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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, umfassend einen Dichtring mit einer Dichtkante, die eine abzudichtende Oberfläche eines abzudichtenden Maschinenelements dichtend umschließt.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Dichtring der Dichtungsanordnung mit einer Dichtkante und einen Laufring einer Kassettendichtung mit einer abzudichtenden Oberfläche.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zu Herstellung des Dichtrings und/oder des Laufrings.
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Stand der Technik
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Eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring ist aus der
DE 42 00 927 A1 bekannt. Der Dichtring ist als Radialwellendichtring ausgebildet, mit einer Dichtungsachse und einer eine abzudichtende Welle umfangsseitig berührende Dichtlippe aus polymerem Werkstoff, wobei die Dichtlippe gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, radial nach innen vorstehende Rippen aufweist. Die Dichtlippe ist innenseitig durch eine hohlkegelig in Richtung der von dem abzudichtenden Raum abgewandten Seite in ihrem Durchmesser erweiterte Innenfläche begrenzt. Die Innenfläche schließt auf der von dem abzudichtenden Raum abgewandten Seite der Dichtlippe mit der Dichtungsachse einen ersten Winkel ein, der 0,02 bis 0,5 mal so groß ist, wie ein zweiter Winkel, den die Innenfläche auf der dem abzudichtenden Raum zugewandten Seite der Dichtlippe mit der Dichtungsachse einschließt. Die Rippen sind durch eine sich nur in Umfangsrichtung entlang einer Umfangskreislinie fortsetzende Wellung der Innenfläche gebildet.
Durch die Wellung ergibt sich eine ausgezeichnete Schmierung zwischen der Dichtlippe und der angrenzenden Welle, was einen außergewöhnlich geringen Verschleiß der Dichtlippe und eine sehr hohe Gebrauchsdauer bei gleichbleibend guten Abdichtungsergebnissen, unabhängig von der Drehrichtung der Welle, bedingt. Die Wellung ist sinusförmig.
Die Differenz aus den in Umfangsrichtung benachbarten größten und kleinsten Abständen der Dichtlippe von der Dichtungsachse ist bevorzugt kleiner als 0,1 mm. Je kleiner die Differenz der Abstände der gewellten Innenfläche von der Dichtungsachse ist, desto sicherer werden Flüssigkeitsbestandteile auch bei kleinen Umfangsgeschwindigkeiten, beispielsweise der Welle, mitgeschleppt. Bevorzugt weisen die einander benachbarten Scheitelpunkte der Wellung eine Umfangserstreckung von wenigstens 1,5 mm auf. Die Größe der Umfangserstreckung ist im Wesentlichen abhängig vom Durchmesser der abzudichtenden Welle, von deren Rotationsgeschwindigkeit und der Viskosität des abzudichtenden Mediums.
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Aus der
US 2014/0353925 A1 ist eine weitere Dichtungsanordnung bekannt, bei der das abzudichtende Maschinenelement eine Oberflächenstruktur in Form einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wellung aufweist. Die Tiefe dieser Oberflächenstruktur liegt im Bereich von etwa 2 µm.
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Eine Dichtungsanordnung mit einem Dichtring ist aus der
EP 0 496 035 A1 bekannt. Der Dichtring ist als Radialwellendichtring ausgebildet, mit einer Dichtungsachse und einer eine abzudichtende Welle umschließenden Dichtkante aus einem Dichtungswerkstoff, wobei die Dichtkante innenseitig durch eine hohlkeglig in Richtung der von dem abzudichtenden Raum abgewandten Seite in ihrem Durchmesser erweiterte Innenfläche begrenzt ist, auf der gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, radial nach innen vorstehende Rippen angeordnet sind. Die Rippen sind durch eine sich in Umfangsrichtung fortsetzende Wellung der Innenfläche gebildet. Die Differenz aus den in Umfangsrichtung benachbarten größten und kleinsten Abständen der Innenfläche von der Dichtungsachse ist kleiner als 0,3 mm.
Zur Abdichtung besonders dünnflüssiger Medien ist die Differenz kleiner als 0,1 mm.
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Aus der
EP 0 798 498 A1 ist ein Dichtring bekannt, der als Radialwellendichtring mit drehrichtungsunabhängiger Rückförderwirkung ausgebildet ist. Die Rückfördereinrichtung des Radialwellendichtrings wird durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Wellung gebildet, die ein in Richtung des abzudichtenden Raums keilförmig verjüngtes Innenprofil hat, wobei das Profil mit der Wellenachse einen zweiten Winkel einschließt, der kleiner ist als ein erster Winkel. In Umfangsrichtung betrachtet, ist die Wellung sinusförmig und symmetrisch verlaufend ausgebildet.
Die radiale Tiefe der Wellung beträgt 0,05 bis 1,0 mm, Abhängigkeit von der Art der abzudichtenden Flüssigkeit.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Dichtungsanordnung, einen Dichtring, einen Laufring einer Kassettendichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenstruktur zu zeigen, wobei während der bestimmungsgemäßen Verwendung von Dichtungsanordnung und Dichtring die Reibung auf ein Minimum reduziert sein soll.
Dichtungsanordnung und Dichtring sollen bei minimalem Verschleiß ein gutes Abdichtungsergebnis während einer langen Gebrauchsdauer aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Dichtungsanordnungen gemäß der Ansprüche 1 und 2, durch einen Laufring einer Kassettendichtung gemäß Anspruch 6, durch einen Dichtring gemäß Anspruch 7 und durch Verfahren zur Herstellung nach den Ansprüchen 8 und 9 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist nach einer ersten Ausgestaltung eine Dichtungsanordnung vorgesehen, umfassend einen Dichtring mit einer Dichtkante, die eine abzudichtende Oberfläche eines abzudichtenden Maschinenelements dichtend umschließt, wobei die Dichtkante, in Umfangsrichtung betrachtet, in radialer Richtung wellenförmig ausgebildet ist und Wellenberge und Wellentäler aufweist und wobei der radiale Abstand zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern 0,1 µm bis 200 µm beträgt.
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Nach einer zweiten Ausgestaltung ist zur Lösung derselben Aufgabe eine Dichtungsanordnung vorgesehen, umfassend einen Dichtring mit einer Dichtkante, die eine abzudichtende Oberfläche eines abzudichtenden Maschinenelements dichtend umschließt, wobei die abzudichtende Oberfläche unter der Dichtkante, in Umfangsrichtung betrachtet, in radialer Richtung wellenförmig ausgebildet ist und Wellenberge und Wellentäler aufweist und wobei der radiale Abstand zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern 0,1 µm bis 200 µm beträgt.
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Entscheidend ist, dass es bei den zuvor beschriebenen Dichtungsanordnungen um eine größtmögliche Reibungsreduzierung, nicht jedoch um eine Fluid-Förderung geht.
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Der Effekt, der sich bei den zuvor beschriebenen Dichtungsanordnungen einstellt, ist derselbe.
Entweder kann die wellige Struktur auf der Dichtkante des Dichtrings oder auf der abzudichtenden Oberfläche unter der Dichtkante angeordnet sein.
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Die wellige Struktur kann auf der Dichtkante vorgesehen sein und/oder beidseitig in die axial angrenzenden Flächen der Dichtkanten hineinlaufen. Die wellenförmige Struktur variiert periodisch zwischen minimaler und maximaler Höhe, wobei der radiale Abstand zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern 0,1 µm bis 200 µm beträgt.
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Die Dichtkante oder die abzudichtende Oberfläche weist in Umfangsrichtung eine Struktur-Periode auf, die 5 bis 15 µm beträgt. Dadurch stellen sich besonders gute Gebrauchseigenschaften ein.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich bewährt, wenn der radiale Abstand zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern 0,5 bis 5 µm beträgt. Eine solche Struktur bedingt eine zuverlässige Abdichtung von abzudichtendem Medium während einer langen Gebrauchsdauer bei größtmöglicher Reibungsreduzierung.
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Ist die wellige Struktur auf der abzudichtenden Oberfläche eines abzudichtenden Maschinenelements angeordnet, kann es vorgesehen sein, dass die abzudichtende Oberfläche als Lauffläche eines Laufrings einer Kassettendichtung ausgebildet ist. Hierbei ist von Vorteil, dass nicht zum Beispiel eine abzudichtende Welle selbst mit der Oberflächenstruktur versehen werden muss, was in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht nachteilig wäre. Stattdessen ist es in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhafter, die Lauffläche eines Laufrings einer Kassettendichtung entsprechend zu bearbeiten.
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In jedem Fall ist es erforderlich, dass die Wellenberge und die Wellentäler periodisch ineinander übergehend ausgebildet sind. Die Welligkeit in Umfangsrichtung führt zu periodisch auftretenden Kontaktpressungsschwankungen. Sobald die Dichtkante aufschwimmt und sich ein hydrodynamischer Schmierfilm aufbaut, führen die Kontaktpressungsschwankungen im sinkenden Pressungsverlauf zu Bereichen geringeren Drucks bis hin zur Kavitation und in Bereichen steigender Pressung zu einem Schleppdruckaufbau. Überwiegt der Schleppdruck den Unterdruckbereich, so führt das in Summe zu einem frühen Aufbau des hydrodynamischen Schmierfilms und begünstigt so das tribologische Verhalten des Systems.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Wellenberge und die Wellentäler sinusförmig ineinander übergehend ausgebildet sind.
Davon abweichend können die Strukturen aber auch einen linearen Höhenverlauf aufweisen.
Auch sind Strukturen möglich, die zwischen der Sinusstruktur und dem linearen Höhenverlauf gestaltet sind.
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Außerdem betrifft die Erfindung einen Laufring einer Kassettendichtung, wobei die Kassettendichtung eine abzudichtende Oberfläche umfasst, die unter der Dichtkante, in Umfangsrichtung betrachtet, in radialer Richtung wellenförmig ausgebildet ist und Wellenberge und Wellentäler aufweist und wobei der radiale Abstand zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern 0,1 µm bis 200 µm beträgt.
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Weiter betrifft die Erfindung einen Dichtring der zuvor beschriebenen Dichtungsanordnung, bei dem die Dichtkante, in Umfangsrichtung betrachtet, in radialer Richtung wellenförmig ausgebildet ist und Wellenberge und Wellentäler aufweist und wobei der radiale Abstand zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern, wie zuvor beschrieben, 0,1 µm bis 200 µm beträgt.
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Außerdem wird ein Verfahren beansprucht, zur Herstellung von Wellenbergen und Wellentälern einer Dichtkante oder einer abzudichtenden Oberfläche, wobei deren Struktur in ein Formgebungswerkzeug eingebracht wird.
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Alternativ besteht die Möglichkeit, die Wellenberge und die Wellentäler in einer Dichtkante oder einer abzudichtenden Oberfläche direkt einzubringen.
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Figurenliste
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Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung sind nachfolgend anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit wellenförmiger Dichtkante,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel in Form eines wellenförmigen Laufrings einer Kassettendichtung.
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Ausführung der Erfindung
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In 1 ist eine Dichtungsanordnung gezeigt, umfassend den Dichtring 1 mit der Dichtkante 2, die die abzudichtende Oberfläche 3 des abzudichtenden Maschinenelements 4 dichtend umschließt.
Die Dichtkante 2 ist, in Umfangsrichtung 5 betrachtet, in radialer Richtung 6 wellenförmig ausgebildet. Die Dichtkante 2 weist Wellenberge 7 und Wellentäler 8 auf, wobei der radiale Abstand 9 zwischen den Wellenbergen 7 und den Wellentälern 8 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel 1 µm beträgt.
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Die Wellenberge 7 und die Wellentäler 8 sind periodisch ineinander übergehend ausgebildet, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sinusförmig. Die Struktur-Periode 13 beträgt im hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung 5 7 µm.
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Anstelle der Dichtkante 2 kann die vorteilhafte Struktur, so wie sie in 1 gezeigt und zuvor beschrieben ist, auch in der abzudichtenden Oberfläche 3 unter der Dichtkante 2 angeordnet sein.
Das ist in 2 gezeigt.
Die wellige Struktur mit den Wellenbergen 7 und den Wellentälern 8 ist auf der Lauffläche 10 eines Laufrings 11 einer Kassettendichtung 12 angeordnet.
