindrischen Aufnahme des zweiten Bauteils, welche den Lagersitz für das erste Bauteil umfasst, und einer Außenfläche des zweiten Bauteils, welche sich beispielsweise radial erstreckt. Die Außenkante grenzt also beziehungsweise bildet die Grenze zu dem Beginn des Radialspalts und/oder der Wandung des zweiten Bauteils, welche auch in dem Axialkanal vorliegt.
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Infolge des axialen Versatzes des Axialkanals nach innen, also weg von der Außenumgebung beziehungsweise der Außenkante und hin zu dem Radialwellendichtring wird ein möglicher Eintrittswinkel für Wasser aus der Außenumgebung weiter reduziert. In diesem Zusammenwirken ist bereits so eine sehr gute Vordichtung erzielt. In vielen Anwendungsfällen ist aufgrund der Umbauungssituation so kein Eintritt von Wasser entlang einer zu dem Axialkanal kongruenten Linie möglich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Vordichtungselement aus einem Blech geformt, bevorzugt mittels Kaltumformen, beispielsweise Tiefziehen, und weist im Querschnitt ausgehend von dem Auflagersitz eine P-Form auf, bei welcher das P rückseitig hin zu der Außenumgebung offen ist. Es ist dann also eine U-Form angrenzend an den Axialkanal gebildet ist, welche von einer Scheibe von dem Auflagersitz radial beabstandet gehalten ist. Die U-Form ist dabei geeignet, auf dem Radialschild auftreffendes Wasser aufzufangen und an einem Einfließen in den Axialkanal zu hindern, bevorzugt ein Ausfördern in die Außenumgebung zu unterstützen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Radialwellendichtring mit einer (zweiten) Fangkammer ausgeführt, wobei der Axialkanal mit der zweiten Fangkammer axial überlappend angeordnet ist.
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Bevorzugt ist zwischen der zweiten Fangkammer und dem Vordichtungselement ein radialer Spalt gebildet, welcher etwa die gleiche radiale Ausdehnung aufweist wie der Axialkanal.
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In einer Ausführungsform ist vorzusehen, dass der Radialwellendichtring austauschbar ist. Hierzu ist Bauraum vorzusehen, sodass ein neuer Radialwellendichtring um bevorzugt 1 mm [ein Millimeter] bis 4 mm, besonders bevorzugt um 2 mm oder 2,5 mm nach axial-innen verschoben einsetzbar ist. Dies ist oftmals wegen der Bildung von Schleifrillen und axial außenseitiger Korrosion an dem ersten Bauteil notwendig. Um die axialen Distanz zwischen dem Radialwellendichtring und dem Vordichtungselement konstant beziehungsweise ähnlich für einen optimalen Betrieb der Dichtungslabyrinth zu halten, muss das Vordichtungselement ebenfalls um den genannten Betrag axial einwärts verschoben werden. In dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass das Vordichtungselement den Radialspalt nicht überragt und somit in den Radialspalt einschiebbar ist. Bei einer Ausführungsform, bei welcher der Radialschild des Vordichtungselements den Radialspalt überragt, ist eine Lösung hierfür, einen axialen Abstand auf beispielsweise um 0,5 mm bis 1 mm größer als die notwendige Verschiebung des ausgetauschten Radialwellendichtrings auszulegen. Alternativ wird das Vordichtungselement entsprechend ausgetauscht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Wellenbaugruppe vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - ein erstes Bauteil,
- - ein zweites Bauteil, wobei das erste Bauteil relativ zu dem zweiten Bauteil rotierbar ist und zwischen welchen ein Radialspalt gebildet ist; und
- - eine Wellendichtungsanordnung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, mittels welchem der Radialspalt zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil gegenüber einer Außenumgebung dynamisch abgedichtet ist, wobei bevorzugt das erste Bauteil als Welle ausgeführt ist und das zweite Bauteil einen Lagersitz für das als Welle ausgeführte erste Bauteil umfasst.
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weiterhin eine Wellendichtungsanordnung gemäß einer der obigen Ausführungsformen von der Wellenbaugruppe umfasst. Die Wellendichtungsanordnung ist derart ausgeführt, dass der Radialspalt gegenüber der Außenumgebung dynamisch abgedichtet ist. Somit ist ein Eindringen von Schmutzpartikeln in den Radialspalt unterbunden und eine gewünschte Lebensdauer der Wellenbaugruppe darstellbar. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Wellendichtungsanordnung, ein Schmiermittel (beispielsweise Fett oder Öl) an einem Ausdringen zu hindern. Diese Aufgabe wird meist allein von dem Radialwellendichtring erfüllt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Bauteil als eine Welle ausgeführt und zur Rotation um die Rotationsachse angeordnet. Das zweite Bauteil ist relativ zu dem ersten Bauteil fixiert angeordnet und umfasst zumindest einen Lagersitz für die Welle. Zwischen der Welle und dem Lagersitz ist bevorzugt ein reibungsreduzierender Lagerkörper, beispielsweise ein Wälzlager beziehungsweise eine Wälzlageranordnung angeordnet.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Wellenbaugruppe vorgeschlagen, dass das Vordichtungselement nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist und die Axiallasche eine Kontaktlippe umfasst,
wobei bevorzugt das zweite Bauteil eine zu der Kontaktlippe komplementäre Laufrille umfasst,
wobei die Kontaktlippe infolge von entsprechendem Druck quer zu der axialen Erstreckung der Axiallasche auf den Druck-Spoiler radial in die Laufrille des zweiten Bauteils getaucht wird.
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Wenn Wasser unter hohen Druck auf die Wellenbaugruppe trifft (beispielsweise mittels eines Hochdruckreinigers) ist ein Eindringen von Wasser in eine konventionelle Wellenbaugruppe nicht ausgeschlossen. Daher ist hier vorgeschlagen, dass das Vordichtungselement gemäß einer Ausführungsform nach einer obigen Beschreibung ausgeführt ist und zusätzlich an der Axiallasche eine Kontaktlippe umfasst ist. Die Kontaktlippe ist beispielsweise einstückig mit der Axiallasche gebildet und stellt in einer Ausführungsform eine Aufdickung der Axiallasche an einem axialen Ende dar.
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Um eine Erhöhung der Dichtwirkung sicherzustellen, ist in einer bevorzugten Ausführungsform das zweite Bauteil derart ausgeführt, dass dieses eine zu der Kontaktlippe komplementären Laufrille umfasst. Die Laufrille ist als eine umlaufende Vertiefung des zweiten Bauteils ausgeführt. Die Kontaktlippe ist in einer Ausführungsform mit einer radialen Überlappung, also eingetaucht in die Laufrille, angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktlippe im normalen Betrieb (ohne erhöhten Druck auf den Druck-Spoiler) so weit von der Laufrille beabstandet, dass es keine radiale Überlappung mit der Laufrille gibt, also die Kontaktlippe zu der gedachten Verlängerung der übrigen Oberfläche axial seitlich der Laufrille radial beabstandet ist.
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Das Vordichtungselement ist mit dem umfassten Druck-Spoiler derart ausgeführt, dass mittels eines Gelenks die Axiallasche, bei Auftreten des entsprechenden Drucks, mit der Kontaktlippe in die komplementäre Laufrille eintauchbar ist. Das Gelenk ist derart ausgeführt und angeordnet, dass nur ein vordefinierter Anteil der Axiallasche radial eintaucht. In einer Ausführungsform ist somit der Ringspalt, also die Beabstandung der Axiallasche von der axialen Erstreckung des zweiten Bauteils, verkleinerbar, wobei die Kontaktlippe und die Laufrille frei von einem Kontakt angeordnet sind. Aufgrund der Verengung des Ringspalts ist somit ein weiteres oder erweitertes Dichtungslabyrinth geschaffen.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das Gelenk des Vordichtungselements derart ausgeführt, dass bei entsprechendem Druck eine definierte (dünne) Kontaktlinie zwischen der Kontaktlippe und der Laufrille darstellbar ist. Somit ergibt sich eine weitere Dichtung mit einem minimal erhöhten Reibungsverlust. Es sei darauf hingewiesen, dass der Einsatz von Hochdruckreinigern, welche einen entsprechenden Druck für Wasser erzeugen, nur bei sehr geringen Drehzahlen der Wellenbaugruppe zum Einsatz kommen. Somit ist der Reibungsverlust im betrachteten Einsatzfall sehr gering oder vernachlässigbar, und eine Beschädigung der Kontaktlippe ausgeschlossen.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine Getriebestufe mit einer Wellenbaugruppe und einer konventionellen Wellendichtungsanordnung;
- 2: in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung in einer ersten Ausführungsform;
- 3: in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung nach 2 in einer zweiten Ausführungsform;
- 4: in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung in einer dritten Ausführungsform;
- 5: in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung in einer vierten Ausführungsform;
- 6: in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung in einer fünften Ausführungsform; und
- 7: in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung in einer sechsten Ausführungsform.
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In 1 ist eine Getriebestufe 33 mit einer Wellenbaugruppe 23 und einer konventionellen Wellendichtungsanordnung 49 in einer Schnittansicht gezeigt. Darstellungsgemäß verläuft eine Rotationsachse 2 etwa in der Bildmitte von links nach rechts, wobei um die Rotationsachse 2 eine Getriebestufe 33 in der Bildebene angeordnet ist. Die Getriebestufe 33 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Planetengetriebe in einem Getriebegehäuse 34 und mittels einer Welle 29, welche koaxial zur Rotationsachse 2 angeordnet ist, mit einem Wellenanschluss 35 verbunden. Axial überlappend mit dem Wellenanschluss 35 ist eine konventionelle Wellendichtungsanordnung 49 angeordnet.
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Die Wellenbaugruppe 23 umfasst ein erstes Bauteil 6, welches hier als die Welle 29 ausgeführt ist und zur Rotation um die Rotationsachse 2 eingerichtet ist, ein zweites Bauteil 7, welches relativ zu dem ersten Bauteil 6 fixiert gelagert ist, und eine konventionelle Wellendichtungsanordnung 49. Darstellungsgemäß rechts der konventionellen Wellendichtungsanordnung 49 ist das zweite Bauteil 7 derart ausgeführt, dass dort ein Lagersitz 30 ausgebildet ist, wobei der Lagersitz 30 zum Aufnehmen eines (äußeren) Wellenlagers 36 eingerichtet ist. Radial innerhalb des äußeren Wellenlagers 36 ist hier ein inneres Wellenlager 37 (für das Sonnenrad des Planetengetriebes) angeordnet. Die konventionelle Wellendichtungsanordnung 49 umfasst ein konventionelles Vordichtungsblech 50 und ein konventioneller Radialwellendichtring 52. Dabei ist hier klar zu erkennen, dass in diesem konventionellen Ausführungsbeispiel das konventionelle Vordichtungsblech 50 den axial-inneren Bereich der konventionellen Wellendichtungsanordnung 49 von einer Außenumgebung 9 trennt. Das konventionelle Vordichtungsblech 50 ist an dem Wellenanschluss 35 beziehungsweise mittels dessen Außenfläche 38 drehmomentfest verbunden, beispielsweise mittels Verpressung. Zwischen dem konventionellen Vordichtungsblech 50 und dem konventionellen Radialwellendichtring 52 ist eine reibende Berührung gebildet, nämlich eine konventionelle Axiallippe 51, welche an dem konventionellen Vordichtungsblech 50 anliegend schleift.
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In 2 ist in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung 3 in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Die Wellendichtungsanordnung 3 umfasst ein Vordichtungselement 1 und einen Radialwellendichtring 15, wobei der Radialwellendichtring 15 zwischen dem ersten Bauteil 6 und dem zweiten Bauteil 7, also in dem Radialspalt 5, angeordnet ist und das Vordichtungselement 1 dem Radialspalt 5 außenseitig vorgelagert ist. Beispielsweise im Einsatz ersetzend für die konventionelle Wellendichtungsanordnung 49 gemäß 1 ist das erste Bauteil 6 als Welle 29 ausgeführt. Radial-außerhalb des ersten Bauteils 6 ist das zweite Bauteil 7 mit einem Radialspalt 5 beabstandet angeordnet. Das zweite Bauteil 7 ist gemäß dem Einsatz in der Bausituation gemäß 1 das Getriebegehäuse 34 mit dem Lagersitz 30.
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Das Vordichtungselement 1 ist darstellungsgemäß links (also auswärtiger) angeordnet und mittels eines Auflagersitzes 8 drehmomentfest mit dem ersten Bauteil 6 verbunden. Der Auflagersitz 8 ist beispielsweise aus einem (hier L-förmigen) Blechteil geformt. Einstückig mit dem Auflagersitz 8 ist ein Radialschild 4, beispielsweise angespritzt aus einem Kunststoff 21, verbunden. Der Radialschild 4 weist eine radiale Erstreckung auf, sodass der Radialspalt 5 vollständig überdeckt ist und ein Eindringen von Schmutzpartikeln und/oder Wasser auf dem direkten Weg hin zu dem Radialwellendichtring 15 unterbunden ist. Ebenfalls einstückig mit dem Radialschild 4 ausgeführt ist eine Axiallasche 10, welche hier mit dem zweiten Bauteil 7 axial überlappend angeordnet ist. Zwischen dem zweiten Bauteil 7 und der Axiallasche 10 ist so ein (schmaler) axialer Ringspalt 40 gebildet, welcher ein Eindringen von Wasser effektiv reduziert. Darstellungsgemäß unterhalb der Axiallasche 10 ist innenseitig eine erste Fangkammer 19 mit dem Radialschild 4 verbunden, in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls einstückig, beispielsweise angespritzt aus einem Kunststoff 21. Die erste Fangkammer 19 ist (rein optional) hier derart ausgeführt, dass auch diese mit dem zweiten Bauteil 7 (jedoch radial innerhalb) axial überlappend angeordnet ist. Die erste Fangkammer 19 ist zum Sammeln von eintretendem Wasser eingerichtet, und hier (rein optional) L-förmig gebildet. Der Radialschild 4, die Axiallasche 10 und die erste Fangkammer 19 sind bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff 21.
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Innerhalb des Radialspalts 5 ist der Radialwellendichtring 15 angeordnet, wobei dieser eine Mehrzahl von dynamischen Dichtungslippen 16 umfasst und mittels eines statischen Dichtsitzes 17 an dem zweiten Bauteil 7 fixiert ist. Diese Funktionen sind beispielsweise konventionell. Zusätzlich ist von dem Radialwellendichtring 15 eine (zweite) Fangkammer 18 umfasst, wobei die zweite Fangkammer 18 darstellungsgemäß kanal-einwärts zu, also in diesem Ausführungsbeispiel radialinnerhalb, der ersten Fangkammer 19 des Vordichtungselements 1 angeordnet ist. Die Dichtungslippen 16 (hier drei) stehen mit der Welle 29 in Kontakt und sind mittels eines Energiespeicherelements 39 (beispielsweise einer Wurmfeder) an die Welle 29 verspannt. Es sei darauf hingewiesen, dass eine dynamische Dichtungslippe 16 auch ohne separates Energiespeicherelement 39, beispielsweise als Membranwellendichtring oder als PTFE-Dichtlippe (geringerer Reibungskoeffizient) ausführbar ist. Der Radialwellendichtring 15 ist hier (rein optional) mittels eines (bevorzugt metallischen) Blechs (hier rein optional L-förmig) verstärkt. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Ausführungsbeispiel die beiden Fangkammern 18,19 U-förmig ausgeführt sind, wobei die Öffnung nach radial-außen gerichtet ist.
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Die Wellendichtungsanordnung 3 ist mittels der Axiallasche 10 und den beiden Fangkammern 18,19 derart ausgeführt, dass diese in Radialrichtung einen Kanal 20 als ein ausreichend komplexes Dichtungslabyrinth 11 ausbilden. Eventuell in den Kanal 20 eindringendes Wasser kann nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil in den Radialspalt 5 eindringen. Schmutzpartikel können aufgrund ihrer Masse und Trägheit einzig mit einer sehr geringen Größe bis zu den dynamischen Dichtungslippen 16 vordringen, wobei diese leicht wieder ausförderbar sind und/oder, selbst wenn sie eindringen, wenig schädlich bis unschädlich für die dynamischen Dichtungslippen 16 und/oder die Bauteile (beispielsweise Wälzlager, Zahnräder) im Innenraum (in oder hinter dem abgedichteten Radialspalt 5) sind. Zugleich ist eingedrungenes Wasser und Schmutz infolge von Schwerkraft im Stand, zumindest aber infolge von Zentripetalkraft im Betrieb der Wellenbaugruppe 23, leicht wieder ausförderbar.
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In 3 ist in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung 3 nach 2 in einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Die Wellendichtungsanordnung 3 ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber weitestgehend mit der in 2 gezeigten Ausführungsform identisch, sodass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel das Vordichtungselement 1 derart ausgeführt, dass der Radialschild 4 und die Axiallasche 10 einstückig mit dem Auflagersitz 8 aus einem Metallblech gefertigt sind. Axial innerhalb der Wellendichtungsanordnung 3 ist die erste Fangkammer 19 aus einem Kunststoff 21 gebildet und mit dem Radialschild 4, beispielsweise mittels Spritzgießen, fest verbunden. Die zweite Fangkammer 18 ist im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel in 2 kragbalken-artig gebildet. Von der ersten Fangkammer 19 ist zudem ein auswärtig geformter Vorsprung gebildet.
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In 4 ist in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung 3 nach 2 in einer dritten Ausführungsform gezeigt. Die Wellendichtungsanordnung 3 ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber weitestgehend mit den in 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen identisch, sodass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel das Vordichtungselement 1 derart ausgeführt, dass die Axiallasche 10 aus Kunststoff 21 gebildet ist und zusätzlich axial auswärtig an die Axiallasche 10 anschließend ein Druck-Spoiler 12 ausgebildet ist. Mittels des Druck-Spoilers 12 ist eine belastungsabhängige Verengung des axialen Ringspalts 40 darstellbar. Dazu ist das Vordichtungselement 1 derart ausgeführt, dass ein Gelenk 14 (gebildet am Übergang zu dem Radialschild 4) dieses eine leichte Kippbewegung mit einem Radialanteil bewirkt, wenn ein entsprechender Druck 13 (darstellungsgemäß von unten) auf den Druck-Spoiler 12 einwirkt. In einer Ausführungsform wird die Axiallasche 10 dann gegen die korrespondierende Spaltgegenfläche 45 des zweiten Bauteils 7gedrückt, also der axiale Ringspalt 40 verschlossen. Dies ist vor allem vorteilhaft, wenn der dafür ausreichend große Druck 13 gemäß einer Lastannahme einzig kurzzeitig auftreten kann oder nur im Stand aufgebracht wird.
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In 5 ist in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung 3 nach 2 in einer vierten Ausführungsform gezeigt. Die Wellendichtungsanordnung 3 ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber weitestgehend mit der in 4 gezeigten Ausführungsform identisch, sodass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel das Vordichtungselement 1 derart ausgeführt, dass das Blech aus Metall 42, von welchem der Auflagersitz 8 gebildet ist, von einem Kunststoff 21 umspritzt ist. Damit ist das Blech als versteifender Kern 22 für den Radialschild 4 ausgebildet. Beispielsweise sind die Axiallasche 10, der Druck-Spoiler 12 und die erste Fangkammer 19 des Vordichtungselements 1 mittels einer Kunststoff-Umspritzung gebildet.
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Ein (davon unabhängiger) weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Laufrille 32 in der zu der Axiallasche 10 korrespondierenden Spaltgegenfläche 45 des zweiten Bauteils 7 und eine Kontaktlippe 31 am freien Ende der Axiallasche 10. In dieser Darstellung liegt ein Druck 13 an und die Axiallasche 10 ist aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Alternativ ist hier die Ruhelage gezeigt. Das Gelenk 14 ist hier derart eingerichtet, dass bei einem auftretenden Druck 13, beispielsweise wie bei einem Hochdruckreiniger auftretend, auf den Druck-Spoiler 12 die Axiallasche 10 nach radial-innen verkippt. Dabei taucht die Axiallasche 10 wie gezeigt (also berührungslos) mit ihrer Kontaktlippe 31 in die Laufrille 32 des zweiten Bauteils 7 ein. Alternativ taucht die Kontaktlippe 31 bis auf den Grund der Laufrille 32, also berührend, ein.
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In 6 ist in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung 3 nach 2 in einer fünften Ausführungsform gezeigt. Der Radialwellendichtring 15 der Wellendichtungsanordnung 3 ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber weitestgehend mit den in 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen identisch, sodass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
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Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist in diesem Ausführungsbeispiel das Vordichtungselement 1 mit einem Radialschild 4 mit einer geringeren radialen Ausdehnung 25 ausgeführt als der abzudichtende Radialspalt 5. Der Radialschild 4 ist hier P-förmig gebildet, wobei dichtsitz-seitig (also hier radial-außen) ein Axialsteg 43, daran anschließend ein Bodensteg 44 und daran anschließend ein Zwischensteg 46 mit einem Radialsteg 47 verbunden ist. Zwischen dem Axialsteg 43 und dem zweiten Bauteil 7 ist ein Axialkanal 24 gebildet, welcher eine geringe radiale Ausdehnung 25 aufweist im Vergleich zu seiner axialen Erstreckung. Der (außenseitige) Eingang 26 des Axialkanals 24 ist mit einem axialen Abstand 28 zu der Außenkante 27 des zweiten Bauteils 7 nach innen, also hin zu dem Radialwellendichtring 15, versetzt. Der axiale Abstand 28 ist deutlich größer als die radiale Ausdehnung 25 des Axialkanals 24.
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In 7 ist in einer Querschnittansicht eine Wellendichtungsanordnung 3 nach 2 in einer sechsten Ausführungsform gezeigt. Die Wellendichtungsanordnung 3 ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber weitestgehend mit der in 6 gezeigten Ausführungsform identisch, sodass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel das Vordichtungselement 1 derart ausgeführt, dass der Radialschild 4 anschließend an den Axialsteg 43 einen Endsteg 48 aufweist, welcher sich außerhalb des Radialspalts 5, also auswärtiger als die Außenkante 27 des zweiten Bauteils 7, radial erstreckt, und zwar so weit, dass der Radialspalt 5 vollständig radial überdeckt ist, weil der Radialschild 4 den Radialspalt 5 überragt.
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Mit der hier vorgeschlagenen Wellendichtungsanordnung mit einem Vordichtungselement ist eine verbesserte Dichtung gegenüber von Schmutzpartikeln geschaffen bei einer gleichzeitigen Reduktion von Reibungsverlusten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vordichtungselement
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Wellendichtungsanordnung
- 4
- Radialschild
- 5
- Radialspalt
- 6
- erstes Bauteil
- 7
- zweites Bauteil
- 8
- Auflagersitz
- 9
- Außenumgebung
- 10
- Axiallasche
- 11
- Dichtungslabyrinth
- 12
- Druck-Spoiler
- 13
- Druck
- 14
- Gelenk
- 15
- Radialwellendichtring
- 16
- dynamische Dichtungslippe
- 17
- statischer Dichtsitz
- 18
- zweite Fangkammer
- 19
- erste Fangkammer
- 20
- Kanal
- 21
- Kunststoff
- 22
- Kern
- 23
- Wellenbaugruppe
- 24
- Axialkanal
- 25
- radiale Ausdehnung
- 26
- Eingang
- 27
- Außenkante
- 28
- axialer Abstand
- 29
- Welle
- 30
- Lagersitz
- 31
- Kontaktlippe
- 32
- Laufrille
- 33
- Getriebestufe
- 34
- Getriebegehäuse
- 35
- Wellenanschluss
- 36
- äußeres Wellenlager
- 37
- inneres Wellenlager
- 38
- Außenfläche
- 39
- Energiespeicherelement
- 40
- axialer Ringspalt
- 41
- Radialwandung
- 42
- Metall
- 43
- Axialsteg
- 44
- Bodensteg
- 45
- Spaltgegenfläche
- 46
- Zwischensteg
- 47
- Radialsteg
- 48
- Endsteg
- 49
- konventionelle Wellendichtungsanordnung
- 50
- konventionelles Vordichtungsblech
- 51
- konventionelle Axiallippe
- 52
- konventioneller Radialwellendichtring
