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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Gehäuse zur Prüfung eines Wellendichtrings und ein Verfahren zur Prüfung eines Systems.
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Es ist allgemein bekannt, dass ein Wellendichtring zum Abdichten drehbar gelagerter Wellen verwendbar ist.
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Ebenso ist allgemein bekannt, dass Getriebe Schmieröl aufweisen.
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Aus der
US 5 000 033 A ist als nächstliegender Stand der Technik eine Prüfvorrichtung für O-Ringe bekannt.
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Aus der
DE 11 83 325 B ist eine Vorrichtung zur Prüfung von Lippenwellendichtringen bekannt.
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Aus der
US 3 400 572 A ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Prüfung von Dichtmaterial bekannt.
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Aus der US 2015 / 0 233 788 A1 ist ein System zum Testen von Dichtmaterial bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Prüfung für ein System mit einem einem Öl ausgesetzten Wellendichtring auszubilden, insbesondere nachzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass sie mit Gehäuse zur Prüfung eines Wellendichtrings vorgesehen ist, wobei ein Wellenzapfen formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist,
wobei ein Wellendichtring im Gehäuse aufgenommen ist und eine Dichtlippe des Wellendichtrings den Wellenzapfen, insbesondere einen als Lauffläche bearbeiteten und/oder einen fein bearbeiteten, insbesondere eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweisenden Oberflächenabschnitt des Wellenzapfens, berührt,
wobei ein zumindest teilweise vom Gehäuse und vom Wellendichtring begrenzter Innenraum zumindest teilweise mit Öl befüllt ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine statische Prüfung der Zusammenwirkung des Wellendichtrings mit dem Öl in einfacher Weise ausführbar ist. Außerdem ist die Vorrichtung in einfacher Weise und kostengünstig herstellbar. Das Gehäuse muss nur einen Bereich für Aufnahme des Wellendichtrings aufweisen, so dass der Wellendichtring dicht mit dem Gehäuse verbunden ist und außerdem muss der Wellenzapfen eine Lauffläche für einen Wellendichtring aufweisen, insbesondere entsprechend einer Lauffläche für einen Wellendichtring bei einer drehbar gelagerten Welle. Somit ist eine Prüfung der Materialkombination oder Materialpaarung, also Öl, Wellenmaterial und Wellendichtringmaterial, in einfacher Weise am ganzen Bauteil möglich. Da die Prüfung statisch ausgeführt wird, ist sie mit wenig Aufwand ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellenzapfen hohl ausgeführt und die Wandstärke des Wellenzapfens nimmt mit zunehmender Entfernung von der Berührfläche oder Lauffläche ab. Von Vorteil ist dabei, dass der Wellenzapfen im Bereich der Lauffläche besonders stabil ausgeführt ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zumindest teilweise mit Öl befüllte Innenraum vom Wellendichtring, vom Gehäuse und vom Wellenzapfen, der mittels einer zwischen Wellenzapfen und Gehäuse angeordneten Dichtung dicht verbunden mit dem Gehäuse. Von Vorteil ist dabei, dass der Öl befüllte Innenraumbereich abgedichtet ist zur Umgebung hin. Einerseits nach vertikal unten mittels des Wellendichtrings und andererseits nach vertikal oben mittels der Dichtung, insbesondere O-Ring.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Schraube durch den Wellenzapfen geführt und schaubverbunden mit dem Gehäuse, wobei der Schraubenkopf der Schraube den Wellenzapfen gegen das Gehäuse drückt, insbesondere mittels einer zwischen Schraubenkopf und Wellenzapfen angeordneten Lochscheibe, insbesondere Unterlegscheibe. Von Vorteil ist dabei, dass der Wellenzapfen in einfacher Weise drehfest mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dichtung oberhalb des zumindest teilweise mit Öl befüllten Innenraums angeordnet und der Wellendichtring unterhalb des zumindest teilweise mit Ölbefüllten Innenraums angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Austreten von Öl verhinderbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in einer zum mit zumindest teilweise mit Öl befüllten Innenraum eine durch das Gehäuse durchgehenden Ausnehmung ein Entlüftungsventil angeordnet,
insbesondere wobei das Entlüftungsventil bei Überschreiten eines Schwellwertes der Druckdifferenz, also Differenz des Druckes im Innenraum und des Druckes in der Umgebung, öffnet. Von Vorteil ist dabei, dass kein gefährlicher Überdruck entsteht. Somit ist der Wellendichtring nicht überlastet.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellenzapfen aus Metall und der Wellendichtring aus einem Elastomer gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass die Materialpaarung des Öls mit dem Metall und ebenso auch die Materialpaarung des Öls mit dem Elastomer prüfbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellenzapfen als Rotationskörper ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Herstellung in einfacher Weise ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Wellenzapfen mit dem Gehäuse drehfest verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine statische Prüfung in einfacher Weise ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steht an einer axialen Seite des Wellendichtrings Öl an und an der anderen Seite des Wellendichtrings Luft. Von Vorteil ist dabei, dass das Material des Wellendichtrings auf Veränderungen hin untersuchbar ist, die durch das Öl oder die Luft bewirkbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse eine mittig zwischen zwei durch das Gehäuse durchgehenden Ausnehmungen angeordnete Gewindebohrung auf, die von den beiden Ausnehmungen beabstandet ist,
wobei die Schraube mit ihrem Außengewindebereich in die Gewindebohrung eingeschraubt ist,
insbesondere wobei mittels eines durch die Ausnehmungen geführten Werkzeugs der Wellenzapfen vom Gehäuse abdrückbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Herauslösen des Wellenzapfens in einfacher Weise ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Entlüftungsventil in einer durch das Gehäuse durchgehenden Ausnehmung angeordnet, so dass bei Überschreiten eines Schwellwertes an Überdruck im Innenraum relativ zur äußeren Umgebung der Vorrichtung das Ventil öffnet. Von Vorteil ist dabei, dass der aus Wellendichtring und Wellenzapfen gebildete Dichtkontakt und ebenso der mit der Dichtung gebildete Dichtkontakt vor Überdruck geschützt ist.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zur Prüfung eines Systems, bei dem ein Wellendichtring einem Öl ausgesetzt ist, sind, dass in einem ersten Verfahrensschritt der Wellendichtring in einem Gehäuse aufgenommen wird, mit welchem ein Wellenzapfen drehfest verbunden wird, welchen eine Dichtlippe des Wellendichtrings berührt,
- - in einem nachfolgenden Verfahrensschritt Öl zugeführt wird, so dass der Wellendichtring an einer Seite mit Öl in Berührung steht und an der anderen Seite mit Umgebungsluft,
- - in einem weiter nachfolgenden Verfahrensschritt die Temperatur des Öls und des Wellendichtrings erhöht wird, insbesondere indem die Temperatur der Umgebungsluft erhöht wird, insbesondere wobei die Temperatur auf einen Wert zwischen 70°C und 140°C erhöht wird,
- - in einem weiter nachfolgenden Verfahrensschritt das Öl abgelassen wird und der Wellendichtring auf Veränderung untersucht wird und/oder technische Parameter des Wellendichtrings bestimmt werden, insbesondere die Überdeckung, die Radialkraft die Härte und/oder eine Änderung hiervon.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine statische Prüfung der Haltbarkeit oder des Zusammenwirkens des Öls mit dem Wellendichtring in einfacher Weise ausführbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt.
- In der 2 ist eine Schrägansicht der Vorrichtung gezeigt.
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Wie in den Figuren gezeigt, weist die Vorrichtung ein zylindrisches Gehäuse 1 auf, in welchem insbesondere mittig eine axial, insbesondere also in Zylinderachsrichtung, gerichtete Schraube 2 eingeschraubt ist. Hierzu weist das Gehäuse 1 eine mittig angeordnete, axial gerichtete Gewindebohrung auf, in welche die Schraube 2 eingeschraubt ist.
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Die Schraube 2, insbesondere der Schraubenkopf 8 der Schraube 2, ist im vom Gehäuse 1 umgebenen Innenraum angeordnet.
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Der Schraubenkopf 8 drückt über eine zwischengeordnete Unterlegscheibe 9 einen zylindrisch geformten Wellenzapfen 6, insbesondere Zapfen, gegen das Gehäuse 1.
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Der Wellenzapfen 6 ist an seiner Außenseite fein bearbeitet, so dass eine Lauffläche für die Dichtlippe eines Wellendichtrings 7 bereit gestellt ist.
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Der Wellendichtring 7 ist an der Innenseite des Gehäuses 1 aufgenommen und weist die Dichtlippe auf, welche die bearbeitete Außenseite berührt
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Der Wellenzapfen 7 ist also kraftschlüssig mit dem Gehäuse 1 verbunden. Hierzu ist er von der Schraube 2, insbesondere vom Schraubenkopf 8 der Schraube 2 mittels der Unterlegscheibe 9, angedrückt ans Gehäuse 1.
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Der Wellenzapfen ist im Bereich der Berührung zum Wellendichtring 7 hin als Lauffläche ausgeführt, insbesondere also kreiszylindrisch und mit geringer Rauheit, also fein bearbeitet.
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Das Gehäuse 1 weist eine durchgehende Bohrung auf, in welche ein Entlüftungsventil 5, insbesondere Überdruckventil, eingeschraubt ist. Wenn also der teilweise mit Öl befüllte Innenraum des Gehäuses einen Schwellwert für Überdruck überschreitet, beispielsweise einen Wert zwischen 0,2 bar und 0,3 bar, wird das Ventil geöffnet und der Druck entsprechend ausgeglichen. Dabei schließt das Ventil bei einem kleineren Überdruckswert. Somit ist eine Hysterese von Vorteil, da auf diese Weise unkontrollierbare periodische Öffen-Schließ-Folgen vermeidbar sind.
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Die Vorrichtung ist somit trotz des drehfest mit dem Gehäuse 1 verbundenen Wellenzapfens 7 zur Prüfung des Bauteils Wellendichtring 7 in Zusammenwirkung mit Öl geeignet.
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Für diese Prüfung wird zunächst der Wellendichtring 7 im Gehäuse 1 aufgenommen, so dass die Dichtlippe des Wellendichtrings 7 die wie eine Lauffläche für einen Wellendichtring bearbeitete Lauffläche des Wellenzapfens 7 berührt.
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Danach wird durch die durchgehende Ausnehmung Öl eingebracht in den vom Gehäuse umgebenen Innenraum, so dass dieses Öl an einer Seite des Wellendichtrings, nämlich der dem Innenraum zugewandten Seite des Wellendichtrings, ansteht.
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An der Außenseite des Wellendichtrings, also an der vom Öl abgewandten Seite des Wellendichtrings, steht Luft an.
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Nach Beendigung der teilweisen Befüllung mit Öl, also Schmieröl, wird das Entlüftungsventil 5 in die durchgehende Ausnehmung eingeschraubt und dicht verbunden mit dem Gehäuse 1.
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Danach wird die Vorrichtung einer höheren Umgebungstemperatur ausgesetzt, insbesondere in einen Ofen angeordnet. Diese Temperatur beträgt vorzugsweise zwischen 60°C und 140° C.
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Nach der Zeitdauer der Prüfung, beispielsweise einige Stunden, wird das Öl abgelassen und der Wellendichtring 7 entnommen und danach auf Veränderung seiner geometrischen und/oder physikalischen Parameter hin untersucht. Beispielsweise ist ein Aufquellen oder Schrumpfen möglich. Solche Veränderungen hängen nicht nur von der Zeitdauer und der Temperatur sondern auch von der Materialkombination, also dem Material des Wellendichtrings 7 und dem Öl, ab. Weitere Parameter, deren Veränderung bestimmt werden, sind beispielsweise Härteänderung, Zugfestigkeitsänderung, Volumenänderung und/oder Bruchdehnungsänderung des Materials des Wellendichtrings.
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Das Öl ist beispielsweise als synthetisches oder mineralisches Öl vorsehbar. Der Wellendichtring 7 ist aus einem Elastomer, einem Gummi und/oder einem Kunststoff vorsehbar.
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Da nach der Prüfung der Wellendichtring 7 als Ganzes zur Verfügung steht, sind in einfacher Weise Überdeckung, Radialkraftänderung und/oder Härte des Wellendichtrings bestimmbar.
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Der Wellenzapfen 6 ist aus Metall, insbesondere Stahl, ausgeführt. Somit steht das Öl und auch an der Dichtlippenkante der Wellendichtring 7 mit dem Metall des Wellenzapfens 6 in Kontakt.
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Während der Zeitdauer der Prüfung des Wellendichtrings 7 wird dieser nur statisch geprüft, da der Wellenzapfen 6 relativ zum Wellendichtring 7 nicht gedreht und/oder bewegt wird. Somit ermöglicht die geschilderte Prüfung eine Beurteilung der Verwendbarkeit der jeweiligen Materialkombination. Dabei ist insbesondere auch die Bestimmung eines Wertes wichtig, welcher die Standzeit des Wellendichtrings 7 beschreibt.
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Der mit Öl zumindest teilweise befüllte Innenraum ist einerseits abgedichtet mittels des Wellendichtrings 7, der zwischen dem Wellenzapfen 6 und dem Gehäuse 1 angeordnet ist, und andererseits mittels einer Dichtung 4, insbesondere O-Ring. Somit ist die Dichtung 4 zwischen dem mit Öl zumindest teilweise befüllten Innenraum und dem Schraubverbindungsbereich zwischen Gehäuse 1 und Schraube 2 angeordnet.
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Der Wellenzapfen 6 ist hohl ausgeführt, so dass die Schraube 2 axial durchgehend angeordnet ist. Dabei nimmt die radiale Wandstärke des Wellenzapfens 6 mit zunehmender axialer Entfernung ab. Somit ist der Bereich der Lauffläche, also der Bereich der Berührung der Dichtlippe des Wellendichtrings mit dem Wellenzapfen 6, besonders stabil und thermisch durch die erhöhte Wärmekapazität in diesem Raumbereich stabilisiert.
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Die physikalischen Größen Temperatur, Anpressdruck der Dichtlippe gegen den Wellenzapfen 6 und mechanische oder akustische Oberflächenwellen oder -schwingungen sind durch die Vorrichtung sehr stabil beziehungsweise klein gehalten.
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Die durchgehenden Ausnehmungen 20 des Gehäuses 1 dienen zum Abdrücken des Wellenzapfens 6 vom Gehäuse 1 nach dem Lösen der Schraubverbindung. Das Gehäuse 1 ist topfförmig gestaltet, so dass die Ausnehmungen 20 am Topfboden des Gehäuses 1 angeordnet sind und die Gewindebohrung für die Schraube 2 mittig zwischen den beiden Ausnehmungen 20 angeordnet ist.
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In der 1 ist die vertikale Richtung mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
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Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist der Wellendichtring weitere Lippen auf, die als eine oder mehrere Dichtlippen oder als Staublippe vorgesehen sind. Dabei wird gegebenenfalls an der vom Öl abgewandten Seite der Dichtlippe Fett auf dem Wellenzapfen aufgebracht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Schraube
- 3
- Schraubgewinde
- 4
- Dichtung, insbesondere O-Ring
- 5
- Entlüftungsventil, insbesondere Überdruckventil
- 6
- Wellenzapfen, insbesondere Zapfen
- 7
- Wellendichtring
- 8
- Schraubenkopf
- 9
- Unterlegscheibe
- 10
- vertikale Richtung
- 20
- Ausnehmungen
