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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Dichtungen zur Verwendung mit rotierenden Komponenten und insbesondere ein Wellendichtungssystem zur Verwendung mit einer rotierenden Welle.
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HINTERGRUND
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Rotierende Wellen werden dazu verwendet, eine Rotation bei zahlreichen Anwendungen in der Industrie zu übertragen. Bei Kraftfahrzeugen können rotierende Wellen verwendet werden, um Rotationskräfte, die durch eine Brennkraftmaschine, einen Elektromotor oder eine Kombination daraus erzeugt werden, an Straßenräder zum Bewegen des Fahrzeugs zu übertragen. Rotierende Wellen treten typischerweise in Baugruppengehäuse, die geschmierte Komponenten enthalten, durch Wellenöffnungen ein und verlassen diese darüber, die eine Abdichtung erfordern, um zu verhindern, dass das Schmiermittel das Gehäuse durch die Wellenöffnung verlässt.
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Wellendichtungssysteme sind zwischen Wellenöffnungen und rotierenden Wellen verwendet worden, um den Austritt von Schmiermittel zu verhindern sowie den Eintritt von Schmutz oder anderen Verunreinigungen durch die Wellenöffnung zu verhindern. Derartige Wellendichtungssysteme umfassen typischerweise ein tassenförmiges Metallgehäuse sowie eine Innenfeder, die beide in einem Elastomer eingeschlossen sind, das die Teile schützt wie auch eine oder mehrere Dichtlippen oder Dichtflächen bildet, die an beiden Wänden der Wellenöffnung und der rotierenden Welle wirken. Die Funktion des tassenförmigen Metallgehäuses besteht darin, die Wellendichtung mit der notwendigen Steifigkeit zu versehen, um eine stabile Kopplung mit ihrer relativen Gehäuseöffnung (d. h. Wellenöffnungswand) zu ermöglichen. Jedoch ist für jede Anwendung ein anderes tassenförmiges Metallgehäuse aufgrund von Anforderungen hinsichtlich Größe und Sitzvermögen erforderlich, was in Kostennachteilen sowie langen Beschaffungszeiten für eine relativ einfache Komponente resultiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Wellendichtungsbaugruppe ein Scheibenelement mit einem Außendurchmesser sowie eine sich hindurch erstreckende Zentralöffnung. Ein elastomeres Material, das auf das Scheibenelement überformt ist, umfasst eine Membran, die sich allgemein axial einwärts von der Zentralöffnung in dem Scheibenelement erstreckt, um eine Wellenöffnung zu definieren, eine Wellendichtungslippe, die sich radial einwärts von der Membran erstreckt, sowie eine Außenringdichtung, die sich umlaufend um den Außenumfang des Scheibenelements erstreckt. Die Wellendichtungsbaugruppe ist zur Anbringung in einer Gehäuseöffnung konfiguriert, die eine mit Nuten versehene Innenwand besitzt, so dass die Außenringdichtung in die Nut eintritt, um eine Dichtung damit zu bilden.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Wellendichtungssystem, das dazu dient, eine rotierende Welle in einer Öffnung eines Gehäuses abzudichten, eine Innenwand, die die Öffnung definiert und eine Hinterschneidungsnut aufweist, die einen ersten angewinkelten Rampenabschnitt sowie eine zweite Positionierungsschulter, die darin geformt sind, aufweist. Eine Wellendichtungsbaugruppe umfasst ein Scheibenelement mit einem Außendurchmesser sowie einer sich hindurch erstreckenden Zentralöffnung. Ein elastomeres Material, das auf das Scheibenelement überformt ist, umfasst eine Membran, die sich allgemein axial einwärts von der Zentralöffnung in dem Scheibenelement erstreckt, um eine Wellenöffnung zu definieren, eine Wellendichtungslippe, die sich radial einwärts von der Membran erstreckt, sowie eine Außenringdichtung, die sich umlaufend um den Außenumfang des Scheibenelements erstreckt. Die Wellendichtungsbaugruppe ist in der Hinterschneidungsnut in der Innenwand der Öffnung in dem Gehäuse angebracht, so dass die Außenringdichtung an der zweiten Positionierungsschulter sitzt und eine erste Dichtung damit bildet und an dem ersten angewinkelten Rampenabschnitt sitzt und eine zweite Dichtung damit bildet.
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Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Wellendichtungssystem, das dazu dient, eine rotierende Welle in einer Öffnung eines Gehäuses abzudichten, eine Innenwand, die die Öffnung definiert sowie eine darin geformte Nut aufweist. Eine Wellendichtungsbaugruppe umfasst ein Scheibenelement mit einem Außendurchmesser sowie einer sich hindurch erstreckenden Zentralöffnung. Ein elastomeres Material, das auf das Scheibenelement überformt ist, umfasst eine Membran, die sich allgemein axial einwärts von der Zentralöffnung in dem Scheibenelement erstreckt, um eine Wellenöffnung zu definieren, eine Wellendichtungslippe, die sich radial einwärts von der Membran erstreckt, sowie eine Außenringdichtung, die sich umlaufend um den Außenumfang des Scheibenelements erstreckt. Die Wellendichtungsbaugruppe ist in der Nut in der Innenwand der Öffnung in dem Gehäuse angebracht, so dass die Außenringdichtung eine Dichtung damit bildet.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
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1 eine Schnittansicht einer Achsen- und Nabenbaugruppe eines Kraftfahrzeugs ist, das Merkmale der Erfindung aufweist;
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2 eine Schnittansicht einer Wellendichtungsbaugruppe ist, die Merkmale der Erfindung aufweist; und
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3 eine teilweise vergrößerte Ansicht von 2 ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile oder Merkmale angeben. Der hier verwendete Begriff Fahrzeug ist nicht nur auf ein Auto, einen Lastwagen, einen Lieferwagen oder einen Geländewagen beschränkt, sondern umfasst jede selbstgetriebene oder -gezogene Fördereinrichtung, die zum Transport einer Last geeignet ist. Die gezeigten Ausführungsformen sind auf Fahrzeugkomponenten anwendbar, jedoch kann das hier offenbarte System auch bei vielen geeigneten Anwendungen verwendet werden, bei denen rotierende Komponenten eine Abdichtung in entsprechenden Öffnungen erfordern (zum Beispiel Transport, Energie, Maschinen, Luftfahrtanwendungen und insbesondere einschließlich vieler anderer Typen von Fahrzeugkomponenten und -anwendungen).
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist bei einer beispielhaften Ausführungsform eine mechanische Vorrichtung 10 gezeigt, die ein Gehäuse 12 aufweist. Das Gehäuse der mechanischen Vorrichtung kann Mechanismen zur Rotation enthalten, wie eine Lagerbaugruppe 13. Bei einer Ausführungsform ist die mechanische Vorrichtung 10 eine Achsen- und Nabenbaugruppe 14 zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug. Die Achsen- und Nabenbaugruppe 14 weist zumindest eine zylindrische Öffnung 16 auf, die darin geformt ist. Die zylindrische Öffnung 16 ist konfiguriert, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, um eine rotierende Welle 20 aufzunehmen. Die rotierende Welle 20 kann mit Zahnrädern (nicht gezeigt) oder anderen Antriebseinrichtungen in Eingriff stehen, die rotierend in dem Gehäuse 12 betreibbar sind, um dadurch eine Rotation auf die Welle 20 aufzubringen.
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Bezug nehmend auf die 2 und 3 und mit fortgesetztem Bezug auf 1 weist bei einer Ausführungsform die Innenwand 24 der zylindrischen Öffnung 16 eine Hinterschneidungsnut 26 auf, die sich um deren Umfang erstreckt. Die Hinterschneidungsnut 26 umfasst bei der gezeigten Ausführungsform einen ersten angewinkelten Ansatz oder rampenförmigen Abschnitt 28 und eine zweite Positionierungsschulter oder Anschlag 30 auf. Die Hinterschneidungsnut 26 und die zugeordneten Flächen 28, 30 können in die Innenwand 24 der Öffnung 16 maschinell bearbeitet oder in die Innenwand 24 während des Gießens des Gehäuses 12 geformt werden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst eine Wellendichtungsbaugruppe 34 ein Scheibenelement 36, das einen Außenumfang 38 sowie eine Zentralöffnung 40 aufweist, die sich hindurch erstreckt und einen Radius ”R” aufweist. Bei einer Ausführungsform kann das Scheibenelement 36 ein beilagscheibenartiges Element umfassen. Ein Federelement 42, wie eine strumpfartige Feder, ist in einer axial beabstandeten Position von dem Scheibenelement 36 angeordnet und weist einen Radius ”r” auf. Das Scheibenelement 36 und das Federelement 42 sind so ausgerichtet, dass sich die Radien ”R” und ”r” die gemeinsame Zentralachse 44 der Wellendichtung 34 teilen. Bei einer Ausführungsform ist ein elastomeres Material 46 auf das Scheibenelement 36 überformt. Das überformte Elastomer kann ein Gemisch aus einem oder mehreren Basiselastomeren und einer Vielzahl von Bestandteilen sein, wie verstärkenden Füllern, Weichmachern, Antioxidantien, Beschleunigern, etc. Diese dienen dem Zweck, diese mit gewissen Eigenschaften zu versehen, wie einer Kompatibilität zu Fluid, mit dem es in Kontakt steht, einen hohen Grad an Elastizität, einen hohen Grad an Verschleißbeständigkeit sowie einen geringen Reibungskoeffizient.
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Das überformte Elastomer 46 definiert verschiedene Merkmale, einschließlich einer Außenringdichtung 50, die sich umlaufend um den Außenumfang 38 des Scheibenelements 36 erstreckt. Die Außenringdichtung, die in den 2 und 3 gezeigt ist, definiert einen kreisförmigen Querschnitt, der nachfolgend hier weiter zu diskutieren ist. Zusätzlich definiert das überformte Elastomer 46 eine korrosionsbeständige Dichtfläche 52 entlang zumindest einer Außenfläche 54 des Scheibenelements 36. Die Innenfläche 56 des Scheibenelements kann optional genauso eingekapselt sein. Eine Membran 58 erstreckt sich axial einwärts von der Zentralöffnung 40 in dem Scheibenelement 36, um eine Wellenöffnung 48 zu definieren, die eine Wellendichtungslippe 60 besitzt, deren Konfiguration auf Grundlage individueller Anwendungen der Wellendichtungsbaugruppe 34 variieren kann. Eine Federnut 62 ist ebenfalls in Position eng benachbart zu einer Rückseite der Wellendichtungslippe 60 geformt und so konfiguriert, das Federelement 42 darin aufzunehmen. Das Federelement 42 weist eine Funktion auf, die komplementär zu der durch die Wellendichtungslippe 60 bereitgestellten Aktion ist. Wärme, mechanische Verformung und chemische Wirkungen von Fluiden in dem Gehäuse 12 beeinträchtigen die ursprünglichen Eigenschaften des elastomeren Materials 46. Infolgedessen kann die von der Wellendichtungslippe 60 ausgeübte ursprüngliche Radialkraft tendenziell mit der Zeit abnehmen. Die Funktion des Federelements 42 besteht darin, dieser Tendenz entgegenzuwirken und eine Stabilität für die radiale Dichtkraft an der rotierenden Welle 20 bereitzustellen.
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Die Wellendichtungsbaugruppe 34 ist in die Öffnung 16 des Gehäuses 12 installiert, so dass die Außenringdichtung 50 in die Hinterschneidungsnut 26 eintritt und an der Positionierungsschulter 30 sitzt, wodurch sie in einem ersten Dichtlinienkontakt 66 in Eingriff steht. Der angewinkelte Ansatz 28 der Hinterschneidungsnut führt die Wellendichtungsbaugruppe 34 in Position und unterstützt auch das Halten der Wellendichtungsbaugruppe 34 gegen die Positionierungsschulter 30 durch Eingriff in einen zweiten Dichtlinienkontakt 68 mit der Außenringdichtung 50. Das Ergebnis ist eine redundante Doppeldichtung zwischen der Wellendichtungsbaugruppe 34 und der Wand 24 der Öffnung 16 zwischen dem Äußeren 74 des Gehäuses 12 und seinem Inneren 72 entlang der Innenwand 24. Zusätzlich orientiert die zweite Positionierungsschulter 30 die Wellendichtungsbaugruppe 34 in der zylindrischen Öffnung 16 des Gehäuses und somit mit der rotierbaren Welle 20, wenn diese darin eingesetzt ist.
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Die Anwendung eines Scheibenelements 36 als das Bauelement in der Wellendichtungsbaugruppe 34, wie hier offenbart ist, besitzt den Vorteil, den Gebrauch eines einfacheren gestanzten Trägers zu ermöglichen, was sich selbst zu einer schnellen Entwicklung und kostengünstigen Herstellung eignet. Das Scheibenelement 36 erfordert nicht den Gebrauch teurer progressiver Matrizen mit langer Beschaffungszeit zur Herstellung sowie die damit in Verbindung stehenden Investitionskosten. Die Verwendung einer Hinterschneidungsnut 26, wie hier offenbart ist, sieht eine einfache Orientierung der Wellendichtung 34 in Bezug auf die Gehäuseöffnung 16 und die rotierende Welle 20 vor. Ein Schaden an der Fläche der Außendichtung 50, der bei Dichtungen unter Verwendung tassenförmiger Metallgehäuse üblich ist, ist minimiert. Bei der gezeigten Ausführungsform bleibt, sollte ein kleiner Schaden an dem Außenrand 76 der Außenringdichtung 50 während der Installation der Wellendichtungsbaugruppe 34 in die zylindrische Öffnung 16 auftreten, die Abdichtung unbeeinflusst, da die Dichtlinien 66, 68 unbeeinflusst bleiben. Bei einer Ausführungsform kann die Hinterschneidungsnut 26 auch dazu dienen, Schmutzstoffe abzufangen, wie ein Trennliniengrat, der sich auswärts von dem Außenrand 76 der Außenringdichtung 50 erstrecken kann. Derartige Grate sind ein Nebenprodukt des Formprozesses und treten, falls sie nicht vor der Dichtungsinstallation abgeschnitten werden, möglicherweise in das Gehäuse 12 ein. In dem Fall der vorliegenden Wellendichtung 34 wird jeder sich verlagernde Trennliniengrat in dem Hohlraum 80 der Hinterschneidungsnut 26 abgefangen und dauerhaft zwischen der Linienkontaktdichtung 66 und der Linienkontaktdichtung 68 gehalten.
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Die Ausführungsform der Wellendichtung, wie gezeigt ist, stellt nur eine von zahlreichen Konfigurationen dar, die dazu bestimmt sind, in den Schutzumfang der Erfindung zu fallen. Beispielsweise wird in Betracht gezogen, dass Merkmale des überformten Elastomermaterials breit variieren können. Beispielsweise kann die Wellenöffnung 48 eine oder mehrere Wellenlippendichtungen 60 aufweisen, und diese Dichtungen können zahlreiche Konfigurationen aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Außenringdichtung 50 Querschnitte aufweisen, die nicht rund sind. Solche Querschnitte können oval, keulenförmig (doppelkeulenförmig, dreifachkeulenförmig, etc.), quadratisch, etc. sein, während sie dennoch die erforderliche Mehrfachdichtungskonstruktion, wie hier beschrieben ist, ausführen. Während die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente davon ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung ohne Abweichung von dem wesentlichen Schutzumfang davon anzupassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzumfang der Anmeldung fallen.
