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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zwischen einem drehenden Wellenteil und einem dieses lagernden Gehäuseteil, insbesondere an einer Radlager-Einheit eines Fahrzeugs, mit einem zumindest anteilig aus einem Elastomer bestehenden und mit zumindest einer Dichtlippe oder dgl. auf der Rotationsoberfläche eines dieser beiden Teile unter Ausführung einer Relativbewegung um die Rotationsachse des Wellenteils aufliegenden Dichtelement. Zum Stand der Technik wird lediglich beispielshalber auf die
DE 10 2011 086 953 A1 verwiesen.
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Grundsätzlich ist es bei bewegten Systemen erwünscht, die Verlustleistung so gering als möglich zu halten. In diesem Sinne wird auch angestrebt, an Dichtungsanordnungen für rotierende Wellenteile die Reibungsverluste zu reduzieren. Ein vorliegend bevorzugter Einsatzfall sind die Radlager-Dichtungen von Fahrzeugen, bei denen ein elastomeres Dichtelement entweder im gegenüber dem Wellenteil feststehenden Gehäuseteil montiert ist und mit einer Dichtlippe oder dgl. auf der Rotations-Oberfläche des rotierenden Wellenteils aufliegt oder auf dem Wellenteil moniert ist und mit seiner Dichtlippe oder dgl. an einer Rotations-Oberfläche des besagten Gehäuseteils anliegt, wobei bei Rotation des Wellenteils stets eine Relativbewegung zwischen der Dichtlippe und der besagten Rotationsoberfläche stattfindet. In der eingangs beispielshaft genannten Schrift ist eine solche Dichtungsanordnung vorgeschlagen, bei der sich die Dichtlippe bei Temperaturerhöhung von einem Anlaufring, welcher dort die Rotationsoberfläche des relativ zur Dichtlippe bewegten Teils darstellt, selbsttätig wegbewegt, um bei Gewährleistung einer weiterhin ausreichenden Dichtwirkung eine Reduzierung der Reibungsverluste zu erzielen.
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Hiermit soll nun eine weitere vorteilhafte Maßnahme zur Reduzierung der Reibungsverluste an einer eingangs genannten Dichtungsanordnung aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).
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Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine Dichtungsanordnung zwischen einem drehenden Wellenteil und einem dieses lagernden Gehäuseteil, insbesondere an einer Radlager-Einheit eines Kraftfahrzeugs, mit einem zumindest anteilig aus einem Elastomer bestehenden und mit zumindest einer Dichtlippe oder dgl. auf der Rotationsoberfläche eines dieser beiden Teile unter Ausführung einer Relativbewegung um die Rotationsachse des Wellenteils aufliegenden Dichtelement dadurch gekennzeichnet, dass die sich relativ zur Dichtlippe oder dgl. bewegende und mit dieser in Kontakt kommende Rotationsoberfläche (des Wellenteils oder des Gehäuseteils) in Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse betrachtet zumindest eine Exzentrizität oder Unebenheit aufweist, welche eine mit dieser Rotationsbewegung nennenswert wechselnde Krafteinwirkung auf die Dichtlippe oder dgl. zur Folge hat, und dass für das Elastomer eine Gummimischung mitverwendet ist, deren viskoelastisches Verhalten durch eine geeignete Polymermischung vergleichbar demjenigen von bei rollwiderstandsreduzierten Fahrzeug-Reifen („ECO-Reifen”) verwendeten Gummimischungen ist, nämlich dass diese Gummimischung bei wechselnden Störkrafteinwirkungen geringerer Frequenz einen signifikant geringeren Elastizitätsmodul aufweist als bei wechselnden Störkrafteinwirkungen höherer Frequenz.
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Alternativ oder kumulativ lässt sich die Eigenschaft einer erfindungsgemäß für das Dichtelement vorgesehenen Gummimischung auch dadurch beschreiben, dass diese Gummimischung bei wechselnden Störkrafteinwirkungen geringerer Frequenz eine geringere Hysterese bezüglich Verformung aufweist als bei wechselnden Störkrafteinwirkungen höherer Frequenz. Insbesondere kann es sich um eine Silika/Silan-verstärkte Gummimischung handeln; ferner kann zwischen dem erfindungsgemäßen Dichtelement und der Umgebung noch ein berührungsloses Vordichtsystem vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß kommt für das Elastomermaterial der Dichtung bzw. zumindest von deren besagter Dichtlippe eine Gummimischung (dieser Begriff umfasst ausdrücklich auch Industriekautschuk) zum Einsatz, die ein von modernen Fahrzeugreifen bekanntes viskoelastisches Verhalten aufweist. Bekanntlich sind die viskoelastischen Eigenschaften des Reifen-Gummimaterials die Hauptursache für den Rollwiderstand von Fzg.-Reifen, indem bei jeder durch äußere Krafteinwirkung hervorgerufener Verformung des Reifens ein teil der Energie in Form von verlustwäre verloren geht, was auch als Hysterese bezeichnet wird. Bekannte neuartige rollwiderstandreduzierte Fahrzeug-Gummireifen (sog. „ECO-Reifen”) zeigen nun hinsichtlich der molekularen Haftung ein stark von der Lastfrequenz abhängiges Verhalten. Bei höheren Lastfrequenzen verhalten sich diese Reifen wie solche mit einer Gummimischung mit ausgeprägter Hysterese (bezüglich Verformung) und zeichnen sich damit durch relativ hohe Reifenhaftungsbeiwerte aus. Bei niedrigeren Frequenzen verhalten sich diese Reifen wie solche mit einer Gummimischung mit schwacher Hysterese (bezüglich Verformung) und besitzen somit einen niedrigen Rollwiderstand. Damit bieten solche ECO-Reifen einen vorteilhaften Kompromiss zwischen optimaler Haftung und niedrigem Rollwiderstand.
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Vergleichbares soll erfindungsgemäß an einer Dichtungsanordnung dargestellt werden, wobei die Erfindung nicht nur darin zu sehen ist, dass eine grundsätzlich für moderne ECO-Reifen bekannte Gummimischung für das Elastomermaterial des Dichtungselements bzw. zumindest von dessen Dichtlippe zum Einsatz kommt, sondern dass weiterhin für eine wechselnde Krafteinwirkung auf die Dichtlippe des Dichtelements gesorgt wird, ohne welche wechselnde Krafteinwirkung der bekannte Effekt der besagten Gummimischung nicht genutzt werden könnte. Zur Erzeugung dieser auch als Störkrafteinwirkung bezeichneten wechselnden Krafteinwirkung ist auf der mit der Dichtlippe zusammenwirkenden Rotationsoberfläche in Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse des Wellenteils, für welches die Dichtungsanordnung vorgesehen ist, betrachtet zumindest eine Exzentrizität oder Unebenheit vorgesehen, die bei Rotation des Wellenteils die besagte Krafteinwirkung verursacht. Beispielsweise kann es sich bei der Unebenheit um eine Art Noppen handeln, der – ggf. auch in Umfangsrichtung betrachtet mehrfach hintereinander über der Rotationoberfläche verteilt – auf der Rotationsoberfläche vorgesehen sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung bzw. zumindest deren die Rotationsachse des Wellenteils kreisförmig umgebende Dichtlippe geringfügig exzentrisch zur Rotationsachse angeordnet sein, d. h. der Mittelpunkt der in Rotationsachsrichtung betrachtet eigentlich kreisförmigen Dichtlippe liegt geringfügig abseits der Rotationsachse des Wellenteils. Die vorgeschlagene Exzentrizität oder Unebenheit kann auch als Welligkeit bezeichnet werden und in Radialrichtung und/oder Axialrichtung der besagten Rotationsoberfläche einfach oder mehrfach über deren Umfang verteilt vorgesehen sein.
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Damit ist es also möglich, über einer vollständigen Umdrehung des Wellenteils eine unterschiedliche bzw. betragsmäßig wechselnde Krafteinwirkung zwischen der besagten Rotationsoberfläche und der auf dieser aufliegenden Dichtlippe zu erzielen. Dabei ist die Frequenz dieser betragsmäßig wechselnden Krafteinwirkung von der Drehzahl des Wellenteils abhängig. Indem nun diese Gummimischung das besagte Verhalten zeigt, nämlich bei wechselnden Störkrafteinwirkungen geringerer Frequenz einen signifikant geringeren Elastizitätsmodul aufweist als bei wechselnden Störkrafteinwirkungen höherer Frequenz, ist damit eine drehzahlabhängige Veränderung des Elastizitätsmoduls der für das Dichtelement bzw. zumindest deren Dichtlippe verwendeten Gummimischung darstellbar. Mit dieser drehzahlabhängigen Veränderung des Elastizitätsmoduls der verwendeten Gummimischung stellt sich der erfindungsgemäß gewünschte Effekt ein, dass die Dichtlippe bei höherer Drehzahl des Wellenteils aufgrund des dann größeren Elastizitätsmoduls mit einer geringeren Anpresskraft an der besagten Rotationsoberfläche anliegt als bei niedrigerer Drehzahl des Wellenteils, bei welcher die Dichtlippe aufgrund des dann geringeren Elastizitätsmoduls mit einer höheren Anpresskraft an der besagten Rotationsoberfläche anliegt. Damit ist in gewünschter Weise eine drehzahlabhängige und somit im Falle einer Radlager-Einheit eines Fahrzeugs von dessen Fahrgeschwindigkeit abhängige Anpresskraft zwischen einer Dichtung und der relativ zu dieser rotierenden Rotationsoberfläche darstellbar, welche bei niedriger Geschwindigkeit und insbesondere Stillstand eine sehr hohe Dichtwirkung aufweist, während sich bei höherer Relativgeschwindigkeit zwischen der Dichtlippe und der Rotationsoberfläche eine geringere Dichtwirkung mit dem Vorteil einer Reduzierung der Reibungsverluste (nämlich aus der Anpresskraft zwischen Dichtlippe und Rotationsoberfläche resultierend) ergibt.
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Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ein berührungsloses Vordichtsystem vorgeschaltet sein, d. h. zwischen der Dichtungsanordnung und der Umgebung zwischen dem Gehäuseteil und dem Wellenteil vorgesehen sein. Solche berührungslosen Vordichtsysteme, bspw. in Form einer Labyrinthdichtung, zeigen bei Stillstand des Wellenteils sowie bei geringer Rotationsgeschwindigkeit desselben nur eine geringe Dichtwirkung, hingegen bei hoher Rotationsgeschwindigkeit eine hohe Dichtwirkung. Insofern kann ein solches berührungsloses Vordichtsystem das praktisch gegenteilige Verhalten eines erfindungsgemäß aus einer entsprechenden Gummimischung bestehenden Dichtelements ideal kompensieren. In Summe betrachtet, d. h. bei Reihenschaltung der Wirkung eines erfindungsgemäßen Dichtelements mit einem berührungslosen Vordichtsystem ergibt sich somit eine optimale Abdichtung sowohl im Stand als auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten mit gleichzeitig reduzierten Reibungsverlusten bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten.
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Auf die für eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung vorgesehene Gummimischung für das Dichtelement zurück kommend kann deren Eigenschaft nicht nur durch den frequenzabhängigen Elastizitätsmodul beschrieben werden, sondern analog dem viskoelastischen Verhalten der genannten „ECO-Reifen” auch durch deren Hysterese bezüglich Verformung, nämlich dass die Gummimischung bei wechselnden Störkrafteinwirkungen geringerer Frequenz eine geringere Hysterese bezüglich Verformung aufweist als bei wechselnden Störkrafteinwirkungen höherer Frequenz. Wenngleich entsprechende Gummimischungen verschiedenartig zusammengesetzt sein können und üblicherweise nur bei direkt bei den einschlägigen Kautschukherstellern beziehbar sind, welche ihre genauen Rezepturen geheim halten, so kann es sich hierbei vorzugsweise um eine Silika/Silanverstärkte Gummimischung handeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086953 A1 [0001]