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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Abdichten einer Welle.
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Aus der
DE 199 36 511 A1 ist ein Wellendichtring mit Dichtlippen für die eintreibende Seite eines Planetengetriebes bekannt.
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Außerdem ist allgemein bekannt, dass mit dem Wort „Teflon” Polytetrafluorethylen bezeichnet wird, für das auch die Abkürzung PTFE verwendet wird. Es sind auch sogenannte PTFE compounds bekannt, wobei bei diesem Material dem Teflon weitere anorganische Stoffe, Kohlenstoff, auch in Form von Graphit und/oder metallische Werkstoffe, wie beispielsweise Bronzen, beigemischt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung mit Wellendichtring weiterzubilden, die auch bei Temperaturveränderungen Abdichtfunktion ausführt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung zum Abdichten einer Welle, insbesondere einer drehbar gelagerten Welle, mit einem an einem Teil, insbesondere stationär angeordneten Teil, vorgesehenen Wellendichtring,
wobei zwischen Wellendichtring und Teil ein ringförmiges Dichtelement, insbesondere O-Ring, angeordnet ist, insbesondere zur Abdichtung zwischen Wellendichtring und Teil.
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Das Teil ist beispielsweise ein Gehäuseteil eines Motors, Aktors oder Getriebes.
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Von Vorteil ist dabei, dass als Material des Wellendichtrings auch ein unter kleinen Temperaturveränderungen plastisch veränderliches Material verwendbar ist. Denn zwischen Teil und Wellendichtring ist ein ringförmiges Dichtelement vorgesehen, das abdichtet. Vorzugsweise ist dieses Dichtelement derart elastisch ausgelegt, dass diejenigen plastischen Verformungen des Wellendichtrings, welche durch die im Betrieb vorkommenden Temperaturveränderungen bewirkt werden, zwar Spalte zwischen Teil und Wellendichtring bewirken aber die Größe der Spalte nur derart ist, dass die elastische Auslenkung des Dichtelements diese zu kompensieren vermag.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Wellendichtring einen Grundkörper auf, an dem eine Dichtlippe einstückig ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Wellendichtring ausbildbar ist, der einstückig und somit dicht ausbildbar ist. Außerdem ist die Dichtlippe mit einer separat erzeugten Anpresskraft, insbesondere von einer Ringfeder erzeugten Anpresskraft, auf die Welle drückbar. Auf diese Weise ist die dichte Verbindung des Grundkörpers mit dem Teil mittels des ringförmigen Dichtelements herstellbar, wobei hierzu eine axial oder radial wirkende Federkraft einsetzbar ist. Diese Abdichtung und Federkraft ist unabhängig von der Dichtlippe und der Federkraft zu deren Anpressen an die Welle und somit Herstellen der Dichtheit zur Welle hin bewirkbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Sicherungsring in einer Nut des Teils vorgesehen, der den Wellendichtring, insbesondere den Grundkörper, derart begrenzt, dass das ringförmige Dichtelement elastisch verformt ist, insbesondere zur Herstellung der Dichtheit bei plastischen Verformungen des Wellendichtrings aufgrund von Temperaturänderungen. Von Vorteil ist dabei, dass als Material des Wellendichtrings ein im bei Betrieb verwendeten Temperaturbereich plastisch verformbares Material verwendbar ist, wobei das ringförmige Dichtelement in diesem Temperaturbereich elastisch verformbar sein muss. Wenn als Dichtelement ein spezieller Kunststoff oder Stahl verwendet wird, ist daher die Anordnung bei sehr hohen Temperaturen einsetzbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Sicherungsring und/oder am Wellendichtring, insbesondere Grundkörper, eine kegelige Fläche vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass bei Montage und auch bei Betrieb eine Zentrierung erzeugt wird. Insbesondere bei Betrieb entstehende plastische Verformungen bewirken gegebenenfalls Spalte. Die kegelige Ausführung bewirkt dann aber eine stetige Zentrierung des Wellendichtrings.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die axiale Ausdehnung der Nut größer als die axiale Breite des Sicherungsrings. Von Vorteil ist dabei, dass Toleranzen des Wellendichtrings ausgleichbar sind, insbesondere thermisch bedingte.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Wellendichtring, insbesondere am Grundkörper, ein Federelement vorgesehen, das eine Federkraft, insbesondere eine nach radial außen wirkende Federkraft, derart erzeugt, dass das ringförmige Dichtelement verformt wird,
insbesondere wobei die Federkraft im Wesentlichen in radialer Richtung wirkt und das ringförmige Dichtelement zwischen dem Teil und dem Wellendichtring angeordnet ist, insbesondere an einer äußeren Mantelfläche des Wellendichtrings angeordnet ist.
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Bei einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung ist zusätzlich ein Sicherungsring in einer Nut des Teils angeordnet ist zur axialen Begrenzung des Wellendichtrings.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Wellendichtring an einer Seite axial begrenzt ist und an der anderen Seite an einer Stufe oder an einem Vorsprung des Teils axial begrenzt ist, wodurch das ringförmige Dichtelement in einem definierten Bereich elastisch verformt wird. Nur temperaturbedingte und dadurch plastisch verformungsbedingte axiale Längenveränderungen müssen vom elastischen Bereich des ringförmigen Dichtelements aufgenommen und kompensiert werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Wellendichtring eine Dichtlippe auf, die mittels eines Federelements, insbesondere Ringfeder, in radialer Richtung auf die Welle zu gedrückt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Anpresskraft in unabhängiger Weise herstellbar ist, insbesondere unabhängig von dem Anpressen des ringförmigen Dichtelements durch axiale und/oder radiale Federkräfte auf den Grundkörper des Wellendichtrings.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellendichtring aus einem Material gefertigt, das Teflon enthält, insbesondere mit einem Anteil von mindestens 50%, oder Teflon ist. Von Vorteil ist dabei, dass sehr hohe Temperaturen und Drucke auf die Dichtungsanordnung einwirken dürfen und sehr geringe Reibungsverluste beim Abdichten entstehen. Außerdem dürfen sogar Unterdrucke wirken, während die Dichtheit erhalten bleibt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Material des ringförmigen Dichtelements ein mindestens fünfmal oder mindestens zehnmal kleineres E-Modul auf als das Material des Wellendichtrings, insbesondere wobei das ringförmige Dichtelement aus einem Kunststoff oder aus einem Stahl gefertigt ist,
insbesondere wobei das Teil aus Stahl gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das ringförmige Dichtelement die elastischen und/oder plastischen Verformungen des Wellendichtrings derart kompensierbar macht, dass die Dichtheit zwischen Teil und Wellendichtring erhalten bleibt.
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Beispielhaft ist das Material des-ringförmigen Dichtelements ein Elastomer, wie NBR oder FKM oder ein anderes Gummimaterial.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das ringförmige Dichtelement stoffschlüssig verbunden mit dem Wellendichtring, insbesondere mit dessen Grundkörper. Von Vorteil ist dabei, dass bei Montage nur ein einziges Teil einzufügen ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Grundkörper in axialer Richtung an der vom ringförmigen Dichtelement abgewandten Seite weniger ausgedehnt als die Dichtlippe, insbesondere endet er axial im axialen Bereich der Ringfeder. Von Vorteil ist dabei, dass kompaktere Bauweisen ermöglicht werden.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren sind, dass nach Einschieben des Wellendichtrings in eine Bohrung des Teils ein Ring zur axialen Begrenzung in eine Nut des Teils und/oder ein Ring an oder in den Wellendichtring zum Aufbauen einer radial wirkenden Federkraft eingeschoben.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Montage ermöglicht ist, insbesondere weil der Wellendichtring ohne besonderen Kraftaufwand einschiebbar ist und erst bei Einschieben des Rings Kraft aufgewendet werden muss zur Verformung des ringförmigen Dichtelements.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben sind, dass der im Betrieb auftretende Temperaturbereich, insbesondere verursacht durch Drehzahl der Welle und Umgebungstemperatur, nur derartige plastische Verformungen des Wellendichtrings bewirkt, dass die somit verursachten Undichtheit bewirkenden Spalte zwischen Teil und Wellendichtring im elastischen Verformungsbereich des ringförmigen Dichtelements kompensierbar sind.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Dichtheit herstellbar ist auch bei Verwendung eines harten, unter Temperatureinfluss plastisch verformbaren Materials für den Wellendichtring. Insbesondere ist Teflon oder Teflon-haltiges Material verwendbar.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtanordnung gezeigt.
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In der 2 ist ein Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Dichtanordnung gezeigt.
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In der 3 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtanordnung mit kraftschlüssiger Dichtung gezeigt.
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In der 4 ist ein Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Dichtanordnung gezeigt, die ähnlich ist zum Ausführungsbeispiel nach 1.
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In 1 ist zur Abdichtung einer Welle 1 gegen ein Gehäuseteil 6 ein Wellendichtring vorgesehen, der mit seiner Dichtlippe 2 die Welle im Wesentlichen berührt. Die Dichtlippenspitze ist in Umfangsrichtung beispielsweise sinusförmig ausgeführt, um eine Rückförderwirkung zu erzielen. Das Federelement 3 ist als Ringfeder ausgeführt und drückt die Dichtlippe an die Welle heran, um abdichtende Wirkung zu erzielen.
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Die Dichtlippe 2 ist am Grundkörper 4 einstückig ausgebildet und wird von diesem gehalten. Axial gehalten wird der Wellendichtring, insbesondere sein Grundkörper 4, mittels des Sicherungsrings 5 an einem ersten axialen Endbereich und mittels eines Vorsprungs oder einer Stufe des Gehäuseteils 6 am anderen axialen Endbereich. Dabei ist zur Abdichtung des Wellendichtrings zum Gehäuseteil 6 hin ein ringförmiges Dichtelement 8, wie O-Ring, zwischen der Ecke der Stufe oder des Vorsprungs des Gehäuseteils und dem Grundkörper 4 vorgesehen, der entsprechend verformt wird. Dabei weist der Grundkörper 4 eine entsprechende Schräge auf, die der Ecke gegenüberliegend vorgesehen ist.
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Besonders vorteilhaft ist die Anordnung dann verwendbar, wenn das Material des Wellendichtrings bei Temperaturerhöhungen seine Formbeständigkeit verliert, also plastisch verformt wird. Wenn also bei Betriebstemperaturen von beispielsweise 80°C bis 120°C das Material des Wellendichtrings sich ausdehnt, wobei das Gehäuseteil sich nur geringfügig ausdehnt, weil es beispielhaft aus Stahl gefertigt ist, wird das Material des Wellendichtrings verformt. Dabei will sich das Material in radiale Richtung ausdehnen und weicht dann in andere Richtungen, insbesondere nach radial innen, aus und verliert nach Abkühlung auf beispielsweise 40°C oder 20°C an Außendurchmesser. Auf diese Weise entsteht an der Außenseitenfläche 10 des Wellendichtrings ein Spalt und somit Undichtigkeit – auch wenn er bei Montage eingepresst war in das Gehäuseteil 6. Dagegen ist der O-Ring als abdichtendes Element vorgesehen.
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Der Sicherungsring 5 wird in einer Nut des Gehäuseteils 6 eingebracht, die eine etwas größere axiale Breite hat als die axiale Breite des Sicherungsrings 5. Somit sind Toleranzen und thermische Ausdehnungen des Grundkörpers 4 in axialer Richtung kompensierbar.
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Das Material des Wellendichtrings weist vorzugsweise ein größeres E-Modul auf als das Material des ringförmigen Dichtelements 8, wie O-Rings, insbesondere ein mindestens 5 mal oder gar 10 mal größeres E-Modul.
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Die Schräge der Außenseitenfläche 10, also der Winkel zur axialen Richtung weist einen Wert auf zwischen 0° und 90°. Mittels der Schräge ist auch eine Zentrierung bei Montage und bei Betrieb bewirkt.
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Besonders vorteilhaft ist als Material des Wellendichtrings Teflon einsetzbar oder ein Material, das Teflon enthält, insbesondere mehr als 50%.
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Bei Verwendung solch harter Materialien ist der Wellendichtring zum Teil hin auch bei leichtem Andrücken nicht dicht angebunden. Denn im Mikrobereich sind Spalte vorhanden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist bei Unterdrucken und Überdrucken dicht. Insbesondere auch bei kleinen Überdrucken von beispielsweise 0,1 bar bis 2 bar. Denn die Dichtheit zwischen Teil und Wellendichtring wird nicht durch das Aufpressen des Wellendichtrings auf das Teil bewirkt sondern durch das ringförmige Dichtelement.
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Wichtig ist auch, dass der Wellendichtring keine Stahlelemente umfasst, die stützend wirken. Denn der Grundkörper ist aus einem genügend steifen Material, wie Teflon oder einem Teflon enthaltenden Material, ausgeführt.
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Der Grundkörper ist in axialer Richtung an der vom ringförmigen Dichtelement 8 abgewandten Seite weniger ausgedehnt als die Dichtlippe 2. Er endet also axial sogar im Bereich der Ringfeder 3.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Wellendichtring stoffschlüssig mit einem als O-Ring wirkenden Materialbereich verbunden. Somit ist nur ein einziges Teil bei der Montage in das Gehäuseteil einzuführen, das dann von dem Sicherungsring 5 gehalten wird.
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In 2 ist im Unterschied zur 1 die Schräge an der Berührkontur 11 zwischen Sicherungsring 5 und Grundkörper 4 ausgeführt. Somit findet bei Montage und Betrieb des Sicherungsrings 5 die Zentrierung statt. Hierzu ist aber der Sicherungsring 5 und der Grundkörper 4 mit einer zueinander passenden Schräge auszuführen.
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Das ringförmige Dichtelement 8 ist dann in eine einfache Nut am Grundkörper einbringbar und erzeugt wie auch beim Ausführungsbeispiel nach 1 eine Feder-Druckkraft in axialer Richtung, so dass der Sicherungsring 5 bei Montage auf den Grundkörper 4 gedrückt werden muss.
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Bei den genannten Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 ist der Wellendichtring formschlüssig gehalten.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Federelement 30, beispielsweise ein Sprengring oder ein ähnlich geformter Ring, eine Federkraft in radialer Richtung erzeugt, so dass der Grundkörper 4 des Wellendichtrings dann nach radial außen angepresst wird. Die Dichtlippe 2 wird weiterhin vom Federelement 3 nach radial innen gepresst, also auf die Welle. Am Außenumfang des Grundkörpers 4 ist wiederum ein O-Ring, vorzugsweise in einer Nut des Grundkörpers 4, vorgesehen, um den Wellendichtring gegen das Gehäuseteil 6 abzudichten. Auf diese Weise ist eine kraftschlüssige Abdichtung bewirkt, so dass das Material des Grundkörpers bei thermischen Änderungen in axialer Richtung sich verformen kann und trotzdem Dichtheit zwischen Wellendichtring und Gehäuseteil hergestellt ist.
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Die in 3 gezeigte Stufe des Gehäuseteils 6 begrenzt zwar den Wellendichtring in einer axialen Richtung, jedoch ist die Dichtungsanordnung auch ohne diese begrenzende Funktion erfüllt.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im unterschied zur 1 der Wellendichtring axial nicht anliegt am Teil.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zur axialen Sicherung des Wellendichtrings ein Sicherungsring 5 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Dichtlippe
- 3
- Ringfeder
- 4
- Grundkörper des Wellendichtrings
- 5
- Sicherungsring
- 6
- Gehäuseteil
- 7
- Außenmanteldurchmesser des Wellendichtrings
- 8
- ringförmiges elastisches Element, wie O-Ring
- 10
- Außenseitenfläche des Wellendichtrings
- 11
- Berührkontur zwischen Sicherungsring und Wellendichtring
- 30
- Federelement, beispielsweise Sprengring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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