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Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement, umfassend einen ringförmigen Körper, an dem mindestens eine Dichtlippe angeordnet ist, um mittels der mindestens einen an einem Maschinenteil anlaufenden Dichtlippe einen ersten Raum (insbesondere einen Luftraum) gegen einen zweiten Raum (insbesondere einen Ölraum) abzudichten.
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Gattungsgemäße Dichtungsanordnungen sind allgemein bekannt. Sie weisen einen Ring-Grundkörper auf, an dem mindestens eine Dichtlippe angeordnet ist. Zwecks Verbesserung der Dichtwirkung ist es häufig nötig mehr als eine Dichtlippe vorzusehen, die am abzudichtenden Bauteil anläuft.
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Probleme ergeben sich bei maschinenbautechnischen Anwendungen, die mit einer gattungsgemäßen Dichtung ausgestattet sind im Falle von Reparatur- und Wartungsarbeiten, wenn die Demontage der Anwendung aufwändig ist. In diesem Falle kann es entsprechend zeitintensiv werden, die Dichtung zu ersetzen, wenn diese beispielsweise durch Verschleiß nicht mehr gebrauchsfähig ist.
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Es sind zwar Dichtungsanordnungen bekannt, die aus einem Ring-Grundkörper bestehen, der an einer Umfangsstelle eine Unterbrechung aufweist. Hiermit kann die Montage einer neuen Dichtung erfolgen, ohne die maschinenbautechnische Anwendung auseinander bauen zu müssen. Insbesondere für Großlageranwendungen sind Dichtungen aus Nitrilkautschuk gebräuchlich. Vor der Montage der Dichtung liegt diese in aufgewickelter Form vor; bei der Montage der Dichtung werden zwei freie Enden der Dichtung auf Stoß geklemmt und gegebenenfalls zusammen vulkanisiert.
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Allerdings wirft eine solche Lösung größere Probleme auf, wenn eine Dichtungsanordnung mit mehreren Dichtlippen vorzusehen ist. Durch die Unterbrechung der Dichtungsanordnung ist nämlich zum einen die mechanische Stabilität der Dichtung herabgesetzt und zum anderen die Dichtwirkung beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Montage, beispielsweise im Rahmen von Wartungs- und Reparaturarbeiten, schnell und einfach erfolgen können soll. Das Ersetzen der Dichtung soll somit kostengünstiger als bislang erfolgen. Dennoch soll die Funktionsfähigkeit des Dichtungselements so wenig wie möglich beeinträchtigt werden. Damit sollen vor allem gebrauchte Maschinen schnell wieder funktionstüchtig gemacht bzw. repariert werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper aus mindestens zwei in axialer Richtung benachbarten Teilkörpern besteht, die über eine formschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind.
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Dabei ist der ringförmige Körper bevorzugt frei von sonstigen, separaten Verbindungselementen (wie z. B. Verbindungsbolzen), d. h. die Verbindung der beiden Teilkörper wird ausschließlich durch eine formschlüssige Verbindung hergestellt, die in die beiden Teilkörper inkorporiert ist. Demgemäß ist die formschlüssige Verbindung in die beiden Teilkörper durch deren Formgebung integriert.
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Bei dem Dichtungselement handelt es sich bevorzugt um eine Radialwellendichtung zur Abdichtung eines Rotors gegenüber einem Gehäuseelement. Die Dichtlippen des Dichtungselements legen sich hierbei an den zylindrischen Außenumfang des Rotors an.
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An jedem Teilkörper kann mindestens eine Dichtlippe angeordnet sein; eine besonders bevorzugte Lösung sieht dabei vor, dass an jedem Teilkörper genau eine Dichtlippe angeordnet ist.
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Die formschlüssige Verbindung kann einen am einen Teilkörper angeordneten, sich in axiale Richtung erstreckenden Vorsprung aufweisen, der in eine Nut eingreift, die in den zweiten Teilkörper eingebracht ist. Dabei ist der Vorsprung bevorzugt ringförmig ausgeformt, während die Nut eine Ringnut ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Vorsprung in axialer Richtung mit Hinterschnitt in der Nut angeordnet ist. Dies führt zu einem festen Zusammenhalt der beiden Teilkörper nach deren Zusammenbau durch axiales Aneinanderpressen.
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Es kann aber auch vorgesehen werden, dass eine andere Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindung realisiert wird, beispielsweise kann der Vorsprung im Radialschnitt eine konvexe Oberfläche aufweisen (wobei die Nut jeweils kongruent ausgeformt ist).
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Mit besonderem Vorteil weisen die beiden Teilkörper an einer Umfangsstelle eine Unterbrechung auf. Zwecks Schaffung einer guten Dichtwirkung kann in diesem Falle vorgesehen werden, dass die beiden (bzw. mindestens zwei) Umfangsstellen in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Der hier vorgesehene Versatzwinkel liegt zumeist zwischen 5° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 50° und 70°.
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Der ringförmige Körper besteht gemäß einer Weiterbildung aus mehr als zwei in axialer Richtung benachbarten Teilkörpern, die jeweils über eine formschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind in diesem Falle drei oder vier Teilkörper vorgesehen. Über das bereits genannte Versetzen der jeweiligen Unterbrechungsstellen über den Umfang besteht die Möglichkeit, eine verbesserte Dichtwirkung zu erzielen.
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Unabhängig von der abzudichtenden Welle werden durch die vorgesehene formschlüssige Verbindung – also durch das Nut-Feder-Prinzip, mit dem die einzelnen Dichtungskörper zusammengesetzt sind – eine gegenseitige Zentrierung der einzelnen Dichtungselemente erreicht.
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Die Kombination mehrerer Teilkörper, die mit formschlüssigen Verbindungen nach Art einer Nut-Feder-Verbindung zusammengesetzt sind, bilden gemäß einem Schloss-Prinzips einen Verbund, der im montierten Zustand sehr fest ist, aber dennoch ein Teilen der Dichtung zwecks Montage bzw. Demontage zulässt.
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Durch die mindestens zweiteilige Ausführungsform der Dichtung bzw. dessen Grundkörper wird es möglich, die Montage in vereinfachter Weise vorzunehmen, wobei sich die Dichtungsfunktionalität erst voll entfaltet, wenn die beiden Teilkörper des ringförmigen Dichtungselements per formschlüssiger Verbindung miteinander verbunden werden. Bei dieser Verbindung ergibt sich ein Zwei-Lippen-Konzept (bzw. auch Mehr-Lippen-Konzept), das eine gute Dichtwirkung sicherstellt. Durch die Teilung der Grundkörper an einer Umfangsstelle wird die Montage in einfacher Weise möglich. Das Gehäuse bzw. die Welle der maschinenbautechnischen Anwendung muss hierfür nicht (vollständig) demontiert werden; gegebenenfalls ist ein Einbau einer neuen Dichtung weitgehend ohne Demontage möglich. Da bevorzugt auf irgendwelche Verbindungsmaßnahmen der Enden des Dichtungselements (Vulkanisation) verzichtet werden kann, ist der Dichtungswechsel auch bei geringem zur Verfügung stehenden Raum möglich, da keine entsprechenden Vulkanisationswerkzeuge benötigt werden.
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Es ergibt sich eine insbesondere in radiale Richtung relativ steife Anordnung, sobald die mindestens zwei Ring-Teilkörper zusammen gesetzt, d. h. zusammen gesteckt sind und sich durch die formschlüssige Verbindung gegenseitig stützen. Eine radiale Unterstützung durch einen äußeren Bohrungssitz ist nicht erforderlich; dies wird in der Regel bei den vorbekannten Dichtungsanordnungen benötigt.
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Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird es möglich, einen Dichtungswechsel schnell und einfach durchzuführen, wobei sich insbesondere durch die Ausführungsform mit zwei Dichtlippen ergibt, dass die Dichtwirkung effektiv ist. Die zweiteilige Bauweise der Dichtung erlaubt einfache Ausgangsprodukte, die nach der Montage das bevorzugte Zwei-Lippen-Dichtsystem (bzw. Mehr-Lippen-Dichtsystem) bilden.
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Die Montage und Ausrichtung der Dichtung wird so wesentlich vereinfacht und die Wartungs- und Reparaturarbeiten entsprechend beschleunigt, was unmittelbar Vorteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit hat.
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Die vorgeschlagene Dichtung eignet sich für alle Größen von Dichtungsanordnungen. Demgemäß kann sie sowohl an kleinen Lageranordnungen als auch an Großlagern eingesetzt werden. Bevorzugte Anwendungsbereiche sind Radialwellendichtungen für abzudichtende Elemente bis zu einem Durchmesser von 600 mm. Hiermit werden bevorzugt Rotoren abgedichtet, beispielsweise von Windkraftanlagen.
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Anwendungsfälle sind generell solche, bei denen eine Abdichtung einer Lageranordnung erfolgen muss, um das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern.
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Die zum Einsatz kommenden Teilkörper können durch Drehen hergestellt werden. Dadurch können Deformationen im Abdichtungsbereich der Dichtungseinheit – verursacht durch ein Aufgewickeltsein der Dichtungseinheit vor der Montage – verhindert werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 im Radialschnitt ein Dichtungselement gemäß der Erfindung,
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2a den oberen Bereich des Radialschnitts gemäß 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2b den oberen Bereich des Radialschnitts gemäß 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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2c den oberen Bereich des Radialschnitts gemäß 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
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3 eine perspektivische Darstellung des Dichtungselements im noch nicht fertig montierten Zustand.
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In 1 ist ein Dichtungselement 1 im Radialschnitt skizziert, das auf einer Welle oder in einem Gehäuse angeordnet ist, um generell einen ersten Raum L – beispielsweise einen Luftraum – gegen eine zweiten Raum Ö – beispielsweise einen Ölraum – abzudichten. Das Dichtungselement 1 hat einen ringförmigen Körper 2, an dem Dichtlippen 3, 4 angeordnet, insbesondere angeformt sind. Die Dichtlippen 3, 4 sind im skizzierten Falle an der radial innenliegenden Seite des ringförmigen Körpers 2 angeordnet, um hiermit einen nicht dargestellten Rotor abzudichten; je nach dem Anwendungsfall können die Dichtlippen 3, 4 alternativ gegebenenfalls auch an der radial außenliegenden Seite des ringförmigen Körpers 2 vorgesehen werden.
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Wesentlich ist, dass der ringförmige Körper 2 aus zwei (bzw. mehreren) Teilkörpern 2‘ und 2‘‘ besteht. Diese grenzen in axialen Richtung a an zwei Stirnflächen aneinander und sind – zwecks Schaffung eines festen Verbunds – mittels einer formschlüssigen Verbindung 5, 6 so miteinander verbunden, dass sie sich im Betrieb in axiale Richtung a nicht voneinander entfernen.
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Mögliche Ausgestaltungen der formschlüssigen Verbindung 5, 6 gehen beispielhaft aus den 2a, 2b und 2c hervor.
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Generell ist am einen Teilkörper 2‘‘ ein sich in axiale Richtung a erstreckender Vorsprung 5 vorhanden, der bei der Montage der beiden Teilkörper 2‘, 2‘‘ in eine Nut 6 eintritt, die kongruent zum Vorsprung 5 im Teilkörper 2‘ ausgebildet ist.
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Der Vorsprung 5 ist hier als ringförmig umlaufender Körper ausgebildet, weshalb die Nut 6 eine Ringnut ist.
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Nach 2a hat der Vorsprung 5 eine konvexe Oberfläche. Die Montage wird entsprechend einfach, wenn die beiden Teilkörper 2‘, 2‘‘ relativ zueinander in axiale Richtung a aufeinander geschoben werden.
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Bei der Lösung nach 2b kommt ein rechtreckförmiger Vorsprung im klassischen Nut- und-Feder-Profil zum Einsatz.
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In 2c ist eine Ausgestaltung gezeigt, die den Vorteil hat, dass der Vorsprung 5 nach dem Einschieben in die Nut 6 in dieser mit Hinterschnitt – in axiale Richtung a betrachtet – sitzt und sich daher ein sehr fester axialer Verbund der beiden Teilkörper 2‘, 2‘‘ ergibt.
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Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung ist aus 3 ersichtlich: Hier ist schematisch dargestellt (ohne Darstellung der Dichtlippen), wie die beiden Teilkörper 2‘ und 2‘‘ zusammengefügt werden. Beide Teilkörper 2‘, 2‘‘ sind nämlich an einer Umfangsstelle 7‘ bzw. 7‘‘ geteilt, d. h. sie weisen hier einen Schnitt auf, der bevorzugt in einer Ebene läuft, die die axiale Richtung a aufweist. Bei der Montage der beiden Teilkörper 2‘, 2‘‘ werde diese relativ zueinander um einen Versatzwinkel α verdreht, so dass die Umfangsstellen 7‘, 7‘‘ nicht an derselben Umfangsposition zu liegen kommen. Der Winkel beträgt vorliegend ca. 60°.
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Hiermit wird die Dichtwirkung des Dichtungselements 1 verbessert.
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Eine gute mechanische Verbindung der beiden Teilkörper 2‘, 2‘‘ kann also durch die formschlüssige Verbindung 5, 6 sichergestellt werden. Da jeder Teilkörper 2‘, 2‘‘ mit je einer Dichtlippe 3, 4 versehen ist, ergibt sich beim Zusammenbau der beiden Teile 2‘, 2‘‘ durch axiales Aufeinanderschieben eine Zwei-Lippen-Dichtung mit guter Dichtwirkung. Da hierfür die beiden Teilkörper 2‘, 2‘‘ jeweils nur eine Dichtlippe haben, ist deren Herstellung besonders einfach.
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Da die formschlüssige Verbindung 5, 6 in die Teilkörper 2‘, 2‘‘ durch deren Formgebung integriert ist, sind keine separaten Elemente (wie Bolzen, Schrauben, usw.) für die Verbindung erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtungselement
- 2
- ringförmiger Körper
- 2‘
- Teilkörper
- 2‘‘
- Teilkörper
- 3
- Dichtlippe
- 4
- Dichtlippe
- 5, 6
- formschlüssige Verbindung
- 5
- Vorsprung
- 6
- Nut
- 7‘
- Umfangsstelle des ersten Teilkörpers
- 7‘‘
- Umfangsstelle des zweiten Teilkörpers
- a
- axiale Richtung
- L
- erster Raum (Luft)
- Ö
- zweiter Raum (Öl)
- α
- Versatzwinkel
