DE102011082574A1

DE102011082574A1 - Dynamische Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102011082574A1
Application number: DE201110082574
Authority: DE
Inventors: Stefan Kleiber; van der Knokke Henri
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dynamische Dichtungsanordnung (2) zweier Bauteile (6, 8), die relativ zueinander bewegbar sind und zwischen denen zumindest ein elastisches Dichtelement (14) angeordnet ist, wobei das Dichtelement (14) einen Abnutzungsindikator (28, 30) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Dynamische Dichtungsanordnung zweier Bauteile, die relativ zueinander bewegbar sind und zwischen denen zumindest ein elastisches Dichtelement angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Dichtungsanordnungen oder kurz Dichtungen haben primär die Aufgabe, zwei funktionsmäßig verschiedene Räume oder Raumbereiche derart zu trennen, dass ein unerwünschter Stoffaustausch zwischen beiden Räumen bzw. Raumbereichen unterbunden oder zumindest reduziert wird. Im Falle von sogenannten berührenden Dichtungen wird dabei zwischen sogenannten statischen und sogenannten dynamischen Dichtungen unterschieden, wobei bei einer dynamischen Dichtung im Gegensatz zur statischen Dichtung eine Relativbewegung zwischen zumindest einem Dichtelement und zumindest einem weiteren Bauteil im Betrieb auftritt, die zu einer mechanischen Belastung insbesondere des Dichtelements führt, aufgrund welcher typischerweise nach einer gewissen Nutzungsdauer Verschleißerscheinungen beim Dichtelement auftreten.
Zur langfristigen Gewährleistung der Dichtigkeit der Dichtung ist es dementsprechend notwendig, die Dichtelemente einer Dichtung in gewissen zeitlichen Abständen auszutauschen. In der Praxis sind hierbei im Wesentlichen zwei unterschiedliche Herangehensweisen gängig. Wird der Dichtwirkung eine besonders hohe Bedeutung beigemessen, so erfolgt ein Austausch der Dichtelemente unabhängig vom Zustand der Dichtelemente nach einem vorgesehenen Zeitraum, also nach einer vorgesehenen Nutzungsdauer. Wird es hingegen als wichtiger angesehen, die Material- und Kostenaufwendungen möglichst gering zu halten, so erfolgt der Austausch der Dichtelemente erst, wenn erkannt wird, dass die Dichtwirkung nicht mehr in gewünschtem Umfang gegeben ist oder wenn eine offenkundige Beschädigung der Dichtelemente vorliegt. In beiden Fällen wird ein an sich unerwünschter Kompromiss eingegangen, wobei im ersten Fall die Lebensdauer der Dichtelemente zu Gunsten einer sichergestellten Dichtwirkung nicht voll ausgeschöpft wird und wobei im zweiten Fall zeitweise ein Betrieb mit verminderter Dichtwirkung in Kauf genommen wird, um die Lebensdauer der Dichtelemente voll auszuschöpfen.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Dynamische Dichtungsanordnung anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dynamische Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
Bei der hier vorgestellten Dichtungsanordnung handelt es sich um eine sogenannte berührende und dynamische Dichtungsanordnung zweier Bauteile, die relativ zueinander bewegbar sind und zwischen denen zumindest ein elastisches Dichtelement angeordnet ist, wobei für das Dichtelement ein Abnutzungsindikator vorgesehen ist. Aufgrund dieses Abnutzungsindikators lässt sich jederzeit feststellen, ob das Dichtelement, welches vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Elastomer und insbesondere aus Gummi gefertigt ist, Abnutzungs- oder Verschleißerscheinungen aufweist und wie stark diese ausgeprägt sind. Dadurch ist es möglich, die Lebensdauer des Dichtelements voll auszuschöpfen, ohne dabei Gefahr zu laufen, dass die Dichtwirkung der Dichtungsanordnung unbemerkt nachlässt. Bevorzugt ist der Abnutzungsindikator dabei derart ausgestaltet, dass dieser eine Art Abnutzungsgrenze oder vielmehr eine grenzwertige Abnutzung anzeigt, bei der die Dichtwirkung gerade noch in gewünschtem Umfang gegeben ist und bei der ein Austausch des Dichtelements vorgesehen ist.
Weist eine Dichtungsanordnung mehrere Dichtelemente auf, so ist es je nach Anwendungsfall vorgesehen, dass entweder lediglich eines dieser Dichtelemente einen Abnutzungsindikator aufweist oder aber mehrere. Werden alle Dichtelemente einer Dichtungsanordnung im Wesentlichen gleichermaßen mit mechanischer Belastung beaufschlagt, so ist demzufolge typischerweise auch eine nahezu identische Lebenserwartung für die Dichtelemente gegeben, so dass der Zustand eines Dichtelements repräsentativ ist für die Zustände der übrigen Dichtelemente. In diesem Fall genügt es demnach für ein einziges Dichtelement einen Abnutzungsindikator vorzusehen. Unterscheiden sich hingegen die Belastungen, die an den einzelnen Dichtelementen auftreten, so ist es vorgesehen, dass jedes Dichtelement einen eigenen Abnutzungsindikator aufweist.
Einer sehr zweckmäßigen Ausführung der Dichtungsanordnung entsprechend, tritt bei Abnutzung eine Farbveränderung am Dichtelement auf, wobei diese Farbveränderung als Abnutzungsindikator fungiert. Eine derartige Gestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise die Bauteile oder die Dichtelemente einer Dichtungsanordnung einerseits relativ große Abmessungen aufweisen und andererseits eine relativ gute Zugänglichkeit oder zumindest eine relativ gute Sicht auf die Dichtelemente der Dichtungsanordnung gegeben ist, da in diesem Fall durch eine simple Betrachtung der Dichtungsanordnung der Zustand selbiger und insbesondere der Zustand der Dichtelemente überprüfbar ist. Dem jeweiligen Bediener oder Nutzer der Dichtungsanordnung ist es somit möglich, den Zustand der Dichtungsanordnung visuell zu erfassen.
In vorteilhafter Weiterbildung weist das Dichtelement einen inneren Elementbereich und einen farblich davon abweichenden äußeren Abnutzungsbereich auf. Eine solche Ausführungsvariante ist beispielsweise vorgesehen, wenn durch die Nutzung des Dichtelements Material im Bereich der Oberfläche des Dichtelements abgetragen wird und sich somit die Abmessungen des Dichtelements in zumindest eine Richtung reduzieren. Als äußerer Abnutzungsbereich wirkt hierbei derjenige Bereich des Dichtelements, der durch die Materialabtragung allmählich entfernt wird, dessen Verlust jedoch die Dichtwirkung der Dichtanordnung im Bereich des Dichtelements lediglich in vorgesehenem Maße reduziert. Ist dieser äußere Abnutzungsbereich abgetragen, so tritt der darunter liegende und farblich davon abweichende innere Elementbereich zum Vorschein, dessen Abtragung nicht vorgesehen ist, da sich hierdurch die Dichtwirkung in unerwünschtem Maße reduzieren würde. Dementsprechend ist es vorgesehen, das Dichtelement auszutauschen und durch ein neues Dichtelement zu ersetzen, sobald der innere Elementbereich zum Vorschein tritt, was sich durch die Farbänderung bemerkbar macht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Bauteile und das Dichtelement Teile eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers. Häufig ist bei entsprechenden Lagern eine Dichtungsanordnung vorgesehen, mit deren Hilfe entweder eine Verschmutzung des Lagers verhindert werden soll oder aber ein Schmiermittel im Lager gehalten werden soll. In beiden Fällen ist die Dichtwirkung der Dichtungsanordnung für die Lebenserwartung des Lagers wesentlich, so dass diese stets zu gewährleisten ist. Da die Relativbewegungen, die in der Dichtungsanordnung auftreten, durch die konstruktiven Gegebenheiten des Lagers festgelegt sind, lässt sich außerdem die zu erwartende mechanische Belastung der beteiligten Dichtelemente besonders gut abschätzen, so dass der Abdichtungsindikator besonders gut an die Gegebenheiten anpassbar ist.
Zudem ist eine Ausführungsvariante der Dichtungsanordnung vorteilhaft, bei der für das Lager ein optisches Hilfselement zur Prüfung des Abnutzungsindikators vorgesehen ist. Ein entsprechendes optisches Hilfselement ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Dichtelement im Neuzustand in einem sich im Betrieb abnutzenden Bereich des Dichtelements im Bereich der Oberfläche eine vom darunterliegenden Bereich abweichende Färbung aufweist und wenn eben dieser Bereich relativ kleine Abmessungen aufweist. In diesem Fall lässt sich beispielsweise durch eine darüber angeordnete Linse erreichen, dass die Farbänderung trotz der relativ kleinen Abmessungen visuell erkennbar sind.
Entsprechend einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsvariante der Dichtungsanordnung ist als optisches Hilfselement ein Umlenkelement, insbesondere ein Prisma, vorgesehen. Mit Hilfe eines solchen Umlenkelements lassen sich auch vom Verschleiß betroffene Bereiche des Dichtelements prüfen oder überwachen, bei denen ein direkter Zugang oder eine direkte Aufsicht nicht gegeben ist. Durch Nutzung eines optischen Umlenkelements wird in diesen Fällen erreicht, dass Licht vom betroffenen Bereich in eine Richtung abgelenkt wird, aus der ein direkter Zugang oder eine direkte Aufsicht gegeben ist
Weiter ist eine Ausführung der Dichtungsanordnung zweckmäßig, bei der das Lager einen Lagerring umfasst, an dem das Dichtelement im Betrieb entlang gleitet und der zumindest in einem Teilbereich transparent gestaltet ist. Da der vom Verschleiß betroffene Bereich eines Dichtelements häufig durch ein anderes Bauteil verdeckt ist, wird in solchen Fällen der direkte Sichtzugang versperrt. Durch eine transparente Gestaltung zumindest eines Teilbereichs des verdeckenden Bauteils wird diese Versperrung der direkten Sicht auf den verschleißenden Bereich am Dichtelement quasi wieder aufgehoben. Insbesondere ist das Umlenkelement im Lagering integriert.
Darüber hinaus ist eine Variante der Dichtungsanordnung von Vorteil, bei der ein optischer Sensor zur Prüfung des Abnutzungsindikators vorgesehen ist. Selbst wenn ein Abnutzungsindikator einer Dichtungsanordnung relativ gut zugänglich ist, besteht dennoch die Möglichkeit, dass die Dichtanordnung ihrerseits in einer größeren technischen Anlage zum Einsatz kommt, so dass die Dichtungsanordnung durch andere Bauteile der technischen Anlage eingerahmt ist, so dass wiederum kein direkter Zugang bzw. kein direktes Sichtfeld hin zur Dichtungsanordnung gegeben ist. In einem solchen Fall erlaubt ein optischer Sensor die Prüfung des Abnutzungsindikators, ohne dass ein Zugang zur Dichtungsanordnung geschaffen werden muss.
In vorteilhafter Weiterbildung erfolgt mit Hilfe des optischen Sensors eine automatische Überwachung des Abnutzungsindikators. Während eine Prüfung typischerweise in regelmäßigen Zeitabständen erfolgt, wird die automatische Überwachung permanent vorgenommen, wobei vorzugsweise beim Erreichen der Verschleißgrenze eine Warnung zum Beispiel durch ein akustisches oder optisches Signal erfolgt, so dass hierdurch eine zusätzliche Absicherung gegeben ist, durch die ein Betrieb der Dichtungsanordnung bei nicht ausreichender Dichtwirkung besonders sicher vermieden wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einer Schnittdarstellung eine Dynamische Dichtungsanordnung für ein Wälzlager und
2 den vergrößert abgebildeten Bereich I aus 1. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die nachfolgend beschriebene berührende und dynamische Dichtanordnung 2 dient bei einem Wälzlager 4 als Schutzvorrichtung gegen das Eindringen von Schmutzpartikeln, die zur Erhöhung der im Wälzlager 4 auftretenden Reibung beitragen könnten.
Das in 1 in einer Schnittdarstellung gezeigte Wälzlager 4 umfasst einen Innenring 6, einen koaxial dazu angeordneten Außenring 8, mehrere kugelförmige Wälzkörper 10 sowie einen Wälzkörperkäfig 12. Jener Wälzkörperkäfig 12 ist zwischen dem Innenring 6 und dem Außenring 8 angeordnet und nimmt die Wälzkörper 10 auf, so dass diese nach Art einer Gleichteilung über den Umfang des Innenrings 6 verteilt sowie zwischen Innenring 6 und Außenring 8 positioniert sind.
Weiter sind für das Wälzlager 4 zwei als ringförmige Dichtlippen ausgeführte Dichtelemente 14 vorgesehen, welche zu beiden Seiten des Wälzkörperkäfigs 12 mitsamt den Wälzkörpern 10 angeordnet sind und somit den Raum zwischen dem Innenring 6 und dem Außenring 8 in Achsenrichtung 16, also parallel zur Rotationsachse 18 des Wälzlagers 4, gegen die Umgebung abtrennen. Mit Hilfe dieser Dichtelemente 14 wird verhindert, dass Schmutzpartikel in den Bereich der Wälzkörper 10 und insbesondere in den Kontaktbereich zwischen den Wälzkörpern 10 und dem Innenring 6 oder dem Außenring 8 gelangen.
Die Dichtelemente 14 sind aus aus einem Kunststoff, speziell aus Gummi, gefertigt und werden über eine einfache kraftschlüssige Verbindung nach Art einer Nut-Feder-Verbindung 20 fest in ihrer Position relativ zum Außenring 8 gehalten. Die kraftschlüssige Verbindung ist dabei durch leichte Verformung der elastischen Dichtelemente 14 lösbar, so dass ein einfacher Austausch der Dichtelemente 14 im Rahmen einer Wartung vorzunehmen ist. Jedes Dichtelement 14 gleitet in einem der Nut-Feder-Verbindung 20 gegenüberliegenden Gleitbereich 22 bei einer Rotation des Innenrings 6 gegen den Außenring 8 entlang der Außenmantelfläche des Innenrings 6. Zur Gewährleistung der Dichtigkeit der dynamischen Dichtungsanordnung 2 liegt ein jedes Dichtelement 14 mit einem gewissen Anpressdruck im Gleitbereich 22, also im Kontaktbereich zwischen dem Innenring 6 und einem Dichtelement 14 an. Der entsprechende Anpressdruck wird dabei mit Hilfe eines Federmechanismus erzeugt, welcher durch eine bogenförmige Gestaltung des Querschnitts der Dichtelemente 14 in dem sich an dem Gleitbereich 22 anschließenden Bereich eines jeden Dichtelements 14 gegeben ist.
Im Gleitbereich 22 ist der Innenring 6 in Umfangsrichtung mindestens abschnittsweise transparent, also für optisches Licht oder IR-Licht durchlässig, gestaltet, wobei dieser transparent gestaltete Teil des Innenrings 6 für sich betrachtet einen ringförmigen Körper mit dreieckigem Querschnitt ausbildet. Aufgrund des dreieckigen Querschnitts fungiert dieser transparente Bereich 24 als optisches Hilfselement, mittels dessen eine Prüfung und insbesondere eine Überwachung des Zustandes des Dichtelements 14 im Gleitbereich 22 ermöglicht wird. Dabei wird das Licht wie bei einem Prisma abgelenkt, so dass die Kontaktfläche zwischen dem Dichtelement 14 und dem Innenring 6 in Blickrichtung 16 auf das Dichtelement 14, also in Blickrichtung parallel zu der Rotationsachse 18, erkennbar ist. Der Zustand dieser Kontaktfläche wird dann mit Hilfe eines optischen Sensors 26 überwacht, der auf den transparenten Bereich 24 der quer zur Achsenrichtung 16 positionierten Flanke des Wälzlagers 4 gerichtet ist.
Alternativ hierzu ist eine Ausführung vorgesehen, bei der der transparente Bereich 24 keinen Ring bildet, sondern auf einen Teilbereich des Umfangs des Innenrings 6 begrenzt ist.
Da bei beiden Dichtelementen 14 in etwa die gleiche mechanische Belastung zu erwarten ist, wird bei beiden auch ein vergleichbarer Verschleiß auftreten, so dass im Ausführungsbeispiel lediglich für eines der beiden Dichtelemente 14 eine Überwachung der Abnutzung und dementsprechend ein Abnutzungsindikator vorgesehen ist.
Als Abnutzungsindikator fungiert im vorliegenden Fall eine zweifarbige Gestaltung des Dichtelements 14, welches im transparenten Bereich 24 des Innenrings 6 angeordnet ist (2). Bei diesem ist im Gleitbereich 22 ein innerer Elementbereich 28 und ein farblich davon abweichender äußerer Abnutzungsbereich 30 vorgesehen. Rotiert nun der Innenring 6 relativ zu dem Außenring 8 und relativ zu dem an dem Außenring 8 befestigten Dichtelement 14, so gleitet das Dichtelement 14 entlang der äußeren Mantelfläche des Innenrings 6, wodurch Material im Gleitbereich 22 von dem Abnutzungsbereich 30 des Dichtelements 14 abgetragen wird. Hierdurch reduziert sich allmählich die Ausdehnung des Abnutzungsbereichs 30 senkrecht zu der Richtung der Rotationsachse 18, bis schließlich der gesamte Abnutzungsbereich 30 abgetragen ist und der farblich davon abweichende innere Elementbereich 28 freigelegt und optisch erkennbar ist. Diese farbliche Änderung des betrachteten Abschnittes des Dichtelements 14 wird mit Hilfe des optischen Sensors 26 erfasst. Da nun die vorgesehene Verschleißgrenze erreicht ist, meldet das System, in dem die dynamische Dichtanordnung 2 genutzt wird und welches mittels des optischen Sensors 26 überwacht wird, dass nun ein Austausch des Dichtelements 14, genauer beider Dichtelemente 14, zu erfolgen hat. Die Meldung erfolgt dabei zum Beispiel durch ein akustisches oder optisches Signal.
Bezugszeichenliste

2: Dynamische Dichtanordnung
4: Wälzlager
6: Innenring
8: Außenring
10: Wälzkörper
12: Wälzkörperkäfig
14: Dichtelement
16: Achsenrichtung
18: Rotationsachse
20: Nut-Feder-Verbindung
22: Gleitbereich
24: transparenter Bereich
26: optischer Sensor
28: Elementbereich
30: Abnutzungsbereich

Claims

Dynamische Dichtungsanordnung (2) zweier Bauteile (6, 8), die relativ zueinander bewegbar sind und zwischen denen zumindest ein elastisches Dichtelement (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (14) einen Abnutzungsindikator (28, 30) aufweist.
Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abnutzung eine Farbveränderung am Dichtelement (14) auftritt.
Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (14) einen inneren Elementbereich (28) und einen farblich davon abweichenden äußeren Abnutzungsbereich (30) aufweist.
Dichtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (6, 8) und das Dichtelement (14) Teile eines Lagers (4), insbesondere eines Wälzlager (4), sind.
Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für das Lager (4) ein optisches Hilfselement (24) zur Prüfung des Abnutzungsindikators (28, 30) vorgesehen ist.
Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Hilfselement (24) ein Umlenkelement (24), insbesondere ein Prisma (24), vorgesehen ist.
Dichtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (4) einen Lagerring (6) umfasst, an dem das Dichtelement (14) im Betrieb entlang gleitet und der zumindest in einem Teilbereich (24) transparent gestaltet ist.
Dichtungsanordnung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor (26) zur Prüfung des Abnutzungsindikators (28, 30) vorgesehen ist.
Dichtungsanordnung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (26) zur automatisierten Überwachung des Abnutzungsindikators (28, 30) vorgesehen ist.
Dichtelement (14) für eine Dichtanordnung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche.