DE102017011541A1

DE102017011541A1 - Dichtung, insbesondere Radialwellendichtung, und Verfahren zum Abdichten, insbesondere unter Verwendung einer solchen Dichtung

Info

Publication number: DE102017011541A1
Application number: DE102017011541.9A
Authority: DE
Inventors: André Werner; Wilhelm Wunder; Konstantin Rempel; Norbert Bittermann
Original assignee: Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-06-13

Abstract

Dichtung, insbesondere Radialwellendichtung, mit wenigstens einem Dichtelement, das mit einem Dichtteil versehen ist, der unter einer Kraft an der abzudichtenden Fläche anliegt. Die Dichtung hat mindestens einen um seine Achse drehbaren Staudruckerzeuger, der mit Luftförderelementen versehen ist. Sie erzeugen einen gegen die auf den Dichtteil wirkende Kraft entgegengerichteten Staudruck.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung, insbesondere eine Radialwellendichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Abdichten, insbesondere unter Verwendung einer solchen Dichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 19.
Dichtungen werden zur Abdichtung von drehenden Bauteilen, insbesondere von Wellen, gegenüber drehfesten Bauteilen eingesetzt. Die Dichtungen haben wenigstens ein Dichtelement, dessen Dichtteil unter einer Anpresskraft an der abzudichtenden Fläche dichtend anliegt. Zur Erzeugung der Anpresskraft wird der Dichtteil vorgespannt. Diese Vorspannkraft erzeugt im dynamischen Betrieb der Dichtung einen Reibverlust. Mit zunehmender Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit des drehenden Bauteiles erhöht sich dadurch die Reibleistung.
Solche Dichtungen sind beispielsweise Radialwellendichtungen, die in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Im Hinblick auf die stetig höheren Anforderungen bezüglich der Energieeffizienz und der Schadstoffarmut von Fahrzeugen sind die Reibverluste von Dichtungen kritisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Dichtung und das gattungsgemäße Verfahren so auszubilden, dass die Reibleistung verringert wird.
Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Dichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 19 gelöst.
Die erfindungsgemäße Dichtung ist mit wenigstens einem Staudruckerzeuger versehen, der um seine Achse drehbar ist und Luftförderelemente aufweist. Sie erzeugen beim Drehen des Staudruckerzeugers einen Luftstrom, der gegen den Dichtteil gerichtet ist. Da der Dichtteil dichtend an der abzudichtenden Fläche anliegt, entsteht unter dem Dichtteil ein Staudruck, der der Kraft entgegenwirkt, mit welcher der Dichtteil an der abzudichtenden Fläche anliegt. Da die Luftströmung erst mit drehendem Staudruckerzeuger erzielt werden kann, wirkt der auf den Dichtteil wirkende Staudruck erst dann, wenn die Dichtung dynamisch im Einsatz ist. Steht das drehende Bauteil still, dann entsteht keine Luftströmung und damit auch kein Staudruck, so dass bei Stillstand des drehenden Bauteiles eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist. Der Staudruckerzeuger wird erst dann um seine Achse gedreht, wenn auch das drehende Bauteil gedreht wird. Der Staudruck sorgt dafür, dass auf den Dichtteil eine zur Anpresskraft entgegengerichtete Kraft wirkt. Dadurch wird der Dichtteil zumindest entlastet und damit die Reibung verringert. Je nach Ausbildung des Staudruckerzeugers kann die erfindungsgemäße Dichtung so ausgebildet sein, dass der Staudruck so groß werden kann, dass der Dichtteil von der abzudichtenden Fläche abhebt. Dann tritt zwischen dem Dichtteil und der abzudichtenden Fläche keine Reibung mehr auf.
Der Staudruckerzeuger kann so ausgebildet werden, dass der Dichtteil bei einer bestimmten Drehzahl des drehbaren Bauteiles von der abzudichtenden Fläche abhebt. Bei einem Verbrennungsmotor kann dies beispielsweise die Leerlauf-Drehzahl der Kurbelwelle sein. Ist der Verbrennungsmotor abgeschaltet, liegt der Dichtteil unter der Anpresskraft an der abzudichtenden Fläche. Dadurch ist gewährleistet, dass bei Stillstand der Kurbelwelle das abzudichtende Medium nicht austritt.
Die vom Staudruckerzeuger erzeugte Luftströmung ist so eingestellt, dass der Dichtteil entlastet oder vorzugsweise nur geringfügig von der abzudichtenden Fläche abgehoben wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Staudruckerzeuger ringförmig ausgebildet und koaxial zur Drehachse der Dichtung angeordnet. Ein solcher Staudruckerzeuger lässt sich nicht nur einfach und kostengünstig fertigen, sondern auch einfach in die Dichtung einbauen.
Eine wirksame Luftströmung zur Erzielung des Staudruckes kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die Luftförderelemente als Lüfterflügel ausgebildet sind. Sie können gezielt so gestaltet werden, dass der erforderliche Staudruck auf den jeweiligen Einsatzfall und/oder auf die Ausbildung der Dichtung abgestimmt werden kann.
Bei einer einfachen Ausführungsform stehen die Luftförderelemente radial nach außen von einem ringförmigen Grundkörper des Staudruckelementes ab.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Staudruckelement so ausgebildet sein, dass die Luftförderelemente radial nach innen von einem ringförmigen Grundkörper des Staudruckelementes abstehen.
In einem solchen Fall ist es von Vorteil, wenn sich die Luftförderelemente über die Breite des Grundkörpers erstrecken. Ein solches Staudruckelement lässt sich einfach, beispielsweise durch Spritzgießen, aus einem geeigneten Kunststoff fertigen. Die Luftförderelemente erstrecken sich von der einen zur anderen Stirnseite des Grundkörpers, so dass eine optimale Luftströmung beim Drehen des Staudruckelementes erreicht werden kann.
Bei einer konstruktiv einfachen und einfach herzustellenden Ausführungsform verlaufen die Luftförderelemente über ihre Länge gerade. Hierbei können die Luftförderelemente sich parallel zur Drehachse des Staudruckelementes erstrecken.
Die Luftförderelemente können aber auch so vorgesehen sein, dass sie zumindest über einen Teil ihrer Länge unter einem Winkel schräg zur Umfangsrichtung des Grundkörpers angeordnet sind. Die Luftförderelemente haben dadurch bei gegebener Breite des Grundkörpers eine größere Länge als bei achsparallelem Verlauf, so dass durch die Lage der Luftförderelemente bezüglich der Umfangsrichtung des Grundkörpers Einfluss auf die Höhe des Luftstromes bei entsprechenden Drehzahlen des Staudruckelementes genommen werden kann.
Eine wirksame Luftförderung bei kompakter Ausbildung des Staudruckelementes ist auch dann möglich, wenn die Luftförderelemente zumindest über einen Teil ihrer Länge gekrümmt verlaufen.
Es ist möglich, die abzudichtende Fläche am Staudruckerzeuger selbst vorzusehen, so dass das Dichtelement mit seinem Dichtteil am Staudruckerzeuger anliegt. In diesem Falle ist der Staudruckerzeuger drehfest mit dem drehenden Bauteil und das Dichtelement mit dem drehfesten Bauteil verbunden.
Damit die Dichtung an unterschiedliche Einsatzfälle einfach angepasst werden kann, ist es in einem solchen Falle von Vorteil, die abzudichtende Fläche an einem Laufring vorzusehen, der am Staudruckerzeuger vorgesehen ist. Der Laufring kann beispielsweise in eine Ringnut am Staudruckerzeuger eingesetzt und fest mit ihm verbunden werden. Der Laufring kann je nach den Anforderungen aus unterschiedlichen Materialien bestehen und die abzudichtende Fläche entsprechend gestaltet sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Staudruckerzeuger ein gesonderter Ring, der an einem Stützteil befestigt ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, bestehende Dichtungen nachträglich mit einem Staudruckerzeuger auszustatten. Der Ring lässt sich einfach fertigen und an bestehenden Dichtungen anbringen. Das Stützteil ist in diesem Falle vorteilhaft drehfest mit dem drehenden Bauteil verbunden, so dass der Staudruckerzeuger zusammen mit dem drehenden Bauteil um seine Achse drehbar angetrieben werden kann.
Das Dichtelement ist in vorteilhafter Weise bei einer solchen Ausbildung am Stützteil befestigt. Dies hat zur Folge, dass im Einsatz der Dichtung der Staudruckerzeuger und das Dichtelement zusammen um ihre Achse gedreht werden. Die abzudichtende Fläche, an dem der Dichtteil des Dichtelementes anliegt, ist in diesem Falle am drehfesten Bauteil vorgesehen.
Eine einfache Befestigung des Staudruckerzeugers sowie des Dichtelementes ergibt sich, wenn das Stützteil als Ring ausgebildet ist und im Axialhalbschnitt U-förmigen Querschnitt aufweist.
Das Stützteil begrenzt bei einer vorteilhaften Ausführungsform zusammen mit einem Dichtungsgehäuse einen Aufnahmeraum für das Dichtelement und den Staudruckerzeuger. Dadurch ist es möglich, das Dichtelement und den Staudruckerzeuger geschützt innerhalb der Dichtung unterzubringen.
Das Dichtungsgehäuse ist vorteilhaft ringförmig ausgebildet und weist im Axialhalbschnitt U-förmigen Querschnitt auf.
Das Stützteil und das Dichtungsgehäuse sind so an der Dichtung in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass sie mit radialem Spiel teilweise ineinander greifen. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, den Aufnahmeraum für das Dichtelement und den Staudruckerzeuger zu bilden.
Eine einfache Befestigung des Dichtelementes ergibt sich dann, wenn das Dichtelement an einem Tragkörper befestigt ist, der vorteilhaft verdrehfest mit dem Stützteil verbunden ist.
Grundsätzlich ist es auch möglich, das Dichtelement und/oder den Staudruckerzeuger unmittelbar am Stützteil vorzusehen, so dass ein zusätzlicher Tragkörper nicht erforderlich ist.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl des beweglichen Bauteiles ein Staudruck erzeugt, der der Anpresskraft, unter welcher der Dichtteil an der abzudichtenden Fläche aufliegt, entgegenwirkt. Der Dichtteil wird hierbei zumindest entlastet, vorzugsweise hebt er aber von der abzudichtenden Fläche ab. Der Staudruckerzeuger kann so gestaltet werden, dass der erforderliche Staudruck, der am Dichtteil angreifen soll, auf die bevorzugte Drehzahl des drehenden Bauteiles ausgelegt ist.
Das Dichtelement kann aus Polyfluorcarbon, insbesondere Polytetrafluorethylen, oder aus PTFE-Compounds bestehen. Es ist weiter möglich, das Dichtelement aus elastomerem Material herzustellen, wie ACM, AEM, FPM und dergleichen.
Das Staudruckelement kann aus allen geeigneten Materialien bestehen. Bevorzugt werden für das Staudruckelement Kunststoffe eingesetzt. Als Materialien kommen aber auch Gummi oder gummiähnliche Materialien, metallische Werkstoffe oder keramisches Material in Betracht.
Der Staudruckerzeuger kann in jeder geeigneten Weise innerhalb der Dichtung befestigt werden, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen.
Vorteilhaft ist der Staudruckerzeuger mit den Luftförderelementen einstückig ausgebildet, was nicht nur die Fertigung erleichtert und verbilligt, sondern auch den Einbau in die Dichtung in vorteilhafter Weise begünstigt.
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen

1 bis 4 jeweils im Axialhalbschnitt verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Dichtungen,
5 in perspektivischer Darstellung einen Staudruckerzeuger der Dichtungen gemäß den 1 und 2,
6 in perspektivischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Staudruckerzeugers der Dichtungen gemäß den 3 und 4,
7 im Axialhalbschnitt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtung,
8 bis 10 jeweils in perspektivischer Darstellung verschiedene Ausführungsformen von Staudruckerzeugern der erfindungsgemäßen Dichtung gemäß 7.

Die nachfolgend beschriebenen Dichtungen sind Radialwellendichtungen. Die Dichtungen können auch Axialwellendichtungen sein. Wenn darum im Folgenden Radialwellendichtungen beschrieben werden, ist dies nicht als Beschränkung auf solche Dichtungen zu verstehen.
Die Dichtungen zeichnen sich dadurch aus, dass im Einsatz bei drehender Welle ein Staudruck erzeugt wird, der so vorgesehen ist, dass der Anpressdruck einer Dichtlippe an der abzudichtenden Fläche verringert wird. Dadurch wird der Anpressdruck und damit auch die Reibung verringert. Der Verschleiß des Dichtelementes und/oder der abzudichtenden Fläche wird dadurch ebenfalls verringert und damit die Lebensdauer der Radialwellendichtung erhöht.
1 zeigt eine Radialwellendichtung, die in eine Aufnahmeöffnung 1 eines Gehäuses 2 eingebaut ist. Durch die Aufnahmeöffnung 1 erstreckt sich eine Welle 3, die um ihre Achse drehbar angetrieben ist und durch ihre Rotation mittels eines Staudruckerzeugers den Staudruck erzeugt.
Auf der Welle 3 sitzt wenigstens ein Staudruckerzeuger 4, mit dem der erforderliche Staudruck bei der Rotation der Welle 3 erzeugt werden kann. Der Staudruckerzeuger 4 hat einen ringförmigen Grundkörper 5, der mit einer zylindrischen Innenseite 6 drehfest auf der Welle 3 befestigt ist. Auf der Außenseite des Grundkörpers 5 befindet sich eine umlaufende Ringnut 7, die zur benachbarten, in einer Radialebene liegenden Stirnseite 8 des Grundkörpers 5 offen ist. Die Ringnut 7 nimmt einen Laufring 9 auf, der beispielhaft rechteckigen Querschnitt hat und in geeigneter Weise in der Ringnut 7 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Laufring 9 so ausgebildet, dass seine eine Stirnfläche 10 bündig mit der Stirnseite 8 des Grundkörpers 5 liegt. Die gegenüberliegende, ebenfalls in einer Radialebene liegende Stirnseite 11 des Laufringes 9 liegt am Boden 12 der Ringnut 7 an. Mit seiner zylindrischen Innenseite 13 liegt der Laufring 9 flächig an der zylindrischen Außenseite 14 der Ringnut 7 an.
Der Laufring 9 ist vorteilhaft so ausgebildet, dass er weder axial noch radial aus der Ringnut 7 vorsteht. Der Laufring 9 kann aus jedem für die Abdichtung geeigneten Material bestehen.
An der zylindrischen Außenseite 15 des Laufringes 9 liegt eine Dichtlippe 16 eines Dichtelementes 17 unter Radialkraft an. Das Dichtelement 17 ist im Ausführungsbeispiel als Ringscheibe ausgebildet, die mit ihrem radial äußeren Rand an einem Stützteil 18 befestigt ist und bevorzugt aus Polyfluorcarbon, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, besteht. Das Stützteil 18 ist ein im Axialhalbschnitt L-förmiges Bauteil, das mit seinem einen Schenkel 19 an einer Innenwand 20 der Aufnahmeöffnung 1 befestigt ist. Der andere Schenkel 21 erstreckt sich radial nach innen und dient als Befestigungsteil für das Dichtelement 17, das somit im Einsatz der Dichtung nicht dreht.
Der radial innere Bereich des Dichtelementes 17 ist zur Bildung der Dichtlippe 16 elastisch verformt und liegt dementsprechend mit einer radialen Vorspannkraft dichtend an der Außenseite 15 des Laufringes 9 an.
Im Bereich zwischen dem Laufring 9 und einer der Stirnseite 8 gegenüberliegenden Stirnseite 22 des Grundkörpers 5 befindet sich eine Luftförderstruktur, die bei dieser Ausführungsform beispielhaft durch über den Umfang in gleichmäßigem Abstand hintereinanderliegende Lüfterflügel 23 gebildet wird. Durch sie wird bei Rotation der Welle 3 der gewünschte Staudruck erzielt.
Die Lüfterflügel 23 können jede geeignete Form haben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die Lüfterflügel 23, wie aus den 5 und 6 hervorgeht, über ihre axiale Länge beispielhaft so gekrümmt ausgebildet sein, dass die radial innen liegenden Enden 24, in Achsrichtung des Grundkörpers 5 gesehen, die radial außen liegenden Enden 25 der benachbarten Lüfterflügel 23 nicht überlappen (5) oder überlappen (6). Die Lüfterflügel 23 erstrecken sich beispielhaft von der in einer Radialebene liegenden Stirnseite 22 des Grundkörpers 5 aus bis nahe an den Boden 12 der Ringnut 7 an der gegenüberliegenden Stirnseite 8 des Grundkörpers 5. Die gekrümmten Lüfterflügel 23 sind so am Grundkörper 5 angeordnet, dass bei der Rotation der Welle 3 und damit des Staudruckerzeugers 4 der gewünschte, auf die Dichtlippe 16 wirkende Staudruck erzeugt wird.
Die Lüfterflügel stehen bei der Ausführungsform gemäß den 1, 2 und 5 vorteilhaft von einer äußeren Kegelfläche 26 ab, die sich vom Boden 12 der Ringnut 7 aus bis zur Stirnseite 22 des Grundkörpers 5 derart erstreckt, dass die Dicke des Grundkörpers 5 von der Ringnut 7 aus stetig bis zur Stirnseite 22 abnimmt.
Beim Ausführungsbeispiel nach den 3, 4 und 6 sind die Lüfterflügel 23 stärker gekrümmt und in kleinerem Abstand hintereinander angeordnet als bei der vorigen Ausführungsform. Die Überlappung der Lüfterflügel 23, in Achsrichtung des Grundkörpers 5 gesehen, ist dadurch größer. Die Lüfterflügel 23 stehen von einer zylindrischen Außenseite 26a des Grundkörpers 5 nach außen ab.
Der Grundkörper 5 mit den Lüfterflügeln 23 ist bei beiden Ausführungsformen vorteilhaft einstückig ausgebildet und besteht vorteilhaft aus einem spritzgussfähigen Kunststoff.
Die Zahl der Lüfterflügel 23 und/oder ihrer Gestaltung kann auf die Drehzahl der Welle 3 abgestimmt werden, so dass im Einsatz der Radialwellendichtung sichergestellt ist, dass auf die Dichtlippe 16 der optimale Staudruck wi rkt.
Der von den Lüfterflügeln 23 erzeugte Staudruck wirkt entgegen der radialen Vorspannkraft der Dichtlippe 16, wodurch der Anpressdruck der Dichtlippe 16 und damit auch die Reibleistung der Radialwellendichtung auf dem Laufring 9 verringert wird. Durch die Abstimmung der Zahl und/oder Form der Lüfterflügel 23 und das Material des Dichtelementes 17 sowie der Drehzahl der Welle 3 kann somit der optimale Staudruck eingestellt werden, um die Dichtlippe 16 im Betrieb zu entlasten.
Der von den Lüfterflügeln 23 erzeugte Luftstrom ist gegen die von der Mediumsseite 27 abgewandte Seite der Dichtlippe 16 gerichtet. Der Luftstrom gelangt unter die Dichtlippe 16 und belastet diese entgegen der Vorspannkraft, mit welcher die Dichtlippe 16 auf dem Laufring 9 aufliegt. Der Staudruck kann so eingestellt werden, dass die Dichtlippe 16 vom Laufring 9 abhebt, wenn die Welle 3 und damit der Staudruckerzeuger 4 eine vorgegebene Drehzahl erreichen.
Die Lüfterflügel 23 befinden sich auf der Luft- bzw. Atmosphärenseite.
Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform lediglich durch die andere Anordnung des Stützteiles 18. Während beim Ausführungsbeispiel nach 1 der an der Innenwand 20 befestigte Schenkel 19 des Stützteiles 18 sich von den Lüfterflügeln 23 weg in Richtung auf die Mediumsseite 27 erstreckt, ist bei der Ausführungsform gemäß 2 das Stützteil 18 so an der Innenwand 20 der Aufnahmeöffnung 1 befestigt, dass der Schenkel 19 sich in Richtung auf die Luftseite 28 erstreckt und die Lüfterflügel 23 mit radialem Abstand über einen Teil ihrer axialen Länge umgibt.
Das Dichtelement 17 ist an der von den Lüfterflügeln 23 abgewandten Seite des radial nach innen gerichteten Schenkels 21 des Stützteiles 18 befestigt und liegt mit seiner Dichtlippe 16 unter radialer Vorspannkraft dichtend auf dem Laufring 9 auf. Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel hat der radial nach innen gerichtete Schenkel 21 des Stützteiles 18 geringen Abstand von den Lüfterflügeln 23, so dass diese zusammen mit der Welle 3 ohne Behinderung durch das Stützteil 18 drehen können. Die Dichtlippe 16 ist auch bei dieser Ausführungsform in Richtung auf die abzudichtende Mediumsseite 27 gerichtet, während sich die Lüfterflügel 23 auf der Luftseite 28 befinden.
Im Übrigen ist die Radialwellendichtung nach 2 gleich ausgebildet wie das Ausführungsbeispiel gemäß 1.
Die Radialwellendichtung gemäß 3 hat ebenfalls wenigstens einen Staudruckerzeuger 4, der mit seinem Grundkörper 5 drehfest auf der Welle 3 befestigt ist. Der Grundkörper 5 ist mit der Ringnut 7 versehen, die den Laufring 9 aufnimmt, auf dem die Dichtlippe 16 des Dichtelementes 17 unter radialer Vorspannkraft dichtend aufliegt. Das Dichtelement 17 ist als Ringscheibe ausgebildet, die mit ihrem radial äußeren Bereich an dem radial nach innen gerichteten Schenkel 21 des Stützteiles 18 befestigt ist. Der im Axialhalbschnitt horizontale Schenkel 19 ist an der Innenwand 20 der Aufnahmeöffnung 1 befestigt. Auf der Luftseite 28 ist der Grundkörper 5 mit den Lüfterflügeln 23 versehen, mit denen in der beschriebenen Weise der auf die Dichtlippe 16 wirkende Staudruck bei der Rotation der Welle 3 erzeugt wird.
Die Lüfterflügel 23 können jede geeignete Gestaltung und/oder Anordnung haben, um den auf den Anwendungsfall abgestimmten, auf die Dichtlippe 16 wirkenden Staudruck zu erzeugen. Wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen trennt das Dichtelement 17 die Luftseite 28 von der Mediumsseite 27.
Die Ausführungsform gemäß 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 3 lediglich dadurch, dass das Stützteil 18 so an der Innenwand 20 montiert ist, dass der Schenkel 19 sich in Richtung auf die Luftseite 28 erstreckt. Bei der Ausführungsform nach 3 erstreckt sich der Schenkel 19 in Richtung auf die Mediumsseite 27.
Der radial nach innen gerichtete Schenkel 21 des Stützteiles 18 ragt so weit nach innen, dass er, in Achsrichtung der Radialwellendichtung gesehen, die Lüfterflügel 23 übergreift. Dies ist in gleicher Weise auch bei den Ausführungsformen nach den 1 bis 3 vorgesehen.
Das Dichtelement 17 ist mit seinem radial äußeren Bereich an der von den Lüfterflügeln 23 abgewandten Seite des Schenkels 21 des Stützteiles 18 befestigt. Bei der Ausführungsform gemäß 3 ist der radial äußere Bereich des Dichtelementes 17 an der von den Lüfterflügeln 23 abgewandten Seite des Schenkels 21 befestigt.
Während bei der Ausführungsform gemäß 3 der Schenkel 19 in Richtung auf die Mediumsseite 27 sich erstreckt, ist beim Ausführungsbeispiel nach 4 der Schenkel 19 in Richtung auf die Luftseite 28 gerichtet.
Auch bei der Ausführungsform gemäß 4 hat der Schenkel 21 des Stützteiles 18 ausreichenden Abstand von den Lüfterflügeln 23, so dass beim Drehen der Welle 3 und damit des Staudruckerzeugers 4 eine Beschädigung der Lüfterflügel 23 und/oder des Stützteiles 18 ausgeschlossen ist.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 4 sind die Lüfterflügel 23 so vorgesehen, dass sie einen gegen die Dichtlippe 16 gerichteten Luftstrom erzeugen, der zu einem auf die Dichtlippe 16 wirkenden Staudruck führt. Die Dichtlippe 16 hat geringen Abstand von den Lüfterflügeln 23 und ist so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass der Staudruck dem von der Dichtlippe 16 ausgeübten Anpressdruck entgegenwirkt. Die Dichtlippe 16 wird dadurch entlastet, so dass sie mit geringerer radialer Vorspannkraft auf der Außenseite 15 des Laufringes 9 aufliegt. Die so erzielte Reibungsverminderung ermöglicht eine lange Einsatzdauer der Radialwellendichtung.
Bei den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 besteht das ringscheibenförmige Dichtelement 17 vorteilhaft aus Polyfluorcarbon, vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen. 7 zeigt die Möglichkeit, das Dichtelement 17 auch aus elastomerem Kunststoff herzustellen. Dieses Dichtelement 17 liegt mit einer Dichtkante 29 der Dichtlippe 16 dichtend auf einer zylindrischen Dichtfläche 30 unter Radialkraft auf. Die Dichtfläche 30 ist an einem zylindrischen Innenring 31 eines Dichtungsgehäuses 32 vorgesehen. Der Innenring 31 umgibt die Welle 3 mit Abstand und ist über einen radial nach außen verlaufenden ringförmigen Flansch 33 mit einem zylindrischen Außenring 34 verbunden. Er liegt koaxial zum Innenring 31 und ist mit Presssitz in der Aufnahmeöffnung 1 des Aggregatgehäuses 2 befestigt. Das Dichtungsgehäuse 32 ist vorteilhaft einstückig ausgebildet.
Das Stützteil 18 hat im Axialhalbschnitt U-Form und sitzt mit einem zylindrischen Innenring 35 drehfest auf der Welle 3. Der Innenring 35 geht über einen radial nach außen gerichteten Ringflansch 36 in einen zylindrischen Außenring 37 über. Die beiden Ringe 35, 37 des Stützteiles 18 liegen koaxial zu den Ringen 31, 34 des Dichtungsgehäuses 32. Der Außenring 34 des Dichtungsgehäuses 32 umgibt mit radialem Abstand den Außenring 37 und der Innenring 31 mit radialem Abstand den Innenring 35 des Stützteiles 18. Dadurch kann das Stützteil 18 ungehindert zusammen mit der Welle 3 gegenüber dem Dichtungsgehäuse 32 drehen.
Zwischen dem Außenring 37 des Stützteiles 18 und dem Innenring 31 des Dichtungsgehäuses 32 wird ein ringförmiger Aufnahmeraum 38 gebildet, der axial durch den Flansch 33 des Dichtungsgehäuses 32 und den Ringflansch 36 des Stützteiles 18 begrenzt wird. Im Aufnahmeraum 38 ist das Dichtelement 17 untergebracht. Es ist an einem Tragkörper 39 befestigt, der einen zylindrischen Mantel 40 aufweist, dessen Außenseite mit einer Ummantelung 41 versehen ist. Sie besteht aus elastomerem Material und ist in bekannter Weise am Mantel 40 befestigt. In der Einbaulage wird die Ummantelung 41 elastisch verformt, so dass der Tragkörper 39 mit Presssitz an der Innenseite des Außenringes 37 des Stützteiles 18 gehalten wird. Die Außenseite der Ummantelung 41 ist vorteilhaft wellenförmig profiliert. Diese wellenförmige Profilierung wird beim Einbau in das Stützteil 18 so elastisch verformt, dass die Ummantelung 41 flächig an der Innenseite des Außenringes 37 anliegt. Dadurch ist eine zuverlässige statische Abdichtung zwischen dem Tragkörper 39 und dem Außenring 37 des Stützteiles 18 sichergestellt.
Die Innenseite des Außenringes 37 des Stützteiles 18 ist mit einer umlaufenden Vertiefung 42 versehen, die zur Stirnseite des Außenringes 37 offen ist und in die der Mantel 40 des Tragkörpers 39 eingreift.
Der Mantel 40 des Tragkörpers 39 geht an seinem vom Ringflansch 36 des Stützteiles 18 abgewandten Ende in einen radial nach innen gerichteten Ringflansch 43 über, an dem das Dichtelement 17 befestigt ist. Der Ringflansch 43 ist im Ausführungsbeispiel an seinem inneren Bereich axial abgesetzt, so dass dieser abgesetzte Endbereich 44 des Ringflansches 43, in Radialrichtung gesehen, vom Mantel 40 übergriffen wird. Der Endbereich 44 umgibt den Innenring 31 des Dichtungsgehäuses 32 mit Abstand.
Der Außenring 37 des Stützteiles 18 sowie der Ringflansch 43 des Tragkörpers 39 haben ausreichenden axialen Abstand vom Ringflansch 33 des Dichtungsgehäuses 32. Die dem Ringflansch 33 zugewandte Stirnseite des Ringflansches 43 des Tragkörpers 39 ist mit einer Ummantelung 45 versehen, die vorteilhaft einstückig mit der Ummantelung 41 des Mantels 40 ausgebildet ist.
Die Ummantelung 45 geht in die Dichtlippe 16 über. Sie steht in Richtung auf den Ringflansch 33 des Dichtungsgehäuses 32 axial über den Ringflansch 43 des Tragkörpers 39 vor.
Der Ringflansch 33 des Dichtungsgehäuses 32 ist am Übergang zum Innenring 31 innenseitig mit einer ringförmigen Vertiefung 46 versehen, in die die Dichtlippe 16 teilweise ragt. Dadurch hat die Radialwellendichtung nur geringe axiale Länge, so dass sie auch für beengte Einbauräume geeignet ist.
Im Aufnahmeraum 38 ist außer dem Dichtelement 17 auch der Staudruckerzeuger 4 untergebracht. Er ist als Ring ausgebildet, der mit seinem zylindrischen Außenmantel 47 an der zylindrischen Innenseite 48 des Mantels 40 des Tragkörpers 39 anliegend befestigt ist. Der Ring umgibt den Innenring 31 des Dichtungsgehäuses 32 mit geringem Abstand. Außerdem hat der Ring 4 geringen axialen Abstand vom Endbereich 44 des Ringflansches 43 des Tragkörpers 39.
Da der Staudruckerzeuger 4 drehfest mit dem Stützteil 18 verbunden ist, das seinerseits drehfest auf der Welle 3 sitzt, dreht der Staudruckerzeuger zusammen mit der Welle 3 und erzeugt einen Luftstrom, der den auf die Dichtlippe 16 wirkenden Staudruck erzeugt. Der Staudruckerzeuger 4 ist so ausgebildet, dass der Staudruck in dem Ringraum 49 zwischen der Dichtlippe 16 und dem Innenring 31 des Dichtungsgehäuses 32 wirkt. Die Folge hiervon ist, dass die Dichtkante 29 durch den Staudruck entlastet wird, der gegen den radialen Anpressdruck der Dichtlippe 16 wirkt. Dadurch wird die Reibung der Dichtlippe 16 bzw. ihrer Dichtkante 29 verringert, so dass der Verschleiß der Dichtlippe 16 nur noch gering ist, so dass sich die Radialwellendichtung durch eine lange Lebensdauer auszeichnet.
Der Staudruckerzeuger 4 ist so ausgebildet und so eingebaut, dass seine dem Ringflansch 36 des Stützteiles 18 zugewandte Stirnseite 50 in einer Radialebene liegt. Vorteilhaft liegt die ebene Stirnseite 50 in der gleichen Radialebene wie ein Boden 51 der Vertiefung 42 in der Innenseite des Außenringes 37 des Stützteiles 18.
Selbstverständlich kann der Staudruckerzeuger 4 auch anders in der Radialwellendichtung eingebaut sein. Er muss lediglich eine solche Ausbildung und eine solche Einbaulage haben, dass der von ihm erzeugte Staudruck in der beschriebenen Weise auf die Dichtlippe 16 wirken kann.
Die 8 bis 10 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des ringförmigen Staudruckerzeugers, wie er bei der Ausführungsform gemäß 7 eingesetzt werden kann.
Die Verwendung von ringförmigen Staudruckerzeugern 4 eröffnet dem Anwender die Möglichkeit, die üblichen Radialwellendichtungen mit einem separaten Staudruckerzeuger auszurüsten, wenn der Staudruckerzeuger 4 z. B. direkt auf der Welle montiert werden kann. Bei einer solchen üblichen Radialwellendichtung liegt das Dichtelement 17 dichtend auf der Welle oder einer auf ihr drehfest sitzenden Wellenhülse auf. Der ringförmige Staudruckerzeuger 4 wird benachbart zum Dichtelement 17 drehfest auf der Welle oder auf der Wellenhülse befestigt. Dann können auch solche Radialwellendichtungen die beschriebenen vorteilhaften Wirkungen haben.
Die ringförmigen Staudruckerzeuger können aus jedem geeigneten Material bestehen, beispielsweise aus Kunststoff, so dass die Staudruckerzeuger 4 beispielsweise durch Spritzgießen einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Die Staudruckerzeuger 4 lassen sich einfach in die Radialwellendichtung einbauen.
Der ringförmige Staudruckerzeuger 4 gemäß 8 hat einen ringförmigen Grundkörper 52, der mit dem zylindrischen Außenmantel 47 versehen ist, mit dem der Staudruckerzeuger 4 an der Innenseite 48 des Mantels 40 des Tragkörpers 39 in der Einbaulage anliegt.
Die zylindrische Innenseite 53 des Grundkörpers 52 ist mit über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten, gerade und schräg verlaufenden Vertiefungen 54 versehen, die sich über die Breite des Grundkörpers 52 erstrecken. Die zwischen den Vertiefungen 54 liegenden Abschnitte des Grundkörpers 52 bilden Vorsprünge 55, die nach Art von Lüfterflügeln bei der Rotation des Staudruckerzeugers 4 wirken. Die Vertiefungen sind in vorteilhafter Weise gleich ausgebildet. Dementsprechend sind auch die Vorsprünge 55 vorteilhaft gleich ausgebildet. Die Vertiefungen 54 und die Vorsprünge 55 können über den Umfang aber auch unterschiedlich ausgebildet sein.
Der ringförmige Staudruckerzeuger 4 gemäß 9 unterscheidet sich vom vorigen Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die Vertiefungen 54 in Umfangsrichtung des Grundkörpers 52 geneigt und gekrümmt verlaufen. Die zwischen den Vertiefungen 54 gebildeten Vorsprünge 55 sind infolge der geneigten Lage im Vergleich zur vorigen Ausführungsform länger.
Die Vorsprünge 55 sind nicht nur geneigt zur Umfangsrichtung des Grundkörpers 52 angeordnet, sondern über ihre Länge auch gekrümmt ausgebildet. Diese Gestaltung der Vorsprünge 55 ermöglicht eine besonders günstige Luftströmung beim Einsatz des Staudruckerzeugers 4.
Der ringförmige Staudruckerzeuger nach 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorsprünge 55 ebenfalls in Umfangsrichtung des Grundkörpers 52 geneigt und gekrümmt angeordnet sind. Der Neigungswinkel ist allerdings größer als beim Ausführungsbeispiel nach 9. Die Vorsprünge 55 und die zwischen ihnen liegenden Vertiefungen 54 sind dementsprechend länger als bei der vorigen Ausführungsform.
Anstelle der beschriebenen Lüfterflügel 23 kann die Dichtung auch anders gestaltete Luftförderstrukturen am Staudruckerzeuger aufweisen. Beispielsweise kann die Luftförderstruktur durch Strömungskanäle in einem Ring gebildet sein. Diese Strömungskanäle können an der Außen- und/oder Innenseite des Ringes in Form von Vertiefungen oder als Durchgangsöffnungen durch den Ring gebildet sein.

Claims

Dichtung, insbesondere Radialwellendichtung, mit wenigstens einem Dichtelement, das mit einem Dichtteil versehen ist, der unter einer Kraft an der abzudichtenden Fläche anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung mindestens einen um seine Achse drehbaren Staudruckerzeuger (4) aufweist, der mit Luftförderelementen (23, 55) versehen ist, die einen gegen die auf den Dichtteil (16) wirkende Kraft entgegengerichteten Staudruck erzeugen.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Staudruckerzeuger (4) ringförmig ausgebildet ist und koaxial zur Drehachse der Dichtung verläuft.
Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftförderelemente (23, 55) als Lüfterflügel ausgebildet sind.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftförderelemente (23) radial nach außen von einem ringförmigen Grundkörper (5) des Staudruckerzeugers (4) abstehen.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftförderelemente (55) radial nach innen von einem ringförmigen Grundkörper (52) abstehen.
Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Luftförderelemente (55) über die Breite des Grundkörpers (52) erstrecken.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftförderelemente (23, 55) über ihre Länge gerade verlaufen, vorteilhaft zumindest über einen Teil ihrer Länge schräg zur Umfangsrichtung des Grundkörpers (5).
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftförderelemente (23, 55) zumindest über einen Teil ihrer Länge schräg zur Umfangsrichtung des Grundkörpers (5) gekrümmt verlaufen.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Staudruckerzeuger (4) die abzudichtende Fläche (15) vorgesehen ist.
Dichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Staudruckerzeuger (4) mit einem Laufring (9) versehen ist, der die abzudichtende Fläche (15) aufweist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Staudruckerzeuger (4) ein gesonderter Ring ist, der an einem Stützteil (18) befestigt ist.
Dichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Stützteil (18) das Dichtelement (17) befestigt ist.
Dichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (18) ringförmig ausgebildet ist und im Axialhalbschnitt U-förmigen Querschnitt aufweist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (18) zusammen mit einem Dichtungsgehäuse (32) einen Aufnahmeraum (28) für das Dichtelement (17) und den Staudruckerzeuger (4) begrenzen.
Dichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsgehäuse (32) ringförmig ausgebildet ist und im Axialhalbschnitt U-förmigen Querschnitt aufweist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (18) und das Dichtungsgehäuse (32) mit radialem Spiel teilweise ineinander greifen.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (17) an einem Tragkörper (39) befestigt ist.
Dichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (39) mit dem Stützteil (18) verdrehfest verbunden ist.
Verfahren zum Abdichten eines drehenden Bauteiles gegenüber einem drehfesten Bauteil, bei dem ein Dichtteil wenigstens eines Dichtelementes unter einer Anpresskraft an einer abzudichtenden Fläche anliegt, insbesondere unter Verwendung einer Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen einer Grenzdrehzahl des beweglichen Bauteiles (3) ein Staudruck erzeugt wird, der der Anpresskraft entgegenwirkt und den Dichtteil (18) zumindest entlastet, vorzugsweise von der abzudichtenden Fläche (15, 30) abhebt.