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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten Bauteils gegenüber einem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung für ein Wälzlager.
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Die Abdichtung eines Wälzlagers gegenüber Umwelteinflüssen ist bei vielen Anwendungen notwendig, um eine ausreichende Lebensdauer des Wälzlagers sicherzustellen. Beispielsweise ist es bei Radlagern für Fahrzeuge unabdingbar, die in den Radbefestigungen angeordneten Wälzlager gegenüber Spritzwasser und anderen Verschmutzungen im täglichen Einsatz zu schützen. Üblicherweise werden für diesen Zweck berührende Dichtungen eingesetzt, welche zum Beispiel in der Bauform von Kassettendichtungen bekannt sind, die in die Wälzlager als Dichtungssatz eingesetzt werden können. In den Kassettendichtungen sind meist ein bis zwei in axialer Richtung und ein bis zwei in radialer Richtung berührend anliegende Dichtungslippen positioniert.
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Aus der
DE 10 2009 050 215 A1 geht ein Dichtungsring zur Abdichtung eines Wälzraumes eines Wälzlagers hervor. Der Dichtungsring weist ein zur Befestigung an einem ersten Lagerteil vorgesehenes, ein elastisches Teil haltendes Trägerteil auf. Der Dichtungsring ist mittels einer radialen oder axialen Dichtlippe am elastischen Teil zur Abdichtung des Wälzraumes zwischen dem ersten Lagerteil und einem zum ersten Lagerteil relativ drehbaren zweiten Lagerteil oder zwischen dem ersten Lagerteil und einem anderen an das zweite Lagerteil befestigten, relativ zum ersten Lagerteil bewegbaren Bauteil vorgesehen. Die Dichtlippe ist dazu vorgesehen mit dem zweiten Lagerteil oder mit dem Bauteil einen Spalt zu bilden. Ferner weist die Dichtlippe eine Ringnut zur Ausbildung eines den Spalt schließenden Schmiermittelringes auf. Eine Dichtvorrichtung mit einer Dichteinheit, die ein elektroaktives Einstellelement aufweist, ist aus der
DE 10 2008 017 306 A1 bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dichtungsanordnung weiterzuentwickeln und insbesondere Reibverluste zu reduzieren.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten Bauteils gegenüber einem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil umfasst eine an dem ersten Bauteil angeordnete Dichtung, wobei die Dichtung ein elastisches Material aufweist, das zumindest teilweise zwischen einem Versteifungsblech und einer elastischen Elektrodenbeschichtung angeordnet ist, wobei das Versteifungsblech und die Elektrodenbeschichtung dazu vorgesehen sind, beim Anlegen eines elektrischen Stroms einen elektrostatischen Druck zu erzeugen, um das elastische Material in radialer Richtung auszudehnen, sodass die Dichtung am zweiten Bauteil zur Anlage kommt, um dadurch eine umlaufende Abdichtung auszubilden.
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Mithin wird für die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung im Betrieb ein Wechsel zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand vollzogen, wobei der Wechsel insbesondere davon abhängig ist, ob es sich um eine feuchte oder trockene Umgebung handelt. Ein erster Zustand ist dabei gleichzeitig der Ausgangszustand der Dichtungsanordnung ohne die Beeinflussung eines elektrischen Stroms. Der erste Zustand ist insbesondere dann gegeben, wenn die Umgebung außerhalb der Dichtungsanordnung bzw. außerhalb der Lagervorrichtung, in der die Dichtungsanordnung vorgesehen ist, im Wesentlichen trocken ist. Zwischen der Dichtung und dem zweiten Bauteil ist dabei ein Dichtspalt ausgebildet und es kommt zu keinem Kontakt, das heißt zu keiner Reibung zwischen der Dichtung und dem zweiten Bauteil. Dadurch können Reibverluste aus der Lagervorrichtung und dementsprechend der CO2-Ausstoß eines Fahrzeugs mit derartigen Dichtungsanordnungen reduziert werden.
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In einem zweiten Zustand erfolgt durch das Anlegen eines elektrischen Stroms die Erzeugung eines elektrostatischen Drucks zwischen dem Versteifungsblech und der Elektrodenbeschichtung. Die Erzeugung des elektrostatischen Drucks basiert auf dem Funktionsprinzip eines dielektrischen Elastomers. Die so erzeugte Kraft resultiert aus der Materialpolarisation des Versteifungsblechs und der Elektrodenbeschichtung. Das Versteifungsblech erfüllt neben der Erhöhung der Steifigkeit der Dichtung auch die Aufgabe der Gegenelektrode, die mit der Elektrodenbeschichtung zusammenwirkt. Das elastische Material dient dabei als passiver Film, der beim Anlegen des elektrischen Stroms zwischen dem Versteifungsblech gequetscht wird. Mit anderen Worten verjüngt sich der Querschnitt des elastischen Materials lokal und kann sich aufgrund der Ausbildung der Dichtung nur einseitig radial bzw. in Richtung des zweiten Bauteils ausdehnen. Der zweite Zustand wird insbesondere dann geschaltet, wenn die Umgebung außerhalb der Lagervorrichtung einen gewissen Feuchtegehalt aufweist, wodurch die Lagervorrichtung bezüglich Wasser- oder Feuchtigkeitseintritt gefährdet ist.
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Bevorzugt umfasst die Dichtungsanordnung einen Schaltkreis mit einem Feuchtigkeitssensor, der dazu vorgesehen ist, einen Schalter zur Schaltung des elektrischen Stroms auszulösen. Der Feuchtigkeitssensor dient dabei als Initiator. Wird ein Feuchtigkeitsgrenzwert über- oder unterschritten löst der Feuchtigkeitssensor einen Schalter aus, der zwischen dem ersten und zweiten Zustand der Dichtungsanordnung schaltet. Ferner umfasst der Schaltkreis zur Generierung des elektrischen Stroms eine Batterie.
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Bevorzugt ist der Feuchtigkeitssensor als Regensensor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Regensensoren werden in der Regel in der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs eingesetzt. Dadurch kann ein zusätzlicher Feuchtigkeitssensor eingespart werden. Es ist aber auch denkbar einen Feuchtigkeitssensor in unmittelbarer Nähe der Dichtungsanordnung anzuordnen. Insbesondere im Betrieb von Kraftfahrzeugen ist es möglich, dass feuchter oder nasser Untergrund, wie eine nasse Straße, befahren wird, ohne dass es regnet. Es ist deshalb vorteilhaft einen Feuchtigkeitssensor in der Nähe der Dichtungsanordnung anzuordnen, um die Feuchtigkeit in unmittelbarer Nähe messen zu können.
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Des Weiteren bevorzugt ist radial zwischen der Dichtung und dem zweiten Bauteil ein Dichtspalt ausgebildet, der dazu vorgesehen ist, einen Fettfilm aufzunehmen. Mit anderen Worten kommt es im ersten Zustand zwischen der Dichtung und dem zweiten Bauteil zu keinem Kontakt, sodass keine Reibung zwischen Dichtung und zweitem Bauteil generiert wird. Der Fettfilm im Dichtspalt ist dafür vorgesehen, auch im ersten Zustand bis zu einem gewissen Grad schmutz- und staubabweisend zu wirken. Dadurch kann eine Kontaminierung des Lagerinnenraums durch Feuchtigkeit, Schmutz oder Staub sowohl im ersten Zustand als auch im zweiten Zustand vermieden werden.
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Vorzugsweise ist das elastisch verformbare Material aus einem Elastomer ausgebildet. Das elastische Material erfüllt insbesondere die Eigenschaften eines niedrigen Elastizitätsmoduls, einer hohen Dielektrizitätskonstante sowie einer hohen Durchschlagsfestigkeit. Vorzugsweise werden dafür Silikone oder Acryle verwendet.
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Des Weiteren bevorzugt ist die Dichtung als mehrlippige Dichtung oder Labyrinthdichtung ausgebildet. Standardmäßig werden in Fahrzeugen dreilippige Dichtungen eingesetzt. Es ist aber auch denkbar neben der Dichtung ein Schleuderblech einzusetzen, welches zusätzlichen Schutz vor Feuchtigkeit, Schmutz und Staub gewährleistet.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der zwei Figuren näher dargestellt. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einem ersten Zustand, und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einem zweiten Zustand.
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Gemäß 1 ist eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 1 zur Abdichtung eines ersten Bauteils 2a gegenüber einem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil 2b dargestellt. Die Dichtungsanordnung 1 umfasst eine an dem ersten Bauteil 2a angeordnete Dichtung 3, wobei die Dichtung 3 ein elastisches Material 5 aufweist, das teilweise zwischen einem Versteifungsblech 4 und einer elastischen Elektrodenbeschichtung 6 angeordnet ist. Das Versteifungsblech 4 und die Elektrodenbeschichtung 6 sind dazu vorgesehen, beim Anlegen eines elektrischen Stroms einen elektrostatischen Druck zu erzeugen, um das elastische Material 5 in radialer Richtung auszudehnen. Die radiale Verformung des elastischen Materials 5 nach außen, das heißt in die Richtung des ersten Bauteils 2a ist durch das Dichtelement 13 verhindert. In einem ersten Zustand ist radial zwischen der Dichtung 3 und dem zweiten Bauteil 2b ein Dichtspalt 8 ausgebildet, wodurch es zwischen der Dichtung 3 und dem zweiten Bauteil 2b keine Kontaktstelle und somit keine Reibverluste gibt.
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Das elastisch verformbare Material 5 ist als Elastomer mit einer geringeren Steifigkeit und Festigkeit als das Versteifungsblech 4 und die Elektrodenbeschichtung 6 ausgebildet. Die Dichtungsanordnung 1 umfasst ferner einen Schaltkreis 9 mit einer Batterie 10 zur Generierung des elektrischen Stroms und einen Feuchtigkeitssensor 7, der als Initiator fungiert und einen Schalter 12 zur Schaltung des elektrischen Stroms auslöst. Der Feuchtigkeitssensor 7 ist zur direkten Messung der Feuchtigkeit in unmittelbarer Nähe der Dichtungsanordnung 1 angeordnet.
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Nach 2 kommt die Dichtung 3 in einem zweiten Zustand durch die radiale Ausdehnung des elastischen Materials 5 am zweiten Bauteil 2b zur Anlage, um dadurch eine umlaufende Abdichtung auszubilden. Der Feuchtigkeitssensor 7, der durch Messung von Feuchtigkeit den zweiten Zustand einleitet, hat dabei den Schalter 12 ausgelöst, der einen Stromkreis zwischen dem Versteifungsblech 4 und der Elektrodenbeschichtung 6 schließt, um einen elektrostatischen Druck auf das elastische Material 5 zu erzeugen und somit die Dichtung 3 radial nach innen zu verformen. Der Dichtspalt 8 wird aufgrund der radialen Verformung der Dichtung 3 während der elektrische Strom angelegt wird geschlossen und ist somit im zweiten Zustand nicht existent. Mithin wird eine bedarfsgesteuerte, insbesondere eine durch Feuchtigkeit geschaltete Abdichtung zwischen dem ersten Bauteil 2a und dem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil 2b geschaffen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtungsanordnung
- 2a, 2b
- Bauteil
- 3
- Dichtung
- 4
- Versteifungsblech
- 5
- elastisches Material
- 6
- Elektrodenbeschichtung
- 7
- Feuchtigkeitssensor
- 8
- Dichtspalt
- 9
- Schaltkreis
- 10
- Batterie
- 11
- Dichtlippe
- 12
- Schalter
- 13
- Dichtelement
