DE102010053203A1

DE102010053203A1 - Dichtungselement

Info

Publication number: DE102010053203A1
Application number: DE102010053203A
Authority: DE
Inventors: Hubertus Frank
Original assignee: IMO Holding GmbH
Current assignee: IMO Holding GmbH
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-06
Also published as: WO2012072270A1

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Dichtungselement zur Abdichtung zwischen zwei gegeneinander bewegten Bauteilen, welches an einem der beiden Bauteile festgelegt ist und elastisch gegen eine Anlauffläche des anderen Bauteils gepreßt wird und bei einer Bauteil-Bewegung an dieser entlangläuft, mit einer im Bereich wenigstens einer Dichtungs-Anlauffläche des betreffenden Bauteils partiell aufgebrachten Beschichtung mit/aus einem Metall, das gegenüber Eisen elektropositiv ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Dichtungselement zum Abdichten des Zwischenraums zwischen zwei gegeneinander bewegten Bauteilen, welches an einem der beiden Bauteile festgelegt ist und elastisch gegen eine Anlauffläche des anderen Bauteils gepreßt wird und bei einer Bauteil-Bewegung an dieser Anlauffläche entlangläuft.
Eine Ausführungsform solcher gegeneinander bewegter Bauteile betrifft üblicherweise als Drehverbindungen bezeichnete Anordnungen, welche in vielen industriellen Bereichen Anwendung finden. Dabei kommt es oft auch zu Anwendung der Drehverbindungen in einer besonders korrosiven Umgebung, wie zum Beispiel auf hoher See oder im sog. Off-Shore-Bereich, wo die betreffenden Anlagen aggressiver Seeluft ausgesetzt sind, oder auch in einer anderweitig besonders aggressiven chemischen Atmosphäre. Zumeist werden dabei auch hohe Anforderungen an die Lebensdauer des betreffenden Bauelements gestellt, da ein Austausch mit hohen Kosten und intensivem Wartungsaufwand verbunden sein kann.
Besonders wichtig ist, dass derartige Anordnungen, insbesondere Drehverbindungen, mit einem Dichtsystem versehen sein sollten, welches besonders hohen Ansprüchen genügt. Denn dadurch kann das Eindringen von beispielsweise Wasser oder Schmutz in das Lagersystem verhindert werden bzw. ein Schmiermittelverlust wird reduziert oder gar ausgeschlossen.
Einen besonderen Anwendungsfall für derartige Dichtungsysteme bzw. -elemente stellen Drehverbindungen in Windkraftanlagen dar, insbesondere im Bereich eines Rotor- oder Hauptlagers oder eines Blattlagers oder auch eines Maschinenhauslagers.
Ein wichtiger Faktor für eine langdauernde, zuverlässige Abdichtung ist u. a. die Korrosionsbeständigkeit der Anlaufflächen für die Dichtungselemente. Denn im Fall einer Korrosion wird eine ursprünglich glatte Anlauffläche rauh und uneben, und die daran entlang streifende Dichtlippe wird regelrecht „abgeschmirgelt” und dabei zerstört.
Diese Gefahr besteht allerorten, insbesondere aber auch bei Windkraftanlagen, insbesondere wenn diese in Meeresnähe oder sogar im Off-Shore-Bereich installiert werden. Die dortige aggressive, salzhaltige Meeresluft greift vorzugsweise unedle Werkstoffe an und korrodiert sie, womit deren Funktionstüchtigkeit getrübt ist.
Tritt Korrosion an der Anlauffläche einer Dichtung auf, muss unter Umständen nicht nur das Dichtelement selbst ausgetauscht werden, sondern auch das die Anlauffläche tragende Bauteil, was mit hohen Wartungskosten verbunden ist.
Um eine Korrosion zu vermeiden, könnte man die besagten Anlaufflächen partiell verzinken, was mittels Flammspritzverfahren erfolgen kann. Die Verzinkung führt allerdings selbst zu einer hohen Rauhigkeit der Anlauffläche und ist somit für eine Dichtung weniger geeignet. Ein weiterer Nachteil von verzinkten Anlaufflächen besteht darin, dass Zink ein sehr weiches Material ist und leicht abreibt und verschleißt. Zink ist außerdem ein relativ unedles Metall, das selbst leicht korrodiert; das dabei entstehende ZnO ist ebenfalls störend im Dichtungsbereich und verkürzt dessen Lebensdauer.
Eine weitere Möglichkeit zur Korrosionsreduzierung im Bereich der Anlaufflächen ist das sogenannte Auftragschweißen oder auch das Einlegen von korrosionsbeständigen Materialien. Diese Techniken gehen aber mit einem hohen Arbeits- und Kostenaufwand einher.
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, ein gattungsgemäßes Dichtungselement derart weiterzubilden, die Lebensdauer eines gattungsgemäßen Dichtungselements weiter zu verbessern, insbesondere durch Reduzierung der Korrosion im Bereich der Anlaufflächen.
Die Lösung dieses Problems gelingt durch eine im Bereich wenigstens einer Dichtungs-Anlauffläche des betreffenden Bauteils partiell aufgebrachte Beschichtung mit/aus einem Metall oder einer Metalllegierung, dessen/deren Redoxpotential E⁰ innerhalb der elektrochemischen Reihe elektropositiver ist als das Redoxpotential E⁰ von Fe⁰/Fe²⁺ (E⁰(Fe⁰/Fe²⁺) = –0,44 V).
Eine solche partielle Beschichtung schützt einerseits die Anlauffläche vor direkter Korrosion, und da es nur partiell aufzubringen ist, läßt sich dieses Applikationsverfahren leicht derart steuern, dass die Oberflächenbeschaffenheit sehr glatt ist, um die Reibung gegenüber der anlaufenden Dichtungslippe zu minimieren und damit deren Verschleiß zu reduzieren.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass das die Dichtungs-Anlauffläche tragende Bauteil aus Eisen oder einer Eisen-Legierung besteht, insbesondere aus Stahl. Besagtes Material bietet für die tragenden Bauteile die erforderliche Stabilität und Langlebigkeit und ist relativ kostengünstig und leicht verfügbar. Typischerweise werden 42CrMo4V-Stähle oder ähnliches verwendet.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die beiden gegeneinander beweglichen Bauteile als zueinander konzentrische Ringe ausgebildet sind, insbesondere als zueinander verdrehbare Ringe eines Wälz- oder Gleitlagers, wobei das Wälzlager ggf. auch mehrere Reihen mit jeweils unterschiedlichen Wälzkörpern haben kann, beispielsweise Kugeln, Kegel, Zylinder, Nadeln und/oder Tonnen. Diese Wälzkörper werden in einer Laufbahn geführt und können durch Distanzelemente oder Käfige auf Position gehalten werden.
Bevorzugt sind diese Ringe mit zu der Drehachse der Drehverbindung parallelen Bohrungen versehen, welche äquidistant über den Umfang des Bauelements (Rings) verteilt sein können. Durch diese Bohrungen lassen sich Schrauben hindurchstecken oder einschrauben, um den jeweiligen Ring zu dessen Stabilisierung an einem Anlagenteil, Chassis oder Fundament festzulegen. Zu diesem Zweck handelt es sich bei diesen Bohrungen zumeist um Durchgangsbohrungen oder um (Sackloch-)Bohrungen mit Innengewinde.
Erfindungsgemäß ist zwischen den beiden Bauteilen ein Spalt vorgesehen, der vorzugsweise an beiden Mündungsbereichen abgedichtet und außerdem bevorzugt mit einem Schmiermittel befüllt ist. Besagtes Schmiermittel soll durch einen Schmierfilm einen direkten Kontakt der Wälzkörper mit den Laufbahnen so weit als möglich reduzieren und damit die Lebensdauer der Bauteile zu erhöhen, da die besagten Gleit- oder Wälzlager sodann reibungsarm laufen. Ferner nimmt das Schmiermittel Partikel – bspw. eindringende Schmutzpartikel oder Abriebspäne – auf und hält diese von der Laufbahnoberfläche weitgehend fern.
Die Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch eine material-inhärente Elastizität, bspw. in Form eines Dichtungselements aus Kunst- oder Naturkautschuk, vorzugsweise vulkanisiert. Dabei sollte das verwendete Material möglichst chemisch inert in Bezug auf das zu verwendende Beschichtungsmaterial sein, damit es nicht durch diesen Kontakt zu unerwünschten Korrosionen des Beschichtungsmaterials kommt, was wiederum der Lebensdauer und der Wirksamkeit der Dichtung entgegenwirken könnte.
Die Erfindung läßt sich weiterbilden durch wenigstens eine Dichtlippe, die an der Anlauffläche anliegt und bei einer Bauteil-Bewegung daran entlangläuft. Es sind verschiedene geometrische Ausführungsformen des Dichtelements denkbar. Das Ziel ist dabei stets, eine bestmögliche Abdichtung zu erreichen, um einerseits das Austreten von Schmiermittel zu verhindern und andererseits keine Verunreinigungen in das Lager eindringen zu lassen. Eine besondere Ausführung eines erfindungsgemäßen Dichtelements umfaßt beispielsweise eine doppelte oder mehrfache Dichtlippe. Dabei ist das Dichtelement derart ausgebildet, dass zwei oder mehrere, vorzugsweise in axialer Richtung der Drehverbindung, oder auch in radialer Richtung, gegeneinander versetzte Dichtlippen an einem gemeinsamen Grundkörper angeformt sind und sich alle bis zu der Anlaufläche erstrecken und dort anliegen. Eine solche Ausführungsform stellt eine Abdichtung mit zusätzlicher Sicherungsdichtung dar; sollte beispielsweise etwas Schmiermittel aus dem Lager austreten und die erste bzw. innerste Dichtlippe passieren, verweilt das Schmiermittel in dem Zwischenraum zwischen zwei Dichtlippen und verläßt nicht vollkommen das System; an der inneren Dichtlippe wird dadurch ein Gegendruck aufgebaut, der ein weiteres Austreten des Schmiermittels verhindert oder zumindest erschwert. Eine solche Ausführungsform einer mehrfachen Dichtlippe eignet sich nicht nur für ebene Anlaufflächen, sondern auch für gewölbte Flächenbereiche einer Anlauffläche.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass wenigstens eine partiell beschichtete Anlauffläche oder ein Bereich derselben rotationssymmetrisch ist, insbesondere konzentrisch zu der Drehachse einer bevorzugt als Gleit- oder Wälzlager ausgebildeten Drehanordnung. Dabei muss stets sichergestellt sein, dass der partiell beschichtete Bereich so weit ausgedehnt ist, dass die Dichtlippe genau dort vollständig aufliegt und nicht übersteht, da sonst wiederum die bereits oben beschriebenen Nachteile zu befürchten wären.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass wenigstens eine partiell beschichtete Anlauffläche oder ein Bereich derselben eben ist, vorzugsweise in Form einer ebenen Kreisringfläche.
Andererseits ist es auch möglich, dass wenigstens eine partiell beschichtete Anlauffläche sich entlang eines Kreiszylindermantels erstreckt, vorzugsweise in Form einer den Kreiszylindermantel umgebenden Ringfläche. Der Ort der partiellen Beschichtung ist abhängig von der Art, Größe und Ort der verwendeten Dichtlippe(n), die ja stets in komplettem Kontakt mit der Beschichtung sein muss/müssen.
Bei einer kombinierten Ausführungsform grenzen eine partiell beschichtete, ebene Kreisringfläche und eine partiell beschichtete, zylindermantelförmige Ringfläche entlang einer gemeinsamen, rundumlaufenden Kante aneinander. Ggf. kann der Übergangsbereich der Kante auch mit einem endlichen Querwölbungsradius r ausgebildet sein, bspw. 0,1 mm < r < 10 mm. Andererseits könnte die ebene Kreisringfläche auch leicht kegelförmig ausgebildet sein, und/oder die zylindermantelförmige Ringfläche etwas konisch.
Für eine derartige Gestalt der Anlaufflächen eignet sich besonders eine Dichtung mit wenigstens zwei Dichtlippen, von denen wenigstens eine an der partiell beschichteten, (etwa) ebenen Ringfläche entlangläuft, und wenigstens eine andere an der partiell beschichteten, (etwa) zylindermantelförmigen Ringfläche. Eine solche besondere Ausführungsform der Dichtlippen erzielt ein besonders gutes Abdichtungergebnis, welches den höheren technischen Herstellungsaufwand sowie die damit verbundenen Mehrkosten nicht nur rechtfertigt, sondern schnell wett macht.
Die partielle Beschichtung kann bspw. aus Nickel bestehen oder Nickel enthalten, insbesondere in Form einer Nickellegierung. Nickel ist gut korrosionsbeständig, auch wenn es aggresiver Umgebung ausgesetzt ist, wie beispielsweise Seeluft. Darüber hinaus ist Nickel besonders gut geeignet, weil sich daraus mit geringem Aufwand dichte und glatte Überzüge erzielen lassen.
Eine besonders kostengünstige Variante der partiellen Beschichtung ist es, das Nickel elektrolytisch aufzubringen. Dazu sollten die zu beschichtenden Bauelemente zunächst maskiert werden, um im Elektrolysebad nur eine Beschichtung des gewünschten Bereichs zu erhalten. Geeignet dazu sind beispielsweise handelsübliche Maskierungsklebebänder (bspw. aus Polyester oder PVC), Folien, aber auch (Schutz-)Lacke od. dgl.; bevorzugt werden dabei Materialien, welche im Anschluß an die elektrolytische Beschichtung leicht wieder entfernt werden können.
Aber auch andere Beschichtungsverfahren könnten unter Umständen Vorteile in der Konstruktion mit sich bringen. Besonders durch Sputtern, aber auch Bedampfen, werden besonders dichte und glatte Beschichtungen erzielt. Sofern ausreichend große Beschichtungskammern vorhanden sind, können diese Methoden bevorzugt werden. Auch in diesem Fall muß das Werkstück im Vorausgang maskiert werden, um eine definierte, partielle Beschichtung sicherzustellen, möglichst mit einem scharf ausgeprägten Rand, wo die Beschichtung innerhalb eines engen Randbereichs mit einer Breite von bspw. weniger als 5 mm, vorzugsweise von weniger als 2 mm, insbesondere von weniger als 1 mm von der vollen Beschichtungsstärke auf Null abnimmt. Dies läßt sich auch mittels Klebebändern, Folien oder Lacken bewirken, welche im Nachgang leicht entfernt werden können.
Eine weitere Bearbeitung des Werkstücks, beispielsweise das Einbringen von Bohrungen, erfolgt bevorzugt im Nachgang zur Beschichtung erfolgen, um den Maskierungsaufwand zu minimieren. Technisch ausgeschlossen ist ein umgekehrtes Vorgehen allerdings nicht.
Bevorzugt weist die durch Elektrolyse erreichte partielle Beschichtung eine Stärke von 5 µm auf oder mehr, vorzugsweise eine Stärke von 10 µm oder mehr, insbesondere eine Stärke von 20 µm oder mehr. Dadurch ist auch nach einem geringen Abrieb noch eine ausreichende Schichtstärke gewährleistet. Je dünner die aufgebrachte Schicht ist, um so geringer sind die Kosten; sollte die Schicht allerdings zu dünn sein, so erfüllt sie nicht mehr den gewünschten korrosionsschützenden Effekt.
Andererseits sollte die partielle Beschichtung eine Stärke von 80 µm aufweisen oder weniger, vorzugsweise eine Stärke von 70 µm oder weniger, insbesondere eine Stärke von 60 µm oder weniger. Eine zu dicke Schichtstärke macht technisch keinen Sinn, weil dadurch die Oberflächengüte nicht besser wird und andererseits die Kosten für das eingesetzte Beschichtungsmaterial steigen. Ist die aufgebracht Schicht zu dick, ist ihre Haltbarkeit reduziert und es kann zu Abplatzungen kommen. Die optimale Schichtdicke kann innerhalb der oben genannten Bereiche variieren, da sie stets auch im Zusammenhang mit den Elektrolysebedingungen bzw. alternativen Beschichtungsmethoden steht.
Wie aus dem Fachbereich der Galvanik bekannt, kann durch Variation der Metallkonzentration in der Elektrolyselösung, durch Variation der Abscheidespannung, Variation der Stromdichte, Geometrie der verwendeten Zelle, eingestellter pH-Wert, Verwendung von unterschiedlichen Anionen, Additiven, durch Zugabe von Oberflächenverbesserern in die Elektrolyselösung, Variationen der Lösungstemperatur usw. großer Einfluss auf die Qualität der abzuscheidenden Schicht genommen werden, d. h. vor allem auf deren Dichte, Gleichförmigkeit, Härte und Stabilität.
Eine ähnliche Variation von Parametern steht dem Fachmann auch bei der Abscheidung durch Bedampfen oder Sputtern zur Verfügung (Plasmaqualität, Spannung, reaktives Sputtern, Temperatur usw.).
Nickel verfügt gleichzeitig über eine gute Härte, die auch im längeren Laufbetrieb einen Abrieb verhindert. Insbesondere kann durch die Einstellung geeigneter Elektrolysebdingungen eine optimale Abscheidungsschicht erzielt werden, die den gewünschten Härteanforderungen entspricht. Insofern erfährt die Erfindung eine weitere Optimierung dadurch, dass die partiell beschichtete Oberfläche eine Härte von 40 HRC oder mehr aufweist, vorzugsweise eine Härte von 45 HRC oder mehr, insbesondere eine Härte von 50 HRC oder mehr.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass der partiell beschichtete Oberflächenbereich ganz oder teilweise gehärtet ist, bspw. induktiv gehärtet. Durch die Anwendung dieser Methoden kann eine weitere Verbesserung der Oberflächeneigenschaften des Nickels oder anderer denkbarer Metalle oder Metallegierungen erreicht werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:
1 einen Schnitt quer durch die Ringe eines Kugellagers mit einer erfindungsgemäßen Dichtung;
2 eine andere Ausführungsform der Erfindung in einer der 1 entsprechenden Darstellung;
3 eine wiederum abgewandelte Ausführungsform der Erfindung in einer der 1 entsprechenden Darstellung; sowie
4 eine vergrößerte Darstellung des Details IV aus 3.
In 1 ist ein Lager 1 in Form eines Wälzlagers dargestellt, mit einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtelements 2.
Im konkreten Fall – auf den dieses Dichtungselement 2 aber nicht eingeschränkt ist – handelt es sich um ein einreihiges Kugellager mit zwei ringförmigen, koaxial ineinander angeordneten Anschlußelementen 3, 4 und einem dazwischen liegenden Spalt 5. Bevorzugt haben die beiden Anschlußelemente jeweils einen etwa rechteckigen Querschnitt.
Jedes der beiden ringförmigen Anschlußelemente 3, 4 weist wenigstens je eine ebene Anschlußfläche 6, 7 auf, zur großflächigen Anlage an einem Maschinen- oder Anlagenteil, Chassis, Fundament od. dgl. Diese Anschlußflächen 6, 7 befinden sich an einander abgewandten Stirnseiten des Lagers 1 und sind in axialer Richtung gegeneinander versetzt, derart, dass die jeweilige Anschlußfläche 6, 7 gegenüber der benachbarten Stirnfläche des jeweils anderen Rings geringfügig erhaben ist.
Ferner sind ie Anschlußflächen 6, 7 jeweils durchsetzt von Befestigungsbohrungen 8, 9 mit zu der Drehachse des Lagers 1 parallelen Längsachsen, welche äquidistant über den betreffenden Ring 3, 4 verteilt angeordnet sind. Diese Befestigungsbohrungen 8, 9 dienen zum Hindurchstecken oder Einschrauben von Befestigungsschrauben, zwecks Befestigung der Anschlußelemente 3, 4 an je einem Maschinen- oder Anlagenteil, Chassis, Fundament od. dgl.
In den einander zugewandten Oberflächen des Spaltes 5 befinden sich einander gegenüber liegende, rinnenförmige Laufbahnen 10, 11, woran kugelförmige Wälzkörper 12 entlang laufen. Die Laufbahnrinnen 10, 11 verfügen zusätzlich über eine kleine Vertiefung oder Aussparung 13, die zusätzlichen Platz für ein Schmiermittel bietet.
Um dieses Schmiermittel in dem Spalt 5 zurückzuhalten und gleichzeitig auch vor eindringenden Fremdkörpern zu schützen, ist im Bereich der beiden ringförmigen Mündungen des Spaltes 5 je ein Dichtungselement 2 vorgesehen.
Zur Fixierung dieser Dichtungselemente 2 ist im Bereich beider Mündungen 14 des Spaltes 5 je eine rundumlaufende, nutförmige Vertiefung 15 vorgesehen, vorzugsweise jeweils in einer dem Spalt zugewandten Zylindermantelfläche eines Rings 3, 4 knapp unterhalb bzw. axial innerhalb dessen in axialer Richtung erhabener Anschlußfläche 6, 7.
Darin ist ein Dichtungsring 16 eingelegt, der aus einem elastischen Material besteht, bspw. aus vorzugsweise vulkanisiertem Kautschuk od. dgl.
Ein solcher Dichtungsring 16 verfügt im Querschnitt über einen verdickten, rückwärtigen Bereich 17, der an den Querschnitt der Nut 15 angepaßt oder geringfügig größer als jene ist, um darin fest verankert zu sein, sowie einen vorderen, als querschnittlich spitz zulaufende Dichtlippe 18 ausgebildeten Bereich. Bevorzugt ist die Dichtlippe 18 zu der benachbarten, zurückspringenden Stirnfläche des jeweils anderen Rings 4, 3 hin umgebogen und wird durch ihre eigene Elastizität gegen diesen Oberflächenbereich gepreßt, der solchermaßen als Anlauffläche 19, 20 für den Dichtring 16 dient.
Deshalb ist es gewünscht, dass diese Anlaufflächen 19, 20 einerseits möglichst glatt sind, um wenig Reibungsverluste im Betrieb zu generieren, andererseits muss die Oberseite der Anlaufflächen 19, 20 möglichst hart sein, um Abrieb zu minimieren. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist es, dass diese Anlaufflächen 19, 20 möglichst korrosionsbeständig sind, auch in aggressiver chemischer Umgebung, beispielsweise Seeluft, damit die Anlauffläche möglichst glatt und reibungsarm bleibt.
Deshalb sind die Anlaufflächen 19, 20 mit einem Metall und/oder einer Metallegierung partiell beschichtet, und zwar mit einer Beschichtung mit/aus einem Metall oder einer Metalllegierung, dessen/deren Redoxpotential E⁰ innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe elektropositiver ist als das Redoxpotential E⁰ von Fe⁰/Fe²⁺ (E⁰(Fe⁰/Fe²⁺) = –0,44 V). Insbesondere kann eine derartige Beschichtung bspw. aus Nickel bestehen. Eine partielle Beschichtung birgt den Vorteil, dass sie kostengünstiger ist als eine Komplettbeschichtung. Desweiteren wird ein Verbrauch von möglicherweise umweltkritischen Substanzen reduziert.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die durch partielles Beschichten mit einem Überzug versehenen Anlaufflächen 19, 20 als ebene Kreisringe ausgebildet, welche jeweils nahe an dem Spalt 5 verlaufen oder direkt bis an diesen heranreichen.
2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.
Das dortige Lager 21 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Wälzlager 1 unter anderem dadurch, dass ein Anschlußelement 22, 23, vorzugsweise das radial innen liegende Anschlusselement 22 an seiner inneren Mantelfläche 24 mit einem (-er) rundum laufenden Bund oder Nase 25 ausgestattet ist. Diese Nase 25 dient zur Abstützung von radialen und axialen Kräften und ist zu diesem Zweck sowohl an ihrer peripheren Stirnseite 26 als auch an ihren beiden ebenen Flanken 27, 28 mit Laufbahnen für in dem dargestellten Falle rollenförmige Wälzkörper 29, 30 und 31 versehen, deren gegenseitige Relativposition entlang der Ringe 22, 23 durch Abstandshalter oder Käfigsegmente 32 stabilisiert ist. Das äussere Anschlusselement 23 weist an seiner dem Spalt 33 zugewandten Seite eine die Nase 25 aufnehmende, umlaufende Vertiefung 34 auf und ist im Bereich dieser Vertiefung 34 entlang einer horizontalen Ebene in zwei jeweils doppelt zusammenhängende Teile 35, 36 untergliedert. Diese Zweiteilung ermöglicht den Zusammenbau des Wälzlagers 21, indem diese beiden Teile 35, 36 von einander gegenüber liegenden Stirnseiten über den Nasenring 22 gestülpt und erst anschließend zusammengesetzt werden.
Auch hier ist der Spalt 33 an seinen beiden Mündunbsbereichen durch je ein rundum laufendes Dichtungselement 37, 38 abgedichtet. Während das in 2 oben dargestellte Dichtungselement 37 baugleich ist mit dem Dichtungselement 2 aus 1, findet man als unteres Dichtungselement 38 eine andere Bauform.
Wie bei dem Dichtungselement 37, so ist auch hier eine Nut 39 vorgesehen zur teilweisen Aufnahme und Fixierung des Dichtungselements 38. Diese Nut 39 ist jedoch in eine ebene Stirnfläche 40 eines Anschlußelements 22, 23, vorzugsweise des inneren Anschlußelements 22, eingearbeitet. Darin ist der verdickte, rückwärtige Bereich 41 des Dichtungselements 37 eingesetzt, bis zwei an den Längskanten des rückwärtigen Bereichs 41 entlang laufende Bunde 42 an der Stirnfläche 40 des betreffenden Anschlußelements 22 aufsitzen. Jenseits dieser Bunde 42 neigt sich das Dichtungselement 38 in Richtung zu der benachbarten (hohl-)zylindrischen Mantelfläche 43 des anderen Anschlußelements 23 jenseits des Spaltes 33. Bevor das Dichtungselement 38 diese Fläche 43 erreicht, verzweigt es sich jedoch querschnittlich in zwei Dichtlippen 44, 45, welche einen gewissen, axialen Abstand einnehmen und schließlich an dem als Anlauffläche 46 dienenden Bereich der (hohl-)zylindrischen Mantelfläche 43 anliegen. Diese Anlauffläche 46 ist – wie auch die Anlauffläche 47 für das andere Dichtungselement 37 – partiell beschichtet, insbesondere mit einem Metall und/oder einer Metallegierung, und zwar mit einer Beschichtung mit/aus einem Metall oder einer Metalllegierung, dessen/deren Redoxpotential E⁰ innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe elektropositiver ist als das Redoxpotential E⁰ von Fe⁰/Fe²⁺ (E⁰(Fe⁰/Fe²⁺) = –0,44 V). Insbesondere kann eine derartige Beschichtung bspw. aus Nickel bestehen.
Die beiden Dichtlippen 44, 45 bieten eine besonders gute Abdichtung, da bei einem möglichen Austritts des Schmiermittels an der inneren Dichtlippe 44 die zweite, äußere Dichtlippe 45 das Schmiermittel weiter blockiert. Dadurch ergibt sich ein Rückstau, der an der inneren Dichtlippe 44 einen Gegendruck erzeugt und somit ein weiters Austreten verhindert.
Eine ähnliche Form einer Mehrfachabdichtung ist auch bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung realisiert, die in 3 und 4 dargestellt ist.
Das dortige Lager 48 ist etwa baugleich mit dem Lager 1 aus 1; dies ist jedoch nicht zwingend, sondern für die Auswahl des Dichtungselements eher von untergeordneter Bedeutung. Wichtig für das Dichtungselement ist eher der Anwendungsfall und die umgebende Atmosphäre.
Hier sind zur Abdichtung des Spaltes 49 zwischen den beiden ringförmigen Anschlußelementen 50, 51 im Bereich der beiden Spaltmündungen 52 zwei Dichtungselemente 53 von gleicher Bauweise vorgesehen, die mit ihren rückwärtigen Bereichen 54 in je eine rundum laufende Nut 55 an der dem Spalt 49 zugewandten Mantelfläche 56, 57 (je) eines Anschlußelements 50, 51 verankert sind. Diese rückwärtigen Bereiche 54 haben bei dieser Ausführungsform einen gezahnten Querschnitt mit widerhakenartigen Zähnen 58. Eine solche Gestaltung ist bei jedem Dichtungselement denkbar, bspw. auch bei den zuvor beschriebenen.
Dieser rückwärtige Bereich 54 wird an seiner Vorderseite begrenzt durch einen entlang des ringförmigen Dichtungselements 53 entlang laufenden Bund 55. Etwa auf Höhe dieses Bundes 55 verzweigt sich Querschnitt des Dichtungselements 53 in einen weiter nach vorne strebenden, mit der Längsachse des rückwärtigen Querschnittsbereichs 54 etwa fluchtenden Teil 59 und in einen dazu – entgegen der Richtung des Bunds 54 – davon etwa rechtwinklig in Richtung des Spaltinneren 49 abzweigenden Bereich 60.
Beide Bereiche 59, 60 folgen in etwa 90° gegeneinander versetzten Verläufen, wobei sich der erste Teil 59 der in axialer Richtung unter bzw. – von der zentralen Hauptebene des Lagers aus gesehen – innerhalb (d. h., vor) der Nutebene 55 liegenden Stirnseite 61 des anderen, an dieser Stelle ungenuteten Anschlußelements 51, 50 annähert, während der andere, davon abzweigende Teil 60 des Dichtungselements 53 sich der den Spalt 49 begrenzenden Mantelfläche 56, 57 des an dieser Stelle genuteten Anschlußelements 50, 51 annähert.
Beide Bereiche 59, 60 verzweigen sich im folgenden Verlauf abermals, um jeweils zwei Dichtlippen 62, 63, 64, 65 auzubilden. Während die beiden, in 4 jeweils oberen Dichtlippen 62, 63 ohne Knick, jedoch unter einem schließlich schrägen Verlauf auf die dortige Stirnseite 61 des dort ungenuteten Anschlußelements 51, 50 treffen, erfahren die beiden, in 4 jeweils unteren Dichtlippen 64, 65 querschnittlich jeweils einen Knick von weit mehr als 90°, der sie anschließend wieder nach oben bzw. in Richtung aus dem Spalt 49 heraus führt, bis ihre freien Enden schließlich an der den Spalt 49 begrenzenden Mantelfläche 57 des dort ungenuteten Anschlußelements 51, 50 anliegen. Durch diese Geometrie spreizen sich die beiden Dichtlippen 64, 65 regelrecht in den Spalt 49 hinein und tragen dadurch nicht nur zu einer verbesserten Abdichtung, sondern auch zu einer Stabilisierung der Lage des Dichtungselements 53 bei.
Diejenigen Bereiche der ebenen Stirnseite 61 und der dem Spalt 49 zugewandten Mantelfläche 57 des in diesem Bereich ungenuteten Anschlußelements 51, 50 dienen als Anlaufflächen 66, 67 für die betreffenden Dichtlippen 62–65 und sind partiell beschichtet, insbesondere mit einem Metall und/oder einer Metallegierung, und zwar mit einer Beschichtung mit/aus einem Metall oder einer Metalllegierung, dessen/deren Redoxpotential E⁰ innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe elektropositiver ist als das Redoxpotential E⁰ von Fe⁰/Fe²⁺ (E⁰(Fe⁰/Fe²⁺) = –0,44 V). Insbesondere kann eine derartige Beschichtung bspw. aus Nickel bestehen.
Im vorliegenden Beispiel sind diese beschichteten Oberflächenbereiche 66, 67 nur durch eine Kante 68 voneinander getrennt, wobei die Beschichtung 69 sich über diese Kante 68 hinweg erstreckt. Beide beschichteten Oberflächenbereiche 66, 67 haben etwa die selbe Breite und erstrecken sich daher um ein etwa gleiches Maß von der Kante 68 weg.
Die zuletzt beschriebene Ausführungsformen eines Dichtungselements 53 eignet sich auch besonders gut dazu, an einer querschnittlich gewölbten, partiell beschichteten Anlauffläche anzulaufen.
Die vorstehend erwähnten Merkmale sind nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern können beliebig miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Lager
2: Dichtungselement
3: Anschlußelement
4: Anschlußelement
5: Spalt
6: Anschlußfläche
7: Anschlußfläche
8: Befestigungsbohrung
9: Befestigungsbohrung
10: Laufbahn
11: Laufbahn
12: Wälzkörper
13: Aussparung
14: Mündung
15: Vertiefung
16: Dichtungsring
17: Bereich
18: Dichtlippe
19: Anlauffläche
20: Anlauffläche
21: Lager
22: Anschlußelement
23: Anschlußelement
24: Mantelfläche
25: Nase
26: Stirnseite
27: Flanke
28: Flanke
29: Wälzkörper
30: Wälzkörper
31: Wälzkörper
32: Käfigsegment
33: Spalt
34: Vertiefung
35: Teil
36: Teil
37: Dichtungselement
38: Dichtungselement
39: Nut
40: Stirnfläche
41: rückwärtiger Bereich
42: Bund
43: Mantelfläche
44: Dichtlippe
45: Dichtlippe
46: Anlauffläche
47: Anlauffläche
48: Lager
49: Spalt
50: Anschlußelement
51: Anschlußelement
52: Spaltmündung
53: Dichtungselement
54: Bereich
55: Nut
56: Mantelfläche
57: Mantelfläche
58: Zahn
59: Bereich
60: Bereich
61: Stirnseite
62: Dichtlippe
63: Dichtlippe
64: Dichtlippe
65: Dichtlippe
66: Anlauffläche
67: Anlauffläche
68: Kante
69: Beschichtung

Claims

Dichtungsanordnung mit einem Dichtungselement (2; 37, 38; 53) zur Abdichtung zwischen zwei gegeneinander bewegten Bauteilen (3, 4; 22, 23; 50, 51), welches an einem der beiden Bauteile (3, 4; 22, 23; 50, 51) festgelegt ist und elastisch gegen eine Anlauffläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) des anderen Bauteils (3, 4; 22, 23; 50, 51) gepreßt wird und bei einer Bauteil-Bewegung an dieser entlangläuft, gekennzeichnet durch eine partiell im gesamten Bereich wenigstens einer Dichtungs-Anlauffläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) des betreffenden Bauteils (3, 4; 22, 23; 50, 51) aufgebrachte Beschichtung (69) mit/aus einem Metall oder einer Metalllegierung, dessen/deren Redoxpotential E⁰ innerhalb der elektrochemischen Reihe elektropositiver ist als das Redoxpotential E⁰ von Fe⁰/Fe²⁺ (E⁰(Fe⁰/Fe²⁺) = –0,44 V)
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Dichtungs-Anlauffläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) tragende Bauteil (3, 4; 22, 23; 50, 51) aus Eisen oder einer Eisen-Legierung besteht, insbesondere aus Stahl.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden gegeneinander beweglichen Bauteile (3, 4; 22, 23; 50, 51) als zueinander konzentrische Ringe ausgebildet sind, insbesondere als zueinander verdrehbare Ringe eines Wälz- oder Gleitlagers (1; 21; 48).
Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Bauteilen (3, 4; 22, 23; 50, 51) ein Spalt (5; 33; 49) besteht, der vorzugsweise an beiden Mündungsbereichen (14; 52) abgedichtet und bevorzugt mit einem Schmiermittel befüllt ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine materialinherente Elastizität des Dichtungselements (2; 37, 38; 53), bspw. in Form eines Dichtungselements (2; 37, 38; 53) aus Kunst- oder Naturkautschuk, vorzugsweise vulkanisiert.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Dichtlippe (18; 44, 45; 62–65), die an der Anlauffläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) anliegt und bei einer Bauteil-Bewegung daran entlangläuft.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch partielle Beschichtung (69) abgedeckte Anlauffläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) rotationssymmetrisch ist, insbesondere konzentrisch zu der Drehachse einer bevorzugt als Gleit- oder Wälzlager (1; 21; 48) ausgebildeten Drehanordnung.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine durch partielle Beschichtung (69) abgedeckte Anlauffläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) eben ist, vorzugsweise in Form einer ebenen Kreisringfläche.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine durch partielle Beschichtung (69) abgedeckte Anlauffläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) sich entlang eines Kreiszylindermantels erstreckt, vorzugsweise in Form einer den Kreiszylindermantel umgebenden Ringfläche.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch partielle Beschichtung (69) abgedeckte, ebene Kreisringfläche und eine durch partielle entlang einer gemeinsamen, rundumlaufenden Kante (68) aneinandergrenzen.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Dichtlippen (62–65), von denen wenigstens eine Dichtlippe (62, 63) an der durch partielle Beschichtung (69) abgedeckten, ebenen Ringfläche (61) entlangläuft, und wenigstens eine andere Dichtlippe (64, 65) an der durch partielle Beschichtung (69) abgedeckten, zylindermantelförmigen Ringfläche (57).
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Beschichtung (69) aus Nickel besteht oder Nickel enthält.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Beschichtung (69) elektrolytisch aufgebracht ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Beschichtung (69) eine Stärke von 5 µm aufweist oder mehr, vorzugsweise eine Stärke von 10 µm oder mehr, insbesondere eine Stärke von 20 µm oder mehr.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Beschichtung (69) eine Stärke von 80 µm aufweist oder weniger, vorzugsweise eine Stärke von 70 µm oder weniger, insbesondere eine Stärke von 60 µm oder weniger.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die partiell beschichtete Oberfläche (19, 20; 46, 47; 66, 67) eine Härte von 40 HRC oder mehr aufweist, vorzugsweise eine Härte von 45 HRC oder mehr, insbesondere eine Härte von 50 HRC oder mehr.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der partiell beschichtete Oberflächenbereich (19, 20; 46, 47; 66, 67) ganz oder teilweise gehärtet ist, bspw. induktiv gehärtet.