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Die Erfindung betrifft einen Radialwellendichtring mit einem Versteifungsring und einem mit dem Versteifungsring verbundenen Elastomerteil, das eine dynamische Dichtlippe mit einem radialen Dichtlippenabschnitt und einem axialen Dichtlippenabschnitt aufweist, wobei der axiale Dichtlippenabschnitt für ein abdichtendes Anliegen an einer Welle eine Dichtkante aufweist, die an einer der Welle zugewandten inneren Mantelwand des axialen Dichtlippenabschnitt angeordnet ist.
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Die
DE 25 56 992 C2 beschreibt ein Wellendichtring mit einer Dichtlippe aus elastischem Werkstoff, deren luftseitige, geneigt zur Wellenoberfläche verlaufende Kontaktfläche, am Umfang verteilt, mehrere Rippenpaare aufweist, deren Einzelrippen abwechselnd in entgegengesetzter Umfangsrichtung geneigt verlaufen und in der Dichtkante in einem Punkt zusammentreffen, wobei jeweils innerhalb des ersten Rippenpaares ein weiteres Rippenpaar vorgesehen ist, dessen Einzelrippen in jeweils entgegengesetzter Richtung geneigt auf die korrespondierende Rippe des ersten Rippenpaares treffen und dort enden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Radialwellendichtring mit einer verbesserten Dichtwirkung bei Unterdruckbelastung zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Radialwellendichtring mit einem Versteifungsring und einem mit dem Versteifungsring verbundenen Elastomerteil, das eine dynamische Dichtlippe mit einem radialen Dichtlippenabschnitt und einem axialen Dichtlippenabschnitt aufweist, wobei der axiale Dichtlippenabschnitt für ein abdichtendes Anliegen an einer Welle eine Dichtfläche aufweist, die an einer der Welle zugewandten inneren Mantelwand des axialen Dichtlippenabschnitt angeordnet ist, bei dem der axiale Dichtlippenabschnitt eine Versteifungsstruktur aufweist.
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Die Versteifungsstruktur kann durch eine besondere Formgebung der dynamischen Dichtlippe, insbesondere des axialen Dichtlippenabschnitts gebildet werden. Alternativ kann die Versteifungsstruktur durch ein separates Bauteil gebildet werden, das mit dem axialen Dichtlippenabschnitt verbunden wird.
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Die Versteifungsstruktur ist ausgebildet, den axialen Dichtlippenabschnitt, insbesondere ein freies axiales Ende des axialen Dichtlippenabschnitt in Kontakt mit der Oberfläche einer anzudichtenden Welle zu halten oder zumindest ein unterdruckbedingtes Abheben des freien axialen Endes des axialen Dichtlippenabschnitts von der Oberfläche der Welle zu verringern.
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Um beispielsweise einen Durchtritt einer Welle durch eine Gehäusewand einer Maschine abzudichten, kann in der Gehäusewand ein Radialwellendichtring vorgesehen sein, dessen dynamische Dichtlippe auf einem Außenumfang der Welle abdichtend gleitet. Eine Abdichtung mittels Dichtlippe des Radialwellendichtrings kann insbesondere dazu dienen, zu verhindern, dass Öl, welches sich in dem Maschinengehäuse befindet, durch einen Spalt zwischen Gehäusewand und Welle aus dem Gehäuse austritt. Maschinen, beispielsweise Verbrennungsmotoren, bei denen sich im Kurbelgehäuse ein Unterdruck aufbaut, sollen mittels Radialwellendichtringen dahingehend abgedichtet werden, dass ein Ölaustritt aus dem Gehäuse verhindert ist. Dabei, wie auch in anderen Fällen, werden die Radialwellendichtringe mit ihren freien axialen Enden des axialen Dichtlippenabschnitts mit dynamischer Dichtkante in Richtung des Ölraums weisend verbaut. Insbesondere bei elastomeren Dichtlippen kann es jedoch aufgrund des im Gehäuse herrschenden Unterdrucks zu einem Abheben des freien axialen Endes des axialen Dichtlippenabschnitts kommen. Mittels der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur wird ein Abheben des freien axialen Endes des axialen Dichtlippenabschnitts verringert bzw. unterdrückt oder ganz verhindert.
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Die Versteifungsstruktur kann an einer der inneren Mantelwand des axialen Dichtlippenabschnitts gegenüberliegenden äußeren Mantelwand des axialen Dichtlippenabschnitts angeordnet sein. Die Versteifungsstruktur stabilisiert die Grundform des axialen Dichtlippenabschnitts und reduziert oder verhindert ein Aufwölben, insbesondere tulpenartiges Aufwölben des freien axialen Endes des axialen Dichtlippenabschnitts bzw. der Ringkante am freien axialen Ende des axialen Dichtlippenabschnitts.
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Die Versteifungsstruktur kann von mehreren, insbesondere mindestens sechs, beispielsweise auch acht Stützstegen gebildet werden, die sich in axialer Richtung oder zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung erstrecken. Die Stützstege bilden Rippen, die von der äußeren Mantelwand des axialen Dichtlippenabschnitts radial nach außen abstehen können. Die Rippen können insoweit die Biegesteifigkeit in axialer Richtung bzw. die Steifigkeit des axialen Dichtlippenabschnitts gegen Aufwölben erhöhen. Die Stützstege können einteilig an den axialen Dichtlippenabschnitt angeformt sein bzw. einteilig mit diesem, beispielsweise in einem Formwerkzeug, hergestellt sein.
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Die mehreren, insbesondere mindestens sechs, beispielsweise auch acht Stützstege können sich in gleichmäßigen Abständen über den Umfang der äußeren Mantelwand des axialen Dichtlippenabschnitts erstrecken. Die Stützstege können dabei parallel zur axialen Erstreckung des axialen Dichtlippenabschnitts verlaufen. Gegebenenfalls können die Stützstege auch um einen radialen Betrag von der parallelen Erstreckung abweichend ausgerichtet sein.
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In allen erfindungsgemäßen Ausführungen mit Stützstegen können die mehreren, insbesondere mindestens sechs, beispielsweise auch acht Stützstege sich in radialer Richtung vollständig oder zumindest über eine Teillänge entlang des radialen Dichtlippenabschnitts erstrecken. Die Stützstege können sich also entlang des axialen Dichtlippenabschnitts erstrecken und sich auf den radialen Dichtlippenabschnitt fortsetzen. Dadurch, dass sich die Stützstege auf den radialen Dichtlippenabschnitt fortsetzen, kann eine Steifigkeit im Übergangsbereich von axialem Dichtlippenabschnitt zum radialen Dichtlippenabschnitt erhöht sein.
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In allen erfindungsgemäßen Ausführungen mit Stützstegen können die mehreren, insbesondere mindestens sechs, beispielsweise auch acht Stützstege den axialen Dichtlippenabschnitt mit dem radialen Dichtlippenabschnitt verbinden. Dadurch, dass die Stützstege den axialen Dichtlippenabschnitt mit dem radialen Dichtlippenabschnitt verbinden, kann eine Steifigkeit im Übergangsbereich von axialem Dichtlippenabschnitt zum radialen Dichtlippenabschnitt erhöht sein.
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Die mehreren, insbesondere mindestens sechs, beispielsweise auch acht Stützstege können radial nach außen gerichtete Kanten aufweisen, deren Krümmung zumindest über eine Teillänge der Kanten eine geringere Krümmung aufweisen, als ein Verbindungsabschnitt zwischen axialem Dichtlippenabschnitt und radialem Dichtlippenabschnitt der Dichtlippe. Die Stützstege verbinden insoweit den axialen Dichtlippenabschnitt und den radialen Dichtlippenabschnitt in Art von finnenförmigen Ansätzen.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausführung zu den Stützstegen kann die Versteifungsstruktur von wenigstens einem Ring gebildet werden, der einen um den Umfang des axialen Dichtlippenabschnitt umlaufenden starren Ringabschnitt aufweist. Der Ring ist insoweit als separates Bauteil hergestellt und mit dem axialen Dichtlippenabschnitt verbunden.
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Der Ring kann einen sich radial erstreckenden starren Ringabschnitt und einen sich axial erstreckenden, insbesondere geschlitzten und/oder randoffenen Ringabschnitt aufweisen.
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In allen erfindungsgemäßen Ausführungen kann der Ring einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden Ringabschnitt aufweisen, der sich in Richtung des freien Endes des axialen Dichtlippenabschnitts konisch verjüngt. Die konische Verjüngung kann derart ausgeführt sein, dass die Dichtkante im unverbauten Zustand des Radialwellendichtrings, d. h. in einem entspannten Zustand der dynamischen Dichtlippe einen Innendurchmesser ausbildet, der geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser der abzudichtenden Welle.
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In allen erfindungsgemäßen Ausführungen kann der Ring ein Metallring, insbesondere ein Federstahlring sein.
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In allen beschriebenen Ausführungen kann der axiale Dichtlippenabschnitt eine Dichtkante aus einem Elastomerwerkstoff aufweisen.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der axiale Dichtlippenabschnitt eine Dichtkante aus Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen.
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In einer speziellen Weiterbildung der Dichtkante aus Polytetrafluorethylen (PTFE) kann die Dichtkante an einer inneren Mantelwand einer Hülse oder eines hohlzylindrischen Ringes aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet sein. Die Hülse bzw. der Ring kann dabei mit dem axialen Dichtlippenabschnitt des Elastomerteils verbunden sein. Insbesondere kann die Hülse oder der Ring an dem axialen Dichtlippenabschnitt des Elastomerteils anvulkanisiert sein.
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Zusammenfassend kann die Erfindung somit eine Lösung insbesondere für reibungsreduzierte Radialwellendichtringe aus Elastomer-Werkstoffen bereitstellen.
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Reibungsreduzierte Radialwellendichtringe aus Elastomer-Werkstoffen werden unter Anderem mit einer spiralförmigen Ölrückfördereinrichtung und gegebenenfalls zusätzlich mit einem statischen Damm zur Gasdichtheit im Stillstand ausgeführt.
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Radialwellendichtringe aus Elastomer-Werkstoffen sind im Allgemeinen sehr flexibel. Radialwellendichtringe aus Elastomer-Werkstoffen können bei erhöhten Unterdruck kurzzeitig den Kontakt zur abzudichtenden Welle verlieren, so dass es zu Undichtigkeiten und/oder Geräuschbildung durch Flattern kommen kann.
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Darüber hinaus kann durch ein Setzverhalten des Elastomer-Werkstoffs aufgrund Temperatur und Zeit, d. h. Alterung eine Unterdruckbeständigkeit über der Lebensdauer des Radialwellendichtrings sinken. Dies kann zu einer Einschränkung in der Dauerhaltbarkeit des Radialwellendichtrings führen.
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Erfindungsgemäß kann die Dichtlippe des Radialwellendichtrings aus Elastomer-Werkstoffen mehrere, insbesondere mindestens sechs, beispielsweise acht insbesondere dünne Stützstege aufweisen, die einen radialen und einen axialen Bereich des Radialwellendichtrings verbinden bzw. verstärken. Diese Stützstege können aus gleichem Material wie die Dichtlippe selbst hergestellt sein und insbesondere im selben Werkzeug für den Radialwellendichtring integriert hergestellt sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei einer solchen Ausführung des Radialwellendichtrings auch ein Federring bzw. ein Metallteil integriert werden, was für Druckstabilität, insbesondere weitere Druckstabilität sorgen kann. Mit einer erfindungsgemäß versteiften Dichtlippe besteht ein Potential, die Reibung der Dichtung weiter zu optimieren.
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Es kann eine Entkopplung der dynamischen Dichtlippe vom Innendruck erreicht werden.
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Es kann eine Optimierung der Reibwerte durch eine abgestimmte Elastomerkontur erfolgen. Die Lebensdauer des Radialwellendichtrings kann dadurch verlängert sein.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Radialwellendichtrings mit einer ersten Ausführung einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur in der Ausgestaltung als Stützstege;
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2 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Radialwellendichtrings mit einer zweiten Ausführung einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur in der Ausgestaltung als Stützstege;
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3 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Radialwellendichtrings mit einer dritten Ausführung einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur als Anformteil;
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4 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Radialwellendichtrings mit einer vierten Ausführung einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur als Metallring;
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5 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Radialwellendichtrings mit einer fünften Ausführung einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur als Metallring mit einem sich radial erstreckenden starren Ringabschnitt;
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6 einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Radialwellendichtrings mit einer sechsten Ausführung einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur als geschlitzter Metallring.
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Die 1 zeigt als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch eine obere Hälfte eines Radialwellendichtrings 1. Dabei weist der Radialwellendichtring 1 einen Versteifungsring 3 sowie ein mit dem Versteifungsring 3 verbundenes, einstückig ausgebildetes Elastomerteil 5 auf. Der Versteifungsring 3 ist dabei beispielsweise aus einem Blech hergestellt. Das Elastomerteil 5 ist durch ein Anvulkanisieren an den Versteifungsring 3 mit diesem verbunden.
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Das Elastomerteil 5 weist einen statischen Dichtbereich 7 auf, dessen Außenmantel zum statisch dichten Anliegen an einem nicht dargestellten Gehäuseteil im Bereich einer Durchtrittsöffnung, beispielsweise eines Gehäuses für eine abzudichtende, ebenfalls nicht dargestellte Welle ausgebildet ist.
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Das Elastomerteil 5 weist eine dynamische Dichtlippe 9 auf, die bei bestimmungsgemäßem Einbau des Radialwellendichtrings 1 an der nicht dargestellten Welle anliegt. Die Dichtlippe 9 weist einen ersten Dichtabschnitt 11 auf. Dieser erste Dichtabschnitt 11 ist mit einer gewindeartigen Rückförderstruktur 13 versehen. Die gewindeartige Rückförderstruktur 13 ist in 1 stark überzeichnet dargestellt, um die gewindeartigen Gänge der Rückförderstruktur 13 und deren Übergang bzw. Auslauf in einen zweiten Dichtabschnitt 15 deutlicher sichtbar zu machen. Statt der dargestellten drei Umläufe von Gängen kann die Rückförderstruktur 13 auch mehr als drei Gänge aufweisen. Die Steigen der Gänge ist tatsächlich deutlich kleiner als dargestellt. Die Steigen der Gänge kann beispielsweise 0,7 oder 0,75 mm betragen.
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An einem freien Ende 17 trägt die Dichtlippe 9 den zweiten Dichtabschnitt 15. Der zweite Dichtabschnitt 15 kann mittels einer an sich bekannten Feder 19 zum Vorspannen des zweiten Dichtabschnitts 15 ausgestattet sein.
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Wie im Ausführungsbeispiel der 1 dargestellt, weist die dynamische Dichtlippe 9 einen axialen Dichtlippenabschnitt 9a und einen radialen Dichtlippenabschnitt 9b auf. Der axiale Dichtlippenabschnitt 9a weist für ein abdichtendes Anliegen an einer Welle eine Rückförderstruktur 13 auf, die an einer der Welle zugewandten inneren Mantelwand 23 des axialen Dichtlippenabschnitts 9a angeordnet ist. Der axiale Dichtlippenabschnitt 9a weist an einer der inneren Mantelwand 23 gegenüberliegenden äußeren Mantelwand 25 eine Versteifungsstruktur 27 auf. In der Ausführung gemäß 1 wird die Versteifungsstruktur 27 von mehreren, insbesondere mindestens sechs Stützstegen 27a gebildet wird, die sich in axialer Richtung oder zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung erstrecken.
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Die axiale Richtung bezieht sich dabei auf die axiale Erstreckung der Welle bzw. der Wellenachse. Dies bedeutet auch, dass die axiale Richtung sich auf die axiale Erstreckung des hohlzylindrischen axialen Dichtlippenabschnitts 9a bezieht. Diese axiale Erstreckung entspricht dabei der Rotationsachse der hohlzylindrischen Grundform des axialen Dichtlippenabschnitts 9a. Bezogen auf die hohlzylindrische Grundform des axialen Dichtlippenabschnitts 9a ergeben sich auch die Bezugnahmen auf die innere Mantelwand 23 und die äußere Mantelwand 25. Die mehreren, insbesondere mindestens sechs Stützstege 27a sind an der äußeren Mantelwand 25 des axialen Dichtlippenabschnitts 9a angebracht und erheben sich von dieser äußeren Mantelwand 25 radial nach außen.
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Die mehreren, insbesondere mindestens sechs Stützstege 27a erstrecken sich dabei in gleichmäßigen Abständen über den Umfang der äußeren Mantelwand des axialen Dichtlippenabschnitts radial nach außen.
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In der Ausführung gemäß 1 gehen die Stützstege 27a in einem gekrümmten Übergangsabschnitt 29 der Dichtlippe 9 zwischen axialem Dichtlippenabschnitts 9a und radialem Dichtlippenabschnitts 9b geringfügig auf den radialen Dichtlippenabschnitts 9b über. Dabei kann sich die Höhe der Stützstege 27a allmählich im Bereich des Versteifungsringes 3 bis zu Null reduzieren.
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Die Ausführung gemäß 1 kann wie dargestellt mit Feder 19 oder ohne Feder 19 zum Vorspannen des zweiten Dichtabschnitts 15 ausgebildet sein.
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In der Ausführung gemäß 2 erstrecken sich die mehreren, insbesondere mindestens sechs Stützstege 27a in radialer Richtung fast vollständig, d. h. zumindest über einen Teillänge entlang des radialen Dichtlippenabschnitts 9b. Die Stützstege 27a weisen dabei in der seitlichen Draufsicht eine dreieckige Grundform auf. Die Stützstege 27a in der Ausführung gemäß 2 bilden dabei dreieckförmige Versteifungsrippen. Die Stützstege 27a in der Ausführung gemäß 2 weisen jeweils eine freie Kante 31 auf, die in einem Winkel von ca. 45 Grad zu dem axialen Dichtlippenabschnitt 9a und dem radialen Dichtlippenabschnitts 9b verlaufen. Die mehreren, insbesondere mindestens sechs Stützstege 27a verbinden in der Ausführung gemäß 2 insoweit den axialen Dichtlippenabschnitt 9a mit dem radialen Dichtlippenabschnitt 9b.
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Gegenüber der Ausführung gemäß 1 weisen in der Ausführung gemäß 2 die mehreren, insbesondere mindestens sechs Stützstege 27a radial nach außen gerichtete Kanten 31 auf, deren Krümmung zumindest über eine Teillänge der Kanten 31 eine geringere Krümmung aufweisen, als ein Verbindungsabschnitt 45 zwischen dem axialen Dichtlippenabschnitt 9a und dem radialen Dichtlippenabschnitt 9b der Dichtlippe 9.
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Die Ausführung gemäß 2 kann mit Feder 19 oder wie dargestellt ohne Feder 19 zum Vorspannen des zweiten Dichtabschnitts 15 ausgebildet sein.
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In einer Ausführung gemäß 3 ist der axiale Dichtlippenabschnitt 9a aus einem Elastomer hergestellt und gegenüber den Ausführungen der 1 und 2 in seiner axialen Erstreckung verkürzt. An dem freien Ende 17 des elastomeren axialen Dichtlippenabschnitt 9a ist eine Dichtfläche 21 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) angebracht. Die Dichtfläche 21 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ist dabei als innere Mantelwand 33 einer Hülse 35, d. h. eines hohlzylindrischen Ringes aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet. Die Hülse 35 ist mit dem elastomeren axialen Dichtlippenabschnitt 9a des Elastomerteils 9 durch Anvulkanisieren verbunden.
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In einer Ausführung gemäß 4 wird die Versteifungsstruktur 27 von wenigstens einem Ring 27b gebildet, der einen um den Umfang 37 des axialen Dichtlippenabschnitt 9a umlaufenden starren Ringabschnitt 39 aufweist. In der Ausführung gemäß 4 verjüngt sich der im Wesentlichen axial erstreckende Ringabschnitt 39 in Richtung des freien Endes 17 des axialen Dichtlippenabschnitts 9a konisch.
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In einer Ausführung gemäß 5 wird die Versteifungsstruktur 27 von wenigstens einem Ring 27b gebildet, der einen sich radial erstreckenden starren Ringabschnitt 41 und einen sich axial erstreckenden geschlitzten, insbesondere randoffen geschlitzten Ringabschnitt 39a aufweist. In der Ausführung gemäß 5 verjüngt sich der im Wesentlichen axial erstreckende Ringabschnitt 39a in Richtung des freien Endes 17 des axialen Dichtlippenabschnitts 9a konisch.
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In einer Ausführung gemäß 6 wird die Versteifungsstruktur 27 von wenigstens einem Ring 27b gebildet, der einen sich radial erstreckenden starren Ringabschnitt 41 und einen sich axial erstreckenden geschlitzten, insbesondere randoffen geschlitzten Ringabschnitt 39a aufweist. In der Ausführung gemäß 5 verjüngt sich der im Wesentlichen axial erstreckende Ringabschnitt 39a in Richtung des freien Endes 17 des axialen Dichtlippenabschnitts 9a konisch. Gegenüber der Ausführung gemäß 5 weist der Radialwellendichtring 1 gemäß 6 einen Versteifungsring 3 mit einem verlängerten Radialringabschnitt 43 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radialwellendichtring
- 3
- Versteifungsring
- 5
- Elastomerteil
- 7
- statischer Dichtbereich
- 9
- Dichtlippe
- 9a
- axialer Dichtlippenabschnitt
- 9b
- radialer Dichtlippenabschnitt
- 11
- erster Dichtabschnitt
- 13
- Rückförderstruktur
- 15
- zweiter Dichtabschnitt
- 17
- freies Ende
- 19
- Feder
- 21
- Dichtkante
- 23
- innere Mantelwand
- 25
- äußere Mantelwand
- 27
- Versteifungsstruktur
- 27a
- Stützstege
- 27b
- Ring
- 29
- Übergangsabschnitt
- 31
- freie Kante
- 33
- Mantelwand
- 35
- Hülse
- 37
- Umfang
- 39
- Ringabschnitt
- 39a
- geschlitzter Ringabschnitt
- 41
- starrer Ringabschnitt
- 43
- Radialringabschnitt
- 45
- Verbindungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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