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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung befassen sich mit Dichtungsanordnungen mit Radialwellendichtringen und insbesondere mit Radialwellendichtringen, deren dichtende Eigenschaften veränderlich sind.
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Radialwellendichtringe werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, um eine rotierende Welle bezüglich eines feststehenden Gehäuses abzudichten, wobei oft im Inneren des Gehäuses ein Ölkreislauf vorhanden ist, sodass teilweise unter einem Überdruck stehendes Öl daran gehindert werden soll, entlang der rotierenden Welle das Gehäuse zu verlassen. Ein Beispiel für die Anwendung eines solchen Wellendichtrings ist beispielsweise die Abdichtung eines Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors.
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Um die erforderliche hohe Dichtwirkung zu erzielen, ist bei vielen Radialwellendichtringen die Dichtlippe, die an der rotierenden Welle anliegt, mittels einer azimutal vollständig umlaufenden Schlauchfeder stabilisiert, die eine hohe Formhaltigkeit sicherstellt.
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Für industrielle Anwendungen sind Radialwellendichtungen genormt, insbesondere sind in der DIN-Norm DIN 3760 Standardmaße für Radialwellendichtringe festgelegt, was diese für viele Anwendungen tauglich macht.
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Beispielsweise offenbart die
DE 100 19 994 A1 einen Radialwellendichtring aus einem ringförmigen metallenen Tragkörper und einer daran angeordneten Dichtlippe zur Trennung zwischen einer insbesondere unter Druck stehenden Hydraulikseite und einer Atmosphärenseite. Die Dichtlippe wird durch eine Ringwendelfeder an die Welle gedrückt.
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Bei vielen Anwendungen reicht jedoch eine allein bezüglich des Innenvolumens wirksame Abdichtung nicht aus, beispielsweise wenn die nach innen weisende Dichtlippe zum Abdichten bezüglich der Welle zusätzlich vor Verschmutzungen, Feuchtigkeit oder anderen Umwelteinflüssen geschützt werden soll, die zu einem Zerstören oder Beschädigen dieser Dichtlippe führen könnten. Ein Beispiel für solche erhöhten Anforderungen sind Gabeldichtringe bei Motorrädern, bei denen äußere Einflüsse wie Staub, Wasser, Schmutz, Dampf aus Dampfstrahlgeräten oder andere zusätzliche externe Einflussfaktoren besondere Schutzmaßnahmen erfordern. Oft werden zum Schutz vor solchen Faktoren an die Radialwellendichtringe zusätzliche Dichtelemente, beispielsweise Dichtlippen, anvulkanisiert, um die erhöhten Anforderungen zu befriedigen. Das heißt, das Werkzeug zum Vulkanisieren des Dichtungsmaterials bzw. des Elastomers an dem typischerweise im Inneren des Radialwellendichtrings angeordneten Verstärkungsring muss geändert werden. Die Kosten für die hierfür erforderlichen neuen Werkzeugsätze sind insbesondere bei kleinen Stückzahlen oder Sonderentwicklungen nicht tragbar, sodass spezialisierte Dichtungstypen oft nicht umgesetzt werden können bzw. deren Umsetzung außerordentlich teuer ist. Beispielsweise offenbart die
DE 196 22850 A1 eine Lippendichtungsanordnung bei der zwei Radialwellendichtringe über an den Radialwellendichtringen angeformte Verbindungselemente miteinander verbindbar sind.
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Es besteht somit der Bedarf, flexibler einsetzbare Radialwellendichtungen bereitzustellen. Aufgabe ist also eine flexibler einsetzbare Dichtungsanordnung mit einem Radialwellendichtring und einem zusätzlichen Dichtelement sowie ein Dichtelement für diese Dichtungsanordnung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 9 gelöst.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird dies ermöglicht, durch eine Dichtungsanordnung mit einem Radialwellendichtring und einem zusätzlichen Dichtelement, das sich in oder entgegen der axialen Richtung an den Radialwellendichtring anschließt und mit dem Radialwellendichtring mittels eines sich zumindest teilweise durch die Bohrung erstreckenden Verbindungselements verbunden ist.
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Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen umfasst der Radialwellendichtring ein sich von einem radial inneren Ende zu einem radial äußeren Ende erstreckendes Verstärkungselement, welches zumindest teilweise von einem Dichtungsmaterial umschlossen ist, zwischen dem radial inneren Ende und dem radial äußeren Ende zumindest eine sich entlang einer zur radialen Richtung senkrechten axialen Richtung verlaufende, in das Verstärkungselement erstreckende Ausnehmung aufweist. Das heißt, das Verstärkungselement, das im Inneren des Radialwellendichtrings angeordnet ist, um eine hohe Maßhaltigkeit und Stabilität desselben zu gewährleisten, weist eine Ausnehmung auf, die dazu verwendet werden kann, zusätzliche Dichtelemente für andere Dichtungsaufgaben mit dem Radialwellendichtring zu verbinden, um so dessen Einsatzbereich flexibel und kostengünstig zu erweitern. Allgemein können die sich im Inneren des Radialwellendichtrings befindlichen Verstärkungselemente aus unterschiedlichen Materialien bestehen, die eine erhöhte Festigkeit, Steifigkeit, Biegefestigkeit oder Maßhaltigkeit aufweisen, als das diese teilweise umgebende Dichtungsmaterial, das zur Abdichtung bezüglich der Welle verwendet wird. Typische Dichtungsmaterialien sind beispielsweise Elastomere.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen erstreckt sich die Ausnehmung in Form einer Bohrung bzw. eines Durchbruchs vollständig durch das Material des Verstärkungselements, sodass beispielsweise mittels eines Ankers, eines elastischen Dübels oder eines ähnlichen, das Verstärkungselement durchstoßenden Verbindungselements bzw. einer solchen Verbindungsstruktur eine Verbindung zwischen dem Radialwellendichtring und einem weiteren Dichtelement geschaffen werden kann, wodurch die Relativposition des Dichtelements und des Radialwellendichtrings zumindest in der axialen Richtung fixiert wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von solchen Ausnehmungen bzw. Durchbrüchen oder Bohrungen entlang eines gemeinsamen Teilkreises um die zentrale Bohrung des Radialwellendichtrings, die der Aufnahme der Welle dient, angeordnet. Insbesondere ist bei einigen Ausführungsbeispielen die Anordnung äquidistant. Dies kann zusätzlich zur axialen Fixierung auch eine rotationsinvariante Fixierung der beiden Dichtelemente zueinander ermöglichen.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Verstärkungselement einstückig und umschließt die zentrale Bohrung des Radialwellendichtrings vollständig, was zu einer erhöhten Stabilität der Gesamtanordnung führen kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen besitzt das Dichtungsmaterial an der Position der Ausnehmung ebenfalls eine Ausnehmung, die sich von der Oberfläche des Radialwellendichtrings bis zu der Ausnehmung im Verstärkungselement erstreckt, um von außen zugänglich eine Möglichkeit der Verbindung eines weiteren Dichtelements mit dem Radialwellendichtring zu gewährleisten. Bei alternativen Ausführungsbeispielen erstreckt sich an der Position der Ausnehmung eine Perforation im Dichtungsmaterial bis zur Oberfläche desselben, sodass die Ausnehmung bei Bedarf leicht freigelegt werden kann, wohingegen in einer Anwendung ohne zusätzliches Dichtelement die Ausnehmung bzw. das Verstärkungsmaterial von äußeren Einflüssen durch das sich oberhalb der Ausnehmung befindende Dichtungsmaterial geschätzt wird.
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Bei einigen weiteren Ausführungsbeispielen ist der Radialwellendichtring an der Position der Ausnehmung im Verstärkungselement vollständig mit Dichtungsmaterial umspritzt, wobei an der Oberfläche des Dichtungsmaterials an der Position der Ausnehmung eine Positionsmarke angebracht ist, sodass bei Bedarf beispielsweise mittels eines Stanzwerkzeugs die Ausnehmung freigelegt werden kann, um den Radialwellendichtring flexibel mit einem weiteren Dichtelement zu erweitern.
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Eine Dichtungsanordnung gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst somit einen Radialwellendichtring mit einer Ausnehmung im vom Dichtungsmaterial teilweise umspritzten Verstärkungselement sowie ein zusätzliches Dichtelement, das sich in oder entgegen der axialen Richtung an den Radialwellendichtring anschließt und mit dem Radialwellendichtring mittels eines sich zumindest teilweise in die Ausnehmung erstreckenden Verbindungselements verbunden ist. Ein solches Verbindungselements kann beispielsweise ein Spreizanker, im Falle von Ausnehmungen mit Gewinden auch eine Schraube oder ein ähnliches Element sein.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird also ein Dichtelement für einen Radialwellendichtring verwendet, das eine Durchgangsbohrung bzw. eine Verbindungsstruktur aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das Dichtelement mit dem Radialwellendichtring mittels der Durchgangsbohrung oder der Verbindungsstruktur verbindbar ist, um den Radialwellendichtring beispielsweise gegen eine Verschmutzung und/oder eine Flüssigkeit abzudichten.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beigefügte Figur, näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Schnittansicht durch eine Hälfte einer rotationssymmetrischen Dichtungsanordnung mit einem Ausführungsbeispiel eines Radialwellendichtrings, der mittels eines Dichtelements erweitert wurde.
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1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Dichtungsanordnung mit einem Ausführungsbeispiel eines Radialwellendichtrings, der in einem ersten Bereich 2 dargestellt ist, sowie mit einem Dichtelement 22, welches sich in einer axialen Richtung 4 an den Radialwellendichtring anschließt und einen zweiten Bereich 6 einnimmt.
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Der Radialwellendichtring enthält ein zumindest teilweise von einem Dichtungsmaterial 8 umschlossenes, sich in einer auf der axialen Richtung 4 senkrecht stehenden radialen Richtung 10 erstreckendes Verstärkungselement 12 aus einem Verstärkungsmaterial, das eine höhere Festigkeit, Stabilität oder Biegesteifigkeit aufweist, als das Dichtungsmaterial 8. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Verstärkungselement 12 ferner einen sich in der axialen Richtung 4 erstreckenden Bereich auf, der dazu dient, den Radialwellendichtring stabil in einer in einem Gehäuse angebrachten Bohrung zu fixieren. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann das Verstärkungselement 12 jedoch ein sich lediglich im Wesentlichen in der radialen Richtung 10 erstreckendes Verstärkungselement aufweisen. Selbstverständliche sind auch Konfigurationen möglich, in der ein sich im Wesentlichen in der radialen Richtung 10 erstreckender Teil des Verstärkungselements bezüglich der radialen Richtung leicht geneigt ist, beispielsweise um 10°, um 20° oder um 45° oder weniger.
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Das Dichtungsmaterial 8, aus dem auch eine Dichtlippe 14 besteht, die im Betrieb an der Welle anliegt, besteht üblicherweise aus einem zumindest teilweise elastischen Material, beispielsweise einem Elastomer. Für Verstärkungselemente 12 werden beispielsweise Materialien verwendet, die eine höhere Festigkeit oder Steifigkeit oder Temperaturstabilität als das Dichtungsmaterial 8 aufweisen, beispielsweise metallische Materialien oder spezielle Kunststoffe. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Radialwellendichtring ferner eine Schlauchfeder 16 auf, die sich azimutal vollständig um die Dichtlippe 14 legt, um eine hohe Maßhaltigkeit und Dichtwirkung sicherzustellen. Es versteht sich von selbst, dass bei alternativen Ausführungsbeispielen auch Wellendichtringe ohne Schlauchfeder verwendet werden können, so genannte Membranwellendichtringe.
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Das Verstärkungselement 12 weist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine sich in der axialen Richtung 4 vollständig zwischen dem radial inneren Ende 18 und dem radial äußeren Ende 20 durch das Verstärkungselement 12 erstreckende Bohrung 23 auf.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Dichtelement 22, mit dem der Radialwellendichtring flexibel erweitert wird, an der zu der Bohrung 23 im Verstärkungselement 12 des Radialwellendichtrings korrespondierenden Position eine sich in der axialen Richtung vollständig durch das Dichtelement 22 erstreckende Bohrung auf, vermittels derer das Dichtelement 22 mit dem Radialwellendichtring verbunden ist. Vorliegend wird diese Verbindung mit einem elastischen Verbindungselement 24 bewirkt, das durch die Bohrung 23 in dem Verstärkungselement 12 stößt und auf der von dem Dichtelement 22 abgewandten Seite des Verstärkungselements 12 einen sich erweiternden Querschnitt aufweist, um nach dem Durchstoßen der Bohrung eine Verankerung bzw. Fixierung des Dichtelements 22 entgegen der axialen Richtung 4 bezüglich des Radialwellendichtrings zu bewirken.
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Es versteht sich von selbst, dass bei alternativen Ausführungsformen die Verbindung auch über eine das Verstärkungselement 12 nicht vollständig durchstoßende Bohrung, also über eine beliebig geformte Ausnehmung in dem Verstärkungselement 12, hergestellt werden kann. Beispielsweise kann in dem Verstärkungselement 12 ein Sackloch mit einem Gewinde angeordnet sein oder ein Sackloch mit einer Hinterschneidung, in welches ein zur Hinterschneidung korrespondierendes Verbindungselement 24 eingreifen kann. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Verbindung in Form eines Bajonettverschlusses in dem Verstärkungselement hergestellt werden. Ferner versteht es sich von selbst, dass die Ausnehmung bzw. die Bohrung oder der Durchbruch keinen runden Querschnitt aufweisen muss. Vielmehr sind sämtliche Geometrien von Ausnehmungen, Durchbrüchen oder Bohrungen möglich, beispielsweise solche mit elliptischem, rechteckigem, quadratischem oder sonst wie gestaltetem Querschnitt.
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Als Ausnehmung im vorstehenden Sinn sind ferner nicht nur Ausnehmungen zu verstehen, die sich unmittelbar von einer ringförmigen Oberfläche des Verstärkungselements in dasselbe erstrecken, sondern jedwede sich auf beliebige Art und Weise in das Verstärkungselement erstreckende Ausnehmung. Diese kann beispielsweise auch durch ein Prägen der Oberfläche des Verstärkungselements 12 erzeugt werden sowie beispielsweise durch Stanzen eines eine Zunge formenden Querschnitts in die Oberfläche des Verstärkungselements 12. Ferner muss das Verstärkungselement 12 nicht einstückig sein, sodass bei alterativen Ausführungsbeispielen ein die Ausnehmung umfassendes zusätzliches Bauteil mit einer Verstärkungsstruktur kraft-, form- oder stoffschlössig verbunden werden kann, um ein Ausführungsbeispiel eines Verstärkungselements 12 mit einer sich in das Verstärkungselement 12 erstreckenden Ausnehmung 23 zu bilden.
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Ferner sind alternative Ausführungsformen von Dichtelementen 22 möglich, die nicht mittels eines vom Dichtelement 22 getrennten Verbindungselements 24 mit dem Verstärkungselement 12 verbunden sind, sondern bei denen das die Verbindung bewirkende Element Teil des Dichtelements selbst ist. Mit anderen Worten weisen diese dann eine Verbindungsstruktur auf, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das Dichtelement 22 mit dem Radialwellendichtring vermittels der Verbindungsstruktur verbindbar ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Dichtelement 22 ferner zwei Dichtlippen 26 auf, um Staub oder eine Flüssigkeit von der Dichtlippe 14 des Radialwellendichtrings fernzuhalten, und so die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Abdichtung des Radialwellendichtrings zu erhöhen. Es versteht sich von selbst, dass aufgrund der Flexibilität des Konzepts bei alternativen Ausführungsformen auch andere Dichtelemente mit einem erfindungsgemäßen Radialwellendichtring verbunden werden können. Darunter beispielsweise auch solche, die kompliziertere Geometrien aufweisen oder selbst aus mehreren Komponenten bestehen. Beispielsweise kann mit dem Radialwellendichtring so ein Teil eines Kunststoffkäfigs verbunden werden, der diverse Zusatzdichtelemente aufnehmen kann.
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Auch kann bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung die Anbindung des Dichtelements 22 an den sich im Wesentlichen in radialer Richtung 10 erstreckenden Abschnitt des Verstärkungselements 12 auch von der anderen als der in 1 gezeigten Seite erfolgen, also von der Seite, an der sich die entgegen der radialen Richtung 10 nach innen weisende Dichtlippe 14 zum Abdichten bezüglich der Welle befindet.
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Mit anderen Worten kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung während einer Produktion eines erweiterbaren Radialwellendichtrings mit standardisierten Abmessungen ein Metallverstärkungsteil nach dem Tiefziehen bodenseitig, also in der sich in der radialen Richtung erstreckenden Fläche, gelocht und im nachfolgenden Vulkanisierprozess wieder mit Elastomerwerkstoff verschlossen werden. Je nach Bedarf bzw. Anwendungsfall des Radialwellendichtrings kann dann ein Gummipfropfen mit Hilfe eines einfachen Lochwerkzeugs herausgeschnitten werden. Das so entstandene Loch kann dann der Aufnahme eines dornförmigen Befestigungsteils dienen, welches wiederum Teil eines Kunststoffkäfigs sein kann, der diverse Zusatzdichtelemente aufnehmen kann.
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Somit kann eine Standarddichtung durch einfaches Eindrücken einer Zusatzdichtung an spezielle Umgebungen angepasst werden, ohne die bewährte Öldichtung zu beeinflussen. Dadurch können durch eine einfache und kostengünstige sowie extrem flexible Lösung eine oder mehrere Zusatzfunktionen für den Radialwellendichtring implementiert werden. Beispielweise kann ein besonderer Schutz gegen Schmutzanfall oder Wasser realisiert werden was, bislang mit anderen Dichtungstypen erreicht werden musste, welche unter Umständen komplett neue Werkzeugsätze erforderlich machten.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- erster Bereich
- 4
- axiale Richtung
- 6
- zweiter Bereich
- 8
- Dichtungsmaterial
- 10
- radiale Richtung
- 12
- Verstärkungselement
- 14
- Dichtlippe
- 16
- Schlauchfeder
- 18
- radial inneres Ende
- 20
- radial äußeres Ende
- 22
- Dichtelement
- 23
- Bohrung
- 24
- Verbindungselement
- 26
- Dichtlippen
