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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtungselement, das an einem Trägerelement angeordnet ist, wobei das Trägerelement mit einem Gehäuse verbunden ist, wobei das Dichtungselement ein bewegliches, insbesondere rotierendes, Maschinenteil kontaktiert, um eine Ölseite gegen eine Luftseite abzudichten, wobei das Trägerelement lösbar mittels eines Schnellverschlusses am Gehäuse angeordnet ist, bei dem mindestens eine an dem Trägerelement oder an dem Gehäuse angeordnete keilförmig ausgebildete Fläche durch Drehung des Trägerteils relativ zum Gehäuse um die Drehachse des Maschinenteils in Achsrichtung des Maschinenteils an eine Gegenfläche gezogen wird und damit das Trägerteil mit dem Gehäuse verspannt, und wobei an der mindestens einen keilförmig ausgebildeten Fläche mindestens ein Zentrierelement angeordnet ist, das sich in radiale Richtung erstreckt und zum Zusammenwirken mit einer Zentrierfläche am Gehäuse ausgebildet ist.
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Aus der
EP 1 450 081 A1 ist eine gattungsgemäße Dichtungsanordnung bekannt, bei der ein mit einem Trägerelement verbundenes Dichtungselement an einem Gehäuse mittels eines Schnellverschlusses in Form einer Bajonettverbindung angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die Montage der Dichtungsanordnung relativ einfach gestaltet. Besonders bevorzugt kommt die vorbekannte Dichtungsanordnung bei Verbrennungsmotoren zum Einsatz, wobei eine Welle des Motors zwischen einer Öl- und einer Luftseite abgedichtet werden muss.
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Bekannt ist auch aus der
DE 199 04 862 C1 eine Dichtungsanordnung, bei der eine Dichtlippe aus Polytetraflouräthylen (PTFE) zum Einsatz kommt, die mit einem Trägerelement verbunden ist. Das Trägerelement wiederum ist an einem Gehäuse angeordnet. Die PTFE-Dichtung hat eine trichterförmige Kontur und liegt reibend an der abzudichtenden Welle an. Ähnliche Lösungen gehen aus der
DE 100 24 026 A1 und aus der
DE 102 15 187 A1 hervor.
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Nachteilig ist bei der vorbekannten Lösung, bei der das Trägerelement mittels einer Bajonettverbindung am Gehäuse festgelegt wird, dass es mitunter relativ schwierig ist, das Dichtungselement relativ zum abzudichtenden Maschinenteil zu zentrieren. Da notwendigerweise ein gewisses Montagespiel in radiale Richtung vorhanden sein muss, um die Montage einfach zu gestalten, kann es zu Abweichungen in radiale Richtung zwischen Dichtungselement und Welle kommen, was sich nachteilig auf die Dichtfähigkeit der Dichtungsanordnung auswirken kann.
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Dies trifft in besonderem Maße zu, wenn die einzelnen Teile der Dichtungsanordnung mit relativ geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden müssen. Mitunter sind dabei Formtoleranzen bei der Fertigung verschiedener Teile der Dichtungsanordnung zuzulassen, die hinsichtlich der Präzision der Zentrierung des Dichtungselements relativ zur Welle bzw. zum Gehäuse bereits problematisch sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine verbesserte Zentrierung des Dichtungselements relativ zur abzudichtenden Welle durch eine bessere Zentrierung zwischen dem Trägerteil und dem Gehäuse in einfacher Weise bei der Montage erreicht werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zentrierelemente an der keilförmig ausgebildeten Fläche in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnet sind, wobei deren wirksamer Durchmesser in Umfangsrichtung zunimmt.
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Bevorzugt sind dabei die wirksamen Durchmesser der mehreren Zentrierelemente auf den Zentrierdurchmesser der Zentrierfläche im Gehäuse derart abgestimmt, dass das Zentrierelement mit dem geringsten wirksamen Durchmesser mit Spielpassung oder Übergangspassung mit dem Zentrierdurchmesser zusammenwirkt, und die wirksamen Durchmesser der weiteren Zentrierelemente enger in Richtung Übergangs- oder Presspassung zum Zentrierdurchmesser toleriert sind.
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Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Zentrierelemente als in Achsrichtung des Maschinenteils gesehen konvex ausgebildete Vorsprünge ausgebildet sind. Dabei können die Zentrierelemente die Form eines Kreisabschnitts aufweisen. Ferner können die Zentrierelemente rippenförmig in Achsrichtung des Maschinenteils verlaufen.
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Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Zentrierelemente in Achsrichtung des Maschinenteils gesehen als Abschnitte mit konstantem Durchmesser ausgebildet sind. In Umfangsrichtung können zwischen den Zentrierelementen Übergangsabschnitte vorgesehen sein, deren Durchmesser sich kontinuierlich zwischen den Zentrierelementen verändert, so dass ein stetiger Übergang zwischen den Zentrierelementen entsteht.
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Das Dichtungselement kann zumindest im montierten Zustand eine trichterförmige Kontur aufweisen mit einem ersten Durchmesser an einem Ende und einem zweiten, kleineren Durchmesser an dem anderen Ende, wobei das andere Ende mit dem zweiten Durchmesser nahe der Luftseite der Dichtungsanordnung angeordnet ist.
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Der Schnellverschluss ist bevorzugt als Bajonettverschluss ausgebildet, der eine Vielzahl von radial vorstehenden Haken aufweist, die in passende Ausnehmungen eingreifen, die äquidistant um den Umfang einer Bohrung im Gehäuse angeordnet sind.
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Das Dichtungselement besteht vorzugsweise aus Polytetraflouräthylen (PTFE). Es kann mindestens eine Spiralnut im Kontaktbereich zum Maschinenteil aufweisen. Ferner kann ein statisches Dichtungselement zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse angeordnet sein. Dabei können das Dichtungselement und das statische Dichtungselement über eine Mantelschicht miteinander verbunden sein, die das Trägerelement weitgehend an der Luftseite bedeckt. Die Mantelschicht kann aus dem Material des statischen Dichtungselements bestehen.
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Das Trägerelement besteht bevorzugt aus Kunststoff.
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Das bewegliche Maschinenteil ist bevorzugt die Welle eines Verbrennungsmotors.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 einen Radialschnitt durch eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung der Welle eines Verbrennungsmotors,
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2 die Ansicht B gemäß 1, wobei die Richtung der Ansicht B der Achsrichtung der Welle des Verbrennungsmotors entspricht,
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3 schematisch eine teilweise Schnittdarstellung durch den zum Einsatz kommenden Schnellverschluss in vollständig montiertem Zustand, wobei eine Ansicht in Blickrichtung C gemäß 2 im Ausschnitt dargestellt ist,
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4 den Schnitt A-A gemäß 3 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
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5 den Schnitt A-A gemäß 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Bei Verbrennungskraftmaschinen werden oft Abschlussdeckel aus gezogenem Blechen mit schallisolierenden Zwischenlagen eingesetzt. Ist bei diesen Deckeln eine abzudichtende Wellendurchdringung vorgesehen, können Zentrierelemente zur Aufnahme einer Wellendichtung mit Schnellverschluss vorgesehen werden, wie es bei den Ausführungsbeispielen der Fall ist.
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Zylindrische Wellendichtungsaufnahmen können durch ein tiefgezogenes Gehäuse oder über die Schnittkanten der Geometrie eines Bajonettverschlusses des Blechdeckels ausgebildet werden, wie es als solches bei der vorbekannten Lösung gemäß der
EP 1 450 081 A1 der Fall ist. Ist auf der einen Seite der Bauraum durch die notwendigerweise großen Umformradien der Multilayer-Bleche eingeschränkt, können die Positions- und Formtoleranzanforderungen an die Schnittkanten des Bleches die Funktion der Wellendichtung nachteilig beeinflussen.
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Erfindungsgemäß wird dieser nachteilige Umstand dadurch verhindert, dass zur Reduzierung potentieller Positionsabweichungen der Wellendichtung eine zulässige Überdeckung im Bereich der Bajonett-Zentrierung ausgebildet wird.
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In den 1 und 2 ist eine Dichtungsanordnung 1 dargestellt, mit der ein bewegliches Maschinenteil 5 in Form der Welle eines Verbrennungsmotors mittels eines Dichtungselements 2 zu einem Gehäuse 4 abgedichtet wird. Namentlich wird eine Ölseite 6 zu einer Luftseite 7 abgedichtet, wie es aus 1 hervorgeht. Das Gehäuse 4 kann eine Deckplatte des Verbrennungsmotors sein, das an dem Motorgehäuse befestigt ist. Zur Abdichtung ist ein Dichtungselement 2 in Form einer PTFE-Dichtung vorgesehen, die eine trichterförmige Ausgestaltung aufweist, wie es aus 1 hervorgeht. Das Dichtungselement 2 ist an einem Trägerelement 3 aus Kunststoff befestigt, beispielsweise über Elastomermaterial anvulkanisiert oder festgeklebt. Wie es 1 entnommen werden kann, ist das PTFE-Dichtungselement 2 so angeordnet, dass der größere Durchmesser D des trichterförmigen Elements 2 an dem einen axialen Ende 15 des Dichtungselements 2 liegt, das an die Ölseite 6 angrenzt. Am anderen axialen Ende 16 nahe der Luftseite 7 liegt das Dichtungselement 2 mit einem kleineren Durchmesser d an der Welle 5 an. Dies erleichtert die Montage der Dichtungsanordnung, da das Dichtungselement 2 leicht auf die Welle 5 geschoben werden kann. Eine Fase 23 verhindert die Beschädigung des Dichtungselements 2 bei der Montage.
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Um die Montage einfach zu gestalten und auch, um einen Austausch der Dichtungsanordnung bei Bedarf zu ermöglichen, ist das Trägerelement 3 der Dichtungsanordnung 1 mittels eines Schnellverschlusses 8 in Form eines Bajonettverschlusses am Gehäuse 4 festgelegt. Der Bajonettverschluss 8 hat eine Vielzahl von radial vorstehenden Haken 17, die zu entsprechenden Ausnehmungen 18 passen (s. 2 und die Darstellung mit gestrichelten Linien). Die Haken 17 und Ausnehmungen 18 sind äquidistant über den Umfang einer Bohrung 19 im Gehäuse 4 angeordnet.
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Zur Montage der Dichtungsanordnung wird das Trägerteil 3 mit den Haken 17 axial durch die Ausnehmungen 18 geschoben, wie es in 2 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Wenn das Trägerelement 3 axial weit genug in die Ausnehmungen 18 eingeschoben ist, wird es um den eingezeichneten Winkel β von ca. 60° gedreht. Dadurch werden die Haken 17 hinter die Wand 24 (s. 1) des Gehäuses 4 gebracht, so dass das Trägerelement 3 festgelegt wird.
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Zur Zentrierung des Trägerelements 3 in dem Gehäuse 4 weist dieses die Bohrung 19 auf, die koaxial zur Welle angeordnet ist. Das Trägerelement 3 hat einen äußeren Umfang 25, der zur Bohrung 19 passt.
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Da mit dieser Ausgestaltung noch keine hinreichende Präzision der Zentrierung erreicht werden kann, ist erfindungsgemäß folgendes vorgesehen:
Der Bajonettverschluss 8 hat eine Anzahl von je zwei zusammenwirkenden Flächen, von denen zwei in 3 dargestellt sind, von denen jeweils eine am Trägerelement 3 und eine am Gehäuse 4 angeordnet ist. Die am Trägerelement 3 angeordnete Fläche 9 ist keilförmig ausgestaltet und wirkt mit der Gegenfläche 10 am Gehäuse 4 zusammen. Durch die Drehbewegung des Trägerelements 3 in Umfangsrichtung U bei der Montage wird in Folge des Keils mit dem Keilwinkel α das Trägerelement 3 axial an das Gehäuse 4 angezogen und so an diesem festgelegt.
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Um während des Anziehens (Drehens) des Trägerelements 3 im Gehäuse 4 eine genaue Zentrierung des Trägerelements 3 relativ zum Gehäuse zu erreichen, weist die keilförmig ausgebildete Fläche 9 im Ausführungsbeispiel gemäß 4 drei Zentrierelemente 11, 12 und 13 auf, die in Umfangsrichtung U allmählich immer größere Außendurchmesser D1, D2 und D3 aufweisen können, die auf die Zentrierfläche 14 bzw. Zentrierbohrung im Gehäuse 4 abgestimmt sind, wobei die Zentrierfläche 14 einen Durchmesser von DZ aufweist.
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D. h. die drei Zentrierelemente 11, 12, 13 erstrecken sich gleich weit oder gestaffelt unterschiedlich weit in radiale Richtung R, beginnend mit der kleinsten radialen Erstreckung D1.
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Zwischen dem ersten Zentrierelement 11 und der Gehäusebohrung 19, also zwischen den Durchmessern D1 und DZ, liegt Spiel- oder Übergangspassung vor. Indes geht die Passung zwischen den nachfolgenden Durchmessern D2 bzw. D3 und dem Zentrierdurchmesser DZ immer mehr in Richtung Presspassung über, so dass beim Drehen des Trägerelements 3 in Umfangsrichtung U bei der Montage das Trägerelement 3 mit immer stärker ansteigender Zentrierkraft relativ zum Gehäuse 4 zentriert wird.
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Zwangsläufig führt dies dazu, dass nach Abschluss der Montage eine hochgenaue Zentrierung des Trägerelements 3 zum Gehäuse 4 und damit auch des Dichtungselements 2 zur Welle 5 vorliegt.
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Dabei kann – wie es 4 zeigt – eine Anzahl Zentrierelemente 11, 12, 13 vorgesehen sein, die in Achsrichtung der Welle 5 betrachtet noppenförmig ausgebildet sind, d. h. eine kreisabschnittsförmige Querschnittskontur aufweisen. Damit wird die Reibung zwischen den Zentrierelementen 11, 12, 13 und der Zentrierfläche 14 klein gehalten.
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Möglich ist es aber auch, s. Ausführungsbeispiel gemäß 5, dass eine Anzahl im Durchmesser gestaffelter zylindrischer Abschnitte 11, 12, 13 vorgesehen wird, die bei der Montage nacheinander in Eingriff mit der Zentrierfläche 14 kommen. Dabei kann auch vorgesehen werden, dass zwischen den einzelnen Abschnitten 11, 12, 13 Übergangsabschnitte (nicht dargestellt) vorgesehen werden, die einen allmählichen Übergang vom einen Durchmesser (D1, D2, D3) auf den anderen erlauben. Im Grenzfall weitet sich der äußere Umfang der Zentrierflächen 11, 12, 13 allmählich vom Ausgangsdurchmesser D0 vor dem ersten Durchmesser D1 bis zum Durchmesser D3 auf, was als alternative Ausführungsform ebenfalls vorgesehen ist.
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Um die Dichtungsanordnung 1 gegen das Gehäuse 4 abzudichten, ist auch ein statisches Dichtungselement 21 vorgesehen. Im montierten Zustand erstreckt sich die dargestellte Dichtlippe 26 bis zu einer Wand 27 des Gehäuses 4.
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Angedeutet ist, dass sich im nicht-montierten Zustand die Dichtlippe 26 axial weiter erstreckt, d. h. sie liegt im montierten Zustand mit Vorspannung an der Wand 27 an.
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Das Trägerelement 3 samt Haken 17 ist bevorzugt als spritzgegossenes Kunststoffteil ausgebildet. Es kann grundsätzlich jedoch auch aus Metall bestehen. Wie es aus 1 hervorgeht, kann das statische Dichtungselement 21 am Trägerelement 3 angeordnet sein, es kann namentlich beim Spritzgießen des Trägerelements 3 mit angespritzt werden. Es kann auch ein nachträgliches Anspritzen des statischen Dichtungselements 21 vorgesehen werden, wobei dann bevorzugt eine Mantelschicht 22 mit angespritzt wird, die das Trägerelement luftseitig umhüllt. Nach der Herstellung des Trägerelements 3 kann das PTFE-Dichtungselement 2 am Trägerelement 3 angebracht, z. B. anvulkanisiert oder angeklebt werden.
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Um einen Fördereffekt beim Drehen der Welle 5 zu erreichen, kann – was im Stand der Technik als solches vorbekannt ist – eine Spiralnut 20 in das Dichtungselement 2 eingearbeitet sein.
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Die Geometrie der überdeckenden Führungselemente in Form der Zentrierelemente 11, 12, 13 ist so gewählt, dass durch die sich bildenden Rippen quer zum Führungsdurchmesser bzw. durch die abgestufte Steigerung des Führungsdurchmessers am Dichtungselement die Kontaktflächen minimiert sind.
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Der vor dem Festziehen bzw. Festschrauben des Trägerelements 3 vorliegende radiale Spalt zwischen Trägerelement 3 und Gehäuse 4 wird infolge der Zentrierflächen 11, 12, 13 nach und nach eliminiert und eine präzise Zentrierung bewerkstelligt, indem die Überdeckung mehr und mehr zunimmt. Die verrundete Geometrie (im Falle der Lösung gemäß 4) gewährleistet minimale Reibungsverluste beim Anziehen infolge geringer Kontaktzonen. Durch die geschaffenen Absätze am inneren Führungsdurchmesser der Bajonett-Elemente wird der Freigang zwischen dem Trägerelement und dem Gehäuse gestuft reduziert. Die Durchmessersprünge reduzieren in Stufen oder auch kontinuierlich den Freigang bis hin zur radialen Überdeckung. Vor der Durchmesseraufweitung mittels der Zentrierelemente 11, 12, 13 liegt ausreichend radialer Montagefreiraum, s. g. ein radialer Spalt, vor, so dass das Trägerelement 3 problemlos in die Bohrung im Gehäuse 4 eingesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtungsanordnung
- 2
- Dichtungselement
- 3
- Trägerelement
- 4
- Gehäuse
- 5
- bewegliches Maschinenteil (Welle)
- 6
- Ölseite
- 7
- Luftseite
- 8
- Schnellverschluss (Bajonettverschluss)
- 9
- keilförmig ausgebildete Fläche
- 10
- Gegenfläche
- 11
- Zentrierelement
- 12
- Zentrierelement
- 13
- Zentrierelement
- 14
- Zentrierfläche
- 15
- Ende des Dichtungselements
- 16
- Ende des Dichtungselements
- 17
- Haken
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Bohrung im Gehäuse
- 20
- Spiralnut
- 21
- statisches Dichtungselement
- 22
- Mantelschicht
- 23
- Fase
- 24
- Wand
- 25
- Umfang
- 26
- Dichtlippe
- 27
- Wand
- R
- radiale Richtung
- U
- Umfangsrichtung
- D
- erster Durchmesser
- d
- zweiter Durchmesser
- D1
- Durchmesser
- D2
- Durchmesser
- D3
- Durchmesser
- DZ
- Zentrierdurchmesser
- D0
- Ausgangsdurchmesser
- α
- Winkel
- β
- Winkel
