DE10140837C1

DE10140837C1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE10140837C1
Application number: DE10140837A
Authority: DE
Inventors: Juergen Kurth
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: GB2378991B; US6913264B2; FR2828921B1; ES2245145B1; FR2828921A1; GB2378991A; ES2245145A1; GB0218134D0; US20040046331A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (1) zur Abdichtung eines Gehäuses (2) gegenüber einer Welle (3), die aufweist ein erstes ringförmiges Trägerelement (4), das mit dem Gehäuse (2) in Verbindung steht, ein zweites ringförmiges Trägerelement (5), das mit der Welle (3) in Verbindung steht und eine erste Dichtung (6), die mit einem der beiden Trägerelemente (4, 5) verbunden ist und die mit dem anderen Trägerelement (5, 4) reibend in Kontakt steht. Zur Verbesserung der Dichtfunktion der Dichtungsanordnung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Trägerelement (5), mit dem die erste Dichtung (6) nicht verbunden ist, eine zweite Dichtung (7) angeordnet ist, die reibend an dem Maschinenteil (2) anläuft, mit dem das andere Trägerelement (4) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten Maschinenteils, insbesondere eines Gehäuses, gegenüber einem zweiten Maschinenteil, insbesondere einer Getriebe- oder Motorwelle, die aufweist:

- ein erstes ringförmiges Trägerelement, das vorzugsweise im Schnitt L- förmig ausgebildet ist, das mit dem ersten Maschinenteil in Verbindung steht,
- ein zweites ringförmiges Trägerelement, das vorzugsweise im Schnitt L- förmig ausgebildet ist, das mit dem zweiten Maschinenteil in Verbindung steht,
- eine erste Dichtung, die mit einem der beiden Trägerelemente, vorzugsweise mit dem ersten Trägerelement, verbunden ist und die mit dem anderen Trägerelement, vorzugsweise mit dem zweiten Trägerelement, reibend in Kontakt steht,

wobei an dem Trägerelement, mit dem die erste Dichtung nicht verbunden ist, eine zweite Dichtung angeordnet ist, die reibend an dem Maschinenteil anläuft, mit dem das andere Trägerelement verbunden ist.

Dichtungsanordnungen der eingangs genannten Gattung sind als Kassettendichtungen bekannt. Eine solche Dichtung wird beispielsweise in der DE 44 38 947 C2, der DE 196 16 305 A1, der DE 199 38 246 C1 und der US 4,516,783 beschrieben. Durch die als Kassette ausgebildete Dichtung ist ein besonders einfacher Montagevorgang der Dichtungsanordnung möglich.

Die Leistungsanforderungen an die Dichtungsanordnungen der beschriebenen Art werden immer größer. Beispielsweise besteht im Bereich des Kraftfahrzeugbaus die Forderung, dass die Dichtung auch dann zuverlässig abdichten muss, wenn eine Fahrzeugachse, die mit einer solchen Dichtungsanordnung ausgestattet ist, vorübergehend unter Wasser steht; auch in diesem Falle muss die Dichtung fluidundurchlässig sein, so dass das Lager der Kurbelwellenlagerung geschützt bleibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Vergleich zu vorbekannten Dichtungen eine noch bessere Fähigkeit zur Abdichtung gegen ein Fluid aufweist, das die Dichtungsanordnung von einer Seite her beaufschlagt und die Tendenz hat, zur anderen Seite der Dichtung zu fließen. Die Dichtungsanordnung soll sich auch durch eine besonders gute Montagemöglichkeit auszeichnen.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung zumindest über definierte Umfangsabschnitte sich axial erstreckende Höcker aufweist, die in Richtung auf das andere Trägerelement gerichtet sind. Die Montage der gesamten Dichtungsanordnung kann dadurch vereinfacht werden. Diese Höcker können an der Kontaktfläche zum anderen Trägerelement mit einer PTFE- Beschichtung versehen sein, was die Reibung an dieser Stelle reduziert.

Gemäß einer ersten Fortbildung ist vorgesehen, dass das erste Maschinenteil ruht und das zweite Maschinenteil relativ zum ersten Maschinenteil rotiert. Besonders bevorzugt ist die zweite Dichtung scheibenförmig ausgebildet. Weiterhin ergibt sich dann ein reibungsarmer Lauf der Dichtungsanordnung, wenn die zweite Dichtung aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) besteht.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die zweite Dichtung im reibenden Kontaktbereich mit dem Maschinenteil eine im Querschnitt im wesentlichen viertelkreisförmige Kontur aufweist. Insbesondere kann der viertelkreisförmige Abschnitt der zweiten Dichtung eine Öffnung bilden, die vom Trägerelement, mit dem die erste Dichtung verbunden ist, abgewandt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass Fluid, das die. Dichtungsanordnung von einer Seite her beaufschlagt, eine Anpresswirkung der zweiten Dichtung an das Maschinenteil hervorruft, an dem diese Dichtung reibend anläuft.

Damit gegebenenfalls doch eingedrungenes Fluid aus dem Dichtungsbereich herausgefördert werden kann, ist fortbildungsgemäß vorgesehen, dass im reibenden Kontaktbereich zwischen der zweiten Dichtung und dem Maschinenteil, an dem diese Dichtung anläuft, in die Oberfläche der Dichtung oder in die Oberfläche des Maschinenteils spiralförmig verlaufende Nuten eingebracht sind, die bei Rotation der zweiten Dichtung relativ zum Maschinenteil eine Fluidförderwirkung erzeugen.

Die Anbindung der ersten Dichtung an das eine Trägerelement und/oder die Anbindung der zweiten Dichtung an das andere Trägerelement kann mittelbar durch elastomeres Material erfolgen.

Die Trägerelemente können mit einer statischen Dichtung an dem jeweiligen Maschinenteil anliegen. Hinsichtlich der Ausbildung dieser statischen Dichtung kann vorgesehen sein, dass diese über den Umfang verteilt eine Anzahl radial hervortretender Stege aufweist, die zumindest weitgehend in Achsrichtung der Dichtungsanordnung verlaufen; zwischen der Längsachse der Stege und der Achsrichtung der Dichtungsanordnung kann insbesondere ein geringfügiger Winkel eingeschlossen sein. Besonders bevorzugt liegt dieser zwischen 3° und 10°. Diese Ausbildung führt dazu, dass sich die Dichtungsanordnung leicht montieren lässt und im Betrieb ein günstiges Laufverhalten aufweist, was später noch erläutert wird.

Die Stege können im nicht montierten Zustand der Dichtungsanordnung mit Vorteil einen Innendurchmesser aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser des zweiten Maschinenteils.

Im axialen Endbereich der Stege können zur Verbesserung der statischen Abdichtung über den gesamten Umfang umlaufende Dichtlippen angeordnet sein.

Die Montage wird insbesondere dadurch verbessert, dass das eine Trägerelement das eine Maschinenteil hülsenartig umfasst und zwischen Trägerelement und Maschinenteil eine Spiel- oder Übergangspassung vorliegt.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Dichtungsanordnung wird eine sehr zuverlässige Dichtung geschaffen, die auch unter relativ hohem Überdruck die Dichtfunktion aufrecht erhält. Gleichzeitig kann die Dichtungsanordnung in einfacher Weise montiert werden, wobei sich trotzdem im Betrieb ein günstiges Laufverhalten ergibt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Radialschnitt durch eine Dichtungsanordnung,

Fig. 2 schematisch in dreidimensionaler Ansicht das zweite Trägerelement, nämlich den Laufring, der Dichtungsanordnung.

Die in Fig. 1 dargestellte Dichtungsanordnung 1 dichtet ein erstes Maschinenteil 2, nämlich ein Gehäuse, von einem zweiten Maschinenteil 3, nämlich einer Welle, ab. Die Dichtungsanordnung 1 ist als Kassettendichtung ausgeführt. Hierzu ist ein erstes Trägerelement 4 als Einlegeblech vorgesehen sowie ein zweites Trägerelement 5 als Laufring der Dichtung. Am ersten Trägerelement 4 ist über Elastomermaterial 11 eine erste Dichtung 6 angebunden. Diese erste Dichtung 6 läuft im montierten Zustand der Dichtungsanordnung 1 am sich axial und hülsenförmig erstreckenden linken Endteil des zweiten Trägerelements 5 an.

Am Laufring, also am zweiten Trägerelement 5, ist eine zweite Dichtung 7 angeordnet, die über Elastomermaterial 12 angebunden ist. Diese zweite Dichtung 7 läuft in einem Kontaktbereich 8 zwischen zweiter Dichtung 7 und Gehäuse 2 reibend an. Wie zu sehen ist, bildet die zweite Dichtung 7 in diesem Bereich einen viertelkreisförmigen Abschnitt 9. Die Öffnung 10 dieses viertelkreisförmigen Abschnitts 9 der zweiten Dichtung 7 ist dabei von der ersten Dichtung 6 weg gerichtet. Damit wird erreicht, dass bei fluidischem Druck von der rechten Seite gemäß Fig. 1 das radial außen liegende Ende der zweiten Dichtung 7 an das Gehäuse 2 angepresst wird, was den Eintritt von Fluid in Richtung erster Dichtung 6 verhindert bzw. erschwert. Sollte dennoch Fluid in die Dichtungsanordnung von rechts eingetreten sein, schafft eine nicht dargestellte spiralförmig verlaufende Nut im Gehäuse 2 bzw. im radial außen liegenden Bereich der zweiten Dichtung 7 einen Rückfördereffekt in an sich bekannter Weise.

Das erste Trägerelement 4 ist über eine statische Dichtung 14 zum Gehäuse 2 hin abgedichtet. In entsprechender Weise ist auch das zweite Trägerelement 5 über die statische Dichtung 15 zur Welle 3 hin abgedichtet.

Die statische Dichtung 15 zwischen Laufring 5 und Welle 3 ist dabei wie folgt ausgeführt: Wie insbesondere in Fig. 2 zu sehen ist, sind Stege 16 über den Umfang des Laufrings 5 äquidistant verteilt. Diese Stege haben im Ausführungsbeispiel annähernd die Form eines halben Zylinders. Sie stehen in Richtung auf die Welle 3 hin radial vor, wobei der Innendurchmesser D_S der Stege 16 im nicht montierten Zustand der Dichtungsanordnung geringer ist als der Durchmesser D_W des zweiten Maschinenteils, also der Welle 3. Dadurch liegen im montierten Zustand die Stege 16 mit Vorspannung an der Welle 3 an. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Längsachse 17 der Stege 16 unter einem geringfügigen Winkel α zur Achsrichtung der Dichtungs anordnung schräg gestellt sind.

In Achsrichtung betrachtet, werden die Stege 16 beidseitig von je einer umlaufenden statischen Dichtlippe 18 bzw. 19 begrenzt, die für eine optimale statische Dichtung sorgen.

Durch diese Ausgestaltung wird folgendes erreicht: Zwecks Montage kann die gesamte Dichtungsanordnung 1 als Einheit axial auf die Welle 3 und in die Bohrung des Gehäuses 2 auf bzw. eingeschoben werden. Die sich axial in Richtung des Einlegeblechs 4 erstreckenden Höcker 13 - die, wie Fig. 2 zeigt, in Umfangsrichtung abschnittsweise ausgebildet sein können - drücken während der Montage auf das Einlegeblech 4, so dass die gesamte Dichtungsanordnung 1 in ihre Endposition axial vorangeschoben werden kann.

Im Betrieb ist aufgrund einer PTFE-Beschichtung der Höcker 13 an dieser Stelle nur eine geringe Reibung am Einlegeblech 4 vorhanden, die sich nicht störend auswirkt. Allerdings strebt die Dichtungsanordnung 1 im Betrieb ohnehin eine Position an, bei der kein Kontakt zwischen Höcker 13 und Einlegeblech 4 vorhanden ist und zwar aus folgendem Grunde: Durch die unter einem geringfügigen Winkel α angeordneten Stege 16 wird im Betrieb der Dichtungsanordnung ein geringfügiger Rückstelleffekt bewirkt, der zu einem minimalen Abrücken der Höcker 13 vom Einlegeblech 4 führt. Das asymmetrische Profil der statischen Dichtelemente 14, 15 ist also so ausgebildet, dass die Rückstellkräfte aus dem Elastomermaterial den Höcker 13 vom Einlegeblech 4 abrücken. An dieser Stelle tritt im Betrieb der Dichtungsanordnung also keine Reibung auf.

Die Montage der Dichtungsanordnung wird im übrigen durch eine Spiel- bzw. Übergangspassung zwischen Welle 3 und zweiten Trägerelement 5 erleichtert. Begünstigt wird die Montage auch dadurch, dass die Flanken der Stege 16 asymmetrisch ausgebildet sind.

Mit dem vorgeschlagenen Konzept wird insbesondere eine nachträgliche Wellenmontage bei Einsatz einer Kassettendichtung möglich. Die Dichtungsanordnung gewährleistet einen positionsgenauen Sitz des Laufrings 5 zur ersten Dichtung 6; die Abdichtung gegen Öl wird dabei von der ersten Dichtung 6 wahrgenommen, während die zweite Dichtung 7 primär zum Abweisen von Schmutz und Wasser dient. Damit eignet sich die Dichtungsanordnung besonders im Kraftfahrzeugbereich bei Offroad- Anwendungen.

Die zweite Dichtung 7 ist so gestaltet, dass Mediendruck von außen die Dichtfunktion dieser Dichtung gegen die Bohrung im Gehäuse 2 unterstützt. Trotzdem eingedrungene Medien können durch die Zentrifugalwirkung des Laufrings 5 nach außen gefördert werden und dort - besonders bevorzugt durch Anordnung spiralförmig verlaufender Nuten an dieser Stelle - wieder aus der Dichtungsanordnung entfernt werden.

Bezugszeichenliste

1

Dichtungsanordnung

2

erstes Maschinenteil (Gehäuse)

3

zweites Maschinenteil (Welle)

4

erstes Trägerelement (Einlegeblech)

5

zweites Trägerelement (Laufring)

6

erste Dichtung

7

zweite Dichtung

8

reibender Kontaktbereich zwischen zweiter Dichtung und Maschinenteil

9

viertelkreisförmiger Abschnitt der zweiten Dichtung

10

Öffnung des viertelkreisförmigen Abschnitts der zweiten Dichtung

11

,

12

Elastomermaterial

13

Höcker

14

statische Dichtung zwischen Gehäuse und erstem Trägerelement

15

statische Dichtung zwischen Welle und zweitem Trägerelement

16

Stege der statischen Dichtung

15

17

Längsachse der Stege

16

18

,

19

umlaufende statische Dichtlippen
D_S

Innendurchmesser der Stege

16

D_W

;Durchmesser des zweiten Maschinenteils
α Winkel zwischen der Längsachse der Stege

16

und Achsrichtung der Dichtungsanordnung

Claims

1. Dichtungsanordnung (1) zur Abdichtung eines ersten Maschinenteils (2), insbesondere eines Gehäuses, gegenüber einem zweiten Maschinenteil (3), insbesondere einer Getriebe- oder Motorwelle, die aufweist:
ein erstes ringförmiges Trägerelement (4), das mit dem ersten Maschinenteil (2) in Verbindung steht,
ein zweites ringförmiges Trägerelement (5), das mit dem zweiten Maschinenteil (3) in Verbindung steht,
eine erste Dichtung (6), die mit einem der beiden Trägerelemente (4, 5) verbunden ist und die mit dem anderen Trägerelement (5, 4) reibend in Kontakt steht,
wobei an dem Trägerelement (5), mit dem die erste Dichtung (6) nicht verbunden ist, eine zweite Dichtung (7) angeordnet ist, die reibend an dem Maschinenteil (2) anläuft, mit dem das andere Trägerelement (4) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Dichtung (7) zumindest über definierte Umfangsabschnitte sich axial erstreckende Höcker (13) aufweist, die in Richtung auf das andere Trägerelement (4) gerichtet sind.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringförmige Trägerelement (4) im Schnitt L-förmig ausgebildet ist, dass das zweite ringförmige Trägerelement (5) im Schnitt L-förmig ausgebildet ist und dass die erste Dichtung (6) mit dem ersten Trägerelement (4) verbunden ist und reibend mit dem zweiten Trägerelement (5) in Kontakt steht.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenteil (2) ruht und das zweite Maschinenteil (3) relativ zum ersten Maschinenteil (2) rotiert.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (7) scheibenförmig ausgebildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (7) aus PTFE besteht.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (7) im reibenden Kontaktbereich (8) mit dem Maschinenteil (2) eine im Querschnitt im wesentlichen viertelkreisförmige Kontur aufweist.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der viertelkreisförmige Abschnitt (9) der zweiten Dichtung (7) eine Öffnung (10) bildet, die vom Trägerelement (4), mit dem die erste Dichtung (6) verbunden ist, abgewandt ist.

8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im reibenden Kontaktbereich (8) zwischen zweiter Dichtung (7) und Maschinenteil (2) in die Oberfläche der Dichtung (7) oder in die Oberfläche des Maschinenteils (2) spiralförmig verlaufende Nuten eingebracht sind, die bei Rotation der zweiten Dichtung (7) relativ zum Maschinenteil (2) eine Fluidförderwirkung erzeugen.

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung der ersten Dichtung (6) an das eine Trägerelement (4) und/oder die Anbindung der zweiten Dichtung (7) an das andere Trägerelement (5) mittelbar durch elastomeres Material (11, 12) erfolgt.

10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (4, 5) mittels einer statischen Dichtung (14, 15) am Maschinenteil (2, 3) anliegt.

11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Dichtung (15) über den Umfang verteilt eine Anzahl radial hervortretender Stege (16) aufweist, die zumindest weitgehend in Achsrichtung der Dichtungsanordnung verlaufen.

12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Längsachse (17) der Stege (16) und der Achsrichtung der Dichtungsanordnung ein geringfügiger Winkel (α) eingeschlossen ist.

13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 3° und 10° liegt.

14. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (16) im nichtmontierten Zustand der Dichtungsanordnung einen Innendurchmesser (D_S) aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser (D_W) des zweiten Maschinenteils (3).

15. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im axialen Endbereich der Stege (16) über den gesamten Umfang umlaufende Dichtlippen (18, 19) angeordnet sind.

16. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Trägerelement (5) das eine Maschinenteil (3) hülsenartig umfasst und zwischen Trägerelement (5) und Maschinenteil (3) eine Spiel- oder Übergangspassung vorliegt.