DE102020104045A1

DE102020104045A1 - Verfahren zur Bereitstellung einer Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Radlagereinheit und Dichtungsanordnung für eine Radlagereinheit

Info

Publication number: DE102020104045A1
Application number: DE102020104045.8A
Authority: DE
Inventors: Marc-André Schäfer; Andreas Kaiser; Ringo Koepke; Simon Braehler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Verfahren zur Bereitstellung einer Dichtungsanordnung (10, 10', 10") für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Trägerelements (11, 11', 11") mit zumindest einem Entlüftungsloch (13, 13', 13");
- Anordnen zumindest einer Klebeschicht (15, 15', 15") auf dem Trägerelement (11, 11', 11") zumindest im Bereich um das zumindest eine Entlüftungsloch (13, 13', 13");
- Anordnen zumindest eines Membranelements (14, 14', 14") auf der zumindest einen Klebeschicht (15, 15', 15"), derart, dass das zumindest eine Entlüftungsloch (13, 13', 13") durch das zumindest eine Membranelement (14, 14', 14") abgedeckt ist; und
- Aufvulkanisieren zumindest eines Dichtelements (16, 16', 16") auf das Trägerelement (11, 11', 11"), derart, dass das zumindest eine Dichtelement (16, 16', 16") teilweise auf dem zumindest einen Membranelement (14, 14', 14") angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, eine Dichtungsanordnung und eine Verwendung einer solchen Dichtungsanordnung in einer Radlagereinheit eines Fahrzeugs.
Dichtungsanordnungen für Radlagereinheiten sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Solche Dichtungsanordnungen kommen insbesondere in Radlagereinheiten für Kraftfahrzeuge und Lastkraftwagen zum Einsatz. Dichtungsanordnungen können dabei berührende oder nicht berührende Dichtelemente umfassen, wobei insbesondere bei Dichtungsanordnungen mit berührenden Dichtelementen die Reibung zwischen den Bauteilen und damit auch der Verschleiß der Dichtelemente zu beachten ist. Zudem kann sich im Betrieb einer solchen Dichtungsanordnung mit berührenden Dichtelement ein Unterdruck einstellen, der die Reibung zwischen den Bauteilen und damit den Verschleiß der Dichtelement erhöht.
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein Bedarf besteht, solche Dichtungsanordnungen für Radlagereinheiten weiter zu verbessern. Insbesondere besteht ein Bedarf einen Druckausgleich in der Dichtungsanordnung bereitzustellen, ohne das Schmutz oder Wasser in die Dichtungsanordnung eintreten kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Dichtungsanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Dichtungsanordnung bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Dichtungsanordnung bereitzustellen, bei der ein Druckausgleich in der Dichtungsanordnung bereitgestellt werden kann, ohne das Schmutz oder Wasser in die Dichtungsanordnung eintreten kann.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Dichtungsanordnung, insbesondere für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, umfasst zumindest die folgenden die Schritte:

- Bereitstellen eines Trägerelements mit zumindest einem Entlüftungsloch;
- Anordnen zumindest einer Klebeschicht auf dem Trägerelement zumindest im Bereich um das zumindest eine Entlüftungsloch;
- Anordnen zumindest eines Membranelements auf der zumindest einen Klebeschicht, derart, dass das zumindest eine Entlüftungsloch durch das zumindest eine Membranelement abgedeckt ist; und
- Aufvulkanisieren zumindest eines Dichtelements auf das Trägerelement, derart, dass das zumindest eine Dichtelement teilweise auf dem zumindest einen Membranelement angeordnet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Druckausgleich in der Dichtungsanordnung durch die Anordnung von entsprechenden Entlüftungslöchern bereitgestellt werden kann. Um nunmehr sicherzustellen, dass kein Schmutz und/oder Wasser durch das Entlüftungsloch in die Dichtungsanordnung gelangen kann, wird darüber hinaus vorgeschlagen, das Entlüftungsloch mittels eines entsprechend luftdurchlässigen Membranelements abzudecken. Allerdings ist dabei zu beachten, dass durch eine Klebeschicht keine ausreichende Befestigung des Membranelements bereitgestellt werden kann, da die Klebeverbindung in der Praxis häufig versagt. Es wird daher vorgeschlagen, zumindest ein Dichtelement derart auf das Trägerelement aufzuvulkanisieren, dass dieses zumindest teilweise auf dem Membranelement angeordnet ist und dass dadurch das Membranelement vom Dichtelement fixiert bzw. gehalten wird. Darüber hinaus wird vorschlagen, das Membranelement zunächst mittels einer Klebeschicht zu befestigen, um sicherzustellen, dass das Membranelement während des Vulkanisationsschrittes in einer gewünschten Position über dem Entlüftungsloch verbleibt. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der Begriff des Vulkanisierens vorliegend breit zu verstehen ist und jede Umsetzung eines Kautschukmaterials in ein Elastomermaterial umfasst. Vorzugsweise ist das zumindest eine Entlüftungsloch kreisförmig, schlitzförmig oder bananenförmig ausgebildet. Dabei ist eine Ausbildung als bananenförmiges Entlüftungsloch besonders bevorzugt, da dadurch der Materialeinsatz des darüber angeordneten Membranelements verringert werden kann, da sich bei einer solchen Form geringere Verschnitte ergeben. Dies gilt auch für ein vorzugsweise am Membranelement vorgesehene Stützvliesschicht, das bei einer solchen Form ebenfalls mit geringerem Verschnitt bereitgestellt werden kann.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die Klebeschicht und das Membranelement in einem Vorprozess vorgefertigt werden können, so dass die Klebeschicht und das Membranelement in einem Verfahrensschritt auf das Trägerelement aufgebracht werden können. Ein solcher Verbund von Membranelement und Klebeschicht kann beispielsweise als Rollengut bereitgestellt werden und derart in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt: Einlegen des Trägerelements mit dem auf der Klebeschicht angeordneten Membranelement in ein Vulkanisierungswerkzeug, derart, dass ein Teil des Vulkanisierungswerkzeugs auf das Membranelement drückt, wobei ein Randbereich des Membranelements nicht vom Vulkanisierungswerkzeug bedeckt/gedrückt wird und vorzugsweise auch ein Innenbereich des Membranelements nicht vom Vulkanisierungswerkzeug bedeckt/gedrückt wird. Durch einen solchen Randbereich kann sichergestellt werden, dass der nicht abgedeckte/gedrückte bzw. freie Randbereich am Membranelement durch das Dichtmaterial bedeckt werden kann, so dass das Membranelement formschlüssig vom Dichtmaterial umschlossen werden kann. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass der Randbereich eine Breite von 0,5 mm bis 2,0 mm und besonders bevorzugt von 1,0 mm bis 1,5 mm aufweist.
Vorteilhafterweise ist das zumindest eine Dichtelement aus einem Nitrilkautschuk (NBR) und/oder einem Fluor-Kautschuk (FKM) bereitgestellt, wobei zur Bildung des zumindest einen Dichtelements der Nitrilkautschuk (NBR) und/oder der Fluor-Kautschuk (FKM) vorzugsweise in das Vulkanisierungswerkzeug mit hohem Druck eingespritzt wird, wobei der Nitrilkautschuk (NBR) und/oder der Fluor-Kautschuk (FKM) vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 200 °C und 300 °C, besonders bevorzugt mit einer Temperatur zwischen 220 °C und 250 °C in das Vulkanisierungswerkzeug eingespritzt wird.
Vorteilhafterweise ist am zumindest einen Membranelement zumindest eine Trägerschicht, vorzugsweise aus einem Polytetrafluorethylen-Werkstoff (PTFE), und/oder eine Stützvliesschicht angeordnet. Schließlich ist es bevorzugt, dass die Stützvliesschicht nur im Randbereich auf dem bzw. an dem Membranelement angeordnet ist und vorzugsweise eine Form aufweist, die der Form des Membranelements entspricht. Insbesondere die Anordnung einer Stützvliesschicht ist besonders bevorzugt, da dadurch die Verbindung mit dem Dichtmaterial verbessert werden kann.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Dichtungsanordnung für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, umfassend: zumindest ein Trägerelement mit zumindest einem Entlüftungsloch; zumindest ein am Trägerelement angeordnetes Dichtelement, zumindest ein Membranelement, das über dem Entlüftungsloch angeordnet ist; wobei das Dichtelement zumindest teilweise derart auf dem Membranelement angeordnet ist, dass das Membranelement durch das Dichtelement fixiert/gehalten ist. Hinsichtlich der weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird auf obige Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die ebenfalls hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung unmittelbar oder mittelbar gelten.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Dichtungsanordnung die durch ein oben beschriebenes Verfahren bereitgestellt wurde. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer oben beschriebenen Dichtungsanordnung in einer Radlagereinheit eines Fahrzeugs.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, dem Ausführungsbeispiel und den Figuren. Darin zeigt:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs;
2 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs;
3 eine schematische Querschnittsansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs; und
4 ein Trägerelement mit mehreren Membranelementen.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 10 für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs.
Die Dichtungsanordnung 10 umfasst dabei ein erstes Trägerelement 11, beispielsweise in Form eines Blechrings 11, und ein zweites Trägerelement 12.
Im ersten Trägerelement 11 ist zumindest ein Entlüftungsloch 13 vorgesehen, um einen Druckausgleich in der Dichtungsanordnung 10 bereitzustellen. Oberhalb des Entlüftungslochs 13 ist ein luftdurchlässiges Membranelement 14 vorgesehen, um zu verhindern, dass Schmutz oder Wasser in die Dichtungsanordnung 10 eintreten kann. Unterhalb des Membranelements 14 ist eine Klebeschicht 15 vorgesehen, die das Membranelement 14, insbesondere während der Fertigung, in einer Position über dem Entlüftungsloch 13 hält. Ferner ist am ersten Trägerelement 11 zumindest ein Dichtelement 16 vorgesehen, das zur Dichtung beispielsweise Dichtlippen 17 und/oder Bereiche zur Ausbildung eines Labyrinth-Dichtbereichs 18 umfassen kann.
Wie in 1 gut zu erkennen ist, reicht das Dichtelement 16 bis oberhalb des Randbereichs des Membranelements 14, sodass das Dichtelement 16 das Membranelement 14 formschlüssig umfasst und dadurch fixiert.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 10' für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs. Die in 2 gezeigte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 1 gezeigten Ausführungsform, so dass hinsichtlich der Erläuterungen nach oben verwiesen wird. Im Unterschied zum in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Ausführungsbeispiel in 2 zusätzlich eine Trägerschicht 19', auf der das Membranelement 14' angeordnet ist. Die Trägerschicht 19' dient dabei zur strukturellen Stabilisierung des Membranelements 14'. Vorzugsweise wird die Trägerschicht 19' dabei aus einem Polytetrafluorethylen-Werkstoff (PTFE) bereitgestellt.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 10" für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs. Die in 3 gezeigte Ausführungsform entspricht wiederum im Wesentlichen der in 1 gezeigten Ausführungsform, so dass hinsichtlich der Erläuterungen wiederum nach oben verwiesen wird. Im Unterschied zum in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Ausführungsbeispiel in 3 zusätzlich eine Stützvliesschicht 20", auf der das Membranelement 14' angeordnet ist. Die Stützvliesschicht 20" dient dabei wiederrum zur strukturellen Stabilisierung des Membranelements 14". Zudem kann durch die Stützvliesschicht 20" die Verbindung mit dem Dichtmaterial verbessert werden, insbesondere im Vergleich zu einer aus einer aus einem Polytetrafluorethylen-Werkstoff (PTFE) bereitgestellten Trägerschicht 19'.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Verfahren zur Bereitstellung einer in den Figuren gezeigten Dichtungsanordnung 10, 10', 10" erläutert:

In einem ersten Schritt wird das Trägerelement 10 mit zumindest einem Entlüftungsloch 15 bereitgestellt. Das Trägerelement 10 kann dabei den in Figur gezeigten Querschnitt aufweisen oder auch eine andere Querschnittsform aufweisen. Das Entlüftungsloch 15 kann dabei in Draufsicht gesehen kreisförmig, schlitzförmig oder bananenförmig ausgebildet sein.

Anschließend wird die Klebeschicht 15 auf das Trägerelement 11 im Bereich um das Entlüftungsloch 13 aufgetragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Klebeschicht auch auf das Membranelement 14 aufgebracht werden. Entscheidend ist dabei lediglich, dass das Membranelement 14 während der Fertigung in einer gewünschten Position gehalten werden kann.
Daran anschließend wird das Membranelement 14 oberhalb des Entlüftungslochs 13 angeordnet und ggf. auf die Klebeschicht 15 gedrückt. Dieser Zustand ist in 4 gezeigt, wobei das Trägerelement 11 als Blechring 11 ausgeführt ist und in dieser gezeigten Ausführungsform vier Entlüftungslöcher 13 umfasst.
Das in 4 gezeigte Halbstück wird anschließend entsprechend ausgerichtet in ein Vulkanisierungswerkzeug eingelegt und ein Teil des Vulkanisierungswerkzeugs kann ringförmig auf das Membranelement 14 drücken, wobei ein Randbereich von etwa 1,0 mm bis 1,5 mm und vorzugsweise auch ein Innenbereich freigelassen wird. Die Klebeschicht hält das Membranelement 14 dabei in Position. Zusätzlich wirkt die Anpresskraft des ringförmigen Teils des Vulkanisationswerkzeuges stabilisierend, so dass das Membranelement nicht vom heißen Dichtungsmaterial weggespült wird.
Zur Bildung des Dichtelements 16 wird anschließend unter Druck ein Dichtungsmaterial, vorzugsweise ein Nitrilkautschuk (NBR) oder ein Fluor-Kautschuk (FKM), unter hohem Druck und einer Temperatur vorzugsweise zwischen 220 °C und 250 °C eingespritzt. Nachdem das Dichtmaterial abgekühlt ist, umschließt dieses das Membranelement 14 im Randbereich formschlüssig und sichert dieses in einer Position über dem Entlüftungsloch 13.
Zusätzlich kann am Membranelement 16, 16', 16" auch eine Trägerschicht 19' (vgl. 2), vorzugsweise aus einem Polytetrafluorethylen-Werkstoff (PTFE), oder eine Stützvliesschicht 20" (vgl. 3) angeordnet sein. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Stützvliesschicht 20" nur im Randbereich des Membranelements 14" vorgesehen ist und eine Form aufweist, die der Form des Membranelements 14" entspricht.
Die vorliegende Erfindung ist dabei allerdings nicht auf das vorhergehend bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine konkrete Geometrie der Dichtelemente und/oder auf eine konkrete Geometrie der Ringelemente beschränkt. Die 1 bis 3 zeigen dabei Dichtungsanordnungen 10, 10', 10" mit Querschnittsgeometrien der Trägerelemente 11, 12 und der Dichtelemente 16, wie sie typischerweise in Personenkraftwagen eingesetzt werden. Soweit erfindungsgemäße Dichtungsanordnungen für Lastkraftwagen eingesetzt werden, werden typischerweise andere Querschnittsgeometrien der Trägerelemente und der Dichtelemente vorgesehen. Beispielsweise können diese zusätzliche oder andere Dichtlippen bzw. Dichtelemente umfassen
Bezugszeichenliste

10, 10', 10'': Dichtungsanordnung
11, 11', 11'': erstes Trägerelement
12, 12', 12'': zweites Trägerelement
13, 13', 13'': Entlüftungsloch
14, 14', 14'': Membranelement
15, 15', 15'': Klebeschicht
16, 16', 16'': Dichtelement
17, 17', 17'': Dichtlippe
18, 18', 18'': Labyrinth-Dichtung
19': Trägerschicht
20'': Stützvliesschicht

Claims

Verfahren zur Bereitstellung einer Dichtungsanordnung (10, 10', 10"), insbesondere für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Trägerelements (11, 11', 11'') mit zumindest einem Entlüftungsloch (13, 13', 13"); - Anordnen zumindest einer Klebeschicht (15, 15', 15") auf dem Trägerelement (11, 11', 11") zumindest im Bereich um das zumindest eine Entlüftungsloch (13, 13', 13"); - Anordnen zumindest eines Membranelements (14, 14', 14") auf der zumindest einen Klebeschicht (15, 15', 15"), derart, dass das zumindest eine Entlüftungsloch (13, 13', 13") durch das zumindest eine Membranelement (14, 14', 14") abgedeckt ist; und - Aufvulkanisieren zumindest eines Dichtelements (16, 16', 16") auf das Trägerelement (11, 11', 11"), derart, dass das zumindest eine Dichtelement (16, 16', 16") teilweise auf dem zumindest einen Membranelement (14, 14', 14") angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt umfasst: Einlegen des Trägerelements (11, 11', 11") mit dem auf der Klebeschicht (15, 15', 15") angeordneten Membranelement (14, 14', 14") in ein Vulkanisierungswerkzeug, derart, dass ein Teil des Vulkanisierungswerkzeugs auf das Membranelement (14, 14', 14") drückt, wobei ein Randbereich des Membranelements (14, 14', 14") nicht vom Vulkanisierungswerkzeug gedrückt wird und vorzugsweise auch ein Innenbereich des Membranelements (14, 14', 14") nicht vom Vulkanisierungswerkzeug gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Randbereich eine Breite von 0,5 mm bis 2,0 mm und bevorzugt von 1,0 mm bis 1,5 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Dichtelement (16, 16', 16") aus einem Nitrilkautschuk (NBR) und/oder einem Fluor-Kautschuk (FKM) bereitgestellt ist, wobei zur Bildung des zumindest einen Dichtelements (16, 16', 16") der Nitrilkautschuk (NBR) und/oder der Fluor-Kautschuk (FKM) vorzugsweise in das Vulkanisierungswerkzeug eingespritzt wird, wobei der Nitrilkautschuk (NBR) und/oder der Fluor-Kautschuk (FKM) vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen 200 °C und 300 °C, besonders bevorzugt mit einer Temperatur zwischen 220 °C und 250 °C in das Vulkanisierungswerkzeug eingespritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Entlüftungsloch (13, 13', 13") kreisförmig, schlitzförmig oder bananenförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am zumindest einen Membranelement (14, 14', 14") zumindest eine Trägerschicht (19'), vorzugsweise aus einem Polytetrafluorethylen-Werkstoff (PTFE), und/oder eine Stützvliesschicht (20") angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Stützvliesschicht (20") im Randbereich des Membranelements (14, 14', 14") auf diesem angeordnet ist und vorzugsweise eine Form aufweist, die der Form des Membranelements (14, 14', 14") entspricht.
Dichtungsanordnung (10, 10', 10") für eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, umfassend: zumindest ein Trägerelement (11, 11', 11") mit zumindest einem Entlüftungsloch (13, 13', 13"); zumindest ein am Trägerelement (11, 11', 11") angeordnetes Dichtelement (16, 16', 16"), zumindest ein Membranelement (14, 14', 14"), das über dem Entlüftungsloch (13, 13', 13") angeordnet ist; wobei das Dichtelement (16, 16', 16") zumindest teilweise derart auf dem Membranelement (14, 14', 14") angeordnet ist, dass das Membranelement (14, 14', 14") durch das Dichtelement (16, 16', 16") fixiert ist.
Dichtungsanordnung (10, 10', 10") bereitgestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung einer Dichtungsanordnung (10, 10', 10") nach Anspruch 8 oder Anspruch 9 in einer Radlagereinheit eines Fahrzeugs.