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Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, umfassend ein Trägerelement, an dem mindestens ein Dichtelement angeordnet ist, das einen zum Anliegen an einer abzudichtenden Welle ausgebildeten Dichtabschnitt aufweist.
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Dichtungsanordnungen dieser Art sind beispielsweise als Radialwellendichtungen aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Dichtungen mit flächig anliegenden Dichtlippen werden zur Rückförderung von austretendem Öl beispielsweise mit einer spiralförmigen Nut oder ähnlichen Rückförderelementen versehen. Diese sind in der Regel so gestaltet, dass sie eine Vorzugsdrehrichtung aufweisen.
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Aus der
DE 10 2013 207 029 B4 ist eine Dichtungsanordnung bekannt, bei der eine an der Welle anliegende Dichtlippe aus einem Elastomermaterial besteht und in einem zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitt eine Profilierung zur Förderung von Öl bei Rotation der Welle eingebracht ist, wobei die Profilierung zwei radial vorspringende Ringstege umfasst, die an der Welle anliegen. Der erste Ringsteg ist in einen Randbereich des zylindrischen Flächenabschnitts benachbart zur Luftseite, der zweite Ringsteg im anderen Randbereich des zylindrischen Flächenabschnitts benachbart zur Ölseite angeordnet. Die Profilierung umfasst weiter zwei Gruppen von radial vorspringenden Förderelementen, die im axialen Bereich zwischen den beiden Ringstegen und über den Umfang verteilt angeordnet sind und sich unter einem Winkel zur Umfangsrichtung erstrecken, wobei sich die Gruppen mit entgegengesetzter Orientierung zur Umfangsrichtung erstrecken. Die Förderelemente haben keinen Kontakt mit dem ersten Ringsteg im zur Luftseite benachbarten Bereich. Es ergibt sich eine in Bezug auf die Umfangsrichtung symmetrische Anordnung, so dass unabhängig von der Rotationsrichtung der Welle die gleiche Wirkung der Rückförderung erzielt wird.
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Oft wird als Material des Dichtungselements, d.h. der Dichtlippe, Polytetrafluoräthylen (PTFE) eingesetzt. Bei Stillstand oder bei druckbeaufschlagten Dichtlippen aus PTFE kann das Öl durch die Förderstrukturen bzw. durch Kapillarkanäle im Kontaktbereich zwischen dem Dichtlippenwerkstoff und der Wellenoberfläche austreten. Diese Kapillare können einerseits durch eine faserige Füllerstruktur begründet sein, andererseits aus einer unzureichend glatt ausgeprägten Oberfläche. Es ist auch bekannt, Dichtungselemente aus elastomeren Werkstoffen herzustellen, um diese Nachteile weitestgehend zu eliminieren
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch Ausführungen der Erfindung gelöst. Als eine Ausführungsform wird eine Dichtungsanordnung angegeben, umfassend ein Trägerelement, an dem mindestens ein Dichtelement angeordnet ist, das einen zum Anliegen an einer abzudichtenden Welle ausgebildeten Dichtabschnitt aufweist, der folgende Merkmale umfasst:
- - einen ersten radial vorspringenden Ringsteg, der zumindest bei sich nicht drehender Welle zum abdichtenden Anliegen an der Welle vorgesehen ist,
- - einen zweiten radial vorspringenden Ringsteg, der zumindest bei sich nicht drehender Welle zum abdichtenden Anliegen an der Welle vorgesehen ist, wobei der zweite Ringsteg zum ersten Ringsteg axial beabstandet ist,
- - eine erste Gruppe von radial vorspringenden Förderelementen, die im axialen Bereich zwischen den beiden Ringstegen und über den Umfang verteilt angeordnet sind,
- - eine zweite Gruppe von radial vorspringenden Förderelementen, die im axialen Bereich zwischen den beiden Ringstege und über den Umfang mit zur ersten Gruppe entgegengesetzter Orientierung verteilt angeordnet sind, wobei
- - die Förderelemente der ersten Gruppe an einer ersten Stelle einen ersten Winkel zur Umfangsrichtung aufweisen und an wenigstens einer zweiten Stelle einen zweiten, vom ersten Winkel verschiedenen Winkel zur Umfangsrichtung aufweisen.
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Dabei sind beispielsweise bei der Abdichtung eines mit Öl oder einer sonstigen Flüssigkeit gefüllten Raumes gegenüber der Luft durch die als Radialwellendichtring ausgebildete Dichtungsanordnung in Bezug auf den Dichtabschnitt eine Raum- oder Ölseite und eine Luftseite definiert. Der erste Ringsteg ist im einen Randbereich des Dichtabschnitts benachbart zur Luftseite angeordnet, während der zweite Ringsteg im anderen Randbereich des Dichtabschnitts benachbart zur Ölseite angeordnet ist. Bei rotierender Welle läuft der zweite Ringsteg zum Verschleißschutz auf einem dünnen Ölfilm auf der Welle und wird somit geschmiert. Dadurch kommt es unter Umständen zum Durchtritt von Öl (Leckageöl) bzw. Flüssigkeit unter dem zweiten Ringsteg, so dass Leckageöl in den Bereich zwischen den beiden Ringstegen tritt. Je nach Drehrichtung der Welle wird das Leckageöl durch die erste oder die zweite Gruppe von Förderelementen in Richtung des zweiten Ringstegs zurück gefördert. Die Förderelemente der ersten und zweiten Gruppe sind entsprechend unter einem entgegen gesetzten Winkel zur Umfangsrichtung angeordnet, so dass sie entsprechend der Drehrichtung Leckageöl von der Wellenoberfläche wischen und unter dem Winkel in Richtung des zweiten Ringstegs leiten. Das Leckageöl wird dadurch in einen durch die Förderelemente der jeweiligen Gruppe und den zweiten Ringsteg gebildeten, sich in Richtung des zweiten Ringstegs verjüngenden Raum gefördert und unter dem zweiten Ringsteg hindurch in den Ölraum gefördert. Ein Durchtritt von Leckageöl unter dem ersten Ringsteg und damit in die Umgebung der Luftseite wird somit verhindert. Da die Förderelemente der ersten Gruppe an wenigstens zwei Stellen einen unterschiedlichen Winkel zur Umfangsrichtung aufweisen, wird die Kontur des sich verjüngenden Raumes dahingehend verbessert, dass ein verbesserter hydrodynamischen Drucks im zurück geförderten Leckageöl herrscht. Dadurch wird das Leckageöl besser unter dem zweiten Ringsteg hindurch gefördert. Die Förderung von Leckageöl wird somit im Vergleich zu bekannten Lösungen verbessert.
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Bei Anwendungen mit einer Hauptdrehrichtung und einer Gegendrehrichtung der Welle, wenn also in der überwiegenden Zeit die Welle in Richtung der Hauptdrehrichtung rotiert, reicht die Optimierung des Raumes der ersten Gruppe von Förderelementen aus. Dies ist die Gruppe, die bei Hauptdrehrichtung der Welle die Förderung ausführt. Bei kurzzeitiger Drehung in Gegendrehrichtung können die Förderelemente der zweiten Gruppe eine ausreichende Förderwirkung erzielen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Förderelemente der zweiten Gruppe an einer ersten Stelle einen ersten Winkel zur Umfangsrichtung auf und an wenigstens einer zweiten Stelle einen zweiten, vom ersten Winkel verschiedenen Winkel zur Umfangsrichtung auf. Bevorzugt können die beiden Gruppen gleich aufgebaut und entgegensetzt zueinander angeordnet sein. So wird auch in der Gegendrehrichtung die Rückförderung analog zur Hauptdrehrichtung optimiert. Dies ist ebenfalls für Anwendungen vorteilhaft, bei denen beide Drehrichtungen nahezu gleich häufig vorliegen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wechseln sich Förderelemente der ersten Gruppe und Förderelemente der zweiten Gruppe in Umfangsrichtung ab. So kann eine gleichmäßige Rückförderung von Leckageöl erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Stelle näher am zweiten Ringsteg als die zweite Stelle und der erste Winkel kleiner als der zweite Winkel. Dadurch verjüngt sich der Raum zwischen Förderelement und zweitem Ringsteg stärker als bei gerader Ausführung des Förderelements. Der Druck des Leckageöls wird so deutlich erhöht und die Förderwirkung unter dem zweiten Ringsteg hindurch verbessert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ändert sich der Winkel der Förderelemente zur Umfangsrichtung entlang ihres Verlaufs kontinuierlich. Das Förderelement hat dann bevorzugt die Form eines Bogens, beispielsweise eines Viertelkreises oder einer Viertelellipse. Auch andere Kreis- oder Ellipsensegmente können verwendet werden. Förderelemente beider Gruppen können sich nahe oder bei Berührung des zweiten Ringstegs berühren bzw. ineinander übergehen, so dass ein längerer Bogen, ein Halbkreis oder eine Halbellipse entsteht, der durch je ein Förderelement der ersten und zweiten Gruppe gebildet wird. Der kleinste Winkel zur Umfangsrichtung liegt dann bei diesem Übergang bzw. am nächsten Punkt zum zweiten Ringsteg. Der Winkel zur Umfangsrichtung verkleinert sich also im Verlauf des jeweiligen Förderelements zum zweiten Ringsteg. Dadurch verjüngt sich der Raum zwischen Förderelement und zweitem Ringsteg kontinuierlich und zudem stärker als bei gerader Ausführung des Förderelements. Der Druck des Leckageöls wird so deutlich erhöht und die Förderwirkung unter dem zweiten Ringsteg hindurch verbessert.
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In einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der Erfindung weisen die Förderelemente jeweils wenigstens zwei Abschnitte auf, wobei sich ein erster der Abschnitte unter dem ersten Winkel zur Umfangsrichtung erstreckt und der zweite der Abschnitte sich unter dem zweiten Winkel zur Umfangsrichtung erstreckt. Hier kann der Winkel zur Umfangsrichtung abschnittsweise, also nicht kontinuierlich wie durch die Bogenform, verkleinert werden, so dass sich der Raum wiederum zunehmend verjüngt und die Förderwirkung unter dem zweiten Ringsteg hindurch verbessert wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung haben die Förderelemente keinen Kontakt mit dem ersten Ringsteg. Somit besteht eine axiale Beabstandung zwischen den Förderelementen und dem ersten Ringsteg. Eventuell von einem der Förderelemente der, je nach Drehrichtung ersten oder zweiten Gruppe nicht vollständig erfasstes Leckageöl wird vom nächstliegenden Förderelement der jeweils anderen Gruppe aufgrund dessen gegenläufiger Ausrichtung in Richtung des ersten Ringstegs, also zur Luftseite gefördert. Aufgrund des Abstand zum ersten Ringsteg wird das Leckageöl jedoch nicht bis zum ersten Ringsteg und unter diesem hindurch gefördert, sondern kann zwischen dem Förderelement und dem ersten Ringsteg zum nächsten Förderelement der ersten Gruppe gelangen und in Richtung des zweiten Ringstegs gefördert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind je eines der Förderelemente der beiden Gruppen einander zugeordnet und an einem, dem zweiten Steg zugewandten Ende in Kontakt zueinander stehend ausgebildet. Die beiden Förderelemente bilden eine geometrische Einheit. So können in Ausführungsformen der Erfindung zwei als Viertelkreis ausgebildete Förderelemente zusammen einen Halbkreis bilden. Ebenfalls können Abschnitte der Förderelemente in Form eines V am Ende verbunden sein. Dies ermöglicht eine einfache und präzise Fertigung der Förderelemente.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Dichtungsanordnung eine Gruppe von radial vorspringenden Fluidleitelementen, die im axialen Bereich zwischen den beiden Ringstegen und über den Umfang verteilt angeordnet sind, wobei jeweils eines der Fluidleitelemente wenigstens teilweise zwischen einem Förderelement der ersten Gruppe und einem Förderelement der zweiten Gruppe liegt. Bevorzugt erstrecken sich die Fluidleitelemente vom ersten Ringsteg in Richtung der Förderelemente. Dadurch wird zwischen den Förderelementen und dem ersten Ringsteg befindliches Leckageöl aktiv in Richtung des zum zweiten Ringsteg fördernden Förderelemente geleitet und die Rückförderungswirkung somit erhöht. Das Fluidleitelement kann dabei in radialer Richtung gesehen dreieckförmig ausgebildet sein, wobei eine Seite der dreieckförmigen Struktur an den ersten Ringsteg angrenzt oder mit diesem verbunden ist und parallel mit diesem verläuft. Die dreieckförmige Struktur kann dabei als radial vorspringende Erhebung in dem zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitt ausgebildet sein. Die dreieckförmige Struktur kann dabei auch durch dreieckförmig angeordnete radial nach innen vorspringende Stegelemente gebildet werden.
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Das Fluidleitelement kann gemäß einer alternativen Ausbildung auch durch radial vorspringende Stegabschnitte im zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitt der Dichtlippe gebildet werden. Diese können bogenförmig ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Ringsteg an wenigstens einer Stelle eine geringere Steghöhe auf. Damit ist ein Druckausgleich zwischen der Umgebung der Luftseite und dem zwischen den Ringstegen, der Welle und dem Dichtabschnitt liegenden Raum möglich. Eine Erzeugung eines Unterdrucks in diesem Raum wird vermieden. Dieser würde zu einer unerwünschten Anpressung des Dichtabschnitts an die Wellenoberfläche und in der Folge zu einer Verkantung der Ringstege und Förderelemente führen, wodurch wiederum deren Wirkweise beeinträchtigt würde. Alternativ oder zusätzlich kann der Dichtabschnitt im Bereich der zwischen den Ringstegen liegt eine Bohrung aufweisen, die gegenüberliegend in den Ölraum mündet. Somit ist ein definierter Eintrag von Öl in den Bereich gewährleistet, wodurch ebenfalls kein Unterdruck entstehen kann. Die Bohrung hat bevorzugt einen Durchmesser zwischen 30 und 150 µm. Das durchtretende Öl wird analog zum Leckageöl in den Ölraum zurück gefördert.
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Die Winkel der Förderelemente zur Umfangsrichtung betragen im Bereich nahe des zweiten Ringstegs bevorzugt zwischen 5° und 30°.
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Der erste und/oder der zweite Ringsteg weist im Radialschnitt bevorzugt eine Kontur auf, die durch eine der Luftseite zugewandte erste Flanke und eine der Ölseite zugewandte zweite Flanke mit jeweiligen Flankenwinkeln zur Oberfläche bzw. Achse der Welle gekennzeichnet ist, wobei der der Luftseite zugewandte Flankenwinkel kleiner ist als der der Ölseite zugewandte Flankenwinkel. Der der Luftseite zugewandte Flankenwinkel liegt bevorzugt zwischen 10° und 30°, der der Ölseite zugewandte Flankenwinkel bevorzugt zwischen 40° und 60°.
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Die Förderelemente können in einem Schnitt senkrecht zu ihrer Längsachse eine Kontur aufweisen, die durch Flanken mit jeweiligen Flankenwinkeln gekennzeichnet sind, wobei die Flankenwinkel unterschiedlich groß sind.
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Im radial außen liegenden Bereich des zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitts der Dichtlippe kann gemäß einer anderen Weiterbildung eine Anzahl Verstärkungsstege angeordnet sein, die parallel zur Achsrichtung der Welle verlaufen. Derartige zusätzliche Stege auf der Rückseite der Mantelfläche des Dichtabschnitts stabilisieren die Zylinderform des Dichtbereichs; die Stege können gleichmäßig über den Umfang angeordnet sein.
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Im Vergleich mit einer PTFE-Dichtung ist vorteilhaft, dass bei der Verwendung von Elastomermaterial (PTFE kann allerdings gegebenenfalls als Füllstoff im Elastomermaterial vorliegen) eine hohe Glätte der Oberfläche der Dichtlippe gegeben ist, so dass nicht auf kleinfaserige Füllstoffe geachtet werden muss, wie es bei der Verwendung von gefülltem PTFE der Fall ist. Weiterhin ist vorteilhaft, dass keine hohen Temperaturen und Presskräfte bei der Formgebung der Dichtlippe erforderlich sind, wie es bei der präzisen geometrischen Ausformung von PTFE erforderlich ist. Der Einsatz von Elastomermaterial als Dichtungswerkstoff gewährleistet im Bereich der Förderstrukturen eine kapillarfreie Kontaktfläche zur Wellenoberfläche hin.
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Im Gegensatz zu einer Verwendung von PTFE als Dichtungswerkstoff ist vorliegend bei Einsatz von Elastomermaterial auch im Stillstand der Welle vorteilhaft eine sichere Gasabdichtung zur Prüfung der korrekten Montage gewährleistet.
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Das elastische Verhalten des Manschettenwerkstoffs (Elastomermaterial) führt zu einem statisch dichten Anliegen zur Wellenoberfläche. Mögliche Kapillareffekte wie im Falle von PTFE-Manschettendichtungen treten nicht auf.
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Im Vergleich mit PTFE als Dichtungsmaterial ist eine detaillierte und glatte Ausprägung der erforderlichen Oberfläche im Strukturbereich mit bekannten Fertigungsprozessen wirtschaftlich umsetzbar. Indes erfordert die Umformung von PTFE eine deutlich höhere Energie in Form von Druck und Temperatur.
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Jedoch lassen sich die positiven Effekte der Erfindung auch in Dichtungen erreichen, die PTFE als Material enthalten oder aus PTFE bestehen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 im Radialschnitt eine Radialwellen-Dichtungsanordnung, mit der eine Welle zwischen einer Luftseite und einer Ölseite abgedichtet wird,
- 2 die Ansicht aus radialer Richtung auf einen Teil eines zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitts einer Dichtlippe der Radialwellen-Dichtungsanordnung,
- 3 den Schnitt A-B gemäß 2,
- 4 den Schnitt C-D gemäß 2,
- 5-7 im Radialschnitt jeweils eine Radialwellen-Dichtungsanordnung in einer abgewandelten Ausführungsform.
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In 1 ist eine Radialwellen-Dichtung 1 zu sehen, die einen Metallring 2 aufweist, an dem eine Dichtlippe 3 angeordnet ist. Neben einer Staublippe 19 weist die Dichtlippe 3 einen hier interessierenden zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitt 4 auf, der zur Anlage am Außenumfang einer (strichpunktiert angedeuteten) Welle 5 ausgebildet ist. Mit der Dichtung 1 wird eine Ölseite O von einer Luftseite L abgedichtet.
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Die Dichtung 1 soll dabei so arbeiten, dass ein Öl-Rückfördereffekt in beiden Drehrichtungen der Welle 5 erzeugt wird. Wesentlich hierfür ist die Ausgestaltung einer Profilierung in Form nach innen radial hervorspringender Stege, die an der der Welle 5 zugewandten Seite des zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitts 4 ausgebildet sind. Diese Profilierung geht am besten aus der Zusammenschau der 1 und 2 hervor. In 2 ist vergrößert der Bereich des zylindrischen Flächenabschnitts 4 dargestellt, der bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Dichtung unter Vorspannung auf der Oberfläche der Welle 5 aufliegt.
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Hiernach ist zunächst in den Flächenabschnitt 4 ein erster Ringsteg 6 eingearbeitet, und zwar als radial nach innen vorspringender Bereich. Der Ringsteg 6 liegt an der Welle 5 an, wobei er im einen Randbereich des zylindrischen Flächenabschnitts 4 benachbart zur Luftseite L angeordnet ist.
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Ferner ist ein zweiter Ringsteg 7 in den Flächenabschnitt 4 eingearbeitet, wiederum als radial nach innen vorspringender Bereich, der an der Welle 5 anliegt. Der zweite Ringsteg 7 ist im anderen Randbereich des zylindrischen Flächenabschnitts 4 benachbart zur Ölseite O angeordnet.
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Für die Ölrückförderung sind zwei Gruppen von Förderelementen 8 und 9 wesentlich: Förderelemente 8 einer erste Gruppe, die im axialen Bereich zwischen den Ringstegen 6 und 7 und über den Umfang verteilt angeordnet sind, erstrecken sich schräg zur Umfangsrichtung. Förderelemente 9 einer zweite Gruppe, die gleichermaßen im axialen Bereich zwischen den Ringstegen 6 und 7 und über den Umfang verteilt angeordnet sind, erstrecken sich ebenfalls schräg, allerdings mit entgegengesetzter Orientierung zur Umfangsrichtung. Förderelemente 8, 9 beider Gruppen wechseln sich dabei entlang des Umfangs ab.
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Wie sich am besten aus 2 ergibt, besteht jedes Förderelement 8, 9 aus einer sich radial nach innen erhebenden Stegstruktur, die die Welle 5 kontaktiert. In 1 ist mit Pfeilen an einigen der Förderelemente 8, 9 exemplarisch angegeben, wie der Ölfluss stattfindet, wenn sich die Welle 5 in Richtung des seitlichen Pfeils links in 1 dreht, also von rechts gesehen im Uhrzeigersinn. Die Pfeile markieren also den Ölfluss im Dichtkontakt. Die Wirkungsweise ist weiter unten noch näher beschrieben.
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An den Förderelementen 8, 9 wird der Ölfluss umgeleitet. Das eine Förderelement 8 leitet bei besagter Drehrichtung der Welle zum Ölraum zurück, das Förderelement 9 in deutlich abgeschwächter Weise in Richtung Luftseite, es erlaubt jedoch ein Überströmen zum folgenden Förderelement 8. Der umlaufende Ringsteg 7 zur Luftseite hin verhindert allerdings einen freien Ölabfluss zur Luftseite. Bei Drehrichtungswechsel übernehmen die Förderelemente die jeweils umgekehrte Funktion. Die Förderelemente sind paarweise über den Umfang des Flächenabschnitts 4 gleichmäßig verteilt angeordnet.
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Zudem ist vorgesehen, dass über den Umfang verteilt der Flächenabschnitt 4 in der Nachbarschaft zur Luftseite L mit Fluidleitelementen 14 versehen ist. Diese erstrecken sich vom Ringsteg 6 ausgehend bogenförmig mittig zwischen jeweils zwei Förderelemente 8 und 9. Das Fluidleitelement 14 ist somit als keilförmige Struktur durch zwei Förderelemente 8 und 9 gebildet und leitet den Ölfluss im Bereich hinter den Förderelementen 9 in Richtung des nachfolgenden Förderelements 8 und damit dann zur Ölseite hin. Durch den symmetrischen Aufbau ist eine gleiche Funktionsweise bei entgegengesetzter Drehrichtung der Welle 5 gewährleistet.
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Wie aus 1 und 2 weiterhin ersichtlich ist, weist der Ringsteg 6 an einer Stelle eine Unterbrechung 21 auf. Über den Umfang können mehrere Unterbrechungen ausgebildet sein. Damit ist ein Druckausgleich zwischen der Umgebung der Luftseite und dem zwischen den Ringstegen 6 und 7, der Welle 5 und dem Flächenabschnitt 4 liegenden Raum möglich. Eine Erzeugung eines Unterdrucks in diesem Raum wird vermieden. Diese würde der zu einer unerwünschten Anpressung des Flächenabschnitts 4 an die Wellenoberfläche und in der Folge zu einer Verkantung der Ringstege 6 und 7 und der Förderelemente 8 und 9 führen, wodurch wiederum deren Wirkweise beeinträchtigt würde.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Flächenabschnitt 4 im Bereich zwischen den Ringstegen 6 und 7 eine Bohrung aufweisen, die gegenüberliegend in den Ölraum mündet. Somit ist ein definierter Eintrag von Öl in den Bereich gewährleistet, wodurch ebenfalls kein Unterdruck entstehen kann. Die Bohrung hat bevorzugt einen Durchmesser zwischen 30 und 150 µm. Das durchtretende Öl wird analog zum Leckageöl in den Ölraum zurück gefördert.
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Zur Verstärkung des zylindrisch ausgebildeten Flächenabschnitts 4 können Verstärkungsstege im radial außenliegenden Bereich des Flächenabschnitts 4 angeordnet sein, was hier nicht dargestellt ist.
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Aus 3 und 4 ist sind einige Details der Ausgestaltung der Ringstege 6 und 7 (Schnitte A-B) sowie der Förderelemente 8 und 9 (Schnitte C-D) in Schnittdarstellungen ersichtlich.
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Hiernach weisen die Ringstege 6, 7 erste und zweite Flanken 10 und 11 auf, die mit unterschiedlichen Flankenwinkeln β und γ versehen sind. In ähnlicher Weise haben die Förderelemente 8 und 9 Flanken 12 und 13, die unter jeweiligen Flankenwinkeln δ und ε angeordnet sind. Mit gezielt unterschiedlichen Flankenwinkeln kann der Widerstand beeinflusst werden, mit dem Fluid gefördert oder zurückgehalten werden, bzw. unter dem Steg durchströmen kann.
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Der eine umlaufende Ringsteg 7 dichtet den Ölraum O zur Luftseite L hin ab; hindurchtretendes Öl wird durch die angestellten stegartigen Förderelemente 8, 9 eingefangen und zu dem ölseitigen Ringsteg 7 zurück geleitet und unter ihm hindurch gepresst. Öl, welches von dem stegartigen Förderelement 8 nicht in ausreichendem Maße zurückgefördert werden konnte, wird von dem nachfolgenden, in entgegen gesetzter Richtung angestellten stegartigen Förderelement 9 zwar teilweise weiter in Richtung Luftseite L gefördert, aber durch den auf der Luftseite L angebrachten umlaufenden anderen Ringsteg 6 gebremst und durch das darauf folgende Förderelement 8 mit erster Anstellung erneut aufgefangen und unter den umlaufenden Ringsteg 7 gepresst. Wesentlich für die Funktion ist eine Unterbrechung der Kontaktzone zwischen den stegartigen Förderelementen 8, 9 und dem luftseitigen umlaufenden Ringsteg 6, so dass das Öl umgelenkt werden kann.
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Um die Dichtwirkung bzw. Förderwirkung der umlaufenden Ringstege 6, 7 zu erhöhen, sind diese mit den beschriebenen asymmetrischen Flankenwinkeln β, γ versehen (an der Ölseite beispielsweise 50° Flankenwinkel, an der Luftseite beispielsweise 15° Flankenwinkel). Die angestellten Förderelemente 8, 9 sind vorzugsweise ebenfalls wie erläutert mit asymmetrischen Flankenwinkeln δ, ε ausgebildet; hierdurch wird das einzufangende Öl von den steilen Flanken von der Wellenoberfläche gewischt und zur Ölseite zurückgefördert. Auf der entgegengesetzten flachen Flanke kann das Öl den Steg einfacher unterwandern (das stegartige Förderelement schwimmt leichter auf) und gelangt so zum darauf folgenden Förderelement.
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Durch die gespiegelte symmetrische Anordnung der Förderelemente 8, 9 ist die Rückförderwirkung in beiden Drehrichtungen der Welle wirksam.
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Der kontinuierlich abnehmende Querschnitt im Bereich der Rampe bewirkt ein Schergefälle im Ölfilm, der ein Rückfördern des Mediums zur Ölseite unterstützt.
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Die Förderelemente 8 und 9 bilden jeweils einen kreis- oder ellipsenartigen Teilbogen. Der Bogen kann auch anders geformt sein. Durch die Bogenform weisen die Förderelemente 8 und 9 an jedem Punkt einen anderen Winkel zur Umfangsrichtung auf, wobei der Winkel am vom Ringsteg 7 entfernten Ende am größten und beim Berührungspunkt mit dem Ringsteg 7 am kleinsten ist. Dazwischen verkleinert sich der Winkel kontinuierlich. Im Vergleich zu einem geraden Förderelement erhöht sich der hydrodynamische Druck auf das Öl im sich verjüngenden Bereich zwischen Förderelemente 8, 9 und Ringsteg 7 mit kleiner werdendem Winkel derart, dass das Öl leichter unter dem Ringsteg 7 hindurch gefördert werden kann. Das Öl strömt zunächst in den breiteren Bereich am Ende des Förderelements 8, 9 ein und wird in den sich verjüngenden Bereich gefördert. Dort kommt es aufgrund des sich stark verkleinernden Winkels zu einer starken Druckerhöhung bei Annäherung des Öls an den Ringsteg 7.
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In der 5 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier ist die Dichtung 101 axial anders herum eingebaut, die Luftseite L und Ölseite O also vertauscht. Ebenfalls ist der Flächenabschnitt 104 im Vergleich zum Flächenabschnitt 4 der 1 anders herum aufgebaut, erfüllt somit exakt die gleiche Funktion. Die Ausführungen zu den 1 bis 4 gelten hier analog. Die erfindungsgemäßen Vorteile sind auch bei derartigen Dichtungen einsetzbar.
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In den 6 und 7 sind alternative aber vergleichbar wirkende Ausführungen der Dichtung dargestellt. Hier ist die Geometrie der Förderelemente modifiziert, im Prinzip aber gleichwirkend ausgestaltet. So sind die Förderelemente 208 und 209 der Ausführung in 6 im Endbereich stark abgewinkelt, so dass sich der Bereich zwischen der Förderelemente 208 und 209 und dem Ringsteg 207 zunächst sehr stark und dann weniger stark verjüngt. In der 7 sind die Förderelemente 308 und 309 aus zwei geraden Abschnitten 308' und 308" bzw. 309' und 309" aufgebaut, so dass sich auch hier der Winkel vom freien Ende zum Ringsteg 307 hin verändert.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101
- Radialwellen-Dichtungsanordnung
- 2
- Metallring
- 3
- Dichtlippe
- 4, 104
- zylindrisch ausgebildeter Flächenabschnitt
- 5
- Welle
- 6
- erster Ringsteg
- 7, 207, 307
- zweiter Ringsteg
- 8, 208, 308
- erste Förderelemente
- 9, 209, 309
- zweite Förderelemente
- 10
- erste Flanke
- 11
- zweite Flanke
- 12
- Flanke
- 13
- Flanke
- 14
- Fluidleitelement
- 19
- Staublippe
- 21
- Unterbrechung
- 308', 308"
- Abschnitt
- L
- Luftseite
- O
- Ölseite
- β
- Flankenwinkel
- γ
- Flankenwinkel
- δ
- Flankenwinkel
- ε
- Flankenwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013207029 B4 [0003]
