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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Wellendichtring gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Um
die sichere Anpressung der Dichtlippe eines Wellendichtrings an
die Oberfläche einer Welle, z. B. einer Radialwelle, zu
bewirken, sind im Stand der Technik eine Vielzahl von Lösungen
vorgeschlagen worden.
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Beispielsweise
sind einerseits aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis
(„Memory-Effekt”) hergestellte Wellendichtringe
bekannt. Dabei umfasst ein Wellendichtring eine Dichtlippe, welche
an einen flanschartigen, sich im Wesentlichen radial erstreckenden
Befestigungsabschnitt angeformt ist, und über den Befestigungsabschnitt
und die Dichtlippe ist eine entsprechend geformte Andruckscheibe aus
gummiartigen Werkstoff gelegt. Um beispielsweise eine derartige
Konfiguration auch an schräg verlaufende Wellen anzupassen,
wird in
DE 44 09 642 A1 ein
aus einem Kunststoff mit Formgedächtnis hergestellter Wellendichtring
vorgeschlagen, welcher unter elastischer Vorspannung gegen die äußere Mantelfläche
der abzudichtenden Welle anlegbar ist. Hierzu ist auf der der abzudichtenden
Flüssigkeit ausgesetzten Seite der Dichtlippe dieser benachbart ein
Zentriersteg vorgesehen, dessen Mantelfläche einen Radius
aufweist, welcher dem Radius der abzudichtenden Welle entspricht.
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Die
oben beschriebenen Wellendichtringe, welche aus einem Kunststoff
mit Formgedächtnis hergestellt sind, weisen jedoch den
Nachteil auf, dass das Formgedächtnis des Materials bei
sehr hohen Temperaturen verloren gehen kann.
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Eine
weitere Lösung, um die Anpressung der Dichtlippe eines
Wellendichtrings an der Oberfläche einer Welle zu erzielen,
wird in
DE 101 09
320 A1 beschrieben. Hierbei ist ein Radialwellendichtring
mit einem Dichtelement aus Kunststoff, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen
(PTFE), ausgebildet, welches eine Dichtlippe aufweist, die mit einem
Abschnitt an der Oberfläche der Welle zur Mediumseite hin
abdichtend anliegt, wobei auf der Mediumseite der Dichtlippe eine
Andruckvorrichtung vorgesehen ist, die den Abschnitt der Dichtlippe
an die Oberfläche der Welle mit einer Kraft mit radial
einwärts gerichteter Komponente angedrückt hält.
Die Kraft bewirkt, dass die Dichtlippe im Betrieb nicht abheben
kann. Das Dichtelement und die Dichtlippe sind dabei durch radiales
Aufschlitzen des Dichtelements von innen nach außen gebildet.
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Die
Herstellung eines derartigen Dichtelements ist jedoch sehr aufwändig,
wodurch auch die Herstellungskosten sehr hoch sind.
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Daher
ist es notwendig, einen Wellendichtring zu schaffen, welcher eine
sichere Anpressung an die Oberfläche einer Welle gewährleistet,
welcher jedoch konstruktiv einfach und daher bei geringen Kosten
herstellbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
ein Wellendichtring bereitgestellt, welcher ein Dichtelement mit
einer Dichtlippe zum abdichtenden Anliegen an einer Oberfläche
einer Welle, ein Stützelement, an welchem das Dichtelement
mittelbar oder unmittelbar befestigt ist, und eine Gummierung aufweist,
welche an zumindest einem Abschnitt des Stützelements vorgesehen
ist, wobei das Dichtelement einen ersten Abschnitt, welcher an einem
ersten Schenkel des Stützelements befestigt ist, und einen
zweiten Abschnitt aufweist, welcher an einem zweiten Schenkel des
Stützelements befestigt ist. Bei der erfindungsgemäßen
Konfiguration wird die Stützung der Dichtlippe nicht durch
ein zusätzliches Federelement, sondern durch den Dichtring
selbst auf konstruktiv einfache und somit kostengünstige
Art und Weise erreicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist das Stützelement
ringförmig ausbildet, wobei der erste Schenkel und der
zweite Schenkel in einem Winkel zueinander angeordnet sind, welcher
in einem Bereich zwischen 80° und 100°, insbesondere bei
ungefähr 90°, liegt. Das Stützelement
kann aus Stahl, Aluminium, Kunststoff oder aus jeglichem geeignetem
Material hergestellt sein, welches die erforderliche Steifigkeit
und Festigkeit bietet.
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Gemäß noch
einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten
Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein Spalt ausgebildet. Dies
ermöglicht eine besonders einfache und flexible Herstellung
des Dichtelements als streifenförmiges oder bandförmiges
Element, welches dann bei Anbringung an das Stützelement
mit seinem ersten und zweiten Abschnitt daran befestigt und in die
gewünschte Form gebracht werden kann.
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Gemäß noch
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Dichtelement
einen dritten Abschnitt zum Anliegen an der Oberfläche
der Welle auf, welcher mit zumindest einem, insbesondere mit einer
Vielzahl von Schlitzen versehen ist. Wenn dass Dichtelement an dem
Stützelement befestigt ist, weiten sich dabei die Schlitze
zu leicht schräg gestellten Nuten auf, welche eine erhöhte
Flexibilität bzw. eine verringerte Biegesteifigkeit des
Dichtelements in diesem Bereich vorsehen. Hierdurch wird die dichtende
Anlage an der Oberfläche der Welle noch weiter verbessert.
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Noch
bevorzugter ist es, wenn das Dichtelement einen vierten Abschnitt
aufweist, welcher mit zumindest einer, insbesondere mit einer Vielzahl
von Öffnungen versehen ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind jeweils der erste Abschnitt
unmittelbar an den ersten Schenkel des Stützelements und
der zweite Abschnitt unmittelbar an den zweiten Schenkel des Stützelements
geklebt.
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Alternativ
können jedoch jeweils der erste Abschnitt an die Gummierung,
welche auf dem ersten Schenkel aufgebracht ist, und der zweite Abschnitt
an die Gummierung, welche auf dem zweiten Schenkel aufgebracht ist,
geklebt sein.
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Es
ist darüber hinaus bevorzugt, wenn der Wellendichtring
aus Polytetrafluorethylen hergestellt ist. Der Einsatz einer PTFE-Dichtung
ist insbesondere beim Einsatz von schlecht schmierenden oder aggressiven
Medien vorteilhaft. Darüber hinaus erzielt ein aus PTFE
hergestellter Wellendichtring auch schon bei niedrigen Temperaturen
eine gute Dichtwirkung und ist außerdem ein im Vergleich
zu anderen Werkstoffen kostengünstiger Werkstoff.
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Vorzugsweise
bildet das Dichtelement ein im Wesentlichen ringförmiges
Element, wobei der zweite Abschnitt und der vierte Abschnitt als
Stütze wirken, um die dichtende Anlage des dritten Abschnitts an
der Oberfläche der Welle aufrecht zu erhalten. Somit sind
außer dem Befestigen bzw. dem Befestigungsschritt des Dichtelements
mit seinem ersten Abschnitt und seinem zweiten Abschnitt an dem
Stützelement, was in zwei getrennten Herstellungsschritten
oder auch gleichzeitig erfolgen kann, keine weiteren zusätzlichen
Herstellungsschritte oder zusätzlichen Komponenten erforderlich,
was die Herstellungskosten deutlich senkt.
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Noch
bevorzugter ist es, wenn ein Hohlraum, welcher durch das Dichtelement
ausgebildet wird, durch Kraftstoff, welcher durch die zumindest
eine Öffnung in den Hohlraum eintritt, auffüllbar
ist, wobei durch den Kraftstoff ein Druck in dem Hohlraum aufgebaut
wird, um die dichtende Anlage des dritten Abschnitts an der Oberfläche
der Welle zu unterstützen. Dies bewirkt eine besonders
zuverlässige Anpressung des Dichtrings bzw. der Dichtlippe
an die Oberfläche der Welle.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigt:
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1 einen
Schnitt durch einen Wellendichtring gemäß einer
Ausführungsform;
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2 einen
Schnitt durch einen Wellendichtring gemäß einer
weiteren Ausführungsform; und
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3A und 3B jeweils
einen Abschnitt der in dem dritten Abschnitt des Dichtelements vorgesehenen
Dichtlippe.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
einen Schnitt durch einen Wellendichtring 1 gemäß einer
Ausführungsform. Der Wellendichtring 1 ist im
Wesentlichen aus drei Elementen aufgebaut, welche aus einem Stützelement 2,
einer auf zumindest einem Abschnitt des Stützelements 2 aufgebrachten
Gummierung 3 und aus einem Dichtelement 4 bestehen.
Das Stützelement 2 ist ringförmig ausgebildet
und weist einen ersten Schenkel 5 und einen zweiten Schenkel 6 auf,
welche im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind. Das
Stützelement 2 weist darüber hinaus eine
erste Oberfläche 7 und eine zweite, der ersten Oberfläche 7 gegenüberliegende
Oberfläche 8 auf. Die erste Oberfläche 7 liegt
in dem Bereich des zweiten Schenkels 6, wenn das Dichtelement 1 zum
Abdichten an einer als Radialwelle ausgebildeten Welle 9 eingesetzt
ist, dicht an einer Gehäusewand 10 an. Auf der
ersten Oberfläche 7 ist darüber hinaus
beginnend an einem vertieften Abschnitt 11, welcher an dem
zweiten Schenkel 6 ausgebildet ist, die Gummierung 3 aufgebracht,
welche sich von dort über die gesamte erste Oberfläche 7 des
ersten Schenkels 5 um diesen herum bis zur zweiten Oberfläche 8 des ersten
Schenkels 5 erstreckt, und an dem vertieften Abschnitt 11 des
zweiten Schenkels 6 auf der zweiten Oberfläche 8 endet.
In dem Bereich des vertieften Abschnitts 11 des zweiten
Schenkels 6 auf der ersten Oberfläche 7 des
Stützelements 2 liegt die Gummierung 3 ebenfalls
dicht an der Gehäusewand 10 an.
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Das
Dichtelement 4 weist einen ersten Abschnitt 12,
einen zweiten Abschnitt 13, einen dritten Abschnitt 14 und
einen vierten Abschnitt 15 auf. Der erste Abschnitt 13 liegt
in dieser Ausführungsform im Wesentlichen über
seine gesamte Länge an der auf dem ersten Schenkel 5 auf
der zweiten Oberfläche 8 aufgebrachten Gummierung 3 an
bzw. ist in diesem Bereich an zumindest einer Stelle an die Gummierung 3 geklebt.
Der erste Abschnitt 12 kann jedoch auf jegliche andere
geeignete Art und Weise an der Gummierung 3 entweder vollflächig
oder auch nur stellenweise bzw. abschnittsweise befestigt sein.
Der erste Abschnitt 12 bildet gleichzeitig einen ersten
Endabschnitt 16 des Dichtelements 4.
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Der
zweite Abschnitt 13 liegt in der Ausführungsform
im Wesentlichen über seine gesamte Länge an der
auf der auf dem vertieften Abschnitt 11 auf der zweiten
Oberfläche 8 des zweiten Schenkels 6 aufgebrachten
Gummierung 3 an bzw. ist an zumindest einer Stelle an die
Gummierung 3 geklebt. Der zweite Abschnitt 13 kann
jedoch auch hier auf jegliche andere geeignete Art und Weise an
der Gummierung 3 entweder vollflächig oder auch
nur stellenweise bzw. abschnittsweise befestigt sein. Der zweite Abschnitt 13 bildet
gleichzeitig einen zweiten Endabschnitt 17, welcher dem
ersten Endabschnitt 16 gegenüberliegt, wobei zwischen
dem ersten Endabschnitt 16 und dem zweiten Endabschnitt 17 ein Spalt 18 gebildet
ist.
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An
den zweiten Abschnitt 13 schließt sich der vierte
Abschnitt 15 des Dichtelements 4 an, welcher zusammen
mit dem zweiten Abschnitt 13 als Stütze wirkt.
Die Form dieser durch den zweiten Abschnitt 13 und den
vierten Abschnitt 15 gebildeten Stütze kann je
nach gewünschter Stützkraft und Stützrichtung
anpasst werden. Die Stütze sorgt dafür, dass der
Wellendichtring 1 immer an die Welle 9 bzw. an eine
Oberfläche 21 der Welle 9 mit einer definierten Kraft
angedrückt wird.
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Darüber
hinaus ist der vierte Abschnitt 15 mit einer Vielzahl von Öffnungen 19 versehen.
Im Betrieb tritt durch die Öffnungen 19 Kraftstoff
von der Mediumseite M in einen durch das Dichtelement 4 gebildeten
Hohlraum 20 ein, füllt den Hohlraum 20 und baut
einen Innendruck in dem Hohlraum 20 auf, durch welchen
das Dichtelement 4 zuverlässig an die Oberfläche 21 der
Welle 9 gedrückt wird. Insbesondere liegt dabei
im Wesentlichen der gesamte dritte Abschnitt 14 des Dichtelements 4,
welcher zwischen dem ersten Abschnitt 12 und dem vierten
Abschnitt 15 des Dichtelements 4 angeordnet ist,
dichtend an der Oberfläche 21 der Welle 9 an.
Der dritte Abschnitt 14 ist mit einer Vielzahl von Schlitzen 22 versehen, welche
im Folgenden noch im Zusammenhang mit 3A und 3B beschrieben
werden.
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2 zeigt
einen Schnitt durch einen Wellendichtring 1 gemäß einer
weiteren Ausführungsform. Diese Ausführungsform
des Wellendichtrings 1 unterscheidet sich von der im Zusammenhang
mit 1 beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass
die Gummierung 3 lediglich auf einem Abschnitt auf der
ersten Oberfläche 7 des Stützelements 2 aufgebracht
ist. Insbesondere ist die Gummierung an der ersten Oberfläche 7 an
dem zweiten Schenkel 6 an dem vertieften Abschnitt 11 vorgesehen
sowie an einem Abschnitt der ersten Oberfläche 7 des
ersten Schenkels 5. Auf der zweiten Oberfläche 8 ist
in dieser Ausführungsform keine Gummierung 3 aufgebracht,
so dass der durch den ersten Abschnitt 12 gebildete erste
Endabschnitt 16 des Dichtelements 4 sowie der
durch den zweiten Abschnitt 13 gebildete zweite Endabschnitt 17 des
Dichtelements 4 jeweils direkt an der zweiten Oberfläche 8 des
Stützelements 2 angebracht bzw. daran geklebt
sind. Auch hierbei kann der erste Abschnitt 12 des Dichtelements 4 an die
zweite Oberfläche 8 des ersten Schenkels 5 des Stützelements 2 auf
jegliche andere geeignete Art und Weise vollflächig oder
stellenweise befestigt sein. Gleichermaßen kann der zweite
Abschnitt 13 des Dichtelements 4 an der zweiten
Oberfläche 8 des zweiten Schenkels 6 des
Stützelements 2 auf jegliche andere geeignete
Art und Weise vollflächig oder stellenweise befestigt sein.
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Die
Herstellung des Wellendichtrings 1 gemäß den
oben beschriebenen Ausführungsformen wird durch die selbsttragende
Stützung des Dichtelements 4 stark vereinfacht,
da keine zusätzlichen Elemente oder zusätzlichen
Verfahrensschritte erforderlich sind, um die Anpressung des Dichtelements 4 an die
Welle 9 zu gewährleisten. Das Dichtelement 4 wird
zunächst als streifenförmiges bzw. bandförmiges
Element hergestellt. Bei Zusammenbau des Wellendichtrings 1 wird
das Dichtelement 4 dann zuerst an einer ersten Stelle 23 mit
dem ersten Abschnitt 12 an den ersten Schenkel 5 des
Stützelements 2 oder – bezüglich
der ersten Ausführungsform – an die dort aufgebrachte
Gummierung 3 geklebt. Dann wird das Dichtelement 4 umgebogen
und an einer zweiten Stelle 24 mit dem zweiten Abschnitt 13 an
den zweiten Schenkel 6 des Stützelements 2 oder – bezüglich der
ersten Ausführungsform – an die dort aufgebrachte
Gummierung 3 geklebt. Die Klebeschritte an der ersten Stelle 23 und
an der zweiten Stelle 24 können jedoch auch gleichzeitig
in einem einzigen Schritt ausgeführt werden.
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3A und 3B zeigen
jeweils einen Teil einer in dem dritten Abschnitt 14 des
Dichtelements 4 vorgesehenen Dichtlippe 25, wobei 3A den
Zustand der Dichtlippe 25 vor dem Anbringen an das Stützelement 2,
wie oben beschrieben, zeigt und 3B den
Zustand der Dichtlippe 25 in gebogenem bzw. an dem Stützelement 2 befestigten
Zustand zeigt. Es ist erkennbar, dass der dritte Abschnitt 14 an
seiner der Welle 9 gegenüberliegenden bzw. an seiner
die Welle 9 kontaktierenden Oberfläche mit einer
Vielzahl von Schlitzen 22 ausgebildet ist, welche im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufen. Wenn das Dichtelement 4 beim
Zusammenbau des Wellendichtrings 1 gebogen wird, wie oben
bereits beschrieben, entstehen an den Schlitzen 22 jeweilige
aufgespreizte Nuten 26, welche dem dritten Abschnitt 14 eine
erhöhte Flexibilität verleihen und somit ebenfalls eine
bessere Anlage an die Oberfläche 21 der Welle 9 ermöglichen.
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Insgesamt
betrachtet wird mit dem erfindungsgemäßen Wellendichtring 1 eine
konstruktiv einfache und somit kostengünstige Lösung
zur sicheren Anpressung des Dichtelements 4 an die Oberfläche 21 einer
Welle 9 gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4409642
A1 [0003]
- - DE 10109320 A1 [0005]