DE102018003365A1 - Dichtung mit Stützkörper für Drehschieberwelle - Google Patents

Abstract

Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft ein asymetrisches Dichtelement (1) welches mit einem ringförmigen Stützkörper wahlweise aus Kunststoff oder Metall (4) formschlüssig als Verbundteil verknüpft dann in einem Kühlmittelregelmodul Gehäusesitz (3) statisch eingesteckt und eine Drehschieberwelle dynamisch abdichtet wird.
Nach diesem Montageschritt kann die Welle (1) oder ein Rohr in den Abschnitt der Verbunddichtung eingeschoben werden welche dynamisch oder statisch radial abgedichtet werden kann.
Das Dichtelement weist eine dynamisch dichtende Hauptdichtlippe zur Medienseite auf sowie eine Sekundärlippe die gegen Atmosphäre schützt vor, die als vakuumdichte Lippe bei Unterdruckbefüllung oder als Schmierkammerung und Schutz vor äußeren Einflüssen dienen kann.
Eine weitere Aussenlippe (7) wird aussen statisch fest zwischen Stützring (4) und Gehäuse(3) fest verpresst.
Der Stützkörper (4) bildet den stabilen Boden für das Dichtelement (2)und weist aussen eine keilförmige Kontur vor wobei dieser die Aufgabe hat die äußere statisch verpresste Dichtlippe (14) über Formschluss nach Montage unlösbar zu Kammern. Ferner kann der Stützring (4) gleichzeitig auch als Gleitlager und Führungselement für die Welle (1) verwendet werden um die Welle(1) zu zentrieren oder das Dichtelement(2) gegen exzentrischer Winkelauslenkung der Welle (1)zu schützen oder als Schutzkörper für das Dichtelement zur Atmosphärenseite hin zu wirken. Eine weitere Aufgabe des Stützring (4) besteht darin, dass die Dichtlippe bei Einführung der Welle (1) gegen Umstülpen beim Montagevorgang geschützt wird da eine Vorzentrierung stattfindet.
Der Stützring ist im Bereich der Sekundärdichtlippe zurückgesetzt(17) und bietet eine vorteilhafte Kippwirkung sowie freie Beweglichkeit der Hauptdichtlippenanbindung zur abdichtenden Welle(1) nach innen. Der Stützring (4)bildet in axialer Richtung einen Drehpunkt wo der Dichtungskörper aufliegt und bei Druckbeaufschlagung sich in Winkelbewegung (21) nach innen zur abzudichtenden Welle neigen kann und dadurch die Hauptdichtlippe seine Dichtwirkung erhöht.
Die Aussendichtlippe (7) kann in zwei verschiedene axiale Richtungen (Fig.5 + Fig.6) zum Mediumraum oder zur Atmosphäre ausgeführt werden und richtet sich nach der gegebenen Montagerichtung in das Gehäuse(3).

Description

• Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft ein asymetrisches Dichtelement (1) welches mit einem ringförmigen Stützkörper wahlweise aus Kunststoff oder Metall (4) formschlüssig als Verbundteil verknüpft dann in einem Kühlmittelregelmodul Gehäusesitz (3) statisch eingesteckt und eine Drehschieberwelle dynamisch abdichtet wird.
• Nach diesem Montageschritt kann die Welle (1) oder ein Rohr in den Abschnitt der Verbunddichtung eingeschoben werden welche dynamisch oder statisch radial abgedichtet werden kann.
• Das Dichtelement weist eine dynamisch dichtende Hauptdichtlippe zur Medienseite auf sowie eine Sekundärlippe die gegen Atmosphäre schützt vor, die als vakuumdichte Lippe bei Unterdruckbefüllung oder als Schmierkammerung und Schutz vor äußeren Einflüssen dienen kann.
• Eine weitere Aussenlippe (7) wird aussen statisch fest zwischen Stützring (4) und Gehäuse(3) fest verpresst.
• Der Stützkörper (4) bildet den stabilen Boden für das Dichtelement (2)und weist aussen eine keilförmige Kontur vor wobei dieser die Aufgabe hat die äußere statisch verpresste Dichtlippe (14) über Formschluss nach Montage unlösbar zu Kammern. Ferner kann der Stützring (4) gleichzeitig auch als Gleitlager und Führungselement für die Welle (1) verwendet werden um die Welle(1) zu zentrieren oder das Dichtelement(2) gegen exzentrischer Winkelauslenkung der Welle (1)zu schützen oder als Schutzkörper für das Dichtelement zur Atmosphärenseite hin zu wirken. Eine weitere Aufgabe des Stützring (4) besteht darin, dass die Dichtlippe bei Einführung der Welle (1) gegen Umstülpen beim Montagevorgang geschützt wird da eine Vorzentrierung stattfindet.
• Der Stützring ist im Bereich der Sekundärdichtlippe zurückgesetzt(17) und bietet eine vorteilhafte Kippwirkung sowie freie Beweglichkeit der Hauptdichtlippenanbindung zur abdichtenden Welle(1) nach innen. Der Stützring (4)bildet in axialer Richtung einen Drehpunkt wo der Dichtungskörper aufliegt und bei Druckbeaufschlagung sich in Winkelbewegung (21) nach innen zur abzudichtenden Welle neigen kann und dadurch die Hauptdichtlippe seine Dichtwirkung erhöht.
• Die Aussendichtlippe (7) kann in zwei verschiedene axiale Richtungen (5 + 6) zum Mediumraum oder zur Atmosphäre ausgeführt werden und richtet sich nach der gegebenen Montagerichtung in das Gehäuse(3).
• Die Erfindung betrifft eine Wellenabdichtung die eine statisch oder bewegte Welle sowohl drehend als auch translatorisch gegen Überdruck und Unterdruck abdichtet und als Beispiel in einem Kühlwasserregelmodul im Fahrzeug eingesetzt werden sowie folgende Merkmale vorweist.
• - Einem Gehäuse mit definierten zylindrischen Dichtsitz
einen Dichtelement welches mit einem Stützring verknüpft wird
einem Stützring welcher das Dichtelement keilförmig und formschlüssig verbindet
Einer Drehschieberwelle die in dem Gehäuse dynamisch abgedichtet wird
• Derartige Dichtungen sind im Automobilbau bereits bekannt. Sie weisen zumeist reine Elastomerlippenringe als auch Doppelnutringe oder Metallverbunddichtungen mit Wurmfeder und anvulkanisierte Versteifungsring vor. Reine Elastomerlippenringe oder Doppelnutringe werden im Gehäuse auf Stauchung und am Wellendurchmesser auf Dehnung ausgelegt.
• Metallverbunddichtungen werden am Gehäuse fest eingepresst und am Wellendurchmesser gedehnt und oftmals über eine Wurmfeder gesichert am Wellendurchmesser gehalten.
• Zur sicheren und dauerhaften Abdichtung zwischen der dynamisch bewegten Drehschieberwelle und dem Gehäuse ist es erforderlich dass die jeweilige Dichtung gesichert über alle mechanischen und thermischen Anforderungen in der Gehäusebohrung ohne abheben sitzt und gleichzeitig an der Welle eine ausreichende Vorspannung für eine druckaktivierte Dichtfunktion vorweist.
• Reine Elastomerdichtungen wie Elastomerlippenringe als auch Doppelnutringe unterliegen einem thermischen Ausdehnungsfaktor der bei Elastomerwerkstoffen wesentlich höher ist als bei den umliegenden Einbauraumteilen die im Modul im Wesentlichen aus Hochleistungskunststoffen (PPS) mit extremen Füllgraden bestehen.
• Die Ausdehnung oder Schrumpfung des Dichtungskörpers beeinflusst die Dichtfunktion über Lebenszeit mitunter so dass entweder am statischen Gehäusesitz die Dichtung im Minustemperaturbereich weg schrumpft und abhebt zumindest weniger Dichtpressungskraft vorweist oder auf den dynamischen Wellendurchmesser schrumpft.
• Ferner kann der Dichtungskörper durch exzentrisch dynamische Bewegung der Welle innen der Dichtungskörper einseitig durch Zugspannungen gezogen werden und vom Gehäusedichtsitz aussen abheben.
• Wird der Dichtungskörper konstruktiv verstärkt oder stärker verpresst führt dies zwangsweise zu mehr Reibverschleiß an der dynamisch beanspruchten Dichtlippe und verminderter Flexibilität der dynamischen Dichtlippen.
• Die Dichtungen müssen einer Unterdruckmediumbefüllung standhalten wobei eine zu labile Dichtkörperausführung zur Unterdruckleckage führen kann.
• Ein weiteres Problem kann sich einstellen wenn die Dichtpressungskraft am Gehäuse ab und an der dynamischen Welle zu nimmt, hier kann es zum festsitzender Dichtlippe im dynamischen Bereich kommen und am statischen Dichtsitz aussen mitgedreht werden wo eigentlich ein fester Sitz der Dichtung gewährleistet sein soll.
• Metallverbunddichtungen die durch anvulkanisierte Versteifungsringe und einer Dichtlippe hergestellt werden bieten zwar einen festen Sitz am Gehäuse unterbinden allerdings die benötigte Flexibilität durch die feste Anbindung an den Verbundkörper. Eine Wurmfeder die an der dynamischen Dichtlippe zur Dichtpressungskrafterhaltung sitzt sichert zwar eine höhere Dichtheit und exzentrizitätsausgleich aber auch einen Verschleiß durch erhöhte Dichtpressungskräfte an der dynamischen Dichtlippe. Dies führt zu Einlaufspuren an der dynamischen Welle oder Verschleiß an der dynamische Dichtlippe. Ferner sind die Herstellkosten für Metallverbundteile entsprechend höher.
• Aufgabenstellung:
• Der Stützkörper soll das Dichtelement bei oder vor der Montage verliersicher halten so dass Stützkörper und Dichtelement als Schüttgut behandelt werden können.
• Dass beim Steckvorgang von Dichtkörper mit Stützring in das Gehäuse der Stützring mit dem Dichtkörper auch bei Montagereibung in axialer Richtung verbunden bleibt und sich nicht löst.
• Beim Steckvorgang der Drehschieberwelle soll die Dichtung nicht verschoben werden oder umklappen.
• Der Festsitz der äußeren Dichtlippe am Gehäuse soll gewährleistet sein und keine Bewegung zulassen, also statisch bleiben um ein radiales Wandern in den verschiedenen Temperaturbereichen zu unterbinden und den Dichtungskörper bei Unterdruckbefüllung und Montage der Welle in axialer Richtung zu stabilisieren damit der Dichtkörper nicht umstülpt, kippt oder aus dem Dichtsitz gezogen wird.
• Das Dichtelement soll bei zentrischer und exzentrischer Lage der dynamisch bewegten Welle sowohl bei niedrigen Systemtemperaturen bei als auch im Hochtemperaturbereich verschleißarm dichten.
• Für die dynamische dichtende Aufgabe an der Welle soll die zum Medium gerichtete Hauptdichtlippe genügend Flexibilität und Nachgiebigkeit vorweisen und bei Mediumdruck verstärkt an der Welle anliegen können.
• Die Gleitlagerführung der Welle sollte so nah wie möglich am Dichtelement sitzen um den Winkelversatz sowie Exzentrizität der Welle zu der dynamischen Hauptdichtlippe innen so gering wie möglich zu halten.
• Lösung:
• Die Erfindung legt die Aufgabe zu Grunde das der Stützring(4) das Dichtelement(2) bei oder vor der Montage verlier sicher halten soll so dass Stützring(4) und Dichtelement(2) als Schüttgut behandelt werden können.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst das der Stützring (4) eine nach innen keilförmige Kontur vorweist in der die Dichtung (2) mit der äußeren Dichtlippe (7) formschlüssig in Form einer Vormontage einschnappen kann (4). Die formschlüssigen Konturen verkeilen (16) sich gegenseitig und bilden zusammen eine verknüpfte Einheit die als Schüttgut vom Hersteller angeliefert und für den Hauptmontageprozess in das Gehäuse (3) entsprechend vorteilhaft zugeführt werden können.
• Eine weitere Ausführung soll gewährleisten dass beim Steckvorgang von Dichtkörper(2) mit Stützring (4)in das Gehäuse (3)der Stützring (4)mit dem Dichtkörper (2)auch bei Montagereibung in axialer Richtung verbunden bleibt.
• Durch die keilförmige (16) Verbindung zwischen Stützkörper und der Dichtlippe wird die äußere tropfenförmige Dichtlippe (14) in den keilförmigen Hinterschnitt(16) am Stützring(4) gedrückt und bleibt somit unabhängig von der Reibkraft des Einsteckvorganges zwischen Gehäuse(3) und Dichtkörper(2) am Stützring (4)fest verankert und ähnlich wie ein O-Ring statisch verpresst.
• Beim Steckvorgang der Drehschieberwelle soll die Dichtung nicht verschoben werden oder umklappen.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Stützkörper (4) am Innendurchmesser (19) geringfügig größer ist als der Drehschieberwellendurchmesser (1) und dadurch zwangsweise geführt zentrisch eingeführt werden kann.
• Die Hauptdichtlippe (11) oder Sekundärdichtlippe(15) kann auch bei stoßender Montage nicht umklappen da diese mit einer Einführschräge (20)versehen werden und zusätzlich auch hinter dem Stützring(4) geschützt wird. Die Dichtlippen (11+15) können ungehindert in radialer Richtung ausweichen und gedehnt werden.
• Ein weiterer Vorteil gegen ein herausdrücken der Dichtung(2) bei Montage bietet der Festsitz der äußeren keilförmig (16)verpressten Dichtlippe (14)dies verhindert ein herausdrehen oder herausschieben vom Gehäusedichtsitz (3).
• Eine weitere Ausführung soll den Festsitz der äußeren Dichtlippe(13+14) am Gehäuse (3)gewährleisten und keine Bewegung zulassen also statisch bleiben.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst das der verknüpfte Dichtkörper (2) mit dem Stützring (4) in das Gehäuse (3) mit Kraft axial in den Gehäusedichtsitz gesteckt wird wobei bei diesem Vorgang die statische Dichtlippe (14) aussen zwischen Gehäuse(3) und Stützring(4) radial und gleichzeitig Formschlüssig verpresst wird. Die statische Dichtlippe(14) aussen ist dadurch unlösbar fest eingekammert. Dies bietet den Vorteil dass die Dichtung(2) aussen fest gehalten wird und kein teurer anvulkanisierter Versteifungsring benötigt wird. Die durchverpresste äußere Dichtlippe (14) weist somit eine höhere Dichtpressungskraft vor als die innere Dynamisch wirkende und bleibt gesichert bei verschiedenen Temperaturen und Exzentrizitäten der Welle(1) statisch fest.
• Diese Funktion hat auch den Vorteil dass der innere dynamische Dichtsitz und der äußere statische Dichtsitz voneinander getrennt dichten.
• Eine weitere Ausführung beschreibt dass das Dichtelement(2) bei zentrischer und exzentrischer Lage der dynamisch bewegten Welle(1) sowohl bei niedrigen Systemtemperaturen als auch im Hochtemperaturbereich verschleißarm dichten und bei Mediumdruck verstärkt an der Welle (1)anliegen soll.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die freibewegliche Verbindung (12) zwischen statischen(14) und dynamischen (11+15) Dichtkörper. Der dynamische Dichtungskörper(11+15) kann den exzentrischen Bewegungen der Welle(1) leichter folgen da der Verbindungssteg (12)im Vergleich zur Haupdichtlippe (11) und Sekundärdichtlippe (15)dünnwandig ausgeführt ist und beweglichen Freiraum bietet.
• Ferner ist es besonders Vorteilhaft dass der Stützring(4) im Bereich der Sekundärdichtlippe(15) zurückgesetzt ist und somit bei Systemdruckbeaufschlagung Freiraum (17) einer gewünschten Kippwirkung der Hauptdichtlippe(11) zur abdichtenden Welle(1) bei Systemdruckbeaufschlagung nach innen bietet. Der Stützring(4) bildet einen Drehpunkt wo der Dichtungskörper (18)aufliegt und bei Druckbeaufschlagung sich in Winkelbewegung nach innen zur abzudichtenden Welle(1) neigen kann und dadurch seine Dichtwirkung proportional zum Systemmediumdruck erhöht.
• Eine weitere Ausführung beschreibt dass die Gleitlagerführung der Welle(1) so nah wie möglich an der dynamischen Hauptdichtlippe Dichtelement(11) sitzen soll um den Winkelversatz sowie Exzentrizität der Welle(1) zu der dynamischen Hauptdichtlippe(11) innen so gering wie möglich zu halten.
• Dies wird gelöst durch die enge Verknüpfung von Stützkörper(4) und Dichtkörper(2). Der Stützkörper(4) kann so ausgeführt werden dass er am Gehäuse(3) eingestaucht wird und das Gleitlager der Drehschieberwelle(1) bilde und somit unmittelbar neben der Hauptdichtlippe(11) eine vorteilhafte Wellenführung erfolgt.
• Figurenliste
• Anhand der Zeichnung wird nachstehende Erfindung näher erläutert.
• 1 Die Erfindungsgemäße Einbausituation in einem Kühlmittelregelventil Gehäusekörper (3) und einer Drehschieberwelle (1) mit eingebauter Dichtung (2) bestehend aus Stützkörper (4) 2 und Dichtkörper (2) 3 sowie Gehäusedeckel (5) im Querschnitt dargestellt.
• 2 Im Querschnitt dargestellter Ringförmiger Stützring (4) aus Kunststoff oder Metall Stützring(4) dadurch gekennzeichnet das ein erhabener in die Dichtkontur hineinragend abgesetzter Stützkörper(6) der am aussendurchmesser einen keilförmig (5) vertieften Absatz zur Aufnahme der statischen Dichtlippe (14) sowie einer in den Dichtkörper hineinragender geraden Fläche (6) für die Dichtungsverbindungssteg(12) zur Auflage dient und nach innen abgesetzten geraden Absatz(7) Aufnahme der Sekundärdichtlippe(15) sowie einen stabilen Bodenkörper (10) der als Gleitlager und zur Vorzentrierung der Drehschieberwelle(1) dienen kann vorweist. Die geraden Flächen (8+9) am Stützkörper dienen zur Stabilisierung und Abstützung der Dichtlippen für den Montagevorgang und unter Systemdruckbeaufschlagung.
• 3 Im Querschnitt dargestellter Dichtkörper (2) mit Dreilippengeometrie gekennzeichnet durch einen Dichtung mit statisch wirkender keilförmig (14) ausgeführter Aussenlippe die je nach Montagerichtung sowohl nach oben oder nach unten ausgeführt sein kann sowie einem flachen nach oben hin abgesetzten Verbindungskörper(12) zur Anbindung der dynamisch wirkenden Hauptdichtlippe (11) die innen zur Medienseite zugewandt ist welche die Hauptdichtfunktion erfüllen sowie einer Sekundärlippe (15) die für Nebendichtfunktionen ausgebildet und zur Atmosphäre gerichtet ist.
• 4 Dichtkörper im Querschnitt dargestellt mit Dreilippengeometrie (2) verknüpft mit Stützkörper(4) im Querschnitt dargestellt im verknüpften Zustand. Gekennzeichnet dass die Keilformen der Dichtgeometrie und des Stützkörpers formschlüssig verhacken (16). Die Sekundärlippe (15) weist einen definierten Freiraum zum gerade abfallenden Stützkörperteil (7) auf wobei der Dichtungsverbindungskörper(12) in axialer Richtung frei beweglich liegt.
• 5 Dichtkörper im Querschnitt dargestellt mit Dreilippengeometrie (2) verknüpft mit Stützkörper(4) im Querschnitt dargestellt mit Hauptdichtlippe (11) zur Mediumseite und Aussenlippe (14) zur Atmosphäre für zweckmäßige Montagerichtung gerichtet.
• 6 Dichtkörper im Querschnitt dargestellt mit Dreilippengeometrie (2) verknüpft mit Stützkörper(4) im Querschnitt dargestellt mit Hauptdichtlippe (11) und Aussenlippe (14) zur Mediumseite für zweckmäßige Montagerichtung gerichtet.
• 7 Dichtkörper (22) gerade ohne Systemdruck dargestellt sowie Dichtkörper gekippt (21) unter Systemdruck dargestellt.
• Bezugszeichenliste

1

Welle

2

Dichtelement

3

Kühlmittelregelmodul Gehäuse

4

Stützring

5

Gehäuseverschlussdeckel

6

Abgesetzter Stützkörper

7

Gerader Absatz

8

Auflagefläche

9

Auflagefläche

10

Bodenkörper

11

Hauptdichtlippe dynamisch

12

Verbindungssteg

13

Statische Dichtlippe

14

Statische Dichtlippe

15

Sekundärdichtlippe

16

Keilförmiger Hinterschnitt

17

Freiraum für Sekundärlippe

18

Freiraum für Kippwirkung

19

Montagezentrierdurchmesser

20

Einführschräge Sekundärdichtlippe

21

Gekippter Zustand

22

Gerader Zustand

23

Zur Atmosphäre gerichtete Aussenlippe

24

Zum Medium gerichtete Aussenlippe

Claims (8)

1. Asymetrisches ringförmiges Dichtelement (2) welches mit einem ringförmigen Stützkörper(4) wahlweise aus Kunststoff oder Metall formschlüssig als Verbundteil verknüpft und in einem Kühlmittelregelmodul Gehäusesitz (3) statisch eingesteckt wird und eine Welle (1) dynamisch abdichtet dadurch gekennzeichnet dass die Dichtung (2) durch den Stützkörper(4) statisch verpresst und fest eingekammert wird und durch einen Verbindungssteg (12) verbundenen Hauptdichtlippe(11) mit Sekundärlippe(15) im dynamischen Dichtbereich an der Welle(1) anliegen und durch einen Hohlraum zwischen Sekundärlippe(15) und dem geraden Absatz (7)des Stützringes(4) bei Druckbeaufschlagung eine Kippwirkung zur Welle(1) hin bewirkt.
2. Dichtung (2) nach Anspruch 1 - die zuerst mit einem Stützkörper(4) keilförmig (16) verknüpft wird (4) - Dichtung (2) mit statisch wirkender keilförmig ausgeführter Aussenlippe (14) dadurch gekennzeichnet dass die Aussenlippe je nach Montagerichtung sowohl zur Medienseite 6 (24) gerichtet oder zur Atmospährenseite 5 (23) gerichtet ausgeführt sein kann und der keilförmigen Kontor am Stützring(4) nachgebildet ist.
3. Dichtung (2) nach Anspruch 1 - mit einem flachen nach oben hin abgesetzten Verbindungssteg (12) gekennzeichnet durch eine Verbindung zwischen der statischen Aussenlippe und der dynamisch radial wirkenden Hauptdichtlippe(11) sowie Sekundärlippe(15) welche nach innen zur Medienseite gerichtet sind. - und dieser Verbindungssteg(12) im Bereich des Hohlraumes (17) zwischen Sekundärlippe (15) und dem geraden Absatz des Stützringes(7) bei Druckbeaufschlagung nachgeben kann und eine Kippwirkung zur Welle(1) hin bewirkt.
4. Dichtung (2) nach Anspruch 1 mit einer radialwirkenden Sekundärlippe (15) die für Nebendichtfunktionen ausgebildet und zur Atmosphäre gerichtet ist.
5. Stützkörper(4) nach Anspruch 1 - der zur formschlüssigen Aufnahme und Vormontage der Dichtung(2) vorgesehen ist gekennzeichnet durch einen in der Mitte des Stützringes ringförmig erhaben abgesetzten Stützkörper(6) der am Außendurchmesser einen keilförmig(5) vertieften Absatz zur Aufnahme der statischen Dichtlippe(14) sowie nach innen zur Sekundärlippe(15) hin geraden Absatz (7) vorweist
6. Stützkörper(4) nach Anspruch 1 der mit einen stabilen Bodenkörper(10) ausgeführt ist der als Gleitlager der dynamisch bewegten Drehschieberwelle (1) dienen kann sowie Stützauflageflächen (8+9) für die Dichtung (2) besonders im druck beaufschlagtem Zustand im System bieten.
7. Verknüpfter Stützring(4) mit Dichtung (2) (4) nach Anspruch 1 dass das Dichtelement(2) mit Stützkörper(4) aus zwei Teilen aufgebaut ist und miteinander verknüpft wird und in diesem Zustand in das Gehäuse (3) eingesteckt wird.
8. die Drehschieberwelle in die ringförmige innere Dichtkontur eingeführt und durch die Dichtung(2) abgedichtet wird

Images