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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Radialdichtring für durchmessergroße Anwendungen, mit einem näherungsweise hohlzylindrischen und zu seiner geometrischen Längsmittelachse rotationssymmetrischen Grundkörper mit wenigstens einer daran integral ausgebildeten elastomeren Dichtlippe, wobei die Dichtlippe eine in Richtung zum Grundkörper offene Ringnut aufweist, in der eine aus einem metallischen Draht wendelförmig gewickelte Zugfeder aufgenommen ist, wobei die Dichtlippe mittels der Zugfeder zur Erzielung der gewünschten Abdichtungswirkung radial einwärts federnd-elastisch vorgespannt ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Wälzlager mit einem Durchmesser von beispielsweise mehr als 0,5 Metern werden als Rotorlager in Windkraftanlagen genutzt. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, derartige Großwälzlager zum Beispiel mittels Radialdichtringe beziehungsweise Radialwellendichtringe abzudichten, so dass insbesondere fließfähige Schmierstoffe nicht aus dem Lagergehäuse in die Umgebung und umgekehrt keine Fluide oder Fremdpartikel aus der Umgebung in das Lagergehäuse eindringen können. Durch den Einsatz von Radialdichtringen lässt sich die Gebrauchsdauer von Großwälzlagern beträchtlich erhöhen und zugleich deren Wartungsbedarf gering halten. Zum groben Spritz- und Staubschutz verwendet man darüber hinaus Axialwellendichtringe.
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Zum definierten Andrücken der Dichtlippe eines durchmessergroßen Radialwellendichtrings an eine Welle wird in der Regel eine in den Radialdichtring eingelegte und sich über dessen vollen Umfang erstreckende Zugfeder verwendet. Bei Großwälzlagern kommen zur Abdichtung insbesondere solche Radialdichtringe zum Einsatz, deren Dichtlippe mittels einer Zugfeder mit einer im Idealfall umfangsseitig konstanten sowie radial einwärts gerichteten definierten Radialkraft gegen eine abzudichtende Welle zur Anlage gebracht wird. Vielfach kommt es jedoch aufgrund von punktuell zu niedrigen Radialkräften zu Leckagen und Undichtigkeiten. Dies liegt daran, dass die Zugfeder bei deren Montage bedingt durch eine vergleichsweise hohe Reibung zwischen dem Elastomer der Dichtlippe und dem Federstahl der Zugfeder in Umfangsrichtung des Radialdichtrings nicht richtig innerhalb der Dichtlippe positioniert werden kann beziehungsweise nicht selbsttätig in die richtige Umfangsposition hineinrutscht. Daher liegen zur Erzielung optimaler Abdichtungsergebnisse keine gleichmäßig verteilten Radialkräfte vor.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Radialdichtring für durchmessergroße Applikationen mit einer optimierten Abdichtungswirkung vorzustellen.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einem die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisenden Radialdichtring erreicht. Vorteilhafte Varianten davon sowie Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Demnach betrifft die Erfindung einen Radialdichtring für durchmessergroße Anwendungen, mit einem näherungsweise hohlzylindrischen und zu seiner geometrischen Längsmittelachse rotationssymmetrischen Grundkörper mit wenigstens einer daran integral ausgebildeten elastomeren Dichtlippe, wobei die Dichtlippe eine in Richtung zum Grundkörper offene Ringnut aufweist, in der eine aus einem metallischen Draht wendelförmig gewickelte Zugfeder aufgenommen ist, wobei die Dichtlippe mittels der Zugfeder zur Erzielung der gewünschten Abdichtungswirkung radial einwärts federnd-elastisch vorgespannt ist.
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Gemäß der Erfindung ist bei diesem Radialdichtring außerdem vorgesehen, dass die Zugfeder reibungsmindernd ausgebildet und/oder reibungsmindernd in der Ringnut angeordnet ist. Hierdurch ist bei der Montage und während des Betriebs des Radialdichtrings eine ordnungsgemäße umfangsseitige Positionierung der Zugfeder in der Ringnut der Dichtlippe gewährleistet. Infolgedessen wirken umfangsseitig weitestgehend konstante und gleiche sowie und radial einwärts gerichtete Radialkräfte auf die Dichtlippe ein, die eine dauerhaft optimale Abdichtungswirkung des Radialdichtrings bewirken.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung dieses Radialdichtrings ist vorgesehen, dass der Draht der Zugfeder zumindest abschnittweise eine mit einem reibungsmindernden Kunststoff gebildete Beschichtung aufweist. Infolgedessen ist eine sehr kostengünstige und fertigungstechnisch einfach zu realisierende reibungsmindernde Ausrüstung der Zugfeder möglich. Die Beschichtung kann hierbei vor oder nach dem Wickeln der Zugfeder auf den Draht aufgebracht werden.
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Bevorzugt ist der reibungsmindernde Kunststoff mit oder aus Polytetrafluorethylen gebildet. Hierdurch ist die Realisierung einer besonders temperatur- und chemikalienbeständigen Beschichtung gegeben, die zugleich äußerst geringe Reibungswerte ermöglicht. Alternativ dazu können auch andere reibungsarme Kunststoffe, wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen oder graphitgefüllte Polyamide Verwendung finden.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zugfeder zumindest abschnittweise in einer mit einem reibungsmindernden Kunststoff gebildeten Ummantelung angeordnet ist. Hierdurch ist die Verwendung einer konstruktiv sowie fertigungstechnisch unveränderten Standard-Zugfeder für den Radialdichtring möglich, welche einfach in die vorbereitete, bevorzugt schlauchartige Ummantelung eingezogen oder eingelegt wird. Alternativ dazu kann die Zugfeder zur Schaffung der Ummantelung auch spiralförmig mit einem Band geeigneter Breite aus einem reibungsmindernden Kunststoff umwickelt beziehungsweise bandagiert werden.
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Bei einer technisch vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Ummantelung der Zugfeder aus einem zu einem Torus gebogenen Schlauch besteht, in dem die Zugfeder angeordnet ist. Hierdurch ist eine vollständige, allseitige Umhüllung der Zugfeder gewährleistet.
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Bevorzugt ist ein Außendurchmesser der Zugfeder zumindest geringfügig kleiner als ein Innendurchmesser des Schlauches. Infolge des so gegebenen zumindest geringfügigen Radialspiels sind bei der Montage sowie im Betrieb des Radialdichtrings zumindest geringfügige umfangsseitige Verschiebebewegungen der Zugfeder innerhalb des zu einem Torus gebogenen beziehungsweise in sich zurück gekrümmten Schlauches zur Gewährleistung von umfangsseitig gleichmäßigen Radialkräften möglich.
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Hierbei ist es günstig, wenn vorgesehen ist, dass ein erstes Ende und ein zweites Ende des Schlauches einander überlappen oder zumindest spaltfrei aneinanderstoßen. Hierdurch ist eine im Idealfall vollständige Bedeckung der Zugfeder durch den reibungsmindernden Schlauch gewährleistet. Um ein Überlappen beziehungsweise ein koaxiales Ineinanderstecken der beiden Enden des Schlauches zu erleichtern, können an mindestens einem Ende umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandete und an jeweiligen Enden offene Axialschlitze vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist eine Wandstärke des Schlauches klein im Vergleich zu dessen Innendurchmesser bemessen. Hierdurch werden ein Knicken beziehungsweise eine Faltenbildung des zum Torus gebogenen Schlauches weitgehend vermieden. Darüber hinaus kann die Geometrie der Ringnut des Radialdichtrings unbeschadet der Ummantelung der Zugfeder mit dem Schlauch unverändert bleiben.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Schlauch mit oder aus einem reibungsmindernden Kunststoff gebildet. Hierdurch können sich der Schlauch in der Ringnut der Dichtlippe und/oder die Zugfeder innerhalb des Schlauches zur Erzielung einer optimalen Abdichtungswirkung des Radialdichtrings in Umfangsrichtung leicht beziehungsweise unter einer lediglich geringen äußeren Krafteinwirkung verschieben.
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Vorzugsweise ist der reibungsmindernde Kunststoff insbesondere mit oder aus einem Polytetrafluorethylen gebildet. Durch den Einsatz von insbesondere Polytetrafluorethylen (Teflon®) ist eine besonders reibungsarme sowie zugleich extrem temperatur- und chemikalienbeständige reibungsmindernde Ummantelung der Zugfeder realisierbar.
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Figurenliste
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Der erfindungsgemäß ausgebildete Radialdichtring wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 einen perspektivischen Teilquerschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radialdichtrings,
- 2 eine stark vergrößerte perspektivische Teilansicht der Zugfeder des erfindungsgemäßen Radialdichtrings gemäß 1,
- 3 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radialdichtrings, und
- 4 eine schematische Darstellung von umfangsseitig konstanten Radialkräften der beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radialdichtringe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der in 1 dargestellte Radialdichtring 10 für durchmessergroße Anwendungen, wie zum Beispiel Rotorlager in Windkraftanlagen oder dergleichen, weist unter anderem einen zu seiner geometrischen Längsmittelachse 12 rotationssymmetrischen sowie näherungsweise hohlzylindrischen Grundkörper 14 auf. Mittels des Grundkörpers 14 ist der Radialdichtring 10 in einem nicht dargestellten Maschinenteil, wie zum Beispiel einer Gehäusebohrung, befestigbar. Der ringförmige Grundkörper 14 verfügt über eine kreisringförmige erste Stirnfläche 16, eine kreisringförmige zweite Stirnfläche 18, eine zylindrische Innenmantelfläche 20 sowie eine zylindrische Außenmantelfläche 22. In einem Einbauzustand des Radialdichtrings 10 liegt die zylindrische Außenmantelfläche 22 beispielsweise leicht pressschlüssig an der Gehäusebohrung des nicht eingezeichneten Maschinenteils an.
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In einem Übergangsbereich 24 zwischen der Innenmantelfläche 20 und der zweiten Stirnfläche 18 ist eine Dichtlippe 30 integral am Grundkörper 14 ausgebildet. Der Übergangsbereich 24 ist hierbei bereichsweise nach Art eines Filmgelenks 26 mit einer bereichsweise reduzierten Materialstärke ausgeführt. Der Grundkörper 14 sowie die Dichtlippe 30 des Radialdichtrings 10 sind jeweils aus einem elastomeren Kunststoff gebildet. Sowohl für den Grundkörper 14 als auch für die Dichtlippe 30 und/oder den Übergangsbereich 24 kann hierbei jeweils derselbe elastomere Kunststoff zum Einsatz kommen. Alternativ dazu können der Grundkörper 14, der Übergangsbereich 24 und die Dichtlippe 30 auch mit zwei oder mehr unterschiedlichen elastomeren oder nicht elastomeren Kunststoffarten geformt sein, die in einer solchen Konstellation dann unterschiedliche physikalischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Elastizität und mechanische Festigkeit, aufweisen.
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Zwischen der Dichtlippe 30 und dem Grundkörper 14 ist ferner ein schmaler umlaufender Radialspalt 32 ausgebildet, um eine zumindest geringfügige radial einwärts oder radial auswärts gerichtete, federnd-elastische Bewegung der Dichtlippe 30 in Bezug zu dem Grundkörper 14 des Radialdichtrings 10 zu ermöglichen. Mittels der Dichtlippe 30 erfolgt eine Abdichtung zwischen einer Druck- bzw. Flüssigkeitsseite 34 gegenüber einer Luftseite 36 beziehungsweise der äußeren, unter Normaldruck stehenden Umgebung.
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In der Dichtlippe 30 ist ferner eine umlaufende, radial auswärts offene Ringnut 40 mit einer annähernd dreiviertelkreisförmigen oder hohlkehlartigen Querschnittsgeometrie zur Aufnahme einer ringförmigen Zugfeder 44 ausgeformt. Die Zugfeder 44 ist mit einem um die Umfangsrichtung 42 eng gewendelten metallischen Draht 46 realisiert, der bevorzugt aus einem hochelastischen Federstahl hergestellt ist. Dieser Draht 46 verfügt über eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsgeometrie.
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Durch die Kraftwirkung der Zugfeder 44 wird eine Dichtkante 48 der Dichtlippe 30 zur Gewährleistung der gewünschten hermetischen Abdichtungswirkung mit in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten sowie radial einwärts, also in Richtung der Längsmittelachse 12 weisenden und gleichgroßen mechanischen Radialkräften FR gegen ein weiteres, zeichnerisch nicht dargestelltes, in der Regel rotierendes Maschinenteil, wie zum Beispiel eine Welle oder dergleichen, mit definierter Kraftwirkung angepresst.
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Gemäß dieser in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist der Draht 46 der Zugfeder 44 zumindest abschnittweise mit einer Beschichtung 50 versehen, die mit oder aus einem möglichst stark reibungsmindernden Kunststoff, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (Teflon®) gebildet ist. Aufgrund dieser reibungsmindernden Beschichtung 50 der Zugfeder 44 kann sich diese bei der Montage des Radialdichtrings 10 und/oder während des Betriebs des Radialdichtrings 10 leichtgängig innerhalb der Ringnut 40 der Dichtlippe 30 in Umfangsrichtung 42 verschieben. Hieraus ergibt sich in Umfangsrichtung 42 des Radialdichtrings eine vollständig gleichmäßige Verteilung der Radialkräfte FR und damit eine dauerhaft optimale Abdichtungswirkung. Das bei nicht reibungsgeminderten, rein metallischen Zugfedern ansonsten bei der Montage oder im Betrieb des Radialdichtrings innerhalb dessen Ringnut 40 auftretende, leckageträchtige umfangsseitige Blockieren aufgrund einer Haftreibung zwischen dem blanken Federstahl der Zugfeder und dem elastomeren Kunststoff der Ringnut 40 der Dichtlippe 30 wird zuverlässig vermieden.
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Die 2 zeigt eine stark vergrößerte perspektivische Teilansicht der Zugfeder 44 des Radialdichtrings gemäß 1. Die ringförmige Zugfeder 44 ist erkennbar mit einem in Umfangsrichtung 42 eng, das heißt praktisch zwischenraumfrei gewendelten Draht 46 aus einem hochelastischen Federstahl gebildet, der hier lediglich exemplarisch durchgehend mit der dünnen Beschichtung 50 versehen ist. Die Beschichtung 50 ist hierbei mit oder aus einem möglichst stark reibungsmindernden Kunststoff, wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen (Teflon®) oder einem vergleichbaren thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoff gebildet.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Radialdichtrings 60. Dieser Radialdichtring 60 weist ebenfalls einen zu seiner geometrischen Längsmittelachse 12 rotationssymmetrischen Grundkörper 62 mit einer radial innen daran flexibel und integral ausgebildeten Dichtlippe 64 auf, wobei zwischen der Dichtlippe 64 und dem Grundkörper 62 ein umlaufender Radialspalt 66 vorhanden ist. In einer Ringnut 68 der Dichtlippe 64 liegt ebenfalls eine torusförmige Zugfeder 72 zur radial einwärts gerichteten mechanischen Vorspannung der Dichtlippe 64. Die Zugfeder 72 ist aus einem in Umfangsrichtung 42 eng, das heißt weitgehend zwischenraumfrei gewendelten Draht 74 aus einem hochelastischen Federstahl oder dergleichen gebildet. Die konstruktive Ausführung dieser zweiten Ausführungsform des Radialdichtrings 60 ist insoweit vollkommen identisch mit der Ausgestaltung der ersten Ausführungsform des Radialdichtrings gemäß 1.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsform des Radialdichtrings 10 gemäß 1 ist die Zugfeder 72 des Radialdichtrings 60 hier jedoch vollständig innerhalb einer wiederum mit oder aus einem reibungsmindernden Kunststoff gebildeten Ummantelung 80 angeordnet. Alternativ dazu kann die Ummantelung 80 die Zugfeder 72 auch nur abschnittsweise bedecken. Die Ummantelung 80 der Zugfeder 72 ist durch einen anfänglich hohlzylindrischen Schlauch 82 realisiert, der zu einem die Zugfeder 72 vollständig einhüllenden Torus 84 in sich rundgebogen ist.
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Als reibungsmindernder Kunststoff für die Ummantelung 80 kommen dieselben Kunststoffe wie im Fall der Beschichtung der Zugfeder 44 der ersten Ausführungsform des Radialdichtrings 10 gemäß 1, also insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE®) etc. in Betracht. Die hier lediglich beispielhaft vollständig innerhalb der torusförmigen Ummantelung 80 angeordnete beziehungsweise eingeschobene Zugfeder 72 ist analog zur ersten Ausführungsform des Radialdichtrings 10 gemäß 1 in die umlaufende Ringnut 68 des Grundkörpers 62 der zweiten Ausführungsform des Radialdichtrings 60 eingesetzt.
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Der Außendurchmesser DA der Zugfeder 72 ist zumindest geringfügig kleiner bemessen als ein Innendurchmesser DI des den Torus 84 und damit die Ummantelung 80 ausbildenden Schlauchs 82, in den die Zugfeder 72 eingezogen ist. Außerdem ist die Wandstärke W des Schlauches 82 möglichst klein im Verhältnis zu dessen Innendurchmesser DI bemessen, um eine möglichst faltenbeziehungsweise knickfreie Ummantelung 80 für die Zugfeder 72 zu schaffen. Zugleich kann die ummantelte Zugfeder 72 hierdurch ohne die Notwendigkeit einer Geometrieanpassung der Ringnut 68, insbesondere in Form einer Querschnittsvergrößerung, problemlos in diese eingesetzt werden.
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Ein erstes Ende 86 und ein zweites Ende 88 des torusförmig gekrümmten Schlauches 82 können wie hier dargestellt einander überlappend, das heißt umfangsseitig geringfügig koaxial ineinander geschoben sein oder Stoß auf Stoß und hierbei im Idealfall spaltfrei positioniert sein. Um das Ineinanderschieben der beiden Enden 86, 88 des torusförmig gebogenen Schlauches 82 bei der Montage der zweiten Ausführungsform des Radialdichtrings 60 zu erleichtern, können an mindestens einem der Enden 86, 88 des Schlauchs 82 mehrere nicht dargestellte, jeweils zum Ende hin offene, axiale Schlitze vorgesehen sein, die umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandet in das mindestens eine Ende 86, 88 des Schlauchs 82 eingebracht sind.
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4 zeigt eine schematische Darstellung von umfangsseitig konstanten Radialkräften FR bei beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Radialdichtringe 10, 60. Die reibungsmindernd beschichtete oder reibungsmindernd angeordnete Zugfeder 44, 72 der rotationssymmetrisch zu der Längsmittelachse 12 aufgebauten Radialdichtringe 10, 60 gewährleisteten in der Umfangsrichtung 42 gleich große, radial einwärts gerichtete Radialkräfte FR beziehungsweise eine über den Umfang des Radialdichtrings 10, 60 annähernd konstante Radialkraftverteilung, welches zu einer dauerhaft nahezu optimalen Abdichtungswirkung der Radialdichtringe 10, 60 führt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Radialdichtring
- 12
- Längsmittelachse
- 14
- Grundkörper des Radialdichtrings
- 16
- Erste Stirnfläche des Radialdichtrings
- 18
- Zweite Stirnfläche des Radialdichtrings
- 20
- Innenmantelfläche des Radialdichtrings
- 22
- Außenmantelfläche des Radialdichtrings
- 24
- Übergangsbereich des Radialdichtrings
- 26
- Filmgelenk des Radialdichtrings
- 30
- Dichtlippe des Radialdichtrings
- 32
- Umlaufender Radialspalt am Radialdichtring
- 34
- Druckseite des Radialdichtrings
- 36
- Luftseite des Radialdichtrings
- 40
- Ringnut in der Dichtlippe
- 42
- Umfangsrichtung
- 44
- Beschichtete Zugfeder
- 46
- Draht
- 48
- Dichtkante des Radialdichtrings
- 50
- Beschichtung
- 60
- Radialdichtring
- 62
- Grundkörper
- 64
- Dichtlippe
- 66
- Umlaufender Radialspalt
- 68
- Ringnut
- 72
- Ummantelte Zugfeder
- 74
- Draht
- 80
- Ummantelung
- 82
- Schlauch
- 84
- Torus
- 86
- Erstes Ende des Schlauchs
- 88
- Zweites Ende des Schlauchs
- FR
- Radialkraft
- DA
- Außendurchmesser der Zugfeder
- DI
- Innendurchmesser des Schlauches
- W
- Wandstärke des Schlauches
