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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung oder ein Element zum Abdichten zweier gegeneinander verdrehbarer Teile gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aktuell handelsübliche und im Einsatz befindliche Dichtungen für Drehverbindungen und Schwenktriebe sind in Ihrer Form und Ausgestaltung sehr unterschiedlich, obwohl der Anwendungsfall oft sehr ähnlich ist. Es geht stets darum, die Drehverbindung oder den Schwenktrieb sicher gegen äußere Einflüsse, beispielsweise Feuchtigkeit, Flugsand oder Verunreinigungen beziehungsweise Schmutz, Fremdkörper, et cetera, zu schützen.
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Ebenso geht es bei einer praxistauglichen Dichtungsanordnung darum, Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Schmiermittelinnendruck im Lager zu gewährleisten. Prinzipiell soll die Dichtung die Anforderungen erfüllen, Fremdkörper vom Eindringen in die Lagerkonstruktion der Verbindung zu hindern. Gleichzeitig muss die Dichtung Unterstützung dafür bieten, dass das Schmiermittel im Lager verbleibt beziehungsweise nur in geringen und definierten Mengen aus der Gesamtanordnung gelangt. Sie muss also dem Innendruck des Lagers, herbeigeführt durch das Schmiermittel, in vertretbarem Maße standhalten können. Der Fachmann spricht von einer Abdichtwirkung der Dichtung.
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Es ist aktuell Stand der Technik, dass in Drehverbindungen und Schwenktrieben Schmierstoffe beziehungsweise Schmiermittel eingesetzt werden, die mit dem Dichtungsmaterial in Kontakt gelangen.
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Es ist ebenso aktuell Stand der Technik, dass handelsübliche und im Einsatz befindliche Dichtungen vulkanisierbar sind und herstellbar mit allen gängigen Verfahren zur Herstellung von Dichtungsgeometrien aus elastischen kautschukartigen Werkstoffen, beispielsweise FPM, Viton, NBR, ECO, HNBR und Ähnlichen.
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Den üblichen Dichtungsanordnungen nach Stand der Technik ist gemein, dass Sie in der Regel entweder einteilig oder mehrteilig ausgeführt sind, das bedeutet aus mindestens einer Dichtungskomponente bestehen. Sehr häufig werden verschiedene ringförmige Dichtungsstränge in die Drehverbindung eingebracht oder in einem oder in mehreren Einstichen beziehungsweise Nuten im Vollmaterial der Drehverbindung oder an dem Schwenktrieb befestigt, sodass sich eine Fixierung stattfindet. Die Fixierung geschieht dabei durch Einbringen des elastischen Dichtungsmateriales in eine im (metallischen) Vollmaterial der abzudichtenden Anordnung vorhandene Nut. Häufig entsteht diese Nut durch spanende Bearbeitung infolge des sogenannten „Einstichdrehens” während der Fertigung der Drehverbindung oder des Schwenktriebs.
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Es wird derzeit häufig gesehen und es ist möglich, dass mehrere solcher Nuten beziehungsweise Einstiche in der abzudichtenden Gesamtanordnung vorhanden sind. In der Regel existieren mindestens genau so viele dieser Nuten, wie elastische Dichtungsstränge in die Anordnung eingebracht und fixiert werden sollen.
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Die Fixierung der Dichtungsstränge beziehungsweise der Dichtungsprofile in den genannten Nuten oder Einstichen geschieht dabei im Normalfalle zum Einen durch Formschluss, da die elastischen Federn beziehungsweise Lippen des Dichtungsstranges beziehungsweise Dichtungsprofils, die in den Nuten eingebracht werden, häufig widerhakenähnliche Profilgeometrie(n) besitzen, und zum Anderen dadurch, dass eventuell auftretende Verformungskräfte auf die Dichtungen infolge anwendungsgemäßem Betrieb der Drehverbindung oder des Schwenktriebs stets in etwa senkrecht zur Einbringungsachse der vorgenannten Nut wirken und somit nicht in jener Richtung in welcher die Profilgeometrie(n) des Dichtungsringes aus der genannten Nut oder dem genannten Einstich herausgezogen würde.
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Es ist ferner so, dass die genannte Fixierung der Dichtungsanordnung im metallischen Vollmaterial durch Kraftaufwand in der Regel wieder lösbar ist. Das bedeutet durch Aufbringen einer gewissen Zugkraft, die entgegengesetzt der Richtung der Einbringkraft der Dichtung in das Vollmaterial wirken muss, kann der Praktiker beziehungsweise Fachmann die eingebrachte Dichtung von der metallischen Anordnung (Drehverbindung beziehungsweise Schwenktrieb) wieder lösen.
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Häufig ist es gemäß dem bekannten Stand der Technik und maßgeblich aufgrund der beschriebenen Tatsache so, dass die verwendeten Dichtungsprofile aufgrund der vorher beschriebenen Profilgeometrie(n) widerhakenähnlich ausgestaltet sind und insgesamt gesehen durch stark verwinkelte Profile gekennzeichnet sind. Trotz der sich daraus ergebenden Probleme in Fertigung und Montage ist die Abdichtungswirkung in der Regel respektabel gut, sodass der Fachmann derzeit derartigen Lösungen bevorzugt.
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Es ist gemäß dem bekannten Stand der Technik allerdings nie so, dass solche Dichtungsprofile, die mit Hilfe Ihrer Profilgeometrie(n) in vorhandene Nuten beziehungsweise Einstiche des Vollmateriales eingebracht werden, in beiden Raumachsen ihrer selbst vollständig, das bedeutet in zweifacher Flächenrichtung, symmetrisch sind.
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Es ist nach bekannten Stand der Technik jedoch immer so, dass jede Dichtung zumindest an einer Stelle durch die vorher genannte Art der Fixierung im Vollmaterial der Drehverbindung oder des Schwenktriebs fixiert wird, um während des anwendungsgemäßen Betriebes nicht aus der fixierten Position zu gelangen. Trotz der sich daraus ergebenden Probleme in Fertigung und Montage ist die daraus resultierende Abdichtungswirkung in der Regel respektabel gut, sodass der Fachmann derzeit derartige Lösungen der Fixierung wählt.
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Es wird derzeit häufig gesehen und es ist möglich, dass ein elastischer Teil der beschriebenen Profilgeometrie(n) der Dichtungsanordnung an dem Einen sich drehenden Teil einer Drehverbindung fixiert ist, und ein anderer Teil derselben Dichtungsanordung an dem anderen sich drehenden Teil einer Drehverbindung fixiert ist, und dass die Dichtungswirkung durch das Zusammenspiel aller an der Gesamtanordung beteiligten Dichtungskomponenten (das sind beispielsweise eine erste elastische Dichtung, ein zusätzliches Edelstahlband, ein zusätzliches Zugfederband und eine zweite elastische Dichtung, evtl. dritte elastische Dichtungskomponenten) hervorgerufen wird.
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So beschreibt beispielsweise die
EP 1 920 176 B1 , basierend auf der
DE 10 2005 041 720 A1 eine solche erfolgreiche Anordnung zur Abdichtung einer sich drehenden Verbindung, bei der die Dichtungsanordnung aus etwa insgesamt mehr als vier einzelnen Komponenten besteht, die sich jeweils ringförmig erstrecken und in welcher der Dichtungsring an einem der sich drehenden Teile in oben vorgenannter Weise fixiert ist.
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Die
DE 103 093 83 A1 hingegen beschreibt unter Anderem eine Dichtungsanordnung für eine Drehlagerung, die aufgrund ihrer stark asymmetrischen Geometrie in Verbindung mit einem zusätzlichen Ringelement aus einem anderen Werkstoff eine gute Dichtungswirkung erreicht. Auch hier ist die stark asymmetrische Geometrie des Dichtungsprofils an einem der sich drehenden Teile in oben vorgenannter Weise fixiert.
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Auch die
DE 10 2006 053 832 A1 beschäftigt sich mit dem Einsatz einer Anordnung zum Abdichten zweier gegeneinander verdrehbar Teile, die als zusätzliche Komponente eine Feder beziehungsweise ein Zugfederband verwendet, und in welcher der Dichtungsring an einem der sich drehenden Teile in oben vorgenannter Weise fixiert ist.
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Auch die europäischen Erfindungen
EP 1 544 485 A1 sowie
EP 1 544 486 A1 behandelten Dichtungen für Lager, insbesondere zum dichtenden Verschließen eines Zwischenraumes in ähnlichem Sinne der vorliegenden Erfindung, jedoch wird hierbei ein zusätzlicher sogenannter Zwischenring verwendet, der mit mehreren Dichtungen in Kontakt ist und diese geometrisch beziehungsweise körperlich trennt. Ebenfalls können hierbei nicht die direkt gegeneinander verdrehbaren Teile abgedichtet werden können, sondern es ist der in der Erfindung beschriebene Zwischenring zur erfindungsgemäßen Abdichtwirkung nötig.
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Letzten Endes behandeln auch noch die deutschen Anmeldungen
DE 10 2008 025 725 A1 sowie
DE 10 2008 027 890 A1 Dichtungssysteme, die wie vorgenannt, etliche Merkmale des bekannten Standes der Technik beinhalten. Auch hier sind die jeweils stark asymmetrischen Geometrien der Dichtungsprofile zumindest an einem der sich drehenden Teile in oben vorgenannter Weise an zumindest einem sich drehenden Teil fixiert.
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Aus Sicht des Fachmanns oder Praktiker wären genau solche Dichtungen am Optimalsten, die über einfache und somit nicht stark verwinkelte Profilgeometrie(n) verfügen, sodass die Dichtungsanordnung oder das Element zur Abdichtung möglichst verwechslungssicher in die abzudichtende Anordnung eingebracht werden kann. Insbesondere optimal sind Profilgeometrie(n), die in horizontaler wie in lateraler Ausstreckung ihrer selbst symmetrisch sind, denn dann ist es für den Praktiker egal, ob die Dichtung „seitenverkehrt” in die abzudichtende Gesamtanordnung eingebaut wird.
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Es sind vor Allem Profilgeometrie(n) solcher Dichtungsanordnungen oder Elemente gewünscht, die direkt zwischen die beiden sich drehenden Teile eingebracht werden können, was bedeutet, das beide sich direkt drehenden Teile körperlichen Kontakt mit dem optimalsten Dichtungsanordnung oder das Element haben. Alle anderen Lösungen nach aktuellem Stand der Technik verfügen über teilweise komplexe und mehrteilige Ausführungen, die den Montageaufwand aufgrund der Mehrteiligkeit beziehungsweise Komplexität erhöhen. Erhöhter Montageaufwand kostet in der Praxis Zeit und Geld und ist somit nachteilig.
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Nachteilig ist in der Praxis ebenso, dass komplexe und verwinkelte Profilgeometrie(n) der Dichtungen filigraner ausgestaltet sind als einfache und nicht stark verwinkelte Profilgeometrie(n) und somit in der Anwendung empfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen sind und somit verfrüht zum Defekt und somit Ausfall des anwendungsgemäßen Betriebs der Drehverbindung oder des Schwenktriebs führen können. Auch solche genannten eventuell auftretenden verfrühten Defekte kosten in der Praxis Zeit und Geld und dies ist somit nachteilig.
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Vor Allem ist es nach aktuellem Stand der Technik ein stetes Ärgernis, dass zum Einbringen der Dichtung zum direkten Abdichten zweier sich drehender Teile, beispielsweise wie bei einer Drehverbindung oder Schwenktrieb, die vorgenannte Nut oder der vorgenannte Einstich in dem Vollmaterial der Gesamtanordnung (Drehverbindung oder Schwenktrieb) vorhanden sein muss. Um diese Nut einzubringen, sind in jedem Fall zusätzliche Fertigungsmaßnahmen bei der in der Regel spanenden Fertigung der abzudichtenden Anordnung nötig. Auch dies kostet in der Praxis Zeit und Geld und ist somit nachteilig.
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Aus Sicht des Fachmanns oder Praktikers ist es ferner wichtig, dass im Falle von Wartungs- beziehungsweise Reparaturarbeiten an der im Feld befindlichen Drehverbindung beziehungsweise dem im Feld befindlichen Schwenktrieb diese optimalste Dichtung beziehungsweise Dichtungsanordnung oder das Element mit verringertem Aufwand an Zeit im Vergleich zu den heute im Markt befindlichen Dichtungsanordnungen des Stand der Technik durchgeführt werden können. Dies würde in der Wartungs-/Reparaturpraxis Zeit und Geld sparen, denn längere Zeiten für Wartungs-/Reparaturaufgaben kosten in der Praxis Geld und sind somit ebenfalls nachteilig.
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Allen vorgenannten Beispielen zur Schaffung von Dichtungsanordnungen zum Abdichten zweier gegeneinander verdrehbarer Teile dienen der Belegung des Standes der Technik und den mit den aktuellen Stand der Technik verbundenen Nachteilen. Es ist diesen Beispielen gemein, dass sie wie bereits ausführlich ausgeführt entweder aus mehreren Komponenten bestehen, von denen mindestens einige der Komponenten an mindestens einem der gegeneinander verdrehbaren Teile fixiert werden, somit keine symmetrischen beziehungsweise einfachen Profilgeometrie(n) besitzen, die die Montagesicherheit und Standzeit der Dichtung im Betrieb erhöhen könnten, oder dass Sie im Falle von zwar einfachen Geometrien keine direkte Abdichtung des äußeren und inneren sich drehenden Teiles ermöglichen, was sich der Fachmann oder Praktiker wünschen möge.
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Diese Nachteile betrachtend gilt es eine möglichst optimale Dichtungsanordnung oder ein Element zum Abdichten zweier direkt gegeneinander verdrehbarer Teile zu erschaffen, welche bezüglich seiner Profilgeometrie(n) einfacher gestaltet ist als die bisher am Markt vorherrschenden Systeme, und durch wessen einfachere Gestaltung selbige nicht mehr separat an einem oder beiden der verdrehbaren Teile der Drehverbindung oder des Schwenktriebs befestigt beziehungsweise fixiert zu werden braucht, somit die Montage beziehungsweise der Austausch erleichtert und einfacher beziehungsweise mit geringerem Aufwand gefertigt beziehungsweise hergestellt werden kann. Ferner gilt es das Fertigungs- beziehungsweise Herstellungsverfahren zur Herstellung von Dichtungen für den Maschinen- und Anlagenbau so zu wählen, dass es dem gängigen Stand der Technik entspricht und keine gesonderten Herstellungsprozesse- oder Prozessschritte benötigt werden.
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Um die allesamt genannten Nachteile zu verringern bietet sich insbesondere die vorliegende Erfindung an, die wesentliche verbessernde Vorteile und Merkmale besitzt. Die Probleme zu den genannten Nachteilen werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Die Lösung der zum Nachteil gereichenden Probleme gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik gelingt insbesondere, wenn die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung oder das Element zur Abdichtung der abzudichtenden Anordnung eine solche Geometrie besitzt, dass selbiges sowohl im Betrieb der Drehverbindung, als auch in Ruhephasen stets selbst und ohne Beteiligung anderer Komponenten an Ort und Stelle integriert in der Gesamtkonstruktion verbleiben kann, also ohne herauszufallen. Als eine primäre Aufgabe gilt es stets, die abzudichtende Öffnung, durch die erfindungsgemäße Anordnung, abzudichten.
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Insbesondere durch eine vorteilhafte Gestaltung der sogenannten Haltelaschen der Dichtungsanordnung kann dies erreicht werden. Insbesondere sind diese Haltelaschen parallele und ringförmig um die Drehverbindung umlaufende integrale Bestandteile der Dichtungsanordnung, die stets seitlich direkt an den sich drehenden Hauptteilen der Drehverbindung anliegen. Es kann im Betrieb der Drehverbindung dabei geringe Reibung entstehen, welche jedoch durch entsprechend übliche Schmierung minimal gehalten wird. Diese Haltelaschen existieren, wie ausgeführt, auf jeder Seite der Drehverbindung. Diese Haltelaschen sind im herkömmlichen Sinne Dichtlippen, die entlang der sich verdrehenden Teile geführt werden bzw. anliegen, um die Konstruktion abzudichten. Die symmetrische Form bringt gute Fertigungseigenschaften mit sich und sorgt für sehr gute Formstabilität der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung.
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Über exakt diese Haltelaschen wird der körperliche Kontakt der Dichtungsanordnung mit dem jeweiligen verdrehbaren Hauptteil hergestellt. Eben diese Haltelaschen sind es, die sich im Betrieb auch maximal verformen können dann, wenn radiale Kräfte und Toleranzen auftreten, die dafür sorgen können, dass sich die beiden jeweiligen verdrehbaren Hauptteile der Drehverbindung aufeinander zu- oder voneinander fortbewegen. Durch den soeben geschilderten Mechanismus wird stets für eine Art der Selbstzentrierung der Dichtungsanordnung oder des Elementes gesorgt, sodass selbiges niemals selbstätig oder aufgrund der rotatorischen Bewegung aus der Gesamtkonstruktion entfernt wird.
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Durch die geometrische Ausgestaltung der Dichtungsanordnung oder des Elementes kann auch eben genannte Bewegung und das sogenannte Lagerspiel aufgenommen werden. Dann verformen sich die Haltelaschen der Dichtungsanordnung, wobei diese Verformung reversibel ist aufgrund der elastischen Eigenschaften des Dichtungsmateriales. Ein Vorteil hierbei ist, dass sich die Dichtung stets beidseitig verformt und somit nicht so stark einseitig belastet werden wird, wie die aktuell am Markt gängigen asymmetrischen Profilgeometrie(n). Eine erhöhte Druckbeständigkeit gegenüber der bisher am Markt befindlichen Systeme gemäß dem aktuellen Stand der Technik ist gegeben.
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Wenn zusätzlich ein sehr großes Lagerspiel oder eine große plötzliche Unrundheit während der rotatorisch gerichteten Bewegung, eine Drehung, auftritt, so werden infolge dessen, dass sich verdrehbaren (Haupt-)teile der Drehverbindung aufeinander zu- oder voneinander fortbewegen, die beiderseitigen Freiräume zwischen der (höchsten) Profilauswölbung der verdrehbaren (Haupt-)teile und der Dichtungsanordnung verändert.
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Diese Freiräume sind im Regelfalle teilweise mit Schmiermittel benetzt und befinden sich rechts und links der Symmetrielinie, über die die Dichtungsanordnung oder das Element verfügt. Durch die eventuell im Betrieb auftretenden Aufeinander zu- oder Voneinanderfortbewegungen der beiden gegeneinander verdrehbaren Teile kann sich die Dichtung aufgrund der elastischen Werkstoffeigenschaften zusammendrücken (Kontraktion) beziehungsweise entlasten (Relaxation).
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Ebenso sinnvoll im Sinne der Lehre der Erfindung ist, dass die Dichtungsanordnung oder das Element vor Allem dann die maximalen Selbstzentrierungsmechanismen aufweisen kann, wenn der Winkel der mindestens einen Symmetrieachse von der absoluten Vertikalen nicht zu groß und nicht zu klein gewählt wird. In der Praxis hat sich ein Winkel von etwa ca. 30 Grad als sehr gut erwiesen. Ähnliche Winkel sind denkbar, der Winkel sollte jedoch die Lotrechte zur absoluten Vertikalen, also 90°, nicht übersteigen.
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Besonders bewährt hat sich die Erfindung, wenn die Geometrie der Dichtungsanordnung mindestens immer zumindest eine Symmetrie in eine ihrer beiden zentralen Flächenrichtungen aufweist. Dann kann selbige problemlos auch seitenverkehrt montiert werden und es werden in der Montage weniger aufwendige Werkzeuge benötigt. Gleiches gilt auch für das erfindungsgemäße Wegfallen der bisher nach aktuellem Stand der Technik stets vorhandenen Fixiernippel. Diese in Form von Lippen oder widerhakenförmig ausgestalteten Fixiernippel treten auswuchsartig als Teil der Profilgeometrie(n) der bisherig im Markt befindlichen Dichtungen aus dem Dichtungsprofil hervor und müssen laut aktuellem Stand der Technik im Rahmen der Montage stets separat in die dafür vorgesehenen Nuten oder Einstiche in der Drehverbindung eingebracht (fixiert) werden.
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Diese Notwendigkeit besteht bei der erfindungsgemäßen Profilgeometrie nicht mehr aufgrund der nicht mehr vorhandenen Notwendigkeit der separaten Fixierung an mindestens einem der drehbaren Teile der Drehverbindung oder des Schwenktriebes. Durch die, im Gegensatz zum aktuellen Stand der Technik vereinfachte Anordnung ohne die Verwendung von feinen oder filigranen Dichtungslippen ist das System als Innendichtung, als auch als Außendichtung für Drehverbindungen oder Schwenktriebe verwendbar. Dies bedeutet insbesondere, dass die Dichtungswirkung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung sowohl nach innen- als auch nach außen hin abdichtet.
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Bevorzugt ist auch, dass bei Montage von zu reparierenden Dichtungen bei im Feld befindlichen Komponenten die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung wesentlich zeitoptimierter entfernt oder wieder eingebracht werden kann. Insbesondere muss der elastische Dichtungswerkstoff bzw. das Dichtungsmaterial nicht gezogen werden, auch nicht gestaucht werden und auch nicht eingepresst werden. Die Montagesicherheit wird dadurch erheblich erhöht im Hinblick auf die aktuellen Dichtungssysteme nach bekanntem Stand der Technik. Ferner ist ein weiterer Vorteil, dass sich die montierte Dichtungsanordnung nach der Montage am gesamten Umfang wieder entspannen kann.
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Indem die gesamte Dichtungsanordnung stets selbstzentrierend ist, spart man sich in der Herstellung Zeit wenn es darum geht, dass die Dichtung in das Vollmaterial (meist Stahl) der Drehverbindung oder des Schwenktriebes eingebracht werden muss. Die bisher notwendigen Nuten oder Einstiche werden nicht mehr benötigt. Dies führt regelmäßig zu sinkenden notwendigen Zeiten für die Fertigung. Die Geometrie, insbesondere die Einfachheit der erfindungsgemäßen Geometrie ermöglicht es, dass ferner in der Reparatur im Feld als auch in der Neumontage weniger Komponenten verbaut werden müssen. Durch weniger zu verbauende Teile, die zudem auch einfacher vom Fachmann handzuhaben sind, werden Montagezeiten verringert und Fehlermöglichkeiten minimiert.
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Indem die gesamte Dichtungsanordnung so ausgelegt ist, dass selbige in horizontaler Erstreckung niemals diejenige planare Fläche überragt, welche durch die äußerste Oberkante aller sich drehenden Teile der Gesamtkonstruktion im Raum aufgespannt wird, behindert die neue erfindungsgemäße Dichtungsanordnung oder Element die anschließende Anschlusskonstruktion, welche in der Regel erst im Feld und beim Kunden angebracht wird, nie.
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Bei eventueller Verwendung der erfindungsgemäßen Lehre als Verbundsystem, das dennoch unter der Prämisse der Einfachheit gilt, werden ebenso wie bisher dargestellt, keine Nuten oder Einstiche zur Fixierung in der Drehverbindung oder dem Schwenktrieb benötigt. Die eventuell zusätzlich zu verwendenden Komponenten wie beispielsweise eine Stahlband oder ein Federzugband oder eine Kombination aus beiden werden ähnlich dem bisherigen und eingangs zitierten Stand der Technik in der Verbindung fixiert. Der große Unterschied zum bisherigen Stand der Technik besteht darin, dass die tragenden Dichtungsanordnungen, welche Stahlband und/oder Federzugband aufnehmen, nicht selbst separat in den drehbaren Teilen fixiert werden müssen, wie bisher ausführlich erklärt.
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Weitere Vorzüge kann die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung oder das Element zur Abdichtung dadurch bieten, dass die gewählten Konturen möglichst rund ausgeführt sind und somit wenig verwinkelt, um der Lösung eine spezielle Einfachheit und Robustheit zu verleihen. Während die bisherigen Lösungen wie oben erklärt und zitiert gelegentlich stark verwinkelt und eher filigran ausgestaltet sind und sich somit häufig mechanische Lastfälle der Knickung oder Biegung oder Umbiegung oder eine jedwede andere Kombination aus den genannten Lastfällen ergibt, so wird die neue und erfindungsgemäße Konstruktion und geometrische Ausgestaltung der Dichtungsanordnung oder des Elementes im Wesentlichen, wie ebenfalls erklärt, auf Dehnung und Stauchung beansprucht. Eben jene beiden Lastfälle sind diese, die aus werkstofftechnischer Sicht sehr gut von kautschukähnlichen elastischen Werkstoffen aufgenommen werden kann, ohne dass nennenswerte Schädigung zu befürchten ist, was sich wiederum positiv auf die Standzeit und Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Lösung auswirkt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass diese eben genannten „Rundungen” den Lastfall der Kerbwirkung nicht fördern. Diese Kerbwirkung tritt ebenfalls bei stark verwinkelten Konstruktionen häufig auf und ist unerwünscht.
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Entsprechen dem bevorzugten Querschnitt ist die Montage und Demontage der erfindungsgemäßen Dichtungslösung wesentlich einfacher und wenig komplex gestaltet als die aktuell gültigen Lösungen des Standes der Technik.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Grundlage der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beschreibungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sowie weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung, sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:
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1 einen erste Betrachtung der Schnittgeometrie einer einteiligen Ausführung dieser Dichtungsanordnung oder des Elements (4) bei Betrachtung der Stirnschnittfläche eines geschnittenen Segmentes; Es handelt sich um einen Schnitt durch eine Drehverbindung (1), die als Wälzkörper Kugeln oder Rollen oder gleitende Komponenten, oder eine Hybridform von all diesem, verwenden kann.
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2 eine weiteres Ausführungsbeispiel dieser Schnittgeometrie dieser einteiligen Ausführung dieser Dichtungsanordnung oder des Elements (4), wobei die Konturen der Dichtung leicht verändert sind im Gegensatz zu 1.
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3 einen weitere Betrachtung der Schnittgeometrie einer einteiligen Ausführung dieser Dichtungsanordnung oder des Elements bei Betrachtung der Stirnschnittfläche geschnittenen eines Segmentes; Es handelt sich hierbei um einen Schnitt durch einen Schwenktrieb, der zwecks rotatorischer Verstellung des Aussenringes einer Drehverbindung an eine Drehverbindung mit Kugeln als Wälzkörper. In dieser 3 ist zu Vergleichszwecken auch ein beispielhaftes herkömmliches Dichtungselement (22) zu sehen, welches in einen der vorgenannten herkömmliche Nut bzw. Einstich (23) gemäß Stand der Technik mittels Fixiernippel fixiert ist.
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4 hingegen zeigt keinen Schwenktrieb, sondern zeigt die Erfindung ausgeführt als einteiliges Element, das direkt zwischen Innenring und Aussenring einer Drehverbindung eingebaut wurde, ohne dass die Dichtungsanordnung oder das Element in einer Nut oder in einem Einstich fixiert zu werden braucht. Es ist so, dass weder an dem Innenring noch an dem Aussenring eine solche bisherige beziehungsweise herkömmliche Fixierung nötig ist.
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In allen Figuren 1 bis einschließlich 4 ist erkennbar, dass die Dichtungsanordnung oder Element (4) weder an dem einem der direkt gegeneinander verdrehbaren Teile (3) fixiert ist noch an dem anderen der direkt gegeneinander verdrehbaren Teile (2).
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In der Praxis können durch die an einem Lager oder an einem Schwenktrieb befestigen Anschlusskonstruktionen, die sich oberhalb der äußersten Oberkanten aller sich drehenden Teile anschließen, erhebliche Verformungen im Lager bis in den mehreren Milimeterbereich zwischen Innenring, beispielsweise (2), und Außenring, beispielsweise (3), ergeben. Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung ist, dass sich die Verformungen auf beide Seiten der Haltelaschen beziehungsweise auf beide Seiten der Lippenpaare zu etwa ähnlich großen Lasten aufteilen. Dies hat unter Anderem den Vorteil, dass praktisch das Zweifache der Verformung von Seiten der Dichtungsanordnung oder des Elements (4) aufgenommen werden kann.
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Trotz der Möglichkeit, dass sich die Dichtungsanordnung oder das Element aufgrund der rotatorisch gerichteter Betätigung der Drehverbindung oder des Schwenktriebs (1) verformt, ist es natürlich so, dass sich der nominelle Radius beziehungsweise der Durchmesser der Dichtungsanordnung, also gemeint ist hier der Abstand zwischen Dichtungsmittelpunkt (7) und dem Kreismittelpunkt der Drehbewegung der Drehung (des Schwenktriebs oder der Drehverbindung) nicht wesentlich ändert. Dies bedeutet, dass jegliche Änderungen im Radius beziehungsweise der Durchmesser der Dichtungsanordnung erfolgen nur durch die elastischen Eigenschaften und/oder durch Temperatureinflüsse und/oder aufgrund der radialen und axialen Verformungen im Lager (exaktere Beschreibung siehe [0055]).
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Das elastische Dichtungsmaterial in allen der genannten Figuren besteht stets aus einem beispielsweise kautschukartigen Werkstoff der vulkanisierbar ist und gemeinsam mit allen im Maschinenbau gängigen Stoffen zur Schmierung von Drehverbindungen verwendet werden kann.
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In 5 ist erstmalig eine mehrteilige Version der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gezeigt, die aus mehreren Dichtungsringen besteht, welche eine oder mehrere weitere Dichtungslippen (25) aufweist. Beachtenswert ist, dass die soeben genannten weitere Dichtungslippen (25) nicht die gleichen Komponenten sind wie die oben genannten Haltelaschen (21), da sie nicht die Funktion haben, an den Profilauswölbungen der direkt drehenden Teilen anzuliegen. Vielmehr liegen sie an anderen Dichtungslippen (25) an.
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Im Falle der mehrteiligen Ausführung kann es so sein, bezogen auf die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung und auf 5, dass an wenigstens einer Lippe eines Dichtungsringes ein an dessen Umfang entlang laufendes geschlossenes Band (5) aus einem anderen Werkstoff anliegen kann. Das Band kann beispielsweise aus Edelstahl oder aus einem anderen Metallwerkstoff bestehen. Optional kann ebenfalls ein Zugfederstrang (19) in die Dichtungsanordnung eingelegt sein, um der gesamten Dichtungsanordnung zusätzliche Stabilität in radialer Richtung zu verleihen.
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Im Folgenden soll wieder die einteilige Ausführung betrachtet werden: Hier ist die Dichtungsanordnung oder Element (4) zum Abdichten zweier direkt gegeneinander verdrehbaren Teile (3) (2) und ausgestaltet als ein umlaufender Ring aus einem elastischen Dichtungswerkstoff besteht. In 4 sieht man eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung sehr gut, nämlich dass in der Erfindung zur örtlichen Fixierung des Dichtungsringes kein Formschluss oder Kraftschluss zwischen Dichtungsanordnung und den sich direkt gegenseitig verdrehenden Teilen nötig ist, und somit keine Nuten oder Einstiche. Durch die ferner vorhandene symmetrische Geometrie der Dichtungsanordnung wird dadurch für die Praxis einfache und verdrehsichere Montage und schnelle Auswechselbarkeit gewährleistet.
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Weiterhin kann man anhand des Beispiels 4 sehen, wo die Stirnschnitffläche eines geschnittenen Segmentes dieser Drehverbindung oder dieses Schwenktriebs betrachtet wird, dass in zumindest einer der beiden Flächenrichtungen die Dichtungsanordnung eine vollständige Symmetrie ihrer selbst besitzt. Ferner ist gut sichtbar, dass die Symmetrielinie (6) in Richtung von der Vertikalen (13) um weniger als 90° zur Vertikalen (13) geneigt ist. In der Praxis hat sich aktuell besonders vorteilhaft gestaltet, wenn der Winkel etwa 30° beträgt. Es ist gemäß der Erfindung stets zu beachten, dass dieser Winkel so gewählt wird, wie es von der Anschlusskonstruktion her am sinnvollsten erscheint, denn es gilt Folgendes. Diejenige Richtung, in der sich die beiden Profilwölbungen, gemeint sind die von den Haltelaschen beziehungsweise Dichtlippen umfangenen beziehungsweise umschlossenen werden, aufeinander zu bewegen, zeigt zumeist durch den geometrischen Mittelpunkt (7) des Dichtungselements oder der Dichtungsanordnung. Ob die Richtung dieser Bewegung jedoch tatsächlich durch den Mittelpunkt (7) zeigt, oder ob dieser Mittelpunkt (7) lediglich als Momentanpol einer Drehbewegung infolge der Relativbewegung der beiden sich drehenden Teile (2) und (3) wirkt, ist stark abhängig von der verwendeten Lagerbauform und auch stark abhängig von den Anschlusskonstruktionen, die links und rechts neben der gesamten Drehverbindung angeschlossen werden.
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Diese Anschlusskonstruktion wird zumeist durch Schrauben verbunden. Erwähnenswert zeigt sich auch, dass in der Praxis, stark abhängig je nach Anwendungsfall der Drehverbindung oder des Schwenktriebs, die Verformungen des elastischen Dichtungselementes (4) nicht immer zur einen Hälfte auf radial wirkenden Kräften beruhen und zur anderen Hälfte auf axial wirkende Kräfte. In der Tat können die auf (4) wirkenden Kräfte manchmal überwiegend axial und manchmal überwiegend radial sein.
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Die tatsächliche Kräfteverteilung hängt von der Lagerbauform ab und dementsprechend wird der Winkel gewählt, unter dem die Dichtung zur Vertikalen geneigt ist. In vielen Fällen beträgt dieser Winkel aufgrund der Lagerbauform und aufgrund der aufzunehmenden Radial- beziehungsweise Axialkräfte etwa 30°, aber auch alle anderen Winkel zwischen 0° und 90° sind im Sinne der Erfindung allerdings denkbar und sinnvoll.
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Weiteres Ausführungs- und Gestaltungsmerkmal der Erfindung ist sehr gut in 1 zu sehen, insbesondere auch in 3. Die Erfindung sieht vor, dass die Dichtungsanordnung oder jenes Element (4) so konzipiert und geometrisch ausgestaltet ist, dass sie die an die Drehverbindung (oder an den Schwenktrieb) anschließende Konstruktion nie klemmt oder berührt. Es ist aus den Figuren schön ersichtlich, dass zwischen der höchsten Oberkante (20) des Äußersten sich drehenden Teile, und der Oberkante aller darunter liegenden sich drehenden Teile stets ein freibleibender Spalt beziehungsweise bei räumlicher Betrachtung eine freibleibende kreisförmige Fläche (24) verbleibt. Diese Situation findet sich beispielsweise auf beiden Seiten einer Drehverbindung. Durch diese frei bleibende(n) Geometrie(n) wird gewährleistet, dass das erfindungsgemäße Dichtungselement oder die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung nicht an einer möglichen Anschlusskonstruktion schleift und zusätzlich bremst und somit abgerieben wird.
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Man betrachte weiterhin beispielsweise 1. Die folgenden symmetrischen Überlegungen erklären weiterhin sehr gut, worauf es bei der vorliegenden Erfindung ankommt: Die Dichtungsanordnung oder Element besitzt mindestens eine Symmetrielinie (6) in Richtung von der Vertikalen (13) und eine dazu gedachte Senkrechte (12), wobei diese Senkrechte (12) die Symmetrielinie von der Vertikalen (13) im Dichtungsmittelpunkt (7) schneidet und in etwa derer Richtung dieser Senkrechte (12) sich jeweils dreiecksförmige und an deren Dreiecksspitze abgerundete Profilauswölbungen (8) (9) der beiden gegeneinander verdrehbaren Teile (3) (2) in Richtung Dichtungsmittelpunkt (7) eindringen. Während des anwendungsgemäßen Betriebes der Drehverbindung oder des Schwenktriebs (1) kann die Dichtungsanordnung oder das erfindungsgemäße Element maßgeblich verformt werden. Gemäß der Erfindung ist es so, dass auf beiden Seiten der Profilauswölbungen (8) (9) zwischen Dichtungsmaterial und der jeweiligen Profilauswölbung gerundete Freiräume im Idealfall beispielsweise exakt runde (10) (11) verblieben, die diese Eindringbewegung ermöglichen und an deren jeweiligen Enden sich die dreiecksförmigen Profilauswölbungen tangential anschmiegen.
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In allen der nachfolgend dargelegten Zeichnungen (1 bis einschl. 5) ist das erfindungsgemäße Prinzip der Selbstzentrierung sehr gut ersichtlich. Dadurch, dass die Kräfte entweder in Radialrichtung und/oder in Axialrichtung von der Erfindungsvorrichtung (4) aufgenommen werden und alle diese Kräfte in etwa in Richtung des Dichtungsmittelpunktes (7) wirken, wird die Dichtung bei jeder Drehbewegung der Drehverbindung oder des Schwenktriebs (1) automatisch zentriert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehverbindung oder Schwenktrieb
- 2
- erstes verdrehbares Hauptteil
- 3
- zweites verdrehbares Hauptteil
- 4
- erfindungsgemäße Dichtungsanordnung oder Element zu Abdichten
- 5
- geschlossenes Band aus einem anderen Werkstoff (nur bei mehrteiliger Ausführung)
- 6
- Symmetrielinie in Richtung von der Vertikalen
- 7
- Dichtungsmittelpunkt
- 8
- obere abgerundete als dreiecksförmige an der Dreiecksspitze abgerundete Profilauswölbungen des ersten verdrehbaren Hauptteil
- 9
- obere abgerundete als dreiecksförmige an der Dreiecksspitze abgerundete Profilauswölbungen des zweiten verdrehbaren Hauptteil
- 10
- oberer Freiraum zwischen Profilauswölbung des ersten verdrehbaren Hauptteil und Dichtungsanordnung
- 11
- unterer Freiraum zwischen Profilauswölbung des zweiten verdrehbaren Hauptteil und Dichtungsanordnung
- 12
- Senkrechte zur Symmetrielinie
- 13
- (absolute) Vertikale
- 14
- Wälzkörper der Drehverbindung, die an dem Schwenktrieb angeordnet ist
- 15
- Schmiernippel des Schwenktriebes
- 16
- Welle des Schwenktriebes
- 17
- Zahnkranz des Schwenktriebes
- 18
- Abzudichtende Öffnung
- 19
- Zugfederstrang (nur bei mehrteiliger Ausführung)
- 20
- Äußerste Oberkante aller sich drehenden Teile der Gesamtkonstruktion
- 21
- Haltelaschen oder Dichtungslippen der Dichtungsanordnung
- 22
- Bisheriges Abdichtelement gemäß Stand der Technik in eine Nut oder einen Einstich eingebracht beziehungsweise durch den Fixiernippel fixiert
- 23
- Nut oder Einstich
- 24
- Freispalt beziehungsweise Freifläche
- 25
- weitere Dichtungslippen (nur bei mehrteiliger Ausführung)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1920176 B1 [0014]
- DE 102005041720 A1 [0014]
- DE 10309383 A1 [0015]
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