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Die Erfindung betrifft Radial-Wellendichtringe, insbesondere einen verbesserten Radialwellendichtring, der eine sichere Abdichtung auch von größeren statischen und dynamischen Bauteil-Toleranzen ermöglicht und dabei sicheren Halt an der Einbauposition gewährleistet.
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Standard-Radialwellendichtringe (RWDR's) haben zwei Funktionsbereiche. Erstens einen inneren Funktionsbereich, der die dynamische Abdichtung beispielsweise zu einer drehenden Welle (Radialbewegung) sicherstellt. In diesem Funktionsbereich tritt im Normalbetrieb eine Reibung zwischen dem Dichtring und der rotierenden Welle auf. Der zweite Funktionsbereich befindet sich am äußeren Durchmesser des Radialwellendichtrings. Er hat im Wesentlichen zwei Aufgaben:
- 1) Fixieren und Halten des Radialwellendichtrings im Flansch; und
- 2) Statische Abdichtung nach außen zum Flansch hin.
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Es gibt verschiedene Ausführungen des äußeren Durchmessers bei Radialwellendichtringen, um diese Funktionen zu erfüllen. Diese Ausführungen decken die meisten normalerweise auftretenden Fixier- und Abdichtsituationen am Außendurchmesser ab, d. h. sie können bei ausreichender Fixierwirkung die statische Abdichtung am Außendurchmesser leisten.
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Die folgenden Ausführungen von Radialwellendichtringen an deren äußerem Durchmesser sind bekannt:
- – Außenseite metallisch, d. h. nur Blech
- – Außenseite metallisch mit Zusatzbeschichtung
- – Außenseite mit Elastomer beschichtet, meist mit kleinen Dichtlippen versehen
- – Außenseite zum Teil mit Elastomer beschichtet und zum Teil Blech
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Bei allen diesen bekannten Ausführungen wird entweder über das beschichtete Blech oder über eine elastomere Schicht abgedichtet, die meist mit kleinen Dichtlippen versehen ist. Es gibt auch Varianten, die beide Ausführungen beinhalten. Alle diese Varianten haben die Eigenschaft, dass die Abdichtung von größeren Bauteiltoleranzen oder Verformungen im Betrieb nicht möglich ist und daher die abzudichtenden Toleranzen limitiert sind.
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Problem bei diesen Ausführungen ist auch, dass die Funktionen „Klemmen” und „Dichten” über ein einziges Funktionselement erfolgen. Das hat zur Folge, dass bei größeren Elastomer-Dichtlippen die Klemmfunktion nicht mehr gegeben wäre. Die rein metallischen Außendurchmesser, die mit einer Beschichtung zur Verbesserung der Abdichtung versehen sind, sind noch stärker in ihrer Abdichtwirkung limitiert.
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Da aufgrund fortschreitenden Leichtbaus die Gehäuse oder Flanschmaterialien immer dünner gestaltet werden, kann es aber im Betrieb der entsprechenden Maschine dazu kommen, dass sich Gehäusebauteile verformen und die Spalte zwischen Radialwellendichtring außen und Gehäuse lokal so groß werden, dass die Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist. Man könnte nun versuchen, die elastomeren Bereiche zu Vergrößern, um solche größeren Toleranzen ausgleichen zu können. Das kann aber bei den oben beschriebenen Bauformen nur sehr bedingt durchgeführt werden, da ansonsten die Klemmwirkung am Außendurchmesser nicht mehr ausreicht um den Radialwellendichtring im Flansch zu halten.
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Die hohe Klemmwirkung wird dadurch erreicht, dass der elastomere Bereich durch das darunterliegende Blech direkt gestützt wird. Bei zunehmender Stärke des Elastomers ist dies immer weniger gegeben. Da das Elastomer außerdem bei größeren Bauhöhen bzw. Stärken stärker relaxiert, wird die Klemmkraft darüber hinaus auch mit der Zeit nachlassen und der Radialwellendichtring könnte sich nach einiger Zeit aus dem Flansch lösen.
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Die Aufgabe der vorliegende Erfindung besteht daher darin, eine Lösung zu finden, mit der am Außendurchmesser eine ausreichende Klemmkraft aufgebracht werden kann, wobei aber gleichzeitig trotzdem größere Toleranzen sicher abgedichtet werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Radial-Wellendichtring mit einem inneren Wellendurchgang und einem äußeren Flanschbereich bereitgestellt, wobei der Flanschbereich umfasst:
- – einen ringförmigen Träger;
- – mindestens eine Klemmfläche, die radial außen auf dem Träger angeordnet ist;
- – mindestens eine Dichtfläche, die radial außen auf dem Träger angeordnet ist;
wobei
- – der Träger pro Dichtfläche einen radial nach innen zurückgesetzten Abschnitt aufweist;
- – die mindestens eine Klemmfläche eine dünne Elastomerbeschichtung aufweist; und
- – die mindestens eine Dichtfläche eine Elastomerbeschichtung mit mindestens einer Elastomer-Dichtlippe aufweist, die radial weiter von dem Träger vorsteht als die dünne Elastomerbeschichtung.
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Der neue Radial-Wellendichtring gemäß der Erfindung ermöglicht auch die Abdichtung von größeren Toleranzen, die entweder statisch vorhanden sein können, oder auch dynamisch während des Betriebs entstehen können. Gleichzeitig wird eine sichere Klemmung in der Einbauposition gewährleistet. Durch die Trennung der Bereiche „Klemmfläche” und „Dichtfläche” wird es ermöglicht, den jeweiligen Bereich für seine spezielle Aufgabe optimal anzupassen.
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Es wird angemerkt, dass der Radial-Wellendichtring natürlich ebenso für nicht rotierende Elemente wie Schubstangen oder Tauchrohre (bzw. sowohl rotierende als auch sich axial bewegende Elemente) verwendet werden kann. Der Begriff „Wellendichtring” ist daher nicht einschränkend auszulegen, sondern entspricht lediglich der fachüblichen Bezeichnung. Er wird der Einfachheit halber im Folgenden so gebraucht, ohne dass er sich zwingend auf eine Welle beziehen muss.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die dünne Elastomerbeschichtung von mindestens einer Klemmfläche mindestens eine Dichtlippe auf.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Träger einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf. Dabei kann ein Schenkel des L-förmigen Querschnitts im Wesentlichen parallel zu Klemmfläche(n) und Dichtfläche(n) verlaufen und der andere Schenkel im Wesentlichen senkrecht dazu radial nach innen verlaufen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Träger einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, und die Schenkel des U-förmigen Querschnitts verlaufen im Wesentlichen parallel zu dem Flanschbereich und dem Wellendurchgang.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Radial-Wellendichtring mindestens zwei Klemmflächen, wobei eine Dichtfläche in axialer Richtung zwischen den mindestens zwei Klemmflächen angeordnet ist.
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Durch diese Anordnung kann bei beibehaltener Klemmwirkung eine verbesserte Zentrierwirkung des Radial-Wellendichtrings an der Einbauposition erzielt werden, da die Klemmlänge erhöht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Radial-Wellendichtring einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, wobei der eine Schenkel im Wesentlichen parallel zu dem inneren Wellendurchgang verläuft und der andere Schenkel im Wesentlichen parallel zu dem äußeren Flanschbereich verläuft.
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Der Hauptkörper des Radial-Wellendichtrings kann im Wesentlichen – mit Ausnahme des Trägers und optionalen Spannringen – aus Elastomer bestehen. Der Träger kann sich sowohl U-förmig in dem Radial-Wellendichtring erstrecken, d. h. im Flanschbereich bzw. inneren Durchgangsbereich verläuft jeweils ein Schenkel, als auch nur L-förmig im Flanschbereich und senkrecht dazu radial nach innen verlaufend.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Radial-Wellendichtring weiter
- – einen Spannring, der den Radial-Wellendichtring im Bereich des inneren Wellendurchgangs radial nach innen vorspannt.
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Gemäß einer Ausführungsform besteht der Träger aus Metallblech. In alternativen Ausführungsformen kann der Träger auch aus anderen Materialien, beispielsweise Kunststoff, Keramik oder Karbon bestehen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Radial-Wellendichtring weiter
- – mindestens eine Elastomer-Schutzlippe am inneren Wellendurchgang.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Elastomerbeschichtung(en) und die Elastomer-Dicht- bzw. Schutzlippe(en) einstückig.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die mindestens eine Dichtfläche pro Elastomer-Dichtlippe mindestens einen radial zurückgesetzten Ausweichraum in der entsprechenden Elastomerbeschichtung auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt einen Radial-Wellendichtring gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt;
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2 zeigt eine erste Ausführungsform des Radial-Wellendichtrings gemäß der Erfindung im Querschnitt; und
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Radial-Wellendichtrings gemäß der Erfindung im Querschnitt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In 1 ist ein herkömm1icher Radial-Wellendichtring im Querschnitt gezeigt. Er ist zum Einbau in einem Bauteilflansch 1 (hier ist nur die eine Seite davon gezeigt) vorgesehen, und soll eine Welle/Schubstange 10 oder dergleichen in Bezug auf Rotation bzw. Hin- und Herbewegen (durch Pfeile angedeutet) abdichten. Der Radial-Wellendichtring weist einen Elastomer-Körper 2 auf, der einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, und eine innere Durchgangsseite mit Dichtlippe 2' sowie eine Flanschseite mit Dichtstruktur 2'' aufweist.
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Auf der Flanschseite ist ein L-förmiger Metallträger 4 zur Versteifung und Stützung der Dichtstruktur 2' vorgesehen. Für die Innenseite ist ein Spannring 6 vorgesehen, der zum Anpressen der Dichtlippe 2' an die Welle bzw. Schubstange 10 dient.
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Bei diesem bekannten Radial-Wellendichtring muss die Dichtstruktur 2' gleichzeitig die Funktionen „Klemmen” sowie „Abdichten” erfüllen. Um den sicheren Halt des Radial-Wellendichtrings am Bauteil zu gewährleisten, muss die Dichtstruktur 2' eher dünn gewählt werden, um eine sichere Klemmwirkung zu erzielen. Eine dünne Elastomerschicht kann aber keine größeren Toleranzen abdichten, die entweder statisch vorhanden sind oder sich im Betrieb dynamisch ausbilden. Es besteht daher die Gefahr von Undichtigkeiten. Umgekehrt wäre eine dickere Elastomerschicht nicht in der Lage, eine sichere Klemmung zu gewährleisten.
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Bei der Lösung der Aufgabe werden daher erfindungsgemäß die beiden Funktionen „Abdichten” und „Klemmen” des Radial-Wellendichtrings im Flansch voneinander getrennt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, beide Funktionsbereiche optimal darzustellen.
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In 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radial-Wellendichtrings im Querschnitt gezeigt. Der Grundaufbau entspricht dem Radial-Wellendichtring, der in 1 gezeigt ist. Davon abweichend ist bei dem erfindungsgemäßen Ring der Flanschbereich in eine Klemmfläche 3 und eine Dichtfläche 5 aufgeteilt. Weiterhin ist der Metallträger 4 in einen radial weiter nach außen ragenden Bereich 4' sowie einen radial zurückgesetzten Bereich 4'' aufgeteilt.
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Die Klemmfläche 3 kann eine dünne und im Wesentlichen glatte Elastomerbeschichtung sein (hier nicht gezeigt), kann optional aber auch kleine Dichtlippen tragen bzw. eine herkömmliche Dichtstruktur 2' bilden. Eine Schutzlippe 16 kann ebenfalls optional vorgesehen werden, beispielsweise als zusätzlicher Staubschutz.
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Durch eine Abkröpfung des Metallträgers 4 wird im Bereich der Dichtfläche 5 Raum geschaffen, der elastomere Dichtlippen 8 mit größerer Höhe aufnehmen kann. Die Dichtlippen 8 sind radial weiter nach außen ausgedehnt als die Oberfläche der Dichtstruktur 2'. Weiterhin sind zwischen bzw. neben den Dichtlippen 8 Freiräume 14 vorgesehen. Diese Freiräume 14 sind vorgesehen, um den Dichtlippen 8 Ausweichräume zu bieten, um größere Pressungen auszugleichen.
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Da der neuartige Radialwellendichtring grundsätzlich größere Toleranzen der Bauteile abdichten soll, die statisch vorhanden sein können, aber auch erst dynamisch durch Verformungen im Betrieb hervorgerufen werden können, soll zur Sicherstellung der Dichtfunktion ein elastomeres Element verwendet werden. Die neuartige Ausführung am Funktionsbereich des Außendurchmessers ist so gestaltet, dass ein Klemmbereich 3 vorhanden ist, der vergleichsweise dünn mit Elastomer umspritzt werden kann und optional kleine Dichtlippen tragen kann, um die Klemmfunktion zu übernehmen. Weiterhin gibt es einen zusätzlichen Dichtbereich 5, an dem das Trägerblech 4 weiter nach innen geformt bzw. radial zurückgesetzt wird (Bereich 4'), um einer oder mehreren großen bzw. hohen elastomeren Dichtlippen 8 Platz zu machen, welche die Dichtfunktion übernehmen.
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Ein wesentlicher Unterschied zur Klemmfläche 3 besteht darin, dass dieser Abdichtbereich 5 zwar auch von Metall 4 unterstützt wird, aber die Dichtlippen 8 aufgrund der Abkröpfung im Blech anders gestaltet werden können. D. h., die Dichtlippen 8 können hier bei ausreichendem Freiraum 14 für die Verformung höher bzw. stärker ausgeführt werden. Die Höhe bzw. Stärke der Dichtlippen 8 am Außendurchmesser ist bei ausreichendem Freiraum 14 ein Maß für die Abdichtfähigkeit des Radial-Wellendichtrings.
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In 2 ist eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtrings gezeigt. Bei dieser Bauform, die eine verbesserte Klemm- und Zentrierwirkung besitzt, wird der abgekröpfte bzw. allgemein radial zurückgesetzte Bereich 4'' im Trägerblech 4 im Mittelbereich des Außendurchmessers geformt. D. h., der Metallträger 4 wird sowohl am (hier links gelegenen) Ende 4' als auch am anderen Ende 4'' (hier rechts) in einer Ausgangshöhe belassen.
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Der Dichtbereich 5, umfassend Dichtlippen 8 und Freiräume 14, wird bei dieser Ausführung im Bereich des nach innen geprägten Mittelteils 4'' ausgeführt. Dadurch, dass zwei räumlich voneinander beabstandete Klemmbereiche 3' und 3'' vorhanden sind, die den Dichtbereich 5 zwischen sich einschließen, wird eine vergrößerte Klemmlänge erhalten. Durch die nun große Klemmlänge über die beiden Klemmflächen 3', 3'' wird eine verbesserte Stütz- und Klemmwirkung erzielt. Der Radial-Wellendichtring wird im Gehäuse optimal zentriert und fixiert.
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Der Radial-Wellendichtring mit der neuartigen Ausgestaltung am Außendurchmesser kann im Prinzip mit allen bekannten Ausführungsformen zur dynamischen Abdichtung auf der Innenseite zur Welle hin von Radial-Wellendichtringen kombiniert werden und ist somit nicht auf ein reines Elastomerdesign begrenzt. Der Radial-Wellendichtring gemäß der Erfindung kann sowohl für Wellen, d. h. rotierende Elemente, als auch sich hin und her bewegende Elemente wie beispielsweise Schubstangen verwendet werden. Der Träger kann auch aus alternativen Materialien wie beispielsweise Kunststoffen bestehen, und sowohl L- als auch U-förmige ausgestaltet sein. Ein Spannring ist nicht zwingend erforderlich, sondern lediglich optional.
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Der Dichtring gemäß der vorliegenden Erfindung bietet die folgenden Vorteile:
Ein Ausgleich großer Toleranzen ist bei Radialwellendichtringen möglich, wobei diese Toleranzen von den Bauteilen oder Betriebslasten hervorgerufen werden können. Eine Funktionstrennung in die Funktionen „Klemmen” und „Abdichten” wird bereitgestellt, wodurch eine verbesserte Anpassung der jeweiligen Funktion unabhängig von der jeweils anderen Funktion ermöglicht wird. Eine optimale Zentrier- und Abdichtwirkung kann dadurch erzielt werden.
