DE10259400A1

DE10259400A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE10259400A1
Application number: DE2002159400
Authority: DE
Inventors: Heinrich Hofmann; Jens Heim; Peter Niebling; Roland Langer
Original assignee: FAG Kugelfischer AG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine Dichtungsanordnung für zwei konzentrisch angeordnete Drehteile, die zumindest bereichsweise einen ringförmigen Spalt oder Zwischenraum bilden, in welchem ggf. umlaufende Wälzkörper angeordnet sein können, und der durch wenigstens ein ringförmiges Element abgedichtet ist; erfindungsgemäß ist außerhalb des von dem ringförmigen Dichtungselement abgedichteten Spaltbereichs ein scheibenförmiges Strömungsleitelement derart angeordnet, dass zwischen dem ringförmigen Dichtungselement und dem scheibenförmigen Strömungsleitelement ein Zwischenraum gebildet wird, in dem sich etwa radial verlaufend Stege, Rippen, (steife) Fahnen o. dgl. befinden, die bei Rotation der in dem Zwischenraum enthaltenen Luft eine Drehbewegung erteilen und aufgrund der daraus folgenden Zentrifugalkraft einen Unterdruck und/oder Sog erzeugen, der auf das Dichtungselement einwirkt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Dichtungsanordnung für zwei konzentrisch angeordnete Drehteile, die zumindest bereichsweise einen ringförmigen Spalt bilden, in welchem ggf. umlaufende Wälzkörper angeordnet sein können, und der durch wenigstens ein ringförmiges Element abgedichtet ist. Bei derartigen Drehteilen kann es sich insbesondere um den Innen- und Außenring eines Wälzlagers handeln, beispielsweise zur Lagerung der angetriebenen Vorderräder von Kraftfahrzeugen.
Bei einzeln aufgehängten Rädern eines Kraftfahrzeugs übernimmt ein Lenker bzw. – bei nicht angetriebenen Rädern – ein Achsschenkel die führende Ausrichtung eines Rads. Zur Lagerung derartiger Fahrzeugräder werden üblicherweise zwei einzelne, gegeneinander angestellte Lager zu einem zweireihigen Schrägkugellager mit Schmierung auf Lebenszeit und Abdichtringen zusammengefasst. Während zumindest die äußere Abdichtung bei nicht angetriebenen Rädern häufig mittels einer den Achsstummel lose umgreifenden, an der Radnabe festgelegten Kappe bewerkstelligt werden kann, ist eine solche Verfahrensweise bei angetriebenen Rädern nicht möglich. Denn dort durchgreift eine Welle, die einerseits mit dem Rad und andererseits mit einem Gleichlaufgelenk gekoppelt ist, den betreffenden Lenker und erfährt dort ihre Lagerung. Diese Lagerung muss an beiden Stirnseiten abgedichtet werden. Die hierbei verwendeten, elastischen Abdichtringe sind häufig mit metallischen Armierungen versteift, welche für eine stabile Lage der Abdichtringe und auch für einen hohen Anpressdruck ihrer Dichtlippen gegenüber dem jeweils anderen Lagerungsteil sorgen, damit das enthaltene Schmierfett über lange Zeiträume hinweg zuverlässig zurückgehalten werden kann. Dies bringt jedoch den erheb lichen Nachteil einer stärkeren Reibung mit sich, die den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs unnötig erhöht. Darüber hinaus verschleißen sich die Dichtlippen aufgrund der Reibung in einem unerwünschten Maß, so dass die Lebensdauerschmierung limitiert wird.

Aus diesen Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine gattungsgemäße Dichtungsanordnung derart weiterzubilden, dass die Reibung zwischen der Dichtlippe des Abdichtrings und dem der Dichtlippe gegenüberliegenden Drehteil zumindest bei Phasen mit erhöhter Beanspruchung, also im allgemeinen bei erhöhten Relativdrehzahlen, möglichst definiert verringert werden kann, ohne die Abdichtwirkung zu beeinträchtigen.

Die Lösung dieses Problems gelingt durch ein außerhalb des von dem ringförmigen Dichtungselement abgedichteten Spaltbereichs sowie derart angeordnetes, scheibenförmiges Strömungsleitelement, dass zwischen dem ringförmigen Dichtungselement und dem Strömungsleitelement ein Zwischenraum gebildet wird, in dem sich etwa radial verlaufende Stege, Rippen, (steife) Fahnen od. dgl. befinden, die bei Rotation der in dem Zwischenraum enthaltenen Luft eine Drehbewegung erteilen und aufgrund der daraus folgenden Zentrifugalkraft einen Unterdruck und/oder Sog erzeugen, der auf das Dichtungselement einwirkt.

Wenn die Dichtlippe so gestaltet ist, dass sie aufgrund eines Unterdrucks und/oder Sogs eine von dem gegenüberliegenden Drehteil etwa radial weg gerichtete Kraftkomponente erfährt, so wird ihr Anpressdruck drehzahlabhängig verringert, was zur Folge hat, dass bei starker Belastung die Reibung sinkt und somit einerseits die erforderliche Antriebsenergie und andererseits auch der Dichtungsverschleiß gesenkt werden kann. Damit die Dichtlippe eine Radial kraftkomponente erfährt, kann sie einen an den Zwischenraum angrenzenden (ringförmigen) Oberflächenbereich aufweisen, der entlang eines Schnitts quer durch den Abdichtring (in Längsrichtung der Rotationsachse der Drehteile) zumindest im eingebauten Zustand des Abdichtrings einen geneigten Verlauf zeigt (so dass ein rechtwinklig zu diesem Oberflächenbereich gerichteter Druckkraftvektor nicht parallel zu der Drehachse gerichtet ist, sondern stets auch eine radiale Kraftkomponente besitzt). Andererseits sollte die Elastizitätskonstante des eigentlichen Abdichtrings und der Querschnitt der Dichtlippe so eingestellt sein, dass die bei den zulässigen Höchstdrehzahlen maximal auftretende Unterdruck- bzw. Sogkraft – ggf. in Verbindung mit auf diese einwirkenden Fliehkräften – nicht in der Lage ist, die Dichtlippe von dem gegenüberliegenden Drehteil vollständig abzuheben, sondern nur zu entlasten. Dadurch wird die Abdichtfunktion nicht vollständig unterbrochen, und in dem abgedichteten Bereich enthaltenes Schmierfett kann nicht austreten. Auch der Zutritt von äußeren Verunreinigungspartikeln ist in vielen Anwendungsfällen bei hohen Drehzahlen verringert, gerade bei der Lagerung der Räder von Kraftfahrzeugen, da dort nur bei schnell fahrendem Auto erhöhte Relativdrehzahlen auftreten, also bspw. bei Fahrten auf der Autobahn, etc. In diesen Fällen ist die potentielle Verunreinigung jedoch geringer als bei naturgemäß langsamerer Fahrt über unwegsames Gelände wie bspw. einen Feldweg od. dgl. Im Rahmen der Erfindung sollen die Begriffe Unterdruck und Sog verwendet werden, um unterschiedliche physikalische Effekte zu beschreiben: Mit Unterdruck ist ein (statischer) Unterdruck gemeint, wenn bei konstanter Drehzahl und nach erfolgten Druckausgleichsströmungen die (aufgrund der Zentrifugalkraft verdünnte) Luft sich (in radialer und axialer Richtung) nicht mehr bewegt. Ein Sog wird dagegen durch eine (in radialer und/oder axialer Richtung) strömende Luft verursacht. Beide Effekte können vergleichbare Wirkungen auf die Dichtlippe ausüben und je nach Ausführungsform wahlweise oder auch miteinander kombiniert realisiert sein.

Es hat sich als günstig erwiesen, dass das Abdichtelement in einem Oberflächenbereich nahe der Dichtlippe, jedoch außerhalb derselben, derart gekrümmt ist, dass seine Krümmung um die Rotationsachse der Drehteile stärker ist als eine ggf. vorhandene (konvexe oder konkave) Krümmung in axialer Richtung. Dadurch erhält die Dichtlippe bei einem Schnitt quer durch das ringförmige Abdichtelement einen relativ flachen Verlauf, so dass sich die Unterdruck- bzw. Sogkräfte über diesen flachen Bereich hinweg vektoriell zu einer resultierenden Kraft mit einer ausgeprägten Radialkraftkomponente aufaddieren. Für eine optimale Kraftentfaltung sollte dieser Bereich entweder an die Dichtlippe direkt angrenzen oder ihr diametral gegenüberliegen. Aus dem selben Grund sollte der Neigungswinkel eines derartigen, querschnittlich flachen Oberflächenbereichs gegenüber der Rotationsachse der zueinander konzentrischen Drehteile möglichst gering sein, beispielsweise nicht mehr als 45°, vorzugsweise nicht mehr als 30°, insbesondere nicht mehr als 20° betragen; solchenfalls ist die Radialkomponente der Unterdruck- oder Sogkraft größer als ihre axiale Kraftkomponente.

Wenn der Abstand zwischen einer der eigentlichen Dichtlippe diametral gegenüberliegenden Linie der äußeren Oberfläche des Abdichtelements und dem scheibenförmigen Strömungsleitelement relativ klein ist, vorzugsweise kleiner als der Abstand zwischen dieser Linie und der Dichtlippe, so ergeben sich günstige Strömungsverhältnisse, welche einen ggf. mit einer Luftströmung einhergehenden Sog im Bereich der Dichtlippe maximieren. Optimale Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn im Bereich der Dichtlippe eine Strömungsverengung realisiert ist, welche eine lokale Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit mit sich bringt. Daraus folgt – ähnlich wie bei der Tragfläche eines Flugzeugs – ein die benachbarten Oberflächen in die Strömung hineinreißender Sog.

Die etwa radial verlaufenden Stege, Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. können jeweils eine rechteckige Grundfläche aufweisen oder eine etwa trapezförmige Grundfläche, deren Erstreckung lotrecht zu dem scheibenförmigen Element von ihrer radial innen liegenden Kante zu ihrer radial außen liegenden Kante hin abnimmt. Dieser Erfindungsgedanke lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die größte, axiale Erstreckung der etwa radial verlaufenden Stege, Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. größer ist als der halbe, mittlere Abstand zwischen Dichtungselement und scheibenförmigem Strömungsleitelement, vorzugsweise größer als 2/3 dieses Abstands. Je weiter die Stege zumindest im Bereich ihrer radial innen liegenden Kante an den Abdichtring heranreichen, um so geringer ist die Ausprägung von den Unterdruck bzw. Sog in diesem wichtigen Bereich mindernden Wirbeln. In dem radial weiter außen liegenden Bereich ist die Ausbildung von Wirbeln eher tolerierbar, so dass hier auch ein größerer Abstand der Stege, Rippen od. dgl. zu dem Abdichtring zu akzeptieren ist.

Indem die etwa radial verlaufenden Stege, Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. an dem scheibenförmigen Strömungsleitelement festgelegt oder angeformt sind, erfahren sie eine auch für hohe Drehzahlen ausreichende, mechanische Stabilisierung. Wahlweise, aber auch zusätzlich können die Stege, Rippen od. dgl. auch an einem scheibenförmigen, vorzugsweise metallischen Armierungselement des Abdichtrings angeformt sein. Dies bedingt allerdings, dass dieses nicht wie üblich von der Innenseite des abgedichteten Bereichs her zugänglich ist, sondern von dessen Außenseite.

Vorzugsweise ist das scheibenförmige Strömungsleitelement aus einem steifen Werkstoff, insbesondere Metall, gebildet. Durch eine Auswahl geeigneter Werkstoffe kann eine hohe, mechanische Stabilität erreicht werden. Um eine Korrosionsbeständigkeit zu erreichen, kann es bspw. aus Aluminium gefertigt sein, wodurch nebenbei Gewicht gespart wird. Wenn – wie oben ausgeführt – die Stege, etc. an dem scheibenförmigen Strömungsleitelement angeformt sind, so kann dieses Bauteil bspw. durch Druckguss hergestellt werden oder durch Tiefziehen.

Das scheibenförmige Strömungsleitelement sollte an dem bei normaler Bewegung (schneller) rotierenden Drehteil festgelegt sein. Um welches Drehteil es sich hierbei handelt, ist nach dem einzelnen Anwendungsfall zu entscheiden. Bei Fahrzeugrädern bspw. rotiert das jeweils mit dem Rad verbundene Teil schneller als ein führender Lenker oder ein nicht angetriebener Achsstummel.

Zur Befestigung des scheibenförmigen Strömungsleitelements empfiehlt die Erfindung, dieses mittels einer Presspassung an einem etwa (hohl-)zylindrischen Abschnitt des betreffenden Drehteils zu fixieren. Dadurch erfährt es gleichzeitig eine Zentrierung und Ausrichtung, welche das Auftreten einer Unwucht weitgehend ausschließt. Außerdem kann es solchenfalls zur Fixierung einfach auf bzw. in das betreffende Drehteil gesteckt werden.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass das scheibenförmige Strömungsleitelement an seiner der Befestigung dienenden Umfangskante einen umgebogenen oder umgebördelten Rand und/oder einen rohrförmigen Ansatz aufweist, der über bzw. in den zur Fixierung ausgewählten, (hohl-)zylindrischen Abschnitt des betreffenden Drehteils geschoben ist. Hierdurch ergibt sich eine verbreiterte Berührungsfläche zwischen Drehteil und dem scheibenförmigen Strömungsleitelement, welche eine optimale Ausrichtung des letzteren zur Folge hat.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der umgebogene Rand oder der rohrförmige Ansatz sich an der dem Zwischenraum zugewandten Seite des scheibenförmigen Strömungsleitelements erstreckt. Da sich auch die ggf. an dem Strömungsleitelement angeformten Stege an dieser Seite befinden, kann dadurch die gesamte, achsparallele Erstreckung des scheibenförmigen Strömungsleitelements minimiert werden.

Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass sich die etwa radial verlaufenden Stege, Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. bis zu dem umgebogenen Rand oder zu dem rohrförmigen Ansatz erstrecken. Dort können sie sich einerseits abstützen und damit zu einer weiteren Stabilisierung beitragen und verringern zusätzlich die Entstehung von Wirbeln in diesem Bereich.

Das scheibenförmige Strömungsleitelement erfährt eine weitere, stabilisierende Versteifung dadurch, dass die etwa radial verlaufenden Stege, Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. mit dem umgebogenen Rand oder dem rohrförmigen Ansatz verbunden sind.

Die axiale Erstreckung eines umgebogenen Randes oder eines rohrförmigen Ansatzes kann gleich oder größer sein als die entsprechende Erstreckung des angrenzenden Bereichs der etwa radial verlaufenden Stege, Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. Dadurch ergibt sich ein maximaler Halt des scheibenförmigen Strömungsleitelements.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, in dem scheibenförmigen Strömungsleitelement ein oder mehrere Ausnehmungen zum Luftdurchtritt vorzusehen, vorzugsweise jeweils in dem Bereich zwischen zwei benachbarten Rippen, Stegen od. dgl. Solchenfalls kann sich – insbesondere in Zusammenwirken mit einem Spalt zwischen der nicht fixierten Umfangskante des scheibenförmigen Strömungsleitelements und dem dieser gegenüberlie genden Drehteil – infolge der Zentrifugalbeschleunigung der in dem Zwischenraum rotierenden Luft eine radiale Strömung ausbilden, die einen zusätzlichen Sog auf die Dichtlippe auszuüben vermag.

Wenn sich die Ausnehmung(en) nahe der radial innenliegenden Kante oder der Befestigungskante bzw. des umgebogenen Randes oder rohrförmigen Ansatzes befindet(-en), so wird der gesamte Zwischenraum zwischen Abdichtring und scheibenförmigem Strömungsleitelement und damit auch der Bereich nahe der Dichtlippe von einer radialen Strömung umfasst.

Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass mehrere Ausnehmungen zum Luftdurchtritt äquidistant über den Umfang verteilt angeordnet sind. Dadurch werden starke Verwirbelungen aufgrund von unterschiedlichen Strömungsverhältnissen in unterschiedlichen „Kammern" des Zwischenraums vermieden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Beschreibung. Hierbei zeigt:
1 einen Querschnitt durch beide Ringe eines Wälzlagers im Bereich eines Wälzkörpers sowie durch eine außerhalb der Lauffläche angeordnete Dichtungseinrichtung; sowie
2 eine Stirnansicht auf ein erfindungsgemäßes Teil der Dichtungseinrichtung aus 1.
Das erfindungsgemäße Dichtungsprinzip wird in der Zeichnung anhand eines Wälzlagers 1 erläutert. Es kann sich hierbei z.B. um ein Lager für das angetriebene Vorderrad eines Kraftfahrzeugs handeln. Solchenfalls befinden sich zwischen einem ggf. zweigeteilten Innenring 2 und dem Außenring 3 zwei Reihen von kugelförmigen Wälzkörpern 4, deren Laufbahnen 5 schräg gestellt sind, so dass die Radialführung mit einer Lagestabilisierung der Radebene einhergeht. Ein in dem Zwischenraum 6 zwischen den beiden Lagerringen 2, 3 angeordneter Käfig 7 umschließt die Wälzkörper 4 und gewährleistet gleichmäßige Abstände derselben.
Der Bereich der Wälzkörper 4 und Laufbahnen 5 wird (vorzugsweise an beiden Stirnseiten 8 des Lagers 1) durch einen Abdichtring 9 vor eindringenden Partikeln geschützt. Zur Fixierung des Abdichtrings 9 ist im Bereich des stirnseitigen Rands der Innenseite 10 eine rundumlaufende, rillenförmige Vertiefung 11 vorgesehen, in welche der Abdichtring 9 mit einem rundumlaufenden, elastischen Ringfortsatz 12 eingeschnappt und dadurch fixiert wird. Der Abdichtring 9 erstreckt sich quer über den Ringspalt 6 bis zu dem Innenring 2 und liegt mit einer Dichtlippe 13 an seiner Innenkante an dem Innenring 2 dichtend an. Dadurch ist der Raum 6 innerhalb des Abdichtungsrings 9 völlig abgeschlossen und kann vorzugsweise vollständig mit Schmierfett ausgefüllt sein. Damit das bei Rotation nach außen gedrückte Schmierfett nicht zu einer Verformung des Abdichtrings 9 führt, ist dieser in seinem mittleren Bereich zwischen seiner innenliegenden Dichtlippe 13 und seinem außenliegenden Ringfortsatz 12 durch ein ringförmiges Metallblech 14 armiert. Zur Fixierung auf der Metallarmierung 14 kann deren Innen- und oder Außenrand von dem elastischen Abdichtring 9 umgebend ausgebildet sein; dabei kann die Metallarmierung vollständig oder nur an einer Stirnseite eingehüllt sein. Zu ihrer Versteifung kann die Metallarmierung 14 an ihrem Innen- und/oder Außenumfang vorzugsweise nach innen (in Richtung der betreffenden Laufbahn 5 hin) umgebördelte Ränder 15 aufweisen.
Der Bereich der Dichtlippe 13 kann zusätzlich federnd gestaltet sein, indem zwischen dem betreffenden Rand der Armierung 14 und der Dichtlippe eine sickenförmige Vertiefung 16 eingeformt ist, deren Tiefe vorzugsweise größer ist als die Stärke des Armierungsblechs 14, so dass sich die Dichtlippe 13 nicht direkt auf dem Rand der Armierung 14 abstützt und statt dessen einen radialen Freiheitsgrad der Bewegung erfährt. Vorzugsweise befindet sich die sickenförmige Vertiefung 16 an der Außenseite des Abdichtrings 9.
An der Außenseite des Abdichtrings 9 befindet sich ein scheibenförmiges Strömungsleitelement 17, welches für sich genommen in 2 wiedergegeben ist. Es hat eine ringförmige Gestalt mit einem etwa L-förmigen Querschnitt (vgl. 1), dessen beide Schenkel 18,19 vorzugsweise in einem rechten Winkel zueinander verlaufen. Ein Schenkel 18 des L-förmigen Querschnitts verläuft etwa parallel zu der Grundebene des Wälzlagers 1; der betreffende Teil des Strömungsleitelements 17 hat die Form einer flachen Scheibe oder allenfalls eine leicht kegelförmige Gestalt. Der andere Schenkel 19 des L-förmigen Querschnitts bildet einen etwa zylindrischen Ansatz an dem inneren Umfang des ersten, etwa scheibenförmigen Teils 18. Dieser Ansatz 19 könnte bspw. durch Umbiegen eines radial innenliegenden Randbereichs eines scheibenförmigen Blechzuschnitts gebildet sein.
Der an der radial innen gelegenen Seite des Ansatzes 19 gemessene Durchmesser ist nach Art einer Presspassung minimal kleiner als der Außendurchmesser des betreffenden, zylindrischen Abschnitts des Innenrings 2, so dass das scheibenförmige Strömungsleitelement 17 durch Aufschieben auf den Innenring unverrückbar festlegbar ist. Bevorzugt wird das Strömungsleitelement 17 dabei so aufgeschoben, dass sein zylindrischer Ansatz 19 nach innen in Richtung zu der Dichtlippe 13 ausgerichtet ist. Ein (minimaler) Abstand zwi schen dem äußersten Rand dieses zylindrischen Ansatzes 19 und der Dichtlippe 13 erlaubt letzterer eine reibungsfreie Radialbewegung.
Wie aus 2, die eine Ansicht auf die Innenseite 20 des Strömungsleitelements 17 zeigt, weiter zu entnehmen ist, befinden an dieser Innenseite 17, die im eingebauten Zustand dem Abdichtring 9 benachbart ist, mehrere, im vorliegenden Fall sechs äquidistant über den Umfang verteilt angeordnete, flächige Stege 21. Die Grundfläche aller dieser Stege liegt jeweils in bezüglich der Rotationsachse des Wälzlagers 1 radial-axialen Ebenen. Die Grundform dieser Stege ist vorzugsweise rechteckig oder trapezförmig, könnte aber auch anders gestaltet sein. In dem dargestellten Beispiel entspricht die radiale Erstreckung der flächigen bzw. fahnenartigen Stege 21 der entsprechenden Erstreckung des scheibenförmigen Teils 18 des Strömungsleitelements 17; ihre axiale Erstreckung ist etwas kleiner als die betreffende Erstreckung des zylindrischen Ansatzes 19 und nimmt außerdem von der radial inneren Kante zu der äußeren Kante hin stetig und gleichförmig ab. Die Stege 21 sind vorzugsweise sowohl mit dem scheibenförmigen Teil 18 des Strömungsleitelements 17 als auch mit dem zylindrischen Ansatz 19 verbunden bzw. herstellungstechnisch zusammengeformt (bspw. durch einen gemeinsamen Spritzgussverfahrensschritt) und tragen daher erheblich zur Versteifung des Strömungsleitelements 17 bei.
Bei der dargestellten Ausführungsform eines Wälzlagers 1 für ein angetriebenes Vorderrad eines Kraftfahrzeugs ist der Innenring 2 auf einer das Rad tragenden Antriebswelle aufgeschoben und rotiert daher mit der Umdrehungszahl des betreffenden Rades, während der Außenring 3 bspw. in einer Buchse eines Lenkers aufgenommen ist und daher stillsteht. Aus diesem Grund rotiert das Strömungsleitelement 17 beim Anfahren des betreffenden Fahrzeugs mit einer zur Fahrgeschwindigkeit proportionalen Umdrehungszahl. Mit zunehmender Umdrehungszahl wird durch die flügel- bzw. fahnenartigen Stege 21 die Luft in dem Raum 22 zwischen Abdichtring 9 und Strömungsleitelement ebenfalls in Rotation versetzt und erfährt eine nach außen gerichtete Zentrifugalbeschleunigung, welche zu einer Druckreduzierung in dem radial innen liegenden Bereich des Zwischenraums 22, wo sich die Dichtlippe 13 befindet, führt. Die Luft kann zu diesem Zweck durch einen Spalt 23 zwischen dem Außenumfang des Strömungsleitelements 17 und dem Außenring 3 entweichen 25.
Infolge eines solchen (statischen) Unterdrucks in dem Zwischenraum 22 sinkt die auf die radial innen liegende Seite 24 bzw. Flanke der Sicke 16 ausgeübte Druckkraft, wodurch der Anpressdruck der Dichtlippe 13 reduziert wird. Dadurch wird deren Verschleiß und auch die zur Überwindung der Reibung erforderliche Energie gemindert. Die Parameter der Gesamtanordnung, insbesondere die Elastizität der Dichtlippe 13 und des an die Sicke 16 angrenzenden Bereichs, sind dabei vorzugsweise so eingestellt, dass sich auch bei der erreichbaren Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs die Dichtlippe 13 nicht von dem Innenring abhebt, so dass die Abdichtwirkung intakt bleibt.
Falls andererseits eine noch stärkere Entlastung der Dichtlippe 13 gewünscht wird, können in dem scheibenförmigen Teil 18 des Strömungsleitelements 17 in der Nähe des zylindrischen Ansatzes 19 eine oder mehrere Ausnehmungen 26 zum Luftdurchtritt 27 vorgesehen sein. Im Idealfall kann pro „Kammer", d.h. zwischen jeweils zwei benachbarten Stegen 21, je eine Ausnehmung 26 vorhanden sein. Solchenfalls wird infolge des von einer Rotation des Strömungsleitelements 17 und dessen Stegen 21 erzeugten Unterdrucks innerhalb des Zwischenraums 22 Luft von außerhalb des Strömungsleitelements 17 durch dessen Ausnehmungen 26 in den Zwischenraum 22 gesogen, dort nach radial außen beschleunigt und durch den Spalt 24 nach außen abgegeben. Es entsteht demnach eine kontinuierliche Luftströmung durch den Zwischenraum 22, wie sie in 1 eingezeichnet ist.
Diese Luftströmung hat die physikalische Eigenschaft, auf benachbarte Oberflächenbereiche, also insbesondere auch auf die radial innen liegende Seite 24 der sickenförmigen Vertiefung 16 oder eine sonstige Oberseite der Dichtlippe 13, einen Sog auszuüben. Dieser Sog führt wie auch der (statische) Unterdruck zu einer Entlastung der Dichtlippe 13.
Die Sogwirkung der (radialen) Luftströmung innerhalb des Zwischenraums 22 ist an Verengungsbereichen der Strömung am größten, da dort die Strömungsgeschwindigkeit maximal ist. Aus diesem Grund kann die Sogwirkung an der Dichtlippe bei Bedarf dadurch weiter verstärkt werden, indem nahe der Dichtlippe eine Strömungsverengung vorgesehen wird. Dies könnte bspw. dadurch erreicht werden, dass an der Innenseite 20 des scheibenförmigen Teils 18 des Strömungsleitelements 17 radial außerhalb des zylindrischen Ansatzes 19 und auch außerhalb der Luftdurchtrittsausnehmungen 26 eine ringförmige Rippe vorgesehen ist (in der 1 aus Platzgründen nicht eingezeichnet), die – vorzugsweise schräg nach radial innen – bis oberhalb der Dichtlippe 13 oder gar bis in die sickenförmige Vertiefung 16 hineinragt und die Luftströmung zwingt, ganz knapp oberhalb der Dichtlippe 13 entlang zu streifen. Die dort sodann erhöhte Strömungsgeschwindigkeit maximiert die radial nach außen gerichtete Sogwirkung an der Dichtlippe 13.

Claims

Dichtungsanordnung für zwei konzentrisch angeordnete Drehteile (2,3), die zumindest bereichsweise einen ringförmigen Spalt oder Zwischenraum (6) bilden, in welchem ggf. umlaufende Wälzkörper (4) angeordnet sein können, und der durch wenigstens ein ringförmiges Element (9) abgedichtet ist, gekennzeichnet durch ein außerhalb des von dem ringförmigen Dichtungselement (9) abgedichteten Spaltbereichs (6) sowie derart angeordnetes, scheibenförmiges Strömungsleitelement (17), dass zwischen dem ringförmigen Dichtungselement (9) und dem scheibenförmigen Strömungsleitelement (17) ein Zwischenraum (22) gebildet wird, in dem sich etwa radial verlaufende Stege (21), Rippen, (steife) Fahnen od. dgl. befinden, die bei Rotation der in dem Zwischenraum (22) enthaltenen Luft eine Drehbewegung erteilen und aufgrund der daraus folgenden Zentrifugalkraft einen Unterdruck und/oder Sog erzeugen, der auf das Dichtungselement (9) einwirkt.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (9) in einem Oberflächenbereich (24) nahe seiner Dichtlippe (13), jedoch außerhalb derselben, derart gekrümmt ist, dass seine Krümmung um die Rotationsachse der Drehteile (2,3) stärker ist als eine ggf. vorhandene (konvexe oder konkave) Krümmung in axialer Richtung.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel eines derartigen, in axialer Richtung relativ gering gekrümmten Oberflächenbereichs (24) gegenüber der Rotationsachse der zueinander konzentrischen Drehteile (2,3) kleiner ist als 45, vorzugsweise kleiner als 30°, insbesondere kleiner als 20°.
Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen einer der eigentlichen Dichtlippe (13) diametral gegenüberliegenden Linie der äußeren Oberfläche (24) des Dichtungselements (9), insbesondere im Bereich einer an die Dichtlippe (13) anschließenden, sickenförmigen Vertiefung (16), und einem Teil des Strömungsleitelements (17) kleiner ist als der Abstand dieser Linie zu der Dichtlippe (13) und/oder dem dieser gegenüberliegenden, radial innenliegenden Drehteil (2,3).
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die etwa radial verlaufenden Stege (21), Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. jeweils eine rechteckige Grundfläche aufweisen oder eine etwa trapezförmige Grundfläche, deren Erstreckung lotrecht zu dem scheibenförmigen Strömungsleitelement (17) von ihrer radial innen liegenden Kante zu ihrer radial außen liegenden Kante hin abnimmt.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die größte, axiale Erstreckung der etwa radial verlaufenden Stege (21), Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. größer ist als der halbe, mittlere Abstand zwischen dem Dichtungselement (9) einerseits und dem scheibenförmigem Strömungsleitelement (17) andererseits, vorzugsweise größer als 2/3 dieses Abstands.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die etwa radial verlaufenden Stege (21), Rippen (steifen) Fahnen od. dgl. an dem scheibenförmigen Strömungsleitelement (17) festgelegt oder angeformt sind.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Strömungsleitelement (17) aus einem steifen Werkstoff, insbesondere Metall, gebildet ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Strömungsleitelement (17) an dem bei normaler Bewegung (schneller) rotierenden Drehteil (2,3) festgelegt ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Strömungsleitelement (17) mittels einer Presspassung an einem etwa (hohl-)zylindrischen Abschnitt des betreffenden Drehteils (2,3) festgelegt ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Strömungsleitelement (17) an seiner der Befestigung dienenden Umfangskante einen umgebogenen oder umgebördelten Rand (19) und/oder einen rohrförmigen Ansatz aufweist, der über bzw. in den zur Fixierung ausgewählten, (hohl-)zylindrischen Abschnitt des betreffenden Drehteils (2,3) geschoben ist.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der umgebogene Rand (19) oder der rohrförmige Ansatz sich an der dem Zwischenraum (22) zugewandten Seite (20) des scheibenförmigen Strömungsleitelements (17) erstreckt.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die etwa radial verlaufenden Stege (21), Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. bis zu dem umgebogenen Rand (19) oder rohrförmigen Ansatz erstrecken.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die etwa radial verlaufenden Stege (21), Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl. mit dem umgebogenen Rand (19) oder dem rohrförmigen Ansatz versteifend verbunden sind.
Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des umgebogenen Randes (19) oder eines rohrförmigen Ansatzes gleich oder größer ist als die entsprechende Erstreckung des angrenzenden Bereichs der etwa radial verlaufenden Stege (21), Rippen, (steifen) Fahnen od. dgl.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem scheibenförmigen Strö mungsleitelement (17) ein oder mehrere Ausnehmungen (26) zum Luftdurchtritt (27) befinden, vorzugsweise jeweils in dem Bereich zwischen zwei benachbarten Stegen (21), Rippen od. dgl.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmungen) (26) nahe der radial innen liegenden Kante oder der Befestigungskante des Strömungsleitelements (17) bzw. des umgebogenen Randes (19) oder rohrförmigen Ansatzes befindet(-en).
Dichtungsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausnehmungen (26) zum Luftdurchtritt (27) äquidistant über den Umfang des Strömungsleitelements (17) verteilt angeordnet sind.