DE102017102061A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

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Marco Krapf
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (1) zur Abdichtung eines ersten Bauteils (2a) gegenüber einem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil (2b), umfassend eine an dem ersten Bauteil (2a) angeordnete erste Dichtung (3a) und eine an dem zweiten Bauteil (2b) angeordnete zweite Dichtung (3b), wobei die erste Dichtung (3a) mindestens eine Dichtlippe (6a) aufweist, die dichtend an der zweiten Dichtung (3b) zur Anlage kommt, wobei die erste Dichtung (3a) mindestens eine offenzellige oder gemischtzellige Schaumstruktur (7) zur Luftdurchführung aufweist.

Description

  • 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, wobei das Wälzlager durch die Dichtungsanordnung abgedichtet wird.
  • Bei abgedichteten Wälzlagern besteht die Gefahr, dass sich bei Temperaturunterschieden ein Über- oder Unterdruck im Wälzlager einstellt. Diese Druckdifferenzen können einen erheblichen Reibwertanstieg des Wälzlagers bewirken. Insbesondere hat ein entstehender Unterdruck zur Folge, dass die Dichtlippen der Dichtungsanordnung stärker an die Gegenlaufflächen angepresst werden und dadurch auch schneller verschleißen. Als Lüftungsmittel zum Druckausgleich von Wälzlagern sind Lösungen, wie die Verwendung einer Membran oder Entlüftungsöffnungen oder die Ausbildung von Fehlstellen im Reibbereich der Dichtlippen der Dichtungsanordnung bekannt.
  • Aus der DE 10 2015 220 367 A1 geht ein abgedichtetes Wälzlager hervor. Das Wälzlager umfasst Wälzkörper, die in einem Lagerinnenraum zwischen einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring geführt sind, wobei die Lagerringe relativ zueinander verdrehbar sind und zur Abdichtung des Lagerinnenraums das Wälzlager an beiden axialen Seiten ein dem Lagerring zugeordnetes Dichtungselement einschließen, dessen elastische Dichtlippen an dem gegenüberliegenden Lagerring mittelbar oder unmittelbar dichtend abgestützt sind. Ferner weist das Wälzlager ein Lüftungsmittel zum Druckausgleich des Lagerinnenraums auf, wobei als Lüftungsmittel in jede Dichtlippe des Dichtungselementes wenigstens ein Schlitzventil ausgebildet ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dichtungsanordnung der vorgenannten Art weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines ersten Bauteils gegenüber einem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil umfasst eine an dem ersten Bauteil angeordnete erste Dichtung und eine an dem zweiten Bauteil angeordnete zweite Dichtung, wobei die erste Dichtung mindestens eine Dichtlippe aufweist, die dichtend an der zweiten Dichtung zur Anlage kommt, und wobei die erste Dichtung mindestens eine offenzellige oder gemischtzellige Schaumstruktur zur Luftdurchführung aufweist. Insbesondere weist die zweite Dichtung einen Encoder auf. Vorzugsweise kann die erste Dichtung auch am zweiten Bauteil dichtend zur Anlage kommen.
  • Mit anderen Worten ist an der ersten Dichtung mindestens eine Ausnehmung ausgebildet, die mit einer offenzelligen oder gemischtzelligen Schaumstruktur gefüllt ist und dadurch eine Luftdurchführung realisiert. Insbesondere sind das erste und das zweite Bauteil als Lagerringe eines Wälzlagers, insbesondere eines Radlagers ausgebildet, wobei Wälzkörper räumlich zwischen den beiden Lagerringen abwälzen. Durch die Schaumstruktur wird eine Entlüftung des Radlagers ermöglicht und somit Druckunterschiede im Radlager ausgeglichen, wobei ein Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit verhindert wird. Insbesondere ist die mindestens eine Schaumstruktur an Stellen der ersten Dichtung angeordnet, an welchen keine übermäßige Verschmutzung beziehungsweise Feuchtigkeit auftreten. Insbesondere ist die mindestens eine Schaumstruktur in der mindestens einen Dichtlippe der ersten Dichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist die erste Dichtung Mehrlippig ausgebildet.
  • Bei offenzelligen Schaumstrukturen stehen die Zellhohlräume miteinander in Verbindung. Die gemischtzellige Schaumstruktur besteht aus gegeneinander abgeschlossenen Zellhohlräumen und miteinander in Verbindung stehenden Zellhohlräumen. Mithin wirkt die mindestens eine Schaumstruktur wie eine minimierte Labyrinth-Dichtung. Vorzugsweise ist die mindestens eine Schaumstruktur aus einem Sandwichschaum ausgebildet und umfasst mehrere Materialien und/oder mehrere Schaumstrukturen in Kombination hintereinander, ineinander und/oder nebeneinander.
  • Bevorzugt ist die mindestens eine Schaumstruktur aus einem Polymerwerkstoff und/oder einem Metallwerkstoff und/oder einem Keramikwerkstoff und/oder einem Glas hergestellt. Beispielsweise ist die mindestens eine Schaumstruktur aus einem Elastomerschaum, wie PUR, NBR, NR, SBR oder ähnliche Elastomerwerkstoffe ausgebildet. Alternativ kann die mindestens eine Schaumstruktur aus einem Thermoplastbeziehungsweise Thermoplastelastomerschaum, wie PS-E, PP-M, PVC-E, TPE, TPU, TPA oder ähnliche Thermoplastwerkstoffe ausgebildet. Ebenso ist es dankbar, dass mindestens eine Schaumstruktur aus einem Duroplastschaum, wie PF, EP oder ähnliche Duroplastwerkstoffe ausgebildet ist. Als Metallwerkstoff zur Ausbildung der mindestens einen Schaumstruktur sind Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Zink oder ähnliche Metallwerkstoffe zu bevorzugen. Ferner kann der Keramikwerkstoff zur Ausbildung der mindestens einen Schaumstruktur aus Siliziumcarbid, Alumiumoxid, Zirkonoxid oder ähnliche Keramikwerkstoffe ausgebildet sein.
  • Ferner bevorzugt weist die mindestens eine Schaumstruktur eine hydrophobe Beschichtung auf oder ist aus einem hydrophoben Material ausgebildet. Ein hydrophobes Material oder eine hydrophobe Beschichtung dient zur Wasserabweisung. Als hydrophobes Material oder hydrophobe Beschichtung sind insbesondere PTFE, ET-FE, FEP, PFA oder ähnliche Werkstoffe vorgesehen. Das Auftragen einer hydrophoben Beschichtung auf die mindestens eine Schaumstruktur erfolgt vorzugsweise in einem Tauchverfahren oder durch Spritzen beziehungsweise durch andere gängige Beschichtungsverfahren. Alternativ erfolgt ein Pressen einer Gummierung auf ein Trägerelement, wobei anschließend ein Spritzen der mindestens einen Schaumstruktur in den Dichtungsrohling erfolgt.
  • Insbesondere ist die erste Dichtung durch Spritzgießen, Mehrkomponenten-Spritzgießen oder Gießen herstellbar. Beim Spritzgießen werden Einlegeteile zur Ausbildung von Entlüftungsöffnungen in der ersten Dichtung verwendet. Die Entlüftungsöffnungen werden anschließend mit der Schaumstruktur befüllt. Beim Mehrkomponenten-Spritzgießen wird das Dichtungsmaterial in einem ersten Verfahrensschritt auf ein Trägerelement aufgebracht, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt das Schaummaterial für die Schaumstruktur eingespritzt wird. Demgegenüber wird beim Gießen das Schaummaterial in eine Form gegossen, in die das Trägerelement sowie das Dichtungselement eingelegt sind.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Schaumstruktur eine Gummierung auf, die dazu vorgesehen ist, die mindestens eine Schaumstruktur vor Verschmutzung zu schützen. Insbesondere wird durch die Gummierung ein Großteil der freien Stirnfläche der mindestens eine Schaumstruktur verdeckt, wobei die Querschnittsfläche zum Eindringen der Luft verringert wird.
  • Zusätzlich oder alternativ weist die erste Dichtung mindestens einen kreuzförmigen Schlitz im Bereich der Schaumstruktur auf. Unter einem kreuzförmigen Schlitz ist ein Einstich zur Luftdurchführung zu verstehen. Beispielsweise kann der kreuzförmige Schlitz in die Gummierung an der mindestens einen Schaumstruktur ausgebildet sein. Solche Schlitze werden insbesondere als Schlitzventile in der Lebensmittelindustrie beispielsweise bei sogenannten Squeeze-Flaschen verwendet, wobei zum öffnen des Schlitzventils zunächst ein Druck in der verformbaren Flasche aufzubauen ist. Mithin erfolgt durch den kreuzförmigen Schlitz und der Schaumstruktur eine Druckentlastung eines Druckraumes, insbesondere eines Lagerinnenraums des Radlagers. Gleichzeitig gewährleisten der kreuzförmige Schlitz und die Schaumstruktur einen erhöhten Schutz des Lagerinnenraums vor einem schädlichen Eintritt von Schmutz und/oder Feuchtigkeit.
  • Bevorzugt weist die erste Dichtung ein Trägerelement und ein Dichtungselement auf, wobei zumindest das Trägerelement der ersten Dichtung an dem ersten Bauteil angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Dichtlippe an dem Dichtungselement der ersten Dichtung ausgebildet ist. Ferner bevorzugt weist die zweite Dichtung zumindest ein Trägerelement und optional ein Dichtungselement und/oder einen Encoder auf, wobei das Trägerelement der zweiten Dichtung an dem zweiten Bauteil angeordnet ist und die mindestens eine Dichtlippe der ersten Dichtung an dem Trägerelement der zweiten Dichtung dichtend zur Anlage kommt. Das jeweilige Dichtungselement ist insbesondere aus einem elastischen Material, vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet. Ferner weist das jeweilige Trägerelement eine höhere Festigkeit und Steifigkeit auf als das jeweilige Dichtungselement. Beispielsweise ist das jeweilige Trägerelement aus einem metallischen Blech ausgebildet. Insbesondere ist das jeweilige Trägerelement zumindest teilweise mit dem jeweiligen Dichtungselement umspritzt.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der acht Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
    • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 3 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
    • 4 eine schematische Draufsicht auf einen kreuzförmigen Schlitz in einer ersten Dichtung der Dichtungsanordnung gemäß 3,
    • 5 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
    • 6 eine schematische Draufsicht auf eine Dichtlippe der ersten Dichtung gemäß einem ersten Ausführungsbespiel,
    • 7 eine schematische Draufsicht auf eine Dichtlippe der ersten Dichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbespiel, und
    • 8 eine schematische Draufsicht auf eine Dichtlippe der ersten Dichtung gemäß einem dritten Ausführungsbespiel.
  • Gemäß den 1, 2, 3 und 5 weist eine jeweilige erfindungsgemäße, als Kassettendichtung ausgebildete Dichtungsanordnung 1 zur Abdichtung eines ersten Bauteils 2a gegenüber einem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil 2b eine an dem ersten Bauteil 2a angeordnete erste Dichtung 3a und eine an dem zweiten Bauteil 2b angeordnete zweite Dichtung 3b auf. Das erste Bauteil 2a ist als Außenring eines - hier nicht dargestellten - Radlagers ausgebildet, wobei das zweite Bauteil 2b als Innenring des Radlagers ausgebildet ist. Die erste Dichtung 3a weist ein Trägerelement 4a und ein Dichtungselement 5 auf, wobei das Trägerelement 4a der ersten Dichtung 3a an dem ersten Bauteil 2a angeordnet ist, und wobei zwei Dichtlippen 6a, 6b an dem Dichtungselement 5 der ersten Dichtung 3a ausgebildet sind. Die zweite Dichtung 3b weist ein Trägerelement 4b auf, wobei das Trägerelement 4b der zweiten Dichtung 3b an dem zweiten Bauteil 2b angeordnet ist und die beiden Dichtlippen 6a, 6b der ersten Dichtung 3a an dem Trägerelement 4b der zweiten Dichtung 3b dichtend zur Anlage kommen.
  • Die erste Dichtung 3a weist eine erste und eine zweite offenzellige Schaumstruktur 7a, 7b zur Luftdurchführung auf. Dabei ist die erste Schaumstruktur 7a in der ersten Dichtlippe 6a der ersten Dichtung 3a ausgebildet und ermöglicht eine Entlüftung eines ersten Dichtraumes 11a, der zwischen der ersten und zweiten Dichtlippe 6a, 6b ausgebildet ist. Die zweite Schaumstruktur 7b erstreckt sich durch das erste Dichtungselement 5 und das erste Trägerelement 4a der ersten Dichtung 3a hindurch und ermöglicht eine Entlüftung eines zweiten Dichtraumes 11b, der als Lagerinnenraum ausgebildet und zur Aufnahme von Wälzkörper 12 vorgesehen ist.
  • In 1 sind die beiden Schaumstrukturen 7a, 7b ähnlich einer zweiseitigen Nietverbindung in die erste Dichtung 3a integriert. Mithin sind die beiden Schaumstrukturen 7a, 7b zu beiden Seiten hin radial größer ausgebildet als in einem mittleren Bereich der jeweiligen Schaumstruktur 7a, 7b, wodurch eine formschlüssige Fixierung der beiden Schaumstrukturen 7a, 7b in der ersten Dichtung 3a erzeugt wird.
  • Nach 2 weist die erste Schaumstruktur 7a eine gleichbleibende Längsschnittfläche auf und ist in der ersten Dichtlippe 6a angeordnet. Demgegenüber ist die zweite Schaumstruktur 7b ähnlich einer einseitigen Nietverbindung in die erste Dichtung 3a integriert. Mithin ist die zweite Schaumstruktur 7b einseitig und lokal begrenzt radial größer ausgebildet als in einem mittleren Bereich beziehungsweise zur anderen Seite hin. Ferner weisen die beiden Schaumstrukturen 7a, 7b eine hydrophobe Beschichtung zur Abweisung von Wasser auf.
  • Gemäß 3 weisen die beiden Schaumstrukturen 7a, 7b eine Gummierung 8 auf, die dazu vorgesehen ist, die jeweilige Schaumstruktur 7a, 7b vor Verschmutzung zu schützen. Dabei erstreckt sich die Gummierung 8 über die jeweilige Schaumstruktur 7a, 7b, wobei die erste Dichtung 3a, insbesondere die Gummierung 8 an der jeweiligen Schaumstruktur 7a, 7b einen kreuzförmigen Schlitz 9 im Bereich der jeweiligen Schaumstruktur 7a, 7b aufweist.
  • In 4 ist der kreuzförmige Schlitz 9 gemäß 3 im Bereich der Schaumstruktur 7 an der ersten Dichtung 3a dargestellt. Mit dem kreuzförmigen Schlitz 9 kann eine Druckentlastung des ersten und zweiten Dichtraums 11a, 11b und folglich ein effektiver Druckausgleich zwischen dem jeweiligen Dichtraum 11a, 11b und einem Umgebungsdruck realisiert werden. Gleichzeitig gewährleistet der kreuzförmige Schlitz 9 einen wirksamen Schutz des jeweiligen Dichtraums 11a, 11b vor einem schädlichen Eintritt von Schmutz und/oder Feuchtigkeit. Denn der kreuzförmige Schlitz 9 öffnet sich nur wenn sich ein Über- oder Unterdruck im jeweiligen Dichtraum 11a, 11b einstellt, um eine Luftdurchführung aus dem jeweiligen Dichtraum 11a, 11b heraus oder in dem jeweiligen Dichtraum 11a, 11b hinein zu ermöglichen.
  • Nach 5 ist der Vollständigkeit halber eine Dichtungsanordnung 1 dargestellt, die das Radlager auf einer Radseite abdichtet. Die in den 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen der Dichtungsanordnung 1 dichtet somit das Radlager auf der von der Radseite gegenüberliegenden Seite, nämlich auf der Getriebeseite ab. Daher ist wie aus den 1, 2 und 3 hervorgeht, ein Encoder 10 an dem Trägerelement 4b der zweiten Dichtung 3b angeordnet.
  • Die 6, 7 und 8 stellen eine jeweilige Ausführungsform der ersten Dichtlippe 6a der ersten Dichtung 3a in einer Draufsicht dar. Nach 6 ist die Schaumstruktur 7a umlaufend und somit kreisförmig in die erste Dichtlippe 6a integriert. Gemäß 7 ist die Schaumstruktur 7a punktuell und symmetrisch über den Umfang verteilt in die erste Dichtlippe 6a ausgebildet. Alternativ ist es denkbar, auch nur eine einzige oder mehrere punktuelle Schaumstrukturen 7a mit unterschiedlichen oder identischen Querschnittsformen symmetrisch oder asymmetrisch über den Umfang verteilt in die erste Dichtlippe 6a auszubilden. In 8 ist die Schaumstruktur 7a länglich segmentiert und symmetrisch über den Umfang verteilt in die erste Dichtlippe 6a ausgebildet. Alternativ ist es denkbar, auch nur eine einzige oder mehrere länglich segmentierte Schaumstrukturen 7a mit unterschiedlichen oder identischen Querschnittsformen symmetrisch oder asymmetrisch über den Umfang verteilt in die erste Dichtlippe 6a auszubilden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dichtungsanordnung
    2a, 2b
    Bauteil
    3a, 3b
    Dichtung
    4a, 4b
    Trägerelement
    5
    Dichtungselement
    6a, 6b
    Dichtlippe
    7a, 7b
    Schaumstruktur
    8
    Gummierung
    9
    Schlitz
    10
    Encoder
    11a, 11b
    Dichtraum
    12
    Wälzkörper
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015220367 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Dichtungsanordnung (1) zur Abdichtung eines ersten Bauteils (2a) gegenüber einem relativ dazu drehbaren zweiten Bauteil (2b), umfassend eine an dem ersten Bauteil (2a) angeordnete erste Dichtung (3a) und eine an dem zweiten Bauteil (2b) angeordnete zweite Dichtung (3b), wobei die erste Dichtung (3a) mindestens eine Dichtlippe (6a) aufweist, die dichtend an der zweiten Dichtung (3b) zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (3a) mindestens eine offenzellige oder gemischtzellige Schaumstruktur (7a) zur Luftdurchführung aufweist.
  2. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaumstruktur (7a) in der mindestens einen Dichtlippe (6a) der ersten Dichtung (3a) ausgebildet ist.
  3. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaumstruktur (7a) eine Gummierung (8) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die mindestens eine Schaumstruktur (7a) vor Verschmutzung zu schützen.
  4. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaumstruktur (7a) eine hydrophobe Beschichtung aufweist oder aus einem hydrophoben Material ausgebildet ist.
  5. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaumstruktur (7a) aus einem Polymerwerkstoff und/oder einem Metallwerkstoff und/oder einem Keramikwerkstoff und/oder einem Glas hergestellt ist.
  6. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (3a) durch Spritzgießen, Mehrkomponenten-Spritzgießen oder Gießen herstellbar ist.
  7. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (3a) mindestens einen kreuzförmigen Schlitz (9) im Bereich der Schaumstruktur (7a) aufweist.
  8. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (3a) ein Trägerelement (4a) und ein Dichtungselement (5) aufweist, wobei zumindest das Trägerelement (4a) der ersten Dichtung (3a) an dem ersten Bauteil (2a) angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Dichtlippe (6a) an dem Dichtungselement (5) der ersten Dichtung (3a) ausgebildet ist.
  9. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtung (3b) zumindest ein Trägerelement (4a) und optional ein Dichtungselement aufweist, wobei das Trägerelement (4a) der zweiten Dichtung (3b) an dem zweiten Bauteil (2b) angeordnet ist und die mindestens eine Dichtlippe (6a) der ersten Dichtung (3a) an dem Trägerelement (4b) der zweiten Dichtung (3b) dichtend zur Anlage kommt.
  10. Radlager für ein Fahrzeug mit einer Dichtungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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