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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichteinheit zwischen einer rotierenden Welle und einem Gehäuse, wobei die Welle durch eine Öffnung des Gehäuses eines einen Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine regelnden Wärmemanagementmoduls geführt ist. Zur Abdichtung ist ein eine Dichtbrücke bildender Radialwellendichtring vorgesehen, der mittels eines ringförmigen Stützkörpers in der Öffnung des Gehäuses eingesetzt ist und dessen membranartig gestaltete Dichtlippe kraftschlüssig an der Welle abgestützt ist.
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Radialwellendichtringe werden bevorzugt eingesetzt, um Wellendurchführungen abzudichten und beispielsweise einen Medienstrom höheren Druckes in einen Raum niedrigeren Druckes zu verhindern. Dabei hat der Radialwellendichtring häufig Anforderungen hinsichtlich der Wellendrehzahl, der Temperatur des abzudichtenden Mediums sowie der chemischen Beständigkeit und eine hohe Dichtqualität über eine lange Lebensdauer zu erfüllen. Ein entsprechender Radialwellendichtring ist beispielsweise aus der
DE 44 34 573 A1 bekannt. Das Wirkungsprinzip eines solchen Dichtringes besteht darin, dass eine mit einem äußeren Stützkörper verbundene, elastische, radial innenliegende Dichtlippe eine rotierende Welle umschließt. Dabei ist die kraftschlüssig abgestützte Dichtlippe in Druckrichtung des abzudichtenden Mediums ausgerichtet.
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Aus der
DE 10 2009 034 692 A1 ist eine Dichtungsvorrichtung zur Abdichtung von einer Welle gegenüber einem Gehäuse bekannt, die ein aus einem Elastomer hergestelltes Dichtungsorgan einschließt sowie ein Sicherungsorgan zur axialen und/oder radialen Sicherung der Dichtungsvorrichtung. Das Sicherungsorgan schließt federnd ausgeführte Halteeinrichtungen ein, die sich im Wesentlichen radial nach außen oder innen erstrecken, wobei die Abdichtebene/n in einer anderen Ebene angeordnet ist/sind als die Ebene, von der aus sich die Halteorgane erstrecken.
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Die
DE 101 02 241 A1 zeigt einen Radialwellendichtring, der in einer Aufnahmeöffnung eines Gehäuses ohne Presspassung eingebracht ist. Zur axialen Sicherung des Radialwellendichtrings ist ein federelastisches Hakenelement vorgesehen, dessen Hakenelemente greifen in verbautem Zustand des Radialwellendichtrings radial über die Aufnahmeöffnung und sind an einer inneren Stirnfläche des Gehäuseteils abgestützt. An der gegenüberliegenden Stirnfläche des Gehäuses ist ein über die Aufnahmeöffnung ragender Ringsteg des Radialwellendichtrings abgestützt. Im Einbauzustand, nach dem Einschnappen des Radialwellendichtrings in die Aufnahmeöffnung, sind die Hakenelemente und der Ringsteg an gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäuses abgestützt, wodurch der Radialwellendichtring in axialer Richtung fixiert ist.
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Es ist bekannt, dass Kühlsysteme heutiger Brennkraftmaschinen ein Thermo- oder Wärmemanagementmodul einschließen, um mehrere Kühlmittelkreise gleichzeitig oder zeitlich verschoben mit einem Kühlmittel zu beaufschlagen. Mittels einer gezielten Verteilung des Kühlvolumenstroms auf die einzelnen Kühlmittelkreise kann die Brennkraftmaschine im Bereich der optimalen Kühlmitteltemperatur betrieben werden. Das Modul umfasst ein Gehäuse, in dem eine Kühlmittelpumpe, ein ansteuerbarer Stellantrieb sowie ein als Drehschieber ausgebildetes Ventilglied integriert sind. Aus der
DE 10 2009 020 187 A1 ist ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine mit einem zuvor beschriebenen Wärmemanagementmodul bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stabile Einbaulage des Radialwellendichtrings zu gewährleisten, der zur Abdichtung einer rotierenden Welle im Gehäuse des Wärmemanagementmoduls eingesetzt ist, um die Gebrauchsdauer des Radialwellendichtrings mittels einer einfachen und kostengünstig durchführbaren Maßnahme zu verbessern.
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Diese zuvor genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen.
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Gemäß der Erfindung umfasst die Dichteinheit zur Sicherung einer Einbaulage des Radialwellendichtrings ein scheibenartig gestaltetes, mit dem Radialwellendichtring zusammenwirkendes Sicherungselement, das im Außenbereich mittels einer elastisch ausgeführten Haltestruktur kraftschlüssig an einem Gehäuseabschnitt abgestützt ist. Mit dem erfindungsgemäß aufgebauten und im Einbauzustand an dem Gehäuseabschnitt fixierten Sicherungselement, das auch als Halteorgan zu bezeichnen ist, stellt sich eine unverrückbare Einbaulage des Radialwellendichtrings ein. Durch die sich dabei einstellende stabile Einbaulage kann die Gebrauchsdauer des Radialwellendichtrings entscheidend verbessert werden. Vorteilhaft gewährleistet das einen Stützring bildende Sicherungselement einen dauerhaften wirksamen Schutz gegen ein Auswandern bzw. einen Versatz des Radialwellendichtrings und verbessert damit dessen Gebrauchsdauer. Diese Relativverschiebung kann sich beispielsweise bei ungünstigen Temperaturbedingungen einstellen, wenn ein Radialwellendichtring in einem Kunststoffgehäuse eingesetzt ist, aufgrund voneinander abweichender Wärmeausdehnungskoeffizienten bzw. Wärmeausdehnung der unterschiedlichen Werkstoffe, die eine Vorspannung des Dichtsitzes vom Radialwellendichtring negativ beeinflussen. Bedingt durch das kraftschlüssig an einem Gehäuseabschnitt abgestützte Sicherungselement kann dieses Lage- und Formtoleranzen des Außendurchmessers, insbesondere bezogen auf die Rundheit sowie die Oberflächengüte, kompensieren zur Darstellung einer prozesssicheren Dichteinheit. Vorteilhaft ist die angestrebte Einbaulage des Radialwellendichtrings damit unabhängig von dem verwendeten Werkstoff des Gehäuses vom Wärmemanagementmodul mittels des Sicherungselementes erreichbar. Das gemäß der Erfindung ausgeführte Sicherungselement ist weiterhin vorteilhaft unabhängig von der Anordnung des Wärmemanagementmoduls einsetzbar. Das Sicherungselement kann sowohl einem unmittelbar der Brennkraftmaschine zugeordneten, zumindest bereichsweise in einem speziell ausgebildeten Kurbelgehäuse integrierten, als auch einem eine separate Baueinheit bildenden Wärmemanagementmodul zugeordnet werden. Das erfindungsgemäße form- und/oder kraftschlüssig wirkende Sicherungselement ist außerdem kostengünstig und damit wirtschaftlich umsetzbar, da es in vorteilhafter Weise mittels einer einfach durchführbaren Maßnahme herstellbar ist und außerdem keinen erhöhten Montageaufwand erfordert.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein aus einem elastischen metallischen Werkstoff hergestelltes Sicherungselement vor. Bevorzugt eignet sich dazu als Werkstoff ein Federstahl, wobei zur Darstellung des Sicherungselementes ein spanloses Umformverfahren, beispielsweise ein Stanz- oder Tiefziehverfahren, vorgesehen ist. Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Sicherungselement auch aus einem hochtemperaturfesten, formstabilen Kunststoff hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Sicherungselement kann beispielsweise mit einem aus Kunststoff, Stahl oder einem Gussmaterial hergestellten Gehäuse des Wärmemanagementmoduls kombiniert werden.
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Das Sicherungselement ist bevorzugt an einem axial vorstehenden, rohrartigen, einen Gehäuseabschnitt bildenden Ansatz des Gehäuses fixiert. Dabei umfasst das weitestgehend scheibenartige Sicherungselement als Haltestruktur einen hülsenartigen, konzentrisch zu dem Gehäuseabschnitt ausgerichteten Ansatz. Bei der Montage, bei der die Haltestruktur des Sicherungselementes axial auf den rohrartigen Gehäuseabschnitt geschoben wird, verlagert sich die elastische Haltestruktur radial nach außen, wodurch diese im Einbauzustand insbesondere kraftschlüssig an dem Gehäuseabschnitt lagefixiert ist. Ergänzend oder alternativ dazu bietet sich an, die Haltestruktur so zu gestalten, dass sich eine formschlüssige Befestigung des Sicherungselementes an dem Gehäuseabschnitt einstellt.
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Der Gegenstand der Erfindung, das Sicherungselement, bildet als Haltestruktur vorzugsweise umlaufend angeordnete Halteklammern oder Federlaschen, die abgeflacht oder mit einem Anstellwinkel versehen, kraftschlüssig an dem Gehäuseabschnitt abgestützt sind.
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Als Maßnahme, um die Montage zu vereinfachen, bildet die Haltestruktur des Sicherungselementes erfindungsgemäß innenseitig eine auch als Einführradius oder Einführphase zu bezeichnende Einführungsschräge. Die bevorzugt umlaufende Einführungsschräge vereinfacht die Montage, das Aufpressen des Radialwellendichtrings auf den vorzugsweise rohrartig gestalteten Gehäuseabschnitt.
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Eine ergänzende weitere Einführungsschräge kann an einer Übergangszone zwischen einer Stirnseite und einer Mantelfläche des Gehäuseabschnitts vorgesehen werden.
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Als Haltestruktur eignet sich außerdem ein den Gehäuseabschnitt umschließender Klinkenbereich, der vorzugsweise mittels spitzartig gestalteter Widerhaken, ähnlich eifern Krallenelement, an dem Gehäuseabschnitt befestigt ist. Dazu sind die Widerhaken der Haltestruktur des Sicherungselementes bevorzugt mit einem asymmetrischen Profil versehen. Der Anstellwinkel des Profils ist vorteilhaft so ausgeführt, dass sich bei der Montage, dem axialen Aufschieben der Haltestruktur auf den Gehäuseabschnitt, ein relativ geringer Widerstand einstellt. Bei einer gegenläufigen Stellbewegung der Haltestruktur bewirkt das asymmetrische Profil eine Sperrwirkung mit einer erhöhten Haltekraft.
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Eine weitere gesteigerte Haltekraft kann erreicht werden, indem die Haltestruktur des Sicherungselementes mit einem Außenprofil des Gehäuseabschnitts zusammenwirkt. Durch ein asymmetrisches Profil der Haltestruktur, das formschlüssig in die Außenprofilierung des Gehäuseabschnitts verrostet, kann ein die Haltekraft steigernder Hinterschnitt realisiert werden.
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Das erfindungsgemäße Sicherungselement kann vorteilhaft mit unterschiedlich aufgebauten Radialwellendichtringen kombiniert werden, wie Dichtringe, deren Dichtlippe zur Erhöhung einer Anlagekraft an der Welle von einem Federelement, insbesondere einer Zug- oder Schlauchfeder, außenseitig umschlossen ist oder denen kein zusätzliches Federelement zugeordnet ist. Weiterhin können Radialwellendichtringe eingesetzt werden, die eine der abgestützten Dichtlippe vorangestellte, nicht schleifende Vordichtung einschließt. Das erfindungsgemäße Sicherungselement ist außerdem kombinierbar mit einem Radialwellendichtring, dessen Stützkörper zur verbesserten Steifigkeit eine umlaufende, von einem Dichtwerkstoff umschlossene Armierung aufweist. Dabei kann in einer Mantelfläche des Stützkörpers im Dichtwerkstoff eine insbesondere als Rillierung ausgeführte Profilierung eingebracht werden, die den Passsitz des Radialwellendichtrings in der Öffnung der Gehäusewand verbessert.
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In den Zeichnungen wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht, die jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung darstellen. Dabei zeigt
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1 ein erstes erfindungsgemäßes Sicherungselement für einen Radialwellendichtring einer Dichteinheit; und
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2 ein zweites erfindungsgemäßes Sicherungselement für einen Radialwellendichtring einer Dichteinheit.
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Die 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Dichteinheit 1, deren Radialwellendichtring 2 mittels eines Sicherungselementes 3 lagepositioniert ist. Der eine Dichtbrücke bildende Radialwellendichtring 2 ist zwischen einem Gehäuse 4 und einer rotierenden Welle 5 eingesetzt und dichtet dabei einen von dem Gehäuse 4 und dem Radialwellendichtring 2 geschlossenen Innenraum 6 von einer Umgebung ab. Das Gehäuse 4 ist bevorzugt Teil eines ansonsten nicht dargestellten Wärmemanagementmoduls eines Kühlkreissystems einer Brennkraftmaschine und die Welle 5 bildet eine Drehschieberwelle des Wärmemanagementmoduls, die in Verbindung mit einem Stellantrieb (nicht gezeigt) verstellbar ist, um einen Kühlmittel-Volumenstrom in Abhängigkeit von einer Drehwinkelposition eines mit der Welle 5 verbundenen Drehschiebers zu verändern.
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Die bevorzugt mittels einer Wälzlagerung (nicht gezeigt) innerhalb des Gehäuses 4 um eine Längsachse 7 verdrehbare Welle 5 ist durch eine Öffnung 8 geführt. Der Radialwellendichtring 2 der Dichteinheit 1 ist über einen äußeren, eine Armierung einschließenden Stützkörper 9 in eine Aufnahme 10 des Gehäuses 4 eingesetzt.
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Eine axiale Sicherung des Radialwellendichtrings 2 erfolgt mittels des scheibenartigen Sicherungselements 3, das außenseitig über eine Haltestruktur 12 einen rohrartig vorstehenden Gehäuseabschnitt 11 übergreift, wobei der Radialwellendichtring 2 mit einer Stirnseite an dem Sicherungselement 3 anliegt. Die Haltestruktur 12 des Sicherungselements 3 wird bevorzugt durch umfangsverteilt angeordnete, den Gehäuseabschnitt 11 konzentrisch umschließende, federnde bzw. federelastische Halteklammern 13 gebildet, die im Einbauzustand kraftschlüssig an einer Mantelfläche des Gehäuseabschnitts 11 abgestützt sind. Zur Montagevereinfachung des Sicherungselements 3 weist die Haltestruktur 12 innenseitig einen eine Einführschräge bildenden Anstellwinkel 17 auf, der ein axiales Aufschieben des Sicherungselements 3 auf den Gehäuseabschnitt 11 vereinfacht. Eine Dichtlippe 14 des Radialwellendichtrings 2 ist in den Innenraum 5 zeigend an der Welle 5 dichtend abgestützt. Zur Erzielung einer erhöhten Anpresskraft wird die Dichtlippe 14 außenseitig von einem als Zugfeder ausgeführten Federelement 15 umschlossen, das in einer Federnut 16 fixiert ist. Der Radialwellendichtring 2 umfasst eine weitere, entgegengesetzt zur Dichtlippe 14 ausgerichtete Dichtlippe 18, die eine Staub- oder Vordichtung bildet und die nicht an der Welle 5 abgestützt ist.
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In der 2 sind alle gleichen oder gleichwirkenden Bauteile gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Die nachfolgende Beschreibung ist daher auf die unterschiedlichen Bauteile beschränkt. Die Dichteinheit 1 gemäß 2 schließt ein alternativ zur 1 aufgebautes Sicherungselement 33 ein, dessen Haltestruktur 22 bevorzugt umfangsverteilte Widerhaken 23 einschließt. Über die spitzartig gestalteten, Krallenelemente bildenden Widerhaken 23 der Haltestruktur 22 ist das Sicherungselement 33 an dem Gehäuseabschnitt befestigt. Die Widerhaken 23 weisen innenseitig eine asymmetrische Kontur auf mit einem relativ flachen Anstellwinkel 27 sowie einem steilen Haltewinkel 28. Durch die Haltestruktur 22 stellt sich eine relativ geringe Schiebekraft ein, die bei der Montage zum axialen Aufschieben des Sicherungselements 33 auf dem Gehäuseabschnitt 11 aufzubringen ist. Andererseits bewirkt der steile Haltewinkel 28 bei einer gegenläufigen Stellbewegung des Sicherungselements 33 eine erhöhte Haltekraft und damit eine hohe Sperrwirkung. Eine weitere gesteigerte Haltekraft kann erreicht werden, indem die Widerhaken 23 der Haltestruktur 22 formschlüssig in eine Außenprofilierung 29 des Gehäuseabschnitts 11 verrasten. Dabei bietet es sich an, dass die Widerhaken 23 in Verbindung mit der Außenprofilierung 29 eine Hintergriffstufe bzw. einen Hinterschnitt bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichteinheit
- 2
- Radialwellendichtring
- 3
- Sicherungselement
- 4
- Gehäuse
- 5
- Welle
- 6
- Innenraum
- 7
- Längsachse
- 8
- Öffnung
- 9
- Stützkörper
- 10
- Aufnahme
- 11
- Gehäuseabschnitt
- 12
- Haltestruktur
- 13
- Halteklammer
- 14
- Dichtlippe
- 15
- Federelement
- 16
- Federnut
- 17
- Anstellwinkel
- 18
- Dichtlippe
- 22
- Haltestruktur
- 23
- Widerhaken
- 27
- Anstellwinkel
- 28
- Haltewinkel
- 29
- Außenprofilierung
- 33
- Sicherungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4434573 A1 [0002]
- DE 102009034692 A1 [0003]
- DE 10102241 A1 [0004]
- DE 102009020187 A1 [0005]
