DE102017114858A1

DE102017114858A1 - Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Innenraums und Verfahren zum Abdichten des Innenraums

Info

Publication number: DE102017114858A1
Application number: DE102017114858.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaiser; Simon Brähler; Frank EICHELMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2019-01-10

Abstract

Dichtungsanordnung sind häufig langzeitstabil gegen Medieneintritt und oder Medienaustritt zu sicher. Es wird eine Dichtungsanordnung 1 zur Abdichtung eines Innenraums 11 eines Lagers gegenüber einer Umgebung 12 des Lagers in Bezug auf ein Medium vorgeschlagen, wobei die Dichtungsanordnung 1 zwei zueinander konzentrisch um eine gemeinsame Rotationsachse angeordnete Abweisringe 4, 8 aufweist, wobei an einem ersten Abweisring 4 der zwei Abweisringe 4, 8 eine erste Dichtlippe 6 und eine zweite Dichtlippe 7 ausgebildet sind, wobei ein zweiter Abweisring 8 der zwei Abweisringe 4, 8 eine Dichtfläche 9 für die Dichtlippen 6, 7 bildet, wobei die erste Dichtlippe 6 und die zweite Dichtlippe 7 einen Lippenzwischenraum 10 einschließen, wobei die erste Dichtlippe 6 statisch mit einer ersten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche 9 gedrückt ist und die zweite Dichtlippe 7 statisch mit einer zweiten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche 9 gedrückt ist, wobei die erste Dichtlippe 6 dynamisch eine erste Förderwirkung zur Förderung des Mediums zwischen dem Innenraum 11 und dem Lippenzwischenraum 10 aufweist, wobei die zweite Dichtlippe 7 dynamisch eine zweite Förderwirkung zur Förderung des Mediums zwischen der Umgebung 12 und dem Lippenzwischenraum 10 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Innenraums einer Lageranordnung gegenüber einer Umgebung der Lageranordnung in Bezug auf ein Medium, wobei die Dichtungsanordnung zwei zueinander konzentrisch um eine gemeinsame Rotationsachse angeordnete Abweisringe aufweist, wobei an einem ersten Abweisring der zwei Abweisringe eine erste Dichtlippe und eine zweite Dichtlippe ausgebildet sind, wobei ein zweiter Abweisring der zwei Abweisringe eine Dichtfläche für die Dichtlippen bildet, wobei die erste Dichtlippe und die zweite Dichtlippe einen Lippenzwischenraum einschließen, wobei die erste Dichtlippe statisch mit einer ersten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche gedrückt ist und die zweite Dichtlippe statisch mit einer zweiten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche gedrückt ist, wobei die erste Dichtlippe dynamisch eine erste Förderwirkung zur Förderung des Mediums zwischen dem Innenraum und dem Zwischenraum aufweist, wobei die zweite Dichtlippe dynamisch eine zweite Förderwirkung zur Förderung des Mediums zwischen der Umgebung und dem Zwischenraum aufweist, wobei die erste Förderwirkung ungleich der zweiten Förderwirkung ist, sodass sich dynamisch eine Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Zwischenraumdruck einstellt.
Häufig dichten Dichtsysteme Wälzlager und Lageranordnungen ab, um langzeitbetriebssicher zu sein. Die Dichtungsanordnung, insbesondere die Dichtung, muss dabei das zu schützende System, zum Beispiel eine Radlagerung, gegen das Eindringen von Fremdkörpern aus der Umgebung schützen sowie das Heraustreten eines Schmierstoffes an die Umgebung verhindern. Unter der Umgebung ist in den meisten Fällen die Gesamtheit aller auf die Dichtung und/oder das Lager von außen einwirkenden Einflüsse zu verstehen, gegen welches das System mittels der Dichtung abzudichten ist.
Die Druckschrift DE 10 2014 20 50 95 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Abdichtung einer Radlagereinheit mit mindestens einem mehrteiligen Radlager, die eine armierte, einem ortsfesten Außenring zugeordnete Dichtung mit zumindest zwei elastischen Dichtlippen einschließt, die axial oder radial ausgerichtet und dabei berührend oder beabstandet einem rotierenden Nabenflansch eines Wellenzapfens der Radlagereinheit zugeordnet sind, wobei eine Armierung der Dichtung mit einem abgewinkelten Schenkel den Außenring umschließt und über einen Presssitz lagefixiert ist, wobei die Dichtung als Vordichtung einen axial vorstehenden, den Nabenflansch nicht berührenden Fortsatz bildet sowie zwei weitestgehend axial ausgerichtete zueinander beabstandete, unterschiedlich geneigte und berührende Dichtlippen sowie eine radial ausgerichtete, berührende Dichtlippe einschließt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verschleißsichere und langzeitstabile Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Innenraums einer Lageranordnung gegenüber einer Umgebung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren zum Abdichten einer Lageranordnung mit der Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß wird eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Innenraums einer Lageranordnung gegenüber einer Umgebung der Lageranordnung in Bezug auf ein Medium vorgeschlagen. Die Dichtungsanordnung ist insbesondere zur Abdichtung einer Welle oder Achse in einem Gehäuse gegenüber der Umgebung ausgebildet. Die Welle oder Achse bildet vorzugsweise eine Rotationsachse und/oder Symmetrieachse. Die Lageranordnung ist beispielsweise als ein Lager, insbesondere als ein Radlager und/oder als ein Achslager ausgebildet. Die Umgebung ist vorzugsweise der Außenbereich der Lageranordnung, wobei der Innenraum insbesondere der Welle bzw. Achse und/oder der Rotationsachse bzw. Symmetrieachse zugewandt ist. Die Dichtungsanordnung ist im Speziellen als eine Kassettendichtung ausgebildet und/oder umfasst eine Kassettendichtung. Das Medium ist beispielsweise Luft, Wasser oder ein Schmierstoff.
Die Dichtungsanordnung umfasst zwei vorzugsweise zueinander konzentrisch um die gemeinsame Rotationsachse angeordnete Abweisringe. Die Rotationsachse wird insbesondere durch die Welle oder Achse oder die Abweisringe definiert. Der erste Abweisring und der zweite Abweisring sind vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise aus Stahl oder einem Leichtmetall wie Aluminium gefertigt. Alternativ können erster Abweisring und zweiter Abweisring aus einem Kunststoff gefertigt sein. Die Abweisringe können ferner als Abweisringabschnitte ausgebildet sein, wobei die Abweisringabschnitte den Abweisring umfassen und gegebenenfalls einen nicht zwangsläufig rotationssymmetrischen Anhang aufweisen. Die Abweisringe umgeben die Welle bzw. Achse und/oder die Rotationsachse bzw. Symmetrieachse ringförmig.
An einem der beiden Abweisringe sind eine erste Dichtlippe und eine zweite Dichtlippe ausgebildet. Die Dichtlippe ist vorzugsweise aus einem Elastomer gebildet, beispielsweise einem Gummi, einem Naturkautschuk und/oder einem Silikonkautschuk. Die erste Dichtlippe und die zweite Dichtlippe können als ein gemeinsamer Dichtkörper ausgebildet sein, wobei der gemeinsame Dichtkörper mit dem Grundkörper des ersten Abweisrings stoffschlüssig, kraftschlüssig, formschlüssig und/oder einstückig verbunden ist.
Der zweite Abweisring der beiden Abweisringe bildet eine Dichtfläche und/oder weist eine Dichtfläche für die Dichtlippen auf. Insbesondere kann die Dichtfläche durchgehend sein. Alternativ kann die Dichtfläche aus Dichtflächenabschnitten zusammengesetzt sein. Die Dichtfläche ist auf der Seite des zweiten Abweisringes angeordnet, die zu dem ersten Abweisring zeigt und/oder in Richtung der ersten Dichtlippe und/oder der zweiten Dichtlippe angeordnet ist. Vorzugsweise kontaktiert die erste Dichtlippe und die zweite Dichtlippe die Dichtfläche in einem Ruhezustand der Dichtungsanordnung.
Die erste Dichtlippe und die zweite Dichtlippe schließen einen Lippenzwischenraum ein. Insbesondere umgibt der Lippenzwischenraum die Achse und/oder die Welle der Dichtungsanordnung ringförmig oder ist als ein Ringraum ausgebildet. Der Lippenzwischenraum wird im Speziellen von dem zweiten Abweisring, insbesondere der Dichtfläche, begrenzt. In dem Lippenzwischenraum befindet sich vorzugsweise das Medium. Der Druck in dem Lippenzwischenraum bildet einen Zwischenraumdruck. Insbesondere bildet den Zwischenraumdruck einen Mediendruck im Lippenzwischenraum.
Die erste Dichtlippe ist statisch mit einer ersten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche gedrückt, die zweite Dichtlippe ist statisch mit einer zweiten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche gedrückt. Die erste Vorspannkraft kann insbesondere gleich der zweiten Vorspannkraft sein. Die Vorspannkräfte sind insbesondere Federkräfte, mit der die Dichtlippen gegen die Dichtflächen gedrückt sind. Insbesondere sind die Vorspannkräfte durch die konstruktive Ausgestaltung und/oder Wahl der Beabstandung von erstem Abweisring und zweitem Abweisring einstellbar und/oder veränderbar. Insbesondere weist die Dichtungsanordnung eine Dichtwirkung auf, wobei die Dichtwirkung durch das Andrücken der Dichtlippen gegen die Dichtflächen erzielt wird.
Die erste Dichtlippe weist dynamisch eine erste Förderwirkung zur Förderung des Mediums zwischen Innenraum und Zwischenraum auf. Vorzugsweise weist die Förderwirkung eine Fördergeschwindigkeit zum Fördern des Mediums zwischen Innenraum und dem Zwischenraum auf. Bei Stillstand der Dichtungsanordnung ist die dynamische Förderwirkung insbesondere null. Die dynamische Förderwirkung nimmt mit der Rotationsgeschwindigkeit der Lageranordnung, der Welle und/oder der Dichtungsanordnung und insbesondere des ersten Abweisrings vorzugsweise zu. Die zweite Dichtlippe weist dynamisch eine zweite Förderrichtung zur Förderwirkung des Mediums zwischen der Umgebung und dem Zwischenraum auf. Insbesondere ist es möglich, dass die Förderung des Mediums von Umgebung zu Zwischenraum ist, alternativ ist die Förderwirkung von Zwischenraum zu Umgebung. Ferner kann die Förderwirkung der ersten Dichtlippe von Innenraum zum Zwischenraum gerichtet sein, alternativ ist die Förderwirkung der ersten Dichtlippe vom Zwischenraum zu dem Innenraum.
Die erste Förderwirkung ist ungleich der zweiten Förderwirkung. Insbesondere weist die erste Förderwirkung eine erste Fördergeschwindigkeit auf, wobei die zweite Förderwirkung eine zweite Fördergeschwindigkeit aufweist, wobei die erste Fördergeschwindigkeit ungleich der zweiten Fördergeschwindigkeit ist. Insbesondere sind erste Fördergeschwindigkeit und zweite Fördergeschwindigkeit vom Betrag her unterschiedlich. Als Fördergeschwindigkeit wird insbesondere der Volumenstrom verstanden, also die Medienfördermenge pro Zeit. Die Förderrichtung der ersten Förderwirkung ist insbesondere gleichgerichtet zur Förderrichtung der zweiten Förderwirkung. Die erste Förderwirkung und/oder die erste Fördergeschwindigkeit unterscheidet sich von der zweiten Förderwirkung und/oder der zweiten Fördergeschwindigkeit so, dass sich dynamisch, insbesondere im Betrieb der Dichtungsanordnung, eine Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Zwischenraumdruck einstellt. Die Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und Zwischenraumdruck ist vorzugsweise größer als 0,1 Bar und im Speziellen größer als 0,5 Bar.
Durch die Druckdifferenz ist die erste Dichtlippe mit einer ersten Druckdifferenzkraft beaufschlagt. Ferner ist durch die Druckdifferenz die zweite Dichtlippe mit einer zweiten Druckdifferenzkraft beaufschlagt. Insbesondere ist die Druckdifferenzkraft erhältlich als ein Produkt aus Angriffsfläche der Druckdifferenz auf die jeweilige Dichtlippe und der Druckdifferenz. Insbesondere weist die Druckdifferenzkraft eine Kraftkomponente senkrecht zur Dichtfläche auf. Vorzugsweise wird als Druckdifferenzkraft nur die auf der Dichtfläche senkrecht stehende Komponente der Kraft verstanden, welche auf die Dichtlippe basierend auf der Druckdifferenz wirkt.
Für eine der beiden Dichtlippen, insbesondere im Betrieb der Dichtungsanordnung, ist die Druckdifferenzkraft so gerichtet, dass durch die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft unterstützt wird. Die Unterstützung der Vorspannkraft durch die Druckdifferenzkraft drückt die Dichtlippe stärker gegen die Dichtfläche. Für die andere Dichtlippe ist die Druckdifferenzkraft so gerichtet, dass die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft mindestens teilweise kompensiert. Die Kompensation der Vorspannkraft durch die Druckdifferenzkraft reduziert das Anpressen der Dichtlippe gegen die Dichtfläche. Insbesondere ist für eine der beiden Dichtlippen die Druckdifferenzkraft gegengerichtet zur zugehörigen Vorspannkraft. Für die verbleibende der beiden Dichtlippen ist die Druckdifferenzkraft im Betrieb der Dichtungsanordnung vorzugsweise gleichgerichtet zur entsprechenden Vorspannkraft. Insbesondere bildet die Summe aus Druckdifferenzkraft und Vorspannkraft die Anpresskraft der Dichtlippe gegen die Dichtfläche. Im Betrieb ist eine Anpresskraft einer der Dichtlippen größer als die Anpresskraft der anderen Dichtlippe, da eine Druckdifferenzkraft gleichgerichtet zur Vorspannkraft ist und die andere Druckdifferenzkraft entgegen gerichtet zur Vorspannkraft ist.
Es ist eine Überlegung der Erfindung, durch Beaufschlagung der Dichtlippe mit einer dynamischen Kraft, bei einem Verschleißen und/oder Abnehmen der Vorspannkraft, das Dichten durch Anpressen der Dichtlippe mit der dynamischen Kraft, dauerhaft und/oder länger zu gewährleisten. Insbesondere wird durch eine Definition der Druckverhältnisse zwischen Umgebung und Lippenzwischenraum, ein wohldefiniertes Dichtsystem geschaffen.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist der Innenraum einen Lagerdruck auf, wobei die Umgebung einen Umgebungsdruck aufweist. In dieser Ausgestaltung ist der Lagerdruck vorzugsweise gleich dem Umgebungsdruck. Insbesondere sind Innenraum und Umgebung drucktechnisch verbunden, insbesondere sodass ein Medienaustausch stattfinden kann. Vorzugsweise ist der Umgebungsdruck der Luftdruck der Umgebung. Beispielsweise weist der Innenraum einen Einlasskanal auf, der strömungstechnisch oder drucktechnisch mit der Umgebung verbunden ist.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenraumdruck kleiner als der Umgebungsdruck. Vorzugsweise ist der Zwischenraumdruck kleiner als 1 Bar, insbesondere kleiner als 0,8 Bar und im Speziellen kleiner als 0,5 Bar im Vergleich zu dem Umgebungsdruck. Ferner ist es technisch vorzugsweise vorgesehen, dass der Druck im Zwischenraum größer als 0,3 Bar absolut ist. Im Speziellen ist es dazu vorgesehen, dass die Medienförderung durch eine Dichtlippe von dem Lippenzwischenraum in die Umgebung und/oder in dem Innenraum größer ist als die Förderwirkung vom Innenraum und/oder der Umgebung in den Zwischenraum.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Zwischenraumdruck größer als der Umgebungsdruck. Insbesondere ist der Zwischenraumdruck größer als 1 Bar, insbesondere größer als 2 Bar und im Speziellen größer als 2,5 Bar als der Umgebungsdruck. Technisch ist es insbesondere vorgesehen, dass der Zwischenraumdruck als Überdruck im Lippenzwischenraum kleiner ist als 3 Bar absolut. Dazu ist die Förderung des Mediums durch eine der Dichtlippen in den Zwischenraum größer als die Medienförderung der anderen Dichtlippe aus dem Lippenzwischenraum heraus.
Besonders bevorzugt ist es, dass für eine Dichtlippe die Druckdifferenzkraft die entsprechende Vorspannkraft kompensiert. Insbesondere ist die Druckdifferenzkraft und/oder die Druckdifferenz dieser Dichtlippe so gewählt, dass die Druckdifferenzkraft der Vorspannkraft entspricht. Insbesondere schwebt und/oder gleitet die Dichtlippe, bei welcher die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft kompensiert, über der Dichtfläche. Vorzugsweise kompensiert die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft der Dichtlippe in einem Normalbetrieb der Dichtungsanordnung, wobei der Normalbetrieb insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit in einem Sollbereich darstellt. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, durch die Kompensation der Vorspannkraft einer Dichtlippe eine besonders reibungsarme und langzeitstabile Dichtungsanordnung bereitzustellen, während gleichzeitig die andere Dichtlippe angepresst wird um den Verschleiß zu kompensieren.
Besonders bevorzugt ist es, dass für die Dichtlippe mit der größeren Förderwirkung und/oder der größeren Fördergeschwindigkeit die Druckdifferenzkraft gleichgerichtet zu der zugehörigen Vorspannkraft ist. Ferner ist es insbesondere vorgesehen, dass die Dichtlippe mit der geringeren Förderwirkung eine Druckdifferenzkraft aufweist, die entgegengerichtet zur Vorspannkraft ist.
In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Dichtlippe erste Förderstrukturen zur Erzeugung der Förderwirkung auf und/oder weist die zweite Dichtlippe zweite Förderstrukturen zur Erzeugung der zweiten Förderwirkung auf. Die Förderstrukturen sind beispielsweise Dralls in den Dichtlippen. Die Dralls sind als gerichtete Strukturen auf der jeweiligen Dichtlippe, vorzugsweise als Makrodralls, oder als Mikrodralls ausgebildet. Alternativ und/oder ergänzend wird die Förderwirkung der ersten Dichtlippe und/oder die Förderwirkung der zweiten Dichtlippe durch eine Orientierung und/oder Lage eines Förderwinkels erzeugt, wobei der Förderwinkel der kleinere der Anlagewinkel der Dichtlippe an die Dichtfläche ist, wobei der größere der Anlagewinkel der Dichtlippe den Fördergegenwinkel bildet. Die Förderwirkung der Dichtlippen ist insbesondere vom Förderwinkel zum Fördergegenwinkel. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Dichtungsanordnung bereitzustellen, welche konstruktiv einfach einen definierten Druckzustand in der Dichtungsanordnung gewährleistet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die erste Dichtlippe und die zweite Dichtlippe jeweils eine Sperrrichtung auf. Die Sperrrichtung ist insbesondere durch einen Sperrwinkel einstellbar, wobei der Sperrwinkel der kleinere Winkel ist, den eine Längserstreckung der Dichtlippe mit der Dichtfläche einschließt. Der größere Winkel, den die Längserstreckung der Dichtlippe mit der Dichtfläche einschließt, bildet den Sperrgegenwinkel. Die Sperrrichtung ist insbesondere vom Sperrgegenwinkel zum Sperrwinkel hin orientiert. Die Sperrrichtung ist vorzugsweise der Förderwirkung entgegengesetzt und/oder entgegen gerichtet.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sperrrichtung der ersten Dichtlippe von Lippenzwischenraum zu Innenraum gerichtet ist und die Sperrrichtung der zweiten Dichtlippe von Umgebung zu Lippenzwischenraum gerichtet ist. In dieser Ausgestaltung ist zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung kleiner ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist in dieser Ausgestaltung zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung kleiner ist als die erste Förderwirkung. In dieser Ausgestaltung kann zur Erreichung eines Überdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung größer ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist es zum Erreichen eines Überdrucks im Lippenzwischenraum möglich, dass die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung größer ist als die erste Förderwirkung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sperrrichtung der ersten Dichtlippe von Innenraum zu Lippenzwischenraum gerichtet ist und die Sperrrichtung der zweiten Dichtlippe von Lippenzwischenraum zu Umgebung gerichtet ist. In dieser Ausgestaltung ist zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung kleiner ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist in dieser Ausgestaltung zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung kleiner ist als die erste Förderwirkung. In dieser Ausgestaltung kann zur Erreichung eines Überdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung größer ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist es zum Erreichen eines Überdrucks im Lippenzwischenraum möglich, dass die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung größer ist als die erste Förderwirkung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sperrrichtung der ersten Dichtlippe von Lippenzwischenraum zu Innenraum gerichtet ist und die Sperrrichtung der zweiten Dichtlippe von Lippenzwischenraum zu Umgebung gerichtet ist. In dieser Ausgestaltung ist zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung kleiner ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist in dieser Ausgestaltung zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung kleiner ist als die erste Förderwirkung. In dieser Ausgestaltung kann zur Erreichung eines Überdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung größer ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist es zum Erreichen eines Überdrucks im Lippenzwischenraum möglich, dass die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung größer ist als die erste Förderwirkung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sperrrichtung der ersten Dichtlippe von Innenraum zu Lippenzwischenraum gerichtet ist und die Sperrrichtung der zweiten Dichtlippe von Umgebung zu Lippenzwischenraum gerichtet ist. In dieser Ausgestaltung ist zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung kleiner ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist in dieser Ausgestaltung zum Erreichen eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung kleiner ist als die erste Förderwirkung. In dieser Ausgestaltung kann zur Erreichung eines Überdrucks im Lippenzwischenraum die erste Förderwirkung vom Innenraum zum Lippenzwischenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zur Umgebung gerichtet, wobei die erste Förderwirkung größer ist als die zweite Förderwirkung. Alternativ ist es zum Erreichen eines Überdrucks im Lippenzwischenraum möglich, dass die erste Förderwirkung vom Lippenzwischenraum zum Innenraum gerichtet und die zweite Förderwirkung von der Umgebung zum Lippenzwischenraum gerichtet, wobei die zweite Förderwirkung größer ist als die erste Förderwirkung.
Insbesondere bildet die Dichtfläche für die zweite Dichtlippe eine Ringfläche mit radialer Erstreckung, wobei der Sperrwinkel an der Ringfläche anliegt. Vorzugsweise bildet eine solche zweite Dichtlippe eine Axiallippe, wobei sich die zweite Dichtlippe in axiale Richtung erstreckt. Die erste Dichtlippe kann eine Axiallippe oder eine Radiallippe bildet. Eine Axiallippe ist insbesondere eine Dichtlippe die sich in axiale Richtung erstreckt und die im Kontakt mit der in radialer Richtung erstreckenden Dichtfläche dichtet. Eine Radiallippe ist insbesondere eine Dichtlippe die sich in radiale Richtung erstreckt und die im Kontakt mit einer Zylindermantelfläche bildende Dichtfläche dichtet.
Insbesondere umfasst die Dichtungsanordnung mehr als zwei Dichtlippen, beispielsweise drei Dichtlippen, wobei die drei Dichtlippen zwei Lippenzwischenräume einschließen. Bei dieser Ausgestaltung kann es Beispiel vorgesehen sein, dass in den zwei Lippenzwischenräumen unterschiedliche Zwischenraumdrücke herrschen, wobei sich die Effekte und oder Drücke vorzugsweise gegenseitig verstärken. Insbesondere wird bei drei Dichtlippen bei einer Dichtlippe die Vorspannkraft durch die Druckdifferenzkraft verstärkt, wobei für die anderen beiden Dichtlippen die Vorspannkraft durch die Druckdifferenzkraft kompensiert wird. Dieses Prinzip ist insbesondere auf Dichtungsanordnungen mit mehr als drei Dichtlippen übertragbar.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Abdichten eines Lagers mit der Dichtungsanordnung wie zuvor beschrieben und/oder nach einem der vorherigen Ansprüche. Das Verfahren sieht vor, dass zwei Dichtlippen zwei unterschiedliche Förderwirkungen aufweisen, wobei im Betrieb der Dichtungsanordnung durch die unterschiedlichen Förderwirkungen ein Zwischenraumdruck zwischen den beiden Dichtlippen aufgebaut wird. Durch die Druckdifferenz zwischen Zwischenraumdruck und Umgebungsdruck wirkt auf die erste Dichtlippe und auf die zweite Dichtlippe jeweils eine Druckdifferenzkraft. Ferner wird die erste Dichtlippe mit einer ersten Vorspannkraft gegen eine Dichtfläche gedrückt und die zweite Dichtlippe wird mit einer zweiten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche gedrückt. Im Betrieb ist für eine der beiden Dichtlippen die Druckdifferenzkraft gegengerichtet zur Vorspannkraft, wobei für die andere Dichtlippe die Druckdifferenz gleichgerichtet zur Vorspannkraft ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Dichtungsanordnung 1 entlang einer Welle 2. Die Dichtungsanordnung 1 ist insbesondere eine Dichtungsanordnung um die Welle 2, wobei die Welle 2 eine Rotationsachse bildet. Die Welle 2 ist beispielsweise eine Radachse, insbesondere eine Radachse eines Fahrzeugs. Vorzugsweise ist die Dichtungsanordnung 1 rotationssymmetrisch um die Rotationsachse. Insbesondere ist die Dichtungsanordnung 1 in einem Gehäuse 3 angeordnet, wobei das Gehäuse 3 die Welle 2 ringförmig umgibt.
Die Dichtungsanordnung umfasst einen ersten Abweisring 4. Der erste Abweisring 4 weist einen Dichtkörper 5 auf, welcher auf einem Grundkörper angeordnet und wobei der Dichtkörper 5 beispielsweise als ein Gummikörper oder Elastomerkörper ausgebildet ist. Der Dichtkörper 5 umfasst eine erste Dichtlippe 6 und eine zweite Dichtlippe 7. Die erste Dichtlippe 6 und die zweite Dichtlippe 7 weisen jeweils eine Längserstreckung auf. Die Längserstreckung der zweiten Dichtlippe 7 weist eine radial auswärts gerichtete Komponente auf und eine axiale Komponente und ist als Axiallippe ausgebildet. Die erste Dichtlippe 6 weist eine radial inwärts gerichtete Komponente und eine geringe axiale Komponente auf und ist als Radiallippe ausgebildet. Insbesondere schließen erste Dichtlippe 6 und zweite Dichtlippe 7 einen Winkel größer 30 Grad und insbesondere kleiner als 90 Grad ein.
Die Dichtungsanordnung 1 umfasst einen zweiten Abweisring 8. Der zweite Abweisring 8 ist insbesondere drehfest mit der Welle 2 verbunden. Erster Abweisring 4 und zweiter Abweisring 8 bilden insbesondere zwei konzentrische Ringe. Erster Abweisring 4 und zweiter Abweisring 8 sind insbesondere gegeneinander verdrehbar. Der zweite Abweisring 8 weist eine Dichtfläche 9 auf. Die Dichtfläche 9 bildet beispielsweise die dem Dichtkörper 5 zugeordnete Seite des zweiten Abweisrings 8. Die Dichtfläche 9 umfasst insbesondere einen ersten Dichtflächenabschnitt 15a und einen zweiten Dichtflächenabschnitt 15b, wobei der erste Dichtflächenabschnitt 15a zum Kontakt mit der ersten Dichtlippe 6 ausgebildet ist und der zweite Dichtflächenabschnitt 15b zum Kontakt mit der zweiten Dichtlippe 7 ausgebildet ist. Der erste Dichtflächenabschnitt 15a der Dichtfläche 9 bildet insbesondere eine Zylindermantelfläche um die Welle 2, wobei der zweite Dichtflächenabschnitt 15b der Dichtfläche 9 eine ringförmige Ebene senkrecht zur Welle 2 bildet.
Die erste Dichtlippe 6 ist mit einer statischen Vorspannkraft gegen die Dichtfläche 9 gedrückt. Ferner ist die zweite Dichtlippe 7 mit einer zweiten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche 9 gedrückt. Erste Dichtlippe 6 und zweite Dichtlippe 7, insbesondere begrenzt durch die Dichtfläche 9, schließen einen Lippenzwischenraum 10 ein.
Die Dichtungsanordnung 1 umfasst einen Innenraum 11, wobei der Innenraum 11 wellenseitig angeordnet ist und einen Lagerdruck P_l aufweist. Die Umgebung 12 der Lagervorrichtung 1 bildet beispielsweise Luft, Wasser oder ein anderweitiges Medium. Die Umgebung 12 weist einen Umgebungsdruck Po auf. Vorzugsweise ist der Umgebungsdruck Po gleich dem Lagerdruck P_l . Dazu sind beispielsweise die Umgebung 12 und der Innenraum 11 mittels eines Medien- und/oder Druckaustausches verbunden.
Die erste Dichtlippe 6 weist eine Sperrrichtung S₁ auf, wobei die Sperrrichtung S₁ durch den Sperrwinkel α₁ und den Sperrgegenwinkel α₁* festgelegt ist. Ferner weist die zweite Dichtlippe 7 eine Sperrrichtung S₂, wobei die Sperrrichtung S₂ durch den Sperrwinkel α₂ und den Sperrgegenwinkel α₂* festgelegt ist.
Die erste Dichtlippe 6 weist erste Förderstrukturen 13 auf, wobei die zweite Dichtlippe 7 zweite Förderstrukturen 14 aufweist. Die ersten Förderstrukturen 13 und/oder die zweiten Förderstrukturen 14 können beispielsweise Kanäle in der Oberfläche der ersten Dichtlippe 6 und/oder zweiten Dichtlippe 7 sein. Die erste Förderstruktur 13 und die zweite Förderstruktur 14 sind ausgebildet, ein Medium, welches sich im Innenraum 11 und in der Umgebung 12 befindet, in den Lippenzwischenraum und/oder aus dem Lippenzwischenraum 10 zu fördern. Eine Förderwirkung F₁,F₂ kann alternativ und/oder ergänzend durch die Wahl und/oder Anordnung der Anlagewinkel der Dichtlippen 6,7 an die Dichtfläche 9 erzeugt werden. Die erste Dichtlippe 6 weist dabei den Förderwinkel β₁ und Fördergegenwinkel β₁*, wobei sich eine Förderwirkung F₁ einstellt. Die zweite Dichtlippe 7 weist dabei den Förderwinkel β₂ und Fördergegenwinkel β₂*, wobei sich eine Förderwirkung F₂ einstellt. Die erste Förderwirkung F₁ der ersten Dichtlippe 6 ist ungleich der zweiten Förderwirkung F₂ der zweiten Dichtlippe 7. Basierend auf der Ungleichheit der Förderwirkungen stellt sich im Betrieb der Dichtungsanordnung 1 ein Zwischenraumdruck P_L ein, welcher vom Umgebungsdruck Po und dem Lagerdruck P_l verschieden ist. Zur Erzeugung eines Unterdrucks im Lippenzwischenraum 10, ist die Förderwirkung F₁ der ersten Dichtlippe 6 vom Innenraum 11 zum Lippenzwischenraum 10 gerichtet und die Förderwirkung F₂ der zweiten Dichtlippe 7 vom Lippenzwischenraum 10 zur Umgebung 12 gerichtet. Vom Betrag der Förderleistung und/oder Fördergeschwindigkeit ist die Förderwirkung F₂ größer als die Förderwirkung F₁.
Durch die Verschiedenheit des Zwischenraumdrucks P_L vom Umgebungsdruck Po und/oder Lagerdruck P_l stellt sich eine Druckdifferenz zwischen Lippenzwischenraum 10 und Umgebung sowie Innenraum 11 ein. Die Druckdifferenz hat zur Folge, dass die erste Dichtlippe 6 mit einer Druckdifferenzkraft beaufschlagt wird. Ebenso wird die zweite Dichtlippe 7 basierend auf der Druckdifferenz mit einer Druckdifferenzkraft beaufschlagt. Es ist vorgesehen, dass die Druckdifferenzkraft einer der beiden Dichtlippen 6, 7 gleichgerichtet zur Vorspannkraft der jeweiligen Dichtlippe ist, wobei für die andere der beiden Dichtlippen 6 oder 7 die Druckdifferenzkraft entgegengesetzt zur Vorspannkraft der Dichtlippe ist. Dies hat zur Folge, dass für die Dichtlippe mit gleichgerichteter Druckdifferenzkraft die Dichtlippe stärker gegen die Dichtfläche gedrückt wird, insbesondere, dass bei einer Abnahme, beispielsweise durch Verschleiß der Vorspannkraft, die Dichtlippe im Betrieb weiterhin gegen die Dichtfläche gedrückt wird, insbesondere durch die Druckdifferenzkraft. Für die andere der beiden Dichtlippen, bei der die Druckdifferenzkraft entgegen der Vorspannkraft wirkt, wird die Anlagekraft der Dichtlippe auf die Dichtfläche reduziert, insbesondere so stark, dass die Dichtlippe gerade auf der Dichtfläche gleitet und/oder schwebt.
2 zeigt in einem Längsschnitt entlang der Welle 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 1. Die Dichtungsanordnung 1 ist im Wesentlichen aufgebaut wie die Dichtungsanordnung aus 1, insbesondere umfassend ein Gehäuse 3, einen ersten Abweisring 4, einen zweiten Abweisring 8, eine erste Dichtlippe 6 und eine zweite Dichtlippe 7. Die Dichtungsanordnung ist auch hier eine Dichtungsanordnung 1 um eine Welle 2. Lagerinnenseitig und/oder wellenseitig ist der Innenraum 11 angeordnet, außerhalb des Lagers ist die Umgebung 12.
Im Unterschied zur Dichtungsanordnung 1 aus 1 ist die Längserstreckung der ersten Dichtlippe 6 und der zweiten Dichtlippe 7 anzugeben. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Längserstreckung der ersten Dichtlippe 6 gleichgerichtet zur Längserstreckung der zweiten Dichtlippe 7. Sowohl erste Dichtlippe 6 als auch zweite Dichtlippe 7 weisen eine radial nach außen gerichtete Längserstreckung auf und sind als Axiallippen ausgebildet. Insbesondere weisen die Längserstreckungen der ersten Dichtlippe 6 und der zweiten Dichtlippe 7 eine axiale Komponente auf. Insbesondere ist es möglich, dass die Längserstreckungen der ersten Dichtlippe 6 und der zweiten Dichtlippe 7 gleichgerichtet und/oder parallel sind. Erste Dichtlippe 6 und zweite Dichtlippe 7 kontaktieren die Dichtfläche 9 des zweiten Abweisrings 8. Der Lippenzwischenraum 10 ist durch die erste Dichtlippe 6, die zweite Dichtlippe 7 und durch den zweiten Abweisring 8 definiert und/oder abgeschlossen. Ferner bilden sowohl der erste Dichtflächenabschnitt 15a als auch der zweite Dichtflächenabschnitt 15b der Dichtfläche 9 eine ringförmige Ebene senkrecht zur Welle 2
Zur Erzeugung eines Überdrucks Lippenzwischenraum 10, ist die Förderwirkung F₁ der ersten Dichtlippe 6 vom Innenraum 11 zum Lippenzwischenraum 10 gerichtet und die Förderwirkung F₂ der zweiten Dichtlippe 7 vom Lippenzwischenraum 10 zur Umgebung 12 gerichtet. Vom Betrag der Förderleistung und/oder Fördergeschwindigkeit ist die Förderwirkung F₂ kleiner als die Förderwirkung F₁.
Bezugszeichenliste

1: Dichtungsanordnung
2: Welle
3: Gehäuse
4: Erster Abweisring
5: Dichtkörper
6: Erste Dichtlippe
7: Zweite Dichtlippe
8: Zweiter Abweisring
9: Dichtfläche
10: Lippenzwischenraum
11: Innenraum
12: Umgebung
13: Erste Förderstruktur
14: Zweite Förderstruktur
15a, 15b: Erster und zweiter Dichtflächenabschnitt
P₀: Umgebungsdruck
P_l: Lagerdruck
P_L: Zwischenraumdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014205095 A1 [0003]

Claims

Dichtungsanordnung (1) zur Abdichtung eines Innenraums (11) einer Lageranordnung gegenüber einer Umgebung (12) der Lageranordnung in Bezug auf ein Medium, wobei die Dichtungsanordnung (1) zwei um eine gemeinsame Rotationsachse angeordnete Abweisringe (4, 8) aufweist, wobei an einem ersten Abweisring (4) der zwei Abweisringe (4, 8) eine erste Dichtlippe (6) und eine zweite Dichtlippe (7) ausgebildet sind, wobei ein zweiter Abweisring (8) der zwei Abweisringe (4, 8) eine Dichtfläche (9) für die Dichtlippen (6, 7) bildet, wobei die erste Dichtlippe (6) und die zweite Dichtlippe (7) einen Lippenzwischenraum (10) einschließen, wobei die erste Dichtlippe (6) statisch mit einer ersten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche (9) gedrückt ist und die zweite Dichtlippe (7) statisch mit einer zweiten Vorspannkraft gegen die Dichtfläche (9) gedrückt ist, wobei die erste Dichtlippe (6) dynamisch eine erste Förderwirkung zur Förderung des Mediums zwischen dem Innenraum (11) und dem Lippenzwischenraum (10) aufweist, wobei die zweite Dichtlippe (7) dynamisch eine zweite Förderwirkung zur Förderung des Mediums zwischen der Umgebung (12) und dem Lippenzwischenraum (10) aufweist, wobei die erste Förderwirkung ungleich zu der zweiten Förderwirkung ist, so dass sich dynamisch eine Druckdifferenz zwischen einem Umgebungsdruck (P₀) und einem Zwischenraumdruck (P_L) einstellt, wobei durch die Druckdifferenz die erste Dichtlippe (6) mit einer ersten Druckdifferenzkraft und die zweite Dichtlippe (7) mit einer zweiten Druckdifferenzkraft beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer der zwei Dichtlippen (6, 7) die Druckdifferenzkraft so gerichtet ist, dass durch die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft unterstützt und die Dichtlippe (6, 7) stärker gegen die Dichtfläche (9) gedrückt ist, wobei bei der anderen Dichtlippe (6, 7) die Druckdifferenzkraft so gerichtet ist, dass die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft mindestens teilweise kompensiert und die Dichtlippe (6, 7) weniger stark gegen die Dichtfläche gedrückt ist.
Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Lagerdruck (P_l) im Innenraum (11) und dem Umgebungsdruck (P₀) in der Umgebung (12), wobei der Lagerdruck (P_l) gleich dem Umgebungsdruck (P₀) ist.
Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraumdruck (P_L) kleiner ist als der Umgebungsdruck (P₀).
Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraumdruck (P_L) größer ist als der Umgebungsdruck (P₀).
Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Dichtlippe (6, 7) die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft kompensiert.
Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Dichtlippe (6, 7) mit der größeren Förderwirkung die Druckdifferenzkraft gleichgerichtet zu der entsprechenden Vorspannkraft wirkt.
Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der ersten Förderwirkung die erste Dichtlippe (6) erste Förderstrukturen (13) aufweist und/oder zur Erzeugung der zweiten Förderwirkung die zweite Dichtlippe (7) zweite Förderstrukturen (13) aufweist.
Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtlippe (6) und die zweite Dichtlippe (7) jeweils eine Sperrrichtung aufweisen, wobei die Sperrrichtung der ersten Dichtlippe (6) und die Sperrrichtung der zweiten Dichtlippe (7) gleichgerichtet sind.
Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtlippe (6) und die zweite Dichtlippe (7) jeweils eine Sperrrichtung aufweisen, wobei die Sperrrichtung einer der Dichtlippen (6, 7) zum Lippenzwischenraum (10) gerichtet ist, wobei die Sperrrichtung der anderen Dichtlippe (6, 7) vom Lippenzwischenraum (10) weg und/oder raus gerichtet ist.
Verfahren zum Abdichten eines Lagers mit einer Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei für eine Dichtlippe (6,7) die Druckdifferenzkraft die Vorspannkraft unterstützt.