DE102017107326A1

DE102017107326A1 - Elektrisch leitfähige Dichtung und Anordnung mit zwei gegeneinander abgedichteten Maschinenelementen

Info

Publication number: DE102017107326A1
Application number: DE102017107326.4A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Rudin; Thomas Stöhr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-10-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung (01) zur Abdichtung eines Raumes zwischen einem ersten Maschinenelement und einem in Bezug zu dem ersten Maschinenelement drehbaren zweiten Maschinenelement, wobei das erste und das zweite Maschinenelement konzentrisch zueinander angeordnet sind, umfassend einen Elastomerkörper (02) mit einem an dem ersten Maschinenelement festlegbaren Dichtungssitz (05) und einer Dichtlippe (07) mit einer Dichtkante (08), welche im eingebauten Zustand der Dichtung (01) an dem zweiten Maschinenelement anliegt.
Die erfindungsgemäße Dichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in den Elastomerkörper (02) elektrisch leitfähige Fasern (03) eingebracht sind, wobei sich die elektrisch leitfähigen Fasern (03) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Maschinenelement von dem Dichtungssitz (05) bis zu der Dichtkante (08) erstrecken.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung zur Abdichtung eines Raumes zwischen einem ersten Maschinenelement und einem in Bezug zu dem ersten Maschinenelement drehbaren zweiten Maschinenelement, wobei das erste und das zweite Maschinenelement konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Dichtung umfasst einen Elastomerkörper mit einem an dem ersten Maschinenelement festlegbaren Dichtungssitz und einer Dichtlippe mit einer Dichtkante, welche im eingebauten Zustand der Dichtung an dem zweiten Maschinenelement anliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung mit zwei gegeneinander abgedichteten Maschinenelementen.
Hintergrund der Erfindung
Durch die schnelle Rotation von, beispielsweise in Asynchronmaschinen eingebauten, Lagern werden Spannungen induziert, welche über die Lager abgeleitet werden müssen. Bei der Ableitung der Spannungen über die Lagerringe und die Wälzkörper kommt es in den Lagerlaufbahnen zur Riefenbildung. Zum Abbau von induzierten Spannungen kommen Lagerschutzringe, wie zum Beispiel der unter der Bezeichnung AEGIS Bearing Protection Ring™ vertriebene Lagerschutzring, zum Einsatz. Lagerschutzringe werden vor das Lager geschraubt und leiten die Spannungen mittels am Umfang verteilt angeordneter Kohlefaserbürsten ab. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Kohlefaserbürsten während des Betriebs verschmutzen können, was zu einer Einschränkung der elektrischen Leitfähigkeit führen könnte. Außerdem haben die radial aufliegenden Kohlefaserbürsten keine aktive nachstellende Funktion, um Verschleiß zu kompensieren.
Weiterhin existieren elektrisch leitfähige Vliese, welche an Radialwellendichtringen angebracht werden können und einen Stromdurchgang durch ein Wälzlager ermöglichen. Für die elektrisch leitenden Vliese wird jedoch zusätzlicher axialer Bauraum benötigt. Die elektrisch leitende Komponente kann bei dieser Lösung nur begrenzt nachgestellt werden. Eine derartige Lösung ist in der DE 10 2013 000 982 B4 und der DE 10 2014 010 269 A1 beschrieben.
Die DE 10 2013 000 982 B4 zeigt einen Dichtring mit mindestens einer dynamisch beanspruchten Dichtlippe und einer Vorschaltdichtung, die mit axialem Abstand benachbart zur Dichtlippe angeordnet ist. Die Vorschaltdichtung besteht aus einem elektrisch leitfähigen Vliesstoff, um eine elektrisch leitfähige Verbindung und damit einen Potentialausgleich zwischen gegeneinander abzudichtenden Maschinenelementen herzustellen. Die gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente werden von der Vorschaltdichtung jeweils anliegend berührt.
Die DE 10 2014 010 269 A1 befasst sich mit einer Vorschaltdichtung umfassend eine kreisringförmig ausgebildete Scheibe aus einem elektrisch leitfähigen und luftdurchlässigen Werkstoff und einem Tragkörper. Die Scheibe ist bezogen auf den Tragkörper als separat erzeugtes Einzelteil ausgebildet und mit dem Tragkörper verbunden. Als Werkstoff für die Scheibe wird vorzugsweise ein Vliesstoff verwendet.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine elektrisch leitfähige Dichtung für gegeneinander abzudichtende Maschinenelemente bereitzustellen, welche keinen zusätzlichen Bauraum erfordert und keiner Funktionsbeeinträchtigung durch Verschmutzungen unterliegt. Während der gesamten Betriebsdauer der Dichtung soll die stromleitende Funktion erhalten bleiben. Weiterhin soll eine Anordnung mit zwei gegeneinander abgedichteten Maschinenelementen zur Verfügung gestellt werden.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dienen eine Dichtung gemäß dem beigefügten Patentanspruch 1 sowie eine Anordnung gemäß dem beigefügten Patentanspruch 8.
Die erfindungsgemäße Dichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in den Elastomerkörper elektrisch leitfähige Fasern eingebracht sind. Die elektrisch leitfähigen Fasern erstrecken sich zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Maschinenelement von dem Dichtungssitz bis zu der Dichtkante.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtung besteht darin, dass durch die eingebrachten elektrisch leitfähigen Fasern auf einfache Art und Weise ein Stromleitpfad zwischen zwei Maschinenelementen geschaffen werden kann. Den elektrischen Kontakt bilden hierbei lediglich die Querschnitte der Fasern an der Dichtkante sowie dem Dichtungssitz. Die Dichtung ist aufwandsarm herstellbar. Bei der Herstellung der Dichtung werden die elektrisch leitfähigen Fasern zunächst in ein herkömmliches Spritzgusswerkzeug für Dichtungen eingelegt. Anschließend erfolgt ein Umspritzen mit einem Dichtungswerkstoff. Nach dem Fertigungsprozess werden die elektrisch leitfähigen Fasern bündig oder mit einem definierten Überstand abgetrennt, so dass in jedem Fall der Stromleitpfad gewährleistet ist. Die elektrisch leitfähigen Fasern sind in den Elastomerkörper eingebettet und somit vor Umgebungseinflüssen geschützt. Dies hat den großen Vorteil, dass die elektrischen Kontaktstellen nicht verschmutzen können und somit keine aus Verschmutzungen resultierende Funktionsbeeinträchtigung auftreten kann. Die Dichtung ist praktisch wartungsfrei. Die bisherigen Dichtungsgeometrien können beibehalten werden. Die Ausstattung von Dichtungen mit elektrischer Leitfähigkeitsfunktion erfolgt erfindungsgemäß bauraumneutral. Zur Realisierung der elektrischen Leitfähigkeitsfunktion werden keine strom leitenden Zusatzelemente im Bereich des abzudichtenden Raumes benötigt. Die Verwendung elektrisch leitfähiger Fasern hat außerdem den Vorteil, dass diese einen niedrigen elektrischen Durchgangswiderstand aufweisen und somit im Betrieb nicht die Gefahr einer Schädigung des Elastomerkörpers durch Temperatureinflüsse besteht. Die stromleitende Funktion bleibt während der gesamten Betriebsdauer der Dichtung erhalten, da sich die elektrisch leitfähigen Fasern von dem Dichtungssitz bis zu der Dichtkante erstrecken und daher stets ein Kontakt zwischen den elektrisch leitfähigen Fasern und den abzudichtenden Maschinenelementen gewährleistet ist. Bei Verschleiß erfolgt hierdurch ein automatisches „Nachstellen“ der elektrisch leitfähigen Fasern. Eine beispielsweise in ein Wälzlager eingebaute erfindungsgemäße Dichtung verhindert Schäden der Wälzkörperlaufbahn durch Funkenbildung bzw. Riefenbildung.
Die Dichtung ist vorzugsweise als Dichtungsring ausgebildet. Die elektrisch leitfähigen Fasern erstrecken sich radial zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser des Dichtungsringes.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Fasern als leitfähiges Fasergewebe ausgebildet. Das Fasergewebe wird wie die Fasern während des Fertigungsprozesses in einer definierten Position in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem Dichtungswerkstoff umspritzt. Die Verwendung eines Fasergewebes anstelle einzelner Fasern hat den Vorteil, dass keine Fasern einzeln positioniert werden müssen und somit der Fertigungsaufwand gesenkt werden kann.
Als elektrisch leitfähige Fasern eignen sich Kohlefasern, Derivate von Kohlefasern, metallische Fasern oder gefüllte Polymerfaser. Es soll keine Einschränkung auf die genannten Fasern erfolgen, andere Fasern mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit sind ebenso möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt der elektrisch leitfähigen Fasern abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Fasern. Bei einer besonders guten elektrischen Leitfähigkeit können die Fasern einen geringeren Querschnitt aufweisen, um ausreichende Leitfähigkeit zu gewährleisten. Dementsprechend sollte der Querschnitt bei Fasern mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit höher gewählt werden.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Anteil der in den Elastomerkörper eingebrachten elektrisch leitfähigen Fasern an die elektrische Leitfähigkeit und/oder den Querschnitt der elektrisch leitfähigen Fasern anzupassen. Auf diese Weise lässt sich stets eine ausreichende Leitfähigkeit erreichen.
Die Dichtung weist vorzugsweise eine mit dem Elastomerkörper verbundene Armierung auf. Der Elastomerkörper ist bevorzugt stoffschlüssig an der Armierung befestigt. Durch die Armierung kann eine Verformung der Dichtung durch im Betrieb auftretende Kräfte wirksam vermieden werden. Eine Armierung aus Blech hat sich als günstig erwiesen.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein erstes Maschinenelement und ein in Bezug zu dem ersten Maschinenelement drehbares zweites Maschinenelement, wobei erstes und zweites Maschinenelement konzentrisch zueinander angeordnet sind, sowie die oben beschriebene Dichtung zur Abdichtung eines Raumes zwischen dem ersten und dem zweiten Maschinenelement. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der beschriebenen Dichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und das zweite Maschinenelement Lagerringe eines Wälzlagers. Der abzudichtende Raum ist in diesem Fall ein zur Aufnahme von Wälzkörpern dienender Wälzkörperraum. Mittels Dichtung erfolgt eine Abdichtung des Wälzkörperraumes. Gleichzeitig ermöglicht die Dichtung den Stromdurchgang zwischen den Lagerringen.
Bei alternativen Anwendungen kann das erste Maschinenelement beispielsweise eine Welle und das zweite Maschinenelement ein Gehäuse sein. Die Dichtung dient hierbei zur Abdichtung eines Raumes zwischen der Welle und dem Gehäuse und gewährleistet außerdem den Stromdurchgang zwischen dem Gehäuse und der Welle und sorgt ggf. für eine Erdung (Potentialausgleich) der Anordnung.
Figurenliste
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Frontalansicht einer erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Frontalansicht der erfindungsgemäßen Dichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dichtung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Frontalansicht einer erfindungsgemäßen Dichtung 01 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die erfindungsgemäße Dichtung 01 ist als Dichtungsring ausgebildet und kann als rotatorische Dichtung zur Abdichtung eines Raumes zwischen einem ersten und einem in Bezug zu dem ersten Maschinenelement drehbaren zweiten Maschinenelement zum Einsatz kommen. Die gegeneinander abzudichtenden Maschinenelemente sind konzentrisch zueinander angeordnet und können beispielsweise als Lagerringe eines Wälzlagers oder als ein Gehäuse und eine Welle ausgebildet sein. Die Dichtung 01 umfasst einen Elastomerkörper 02, in welchen elektrisch leitfähige Fasern 03 eingebracht sind. Die elektrisch leitfähigen Fasern 03 erstrecken sich radial zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Dichtung 01. Als elektrisch leitfähige Fasern 03 können beispielsweise Kohlefasern, Derivate von Kohlefasern, metallische Fasern oder gefüllte Polymerfasern zum Einsatz kommen.
2 zeigt eine Frontalansicht der erfindungsgemäßen Dichtung 01 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Fasern 03 hier als elektrisch leitfähiges Fasergewebe ausgebildet.
Der in 3 gezeigten Schnittansicht der erfindungsgemäßen Dichtung 01 kann entnommen werden, dass der Elastomerkörper 02 mit einer Armierung 04 verbunden ist. Zwischen dem Elastomerkörper 02 und der Armierung 04 besteht vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung. Der Elastomerkörper 02 besitzt einen Dichtungssitz 05, mit welchem er an dem ersten Maschinenelement (nicht dargestellt) festlegbar ist und einer Dichtlippe 07 mit einer Dichtkante 08, welche im eingebauten Zustand der Dichtung 01 an dem zweiten Maschinenelement (nicht dargestellt) anliegt. Die elektrisch leitfähigen Fasern 03 erstrecken sich zwischen dem Dichtungssitz 05 und der Dichtkante 08 und schließen in der gezeigten Ausführungsform mit den Außenkanten der Dichtung 01 bündig ab. Die Querschnitte der elektrisch leitfähigen Fasern 03 an der Dichtkante 08 und dem Dichtungssitz 05 stellen den elektrischen Kontakt zwischen den Maschinenelementen und der Dichtung 01 her.
Bezugszeichenliste

01: Dichtung
02: Elastomerkörper
03: elektrisch leitfähige Fasern
04: Armierung
05: Dichtungssitz
06: -
07: Dichtlippe
08: Dichtkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013000982 B4 [0003, 0004]
DE 102014010269 A1 [0003, 0005]

Claims

Dichtung (01) zur Abdichtung eines Raumes zwischen einem ersten Maschinenelement und einem in Bezug zu dem ersten Maschinenelement beweglichen zweiten Maschinenelement, wobei das erste und das zweite Maschinenelement konzentrisch zueinander angeordnet sind, umfassend einen Elastomerkörper (02) mit einem an dem ersten Maschinenelement festlegbaren Dichtungssitz (05) und einer Dichtlippe (07) mit einer Dichtkante (08), welche im eingebauten Zustand der Dichtung (01) an dem zweiten Maschinenelement anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Elastomerkörper (02) elektrisch leitfähige Fasern (03) eingebracht sind, wobei sich die elektrisch leitfähigen Fasern (03) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Maschinenelement von dem Dichtungssitz (05) bis zu der Dichtkante (08) erstrecken.
Dichtung (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Fasern (03) als elektrisch leitfähiges Fasergewebe ausgebildet sind.
Dichtung (01) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Fasern (03) Kohlefasern, Derivate von Kohlefasern, metallische Fasern oder gefüllte Polymerfasern sind.
Dichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der elektrisch leitfähigen Fasern (03) in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Fasern (03) gewählt ist.
Dichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der in den Elastomerkörper (02) eingebrachten elektrisch leitfähigen Fasern (03) umgekehrt proportional zur elektrischen Leitfähigkeit und/oder dem Querschnitt der elektrisch leitfähigen Fasern (03) gewählt ist.
Dichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mit dem Elastomerkörper (02) verbundene Armierung (04) aufweist.
Dichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Dichtungsring ausgebildet ist, und dass sich die elektrisch leitfähigen Fasern (03) radial zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser des Dichtungsringes erstrecken.
Anordnung umfassend ein erstes Maschinenelement und ein in Bezug zu dem ersten Maschinenelement drehbares zweites Maschinenelement, wobei das erste und das zweite Maschinenelement konzentrisch zueinander angeordnet sind, sowie eine Dichtung (01) zur Abdichtung eines Raumes zwischen dem ersten und dem zweiten Maschinenelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Maschinenelement Lagerringe eines Wälzlagers sind, und dass der abzudichtende Raum ein zur Aufnahme von Wälzkörpern dienender Wälzkörperraum ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenelement eine Welle und das zweite Maschinenelement ein Gehäuse ist.