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Die Erfindung betrifft ein Dichtelement zum Abdichten einer bestimmungsgemäß zum Drehen vorgesehenen Welle an einer Durchtrittsöffnung eines Gehäuseteils für die Welle.
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Insbesondere bei Verbrennungskraftmaschinen und Getrieben im Automobilbereich werden an dort eingesetzte Wellendichtungen besondere Anforderungen hinsichtlich Lebensdauer, Reibleistung und Montagesicherheit gestellt. Dabei sind Radialwellendichtringe mit Dichtlippen aus chemisch hoch beständigen Polytetrafluorethylen (PTFE) und einer spiralförmigen Förderstruktur, beispielsweise für ein synthetisches Öl der Verbrennungskraftmaschine, bekannt. Dabei werden zur Minderung der Reibleistung die durch die Welle aufgeweiteten Lippenquerschnitte bis in den Bereich der PTFE-Korngröße reduziert und die ohnehin guten Gleiteigenschaften des PTFE teilweise durch Füllstoffe, wie Graphit oder Molybdändisulfid begünstigt. Dabei bedarf die für die genannte Anwendung optimierte Dichtungsgestaltung bei der Montage einer besonderen Sorgfalt, um Beschädigungen des im Vergleich zu Fluorpolymerdichtungen relativ unelastischen Dichtlippenmaterials aus PTFE zu vermeiden. Weiterhin wird zum Nachweis der ordnungsgemäßen Positionierung der Wellendichtung die Wellendichtung nach ihrem Einbau immer häufiger einer automatisierten Druck- und/oder Vakuumprüfung am Montageband der Verbrennungskraftmaschine oder des Getriebes unterzogen. Aufgrund der geringen Elastizität der PTFE-Dichtlippe, ihrer niedrigen spezifischen Anlagekraft zur Welle, ihrer durch ihre Glasfaserfüllstoffe amorphen Struktur der Wellenkontaktfläche und ihrer zur Atmosphäre hin offenen spiralförmigen Ölrückförderstruktur kann ihr Kontaktbereich zur Welle nicht ohne weitere Zusatzstoffe ausreichend gasdicht verschlossen werden. Deswegen ist bei vorgenannten Druck- und/oder Vakuumprüfungen der Dichtspalt temporär zu verschließen, beispielsweise unter Verwendung von sich im Betrieb des Getriebes oder der Verbrennungskraftmaschine verflüchtigenden Wachses. Dabei kann ein fehlerhaftes Auftragsverfahren für das Wachs oder eine montagebedingte Beschädigung der Wachsschicht bei den Prüfungen am Montageband bei besagter Druck- und/oder Vakuumprüfung zu einer Scheinundichtigkeit führen, was mit Nachteil zur Rückweisung der eigentlich einwandfreien Wellendichtung und damit des Getriebes oder der Verbrennungskraftmaschine führt.
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Aus der
DE 10 2004 040 105 A1 ist ein Dichtring zum Abdichten einer Welle gegenüber ihrer Umbauumgebung bekannt, umfassend eine Dichtmanschette aus polymerem Werkstoff, insbesondere PTFE, und einen Elastomerkörper, an dem die Dichtmanschette befestigt ist und der zum Anliegen an der Umbauumgebung vorgesehen ist. Wellenseitig ist die Dichtmanschette mit einer Rückfördernut ausgebildet, die auf der der Umgebung zugewandten Seite in eine konzentrisch innenumfangsseitig verlaufende Dichtleiste ausläuft, so dass die Dichtmanschette neben der dynamischen auch eine statische Dichtheit aufweist.
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Aus der
DE 102 35 079 A1 ist eine Manschettendichtung zur Abdichtung des Spalts zwischen einem Gehäuse und einer Welle mit einem Stützkörper und mit einem daran angebrachten statischen und dazu radial beabstandeten dynamischen Dichtungselement bekannt. Dabei bestehen die beiden Dichtungselemente aus unterschiedlichen Elastomerwerkstoffen, wobei das dynamische Dichtungselement zumindest im Bereich der Welle, auf der der Welle zugewandten Fläche mit Ausnehmungen zur Rückförderung des abzudichtenden Mediums versehen ist, wobei der Rand des dynamischen Dichtungselements mit einer Absperrung versehen ist, so dass das abzudichtende Medium bei Stillstand der Welle nicht nach außen fließen kann.
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Aus der
DE 201 11 007 U1 ist ein Wellendichtring mit einer Dichtlippe aus einem Elastomerwerkstoff bekannt, die über eine vorbestimmte Länge an der Welle anliegt und für ein Rückfördern eines austretenden Mediums bei drehender Welle wenigstens im Wellenanlagebereich mit einem Gewinde versehen ist, wobei das Gewinde zur Umgebung hin abgesperrt ist. Dabei ist in einer Ausführungsform das Gewinde mehrgängig mit Gewindenuten ausgebildet.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Dichtelement zu schaffen, das bei einfacher und damit kostengünstiger Herstellbarkeit sowohl bei bestimmungsgemäßem Betrieb als auch zu Prüf- und Testzwecken gute Dichteigenschaften aufweist.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Dichtelement bietet dabei, unter Berücksichtigung der anwendungsspezifischen Anforderungen an Dichtheit, Lebensdauer, Reib- und Verlustleistung, die Möglichkeit des automatisierten Einbaus und Überprüfung durch eine nachgeschaltete Gasleckageprüfung. Dadurch, dass die beiden Elastomerteile aus unterschiedlichen Elastomermaterialien gefertigt sind, ist eine spezielle Anpassung an die dynamischen bzw. statischen Dichtungsanforderungen sowie eine wirtschaftliche Fertigung möglich. Dadurch, dass das zweite Elastomerteil aus einem Elastomermaterial hergestellt ist, weist der Dichtabschnitt insbesondere gegenüber einer vergleichbaren Ausführung aus PTFE eine höhere Elastizität auf, woraus aufgrund des Anlagevermögens des Dichtabschnitts, insbesondere der auf dem Kreiszylindermantel radial umlaufenden, in sich geschlossenen Linie an einer Gegenlauffläche der Welle ein definierter statisch gasdichter Einbau möglich ist, woraus wiederum besagte Druck- und/oder Vakuumprüfung ohne ein Aufbringen von Zusatzmaterialien auf den Dichtabschnitt möglich ist. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Dichtelement zur Erzielung einer möglichst geringen Reibleistung gegenüber vergleichbaren bekannten Ausbildungen durch einen querschnittsreduzierten Dichtabschnitt und damit einhergehend mit einer niedrigen spezifischen Radialkraft besonders angepasst ausgebildet. Die Rückförderstruktur umfasst dabei bei bestimmungsgemäß an der Welle anliegendem Dichtabschnitt wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Nuten oder Stege. Dabei ist mit Vorteil durch eine Vielzahl separater, am Umfang verteilter gleich- oder auch gegensinnig gekrümmter Nuten oder Stege mit Vorteil eine Anpassung an die jeweils erforderliche Rückförderrate und Drehrichtungen anpassbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der 2a bis 5. Dabei zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements mit einem an einer Welle anliegenden Dichtabschnitt, der zum freien Ende des Dichtabschnitts hin offene Nuten aufweist,
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2a einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer ersten Ausführungsform,
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2b eine Ausschnittsvergrößerung der 2a,
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3 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer zweiten Ausführungsform,
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4 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer dritten Ausführungsform und
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5 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements. Dabei umfasst das ringförmige Dichtelement ein Versteifungsteil 30 sowie ein mit dem Versteifungsteil 30 verbundenes erstes Elastomerteil 10 und zweites Elastomerteil 20. Das Versteifungsteil 30 ist dabei beispielsweise aus einem Blech ausgebildet. Das erste Elastomerteil 10 ist aus einem ersten Elastomermaterial, insbesondere AEM, ACM, EVM oder Silicon ausgebildet und durch ein Anvulkanisieren an das Versteifungsteil 30 mit diesem verbunden. Dabei ist der gewellt ausgebildete Außenmantel des ersten Elastomerteils 10 zum statisch dichten Anliegen an einem nicht dargestellten Gehäuseteil im Bereich einer Durchtrittsöffnung für eine abzudichtende, ebenfalls nicht dargestellte Welle ausgebildet. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor, wobei auf der linken Seite der 1 ein Ölraum des Motors angeordnet ist und sich auf der rechten Seite der 1 beispielsweise eine der Umgebungsatmosphäre zugehörige Luftseite des Verbrennungsmotors befindet.
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Das zweite Elastomerteil 20 ist ebenfalls durch ein Anvulkanisieren an das Versteifungselement 30 befestigt. Dabei ist das zweite Elastomerteil 20 aus einem Fluorelastomer ausgebildet und kann weiterhin PTFE-Nanopartikel beinhalten. Bei bestimmungsgemäßem Einbau des Dichtelements liegt ein im wesentlichen hohlzylinderartigen Dichtabschnitt 22 des zweiten Elastomerteils 20 an der nicht dargestellten Welle an. Dieser Dichtabschnitt 22 geht dann zur rechten Seite hin glatt in einen sich trompetenartig aufweitenden Abschnitt 24 über. In der dargestellten Ausführungsform ragt somit der trompetenartige Abschnitt 24 mit sich in den Ölraum hinein verkleinernden Querschnitt in den Ölraum hinein. In anderen Ausführungsformen kann das Dichtelement der 1 beispielsweise unter Weglassung der sekundären Dichtlippe 26, auch um 180° gespiegelt am Versteifungsteil 30 befestigt sein, so dass der trompetenartige Abschnitt 24 zur Luftseite hin den Ölraum erweiternd angeordnet ist, wobei dabei die Förderstruktur für eine Rückförderwirkung zum Ölraum hin gegebenenfalls entsprechend anzupassen ist.
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Der Innenmantel des hohlzylinderartigen Dichtabschnitts 22 ist dabei mit einer Reihe von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, sichelartigen Nuten 28 ausgebildet, die bei einem Drehen der Welle mit bestimmungsgemäßer Drehrichtung eine Rückförderwirkung auf zwischen der Welle und dem Dichtabschnitt 22 vordringenden Öls ausübt. Die sichelartigen Nuten 28 sind dabei zur Ölseite hin mit einer größer werdenden Breite ausgebildet. Dabei sind die sichelartigen Nuten 28 zur linken Seite hin, also zum Ölraum hin, offen auslaufend ausgebildet. Auf der rechten Seite enden die sichelartigen Nuten 28 derart, dass am Ende besagter sichelartiger Nuten 28 sich in Achsrichtung ein kreisringartiger, radial umlaufender, in sich geschlossener Bereich des Dichtabschnitts 22 anschließt, der wenigstens bei sich nicht drehender Welle zum abdichtenden Anliegen an der Welle vorgesehen ist. Dieser ringartige, radial umlaufende, in sich geschlossene Bereich des Dichtabschnitts 22 bildet dabei im Zusammenhang mit den Materialeigenschaften des zweiten Elastomermaterials die Voraussetzung, dass das Dichtelement auch bei sich nicht drehender Welle gasabdichtend an der Welle anliegt, so dass zur Kontrolle des korrekten Einbaus des Dichtelements und der Dichtwirkung der Verbrennungsmotor im Rahmen seines Montageprozesses, ohne dass zwischen dem Dichtabschnitt 22 und der Welle weitere Materialien aufgetragen werden müssen, einer Druck- und/oder Vakuumprüfung unterzogen werden kann. Schließlich ist das zweite Elastomerteil 20 zur Luftseite hin eine sekundäre Dichtlippe 26 ausbildend gestaltet.
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Die 2a zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer ersten Ausführungsform. Dabei unterscheidet sich das Dichtelement der ersten Ausführungsform gemäß der 2a von dem Dichtelement gemäß der 1 im wesentlichen durch folgende Punkte:
Anders als beim Dichtelement der 1 umschließt das erste Elastomerteil 10' den Außenmantel des Versteifungsteils 30' nicht vollständig, so dass bei der Ausführungsform entsprechend der 2a sowohl Teile des Versteifungselements 30' als auch Teile des ersten Elastomerteils 10' bestimmungsgemäß zur Anlage am Gehäuseteil kommen.
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Das zweite Elastomerteil 20' der 2a unterscheidet sich von dem der 1 insbesondere dadurch, dass anstelle der sichelartigen Nuten 28 bogenartige Nuten 28' mit in etwa gleichbleibendem Querschnittprofil vorhanden sind, die sich am Innenmantel des Dichtabschnitts 22' und sich fort erstreckend am Innenmantel des trompetenartigen Abschnitts 24' ausgebildet sind. Weiterhin enden die bogenartigen Nuten 28' anders als die sichelartigen Nuten 28 der 1 zur Ölseite hin nicht offen, sondern münden in einem Bereich 29' rampenartig in einen ringartigen, am Innenmantel des Dichtabschnitts 22' radial umlaufenden Bereich, der zum abdichtenden Anliegen an der Welle wenigstens bei sich nicht drehender Welle vorgesehen ist. Im Unterschied zur 1 ist damit besagter ringartiger, radial umlaufender, in sich geschlossener Bereich nicht wie bei der 1 am luftseitigen Ende des Dichtabschnitts 22 angeordnet, sondern auf der linken Seite der 2a, also am ölseitigen Ende des Dichtabschnitts 22' angeordnet. Das rampenartige Einmünden der bogenartigen Nuten 28' ist dabei nochmals in der 2b verdeutlicht, die eine entsprechende Ausschnittsvergrößerung der 2a darstellt. Eine radiale Dicke des besagten kreisringartigen, radial umlaufenden Bereichs beträgt dabei 0,3 bis 1,0 mm, insbesondere 0,4 bis 0,55 mm. Ein Verhältnis einer radialen Dicke besagten ringartigen, radial umlaufenden Bereichs zu einer Tiefe der Nuten 28' liegt dabei mit Vorteil in einem Bereich von 5,0 bis 1,65. Dabei sind die Nuten 28' insbesondere mit einer Tiefe von 0,1 bis 0,4 mm ausgebildet.
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Schließlich ist in der 2a, anders als in der 1, die sekundäre Dichtlippe 26' nicht aus dem zweiten Elastomermaterial des zweiten Elastomerteils 20' ausgebildet, sondern die sekundäre Dichtlippe 26' ist aus einem Vlieswerkstoff ausgebildet, womit auch beim Anliegen der Dichtlippe 26' an der Welle eine gewisse Atmungsaktivität bzw. ein Filtereffekt bewirkt werden können. Ansonsten gilt das vorausgehend zu der 1 Beschriebene für die Ausführungsform der 2a und 2b entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um einen Hochstrich bezeichnet. In anderen Ausführungsformen kann natürlich auch ein Außenmantelbereich des Dichtelements der 2a entsprechend dem des Dichtelements der 1 ausgebildet sein.
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Die 3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer zweiten Ausführungsform. Dabei unterscheidet sich das Dichtelement der zweiten Ausführungsform gemäß der 3 von dem der 2a im wesentlichen dadurch, dass die bogenartigen Nuten 28'' der 3 sich einander kreuzend ausgebildet sind und beide Ende der bogenartigen Nuten in besagtem ringartigen, radial umlaufenden, in sich geschlossenen Bereich enden. Ansonsten gilt das vorausgehend zu den 2a und 2b Beschriebene für die Ausführungsform der 3 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um einen weiteren, zweiten Hochstrich bezeichnet.
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Die 4 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer dritten Ausführungsform. Dabei entspricht das Dichtelement der dritten Ausführungsform gemäß der 4 im wesentlichen dem der 1, unterscheidet sich aber insbesondere von dem Dichtelement der 1 dadurch, dass sich die Rückförderstruktur auf dem Innenmantel des Dichtabschnitts 22''' sowie des trompetenartigen Abschnitts 24''' erstreckend ausgebildet ist und der ringartige, radial umlaufende, in sich geschlossene, zum abdichtenden Anliegen bei wenigstens sich nicht drehender Welle vorgesehene Bereich entsprechend der 2 am linken axialen, also ölseitigen Ende des Dichtabschnitts 22''' ausgebildet ist. Die Nuten 28''' sind dabei ebenfalls sichelartig ausgebildet, weisen aber anders als bei der 1 kein rinnen-, sondern vielmehr ein wannenartiges Querschnittsprofil auf. Ähnlich wie bei den 2a und 2b enden die sichelförmigen Nuten der 4 rampenartig in besagtem ringartigen, radial umlaufenden Bereich. Ansonsten gilt das vorausgehend zu der 1 Beschriebene für die Ausführungsform der 4 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um drei Hochstrichen bezeichnet.
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Die 5 zeigt schließlich als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Dichtelements in einer vierten Ausführungsform. Dabei unterscheidet sich das Dichtelement der vierten Ausführungsform gemäß der 5 von dem der 4 im wesentlichen dadurch, dass sozusagen die sichelartigen Nuten 28'''' der 4 mit einer derartigen Breite ausgebildet sind, dass zum Anliegen an der Welle bei der 5 lediglich Stege 28'''' verbleiben. Ansonsten gilt das vorausgehend zu der 4 Beschriebene für die Ausführungsform der 5 entsprechend. Vergleichbare Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichennummern ergänzt um einen weiteren, vierten Hochstrich bezeichnet.
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In anderen Ausführungsformen sind natürlich auch Kombinationen der vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen, insbesondere betreffend die Außenmantelbereiche der Dichtelemente und die Formen der sekundären Dichtlippen, möglich. Weiterhin können die beiden Elastomerteile natürlich auch einander gegenseitig berührend und auch ineinanderübergehend ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10', 10'', 10''', 10''''
- erstes Elastomerteil
- 20, 20', 20'', 20''', 20''''
- zweites Elastomerteil
- 22, 22', 22'', 22''', 22''''
- hohlzylinderartiger Dichtabschnitt
- 24, 24', 24'', 24''', 24''''
- trompetenartiger Abschnitt
- 26, 26', 26'', 26''', 26''''
- sekundäre Dichtlippe
- 28, 28', 28'', 28'''
- Nut
- 28''''
- Steg
- 29'
- rampenartiger Bereich
- 30, 30', 30'', 30''', 30''''
- Versteifungsteil
