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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Dichtring und eine Dichtungsanordnung, die einen solchen Dichtring umfasst.
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Der Dichtring umfasst zumindest eine Hauptdichtlippe und zumindest eine Schmutzdichtlippe, die mit axialem Abstand benachbart zur Hauptdichtlippe angeordnet ist, wobei die Schmutzdichtlippe einen ersten Träger aus elastomeren Werkstoff umfasst, auf dem eine reibungsverringernde Oberflächenbelegung angeordnet ist.
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Die Dichtungsanordnung umfasst ein erstes Maschinenelement, ein zweites Maschinenelement und einen Dichtring, wie zuvor beschrieben, wobei das zweite Maschinenelement das erste Maschinenelement mit radialem Abstand außenumfangsseitig umschließt und wobei in dem durch den Abstand gebildeten Spalt der Dichtring angeordnet ist, der das erste Maschinenelement mit seiner Hauptdichtlippe dichtend umschließt.
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Stand der Technik
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Ein solcher Dichtring und eine solche Dichtungsanordnung sind allgemein bekannt, zum Beispiel aus der
DE 10 2017 004 871 B3 .
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Nach seiner Herstellung wird der vorbekannte Dichtring auf einer Montageschutzhülse montiert, um die Hauptdichtlippe während der Lagerung oder des Transports des Dichtrings oder wenn ein abzudichtendes Maschinenelement zur Herstellung der Dichtungsanordnung durch den Dichtring hindurchgeschoben wird, vor Beschädigungen zu schützen.
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Während der Montage des Dichtrings mit einem abzudichtenden Maschinenelement, zum Beispiel einer Welle, schützt die Montageschutzhülse die Hauptdichtlippe vor Beschädigungen durch scharfkantige Übergänge oder scharfkantige Profile der Welle, insbesondere dann, wenn die Welle Vielzahn- oder Keilnutprofile aufweist. Nach der Montage wird die Montageschutzhülse aus dem Dichtring entfernt, und die Dichtlippe umschließt dann die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements unter radialer Vorspannung dichtend.
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Ein offenbartes erstes Ausführungsbeispiel eines Dichtrings umfasst zwei Schmutzdichtlippen, die der Hauptdichtlippe axial in Richtung Umgebung vorgeschaltet sind. Die beiden Schmutzdichtlippen und die Hauptdichtlippe sind einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet und bestehen aus demselben elastomeren Werkstoff.
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In einem offenbarten zweiten Ausführungsbeispiel ist ein abweichend gestalteter Dichtring offenbart. Bei diesem Dichtring gelangt nur eine Schmutzdichtlippe zur Anwendung, wobei diese Schmutzdichtlippe aus einem polymeren Werkstoff besteht.
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Zur Herstellung einer Dichtungsanordnung, in der der zuvor beschriebene Dichtring zur Anwendung gelangt, wird die Montageschutzhülse in Montagerichtung in den Dichtring eingeschoben und die zunächst kreisringförmig und sich radial nach innen erstreckend ausgebildete Schmutzdichtlippe im Bereich ihres Innenumfangs axial in Richtung der Hauptdichtlippe umgeformt. Dadurch wird eine Vorzentrierung von Montageschutzhülse und Hauptdichtlippe relativ zueinander erreicht.
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Weiter ist beschrieben, dass die Dichtungsanordnung einen einfachen und teilearmen Aufbau aufweist und einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Aus der
DE 10 2008 030 287 A1 ist ein Wellendichtring bekannt, umfassend eine Hauptdichtlippe und eine in Einführrichtung einer abzudichtenden Welle vor der Hauptdichtlippe angeordneten Schutzlippe, wobei die Schutzlippe derart ausgebildet ist, dass sie beim Einführen der Welle in Einführrichtung an die Welle anlegbar ist. Die Schutzlippe ist mittels eines Befestigungsabschnitts im Wellendichtring festgelegt. Die Schutzlippe kann aus PTFE bestehen.
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Ein weiterer Dichtring ist aus der
DE 103 05 173 A1 bekannt. Der Dichtring umfasst eine Dichtmanschette aus elastomerem Werkstoff mit zumindest einer Dichtlippe zur Abdichtung eines abzudichtenden Raums, wobei die Dichtmanschette mit einem Versteifungsring aus zähhartem Werkstoff verbunden ist. Außerdem umfasst der Dichtring einen Stützring, der der Dichtmanschette teilweise ungehaftet zugeordnet ist, wobei der Stützring einen Radialflansch umfasst, der der Oberfläche des abzudichtenden Maschinenelements unter Bildung eines Radialspalts mit nur sehr geringem radialen Abstand benachbart zugeordnet ist. Die radiale Weite des Radialspalts beträgt bevorzugt 0,01 bis 0,2 mm. Der Stützring kann mit einer Oberflächenbeschichtung versehen sein, die als PTFE-Folie ausgebildet ist. Die Oberflächenbeschichtung verhindert ein Anhaften des elastomeren Werkstoffs der Dichtmanschette bei Druckentlastung, so dass die Dichtlippe in der Lage ist, um ihre gelenkartige Anbindung zu federn. Alternativ kann der Stützring aus einem reibungsarmen Polyamid bestehen.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring und eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Dichtungsanordnung prozesssicher montiert werden kann, insbesondere dass die Hauptdichtlippe des Dichtrings während der Montage besonders zuverlässig vor einer Beschädigung geschützt ist und dass der Dichtring eine gute Dichtwirkung während einer langen Gebrauchsdauer aufweist, wobei speziell die Hauptdichtlippe vor einer Beaufschlagung mit Verunreinigungen aus der Umgebung geschützt werden soll.
Außerdem soll der Dichtring einen einfachen und teilearmen Aufbau aufweisen und einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die darauf jeweils rückbezogenen Ansprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, dass axial innerhalb des Abstands zwischen der Hauptdichtlippe und der Schmutzdichtlippe ein Zentrierring zur Zentrierung eines durch den Dichtring abzudichtenden ersten Maschinenelements, bezogen auf die Hauptdichtlippe, angeordnet ist und dass der Zentrierring und die Oberflächenbelegung der Schmutzdichtlippe einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind.
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Hierbei ist von Vorteil, dass der Dichtring einen besonders einfachen und besonders teilearmen Aufbau aufweist und deshalb einfach und kostengünstig herstellbar und einfach zu montieren ist.
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Die Schmutzdichtlippe, die der Hauptdichtlippe in Richtung Umgebung vorgeschaltet ist, sorgt dafür, dass Verunreinigungen aus der Umgebung nicht bis zur Hauptdichtlippe vordringen. Die Hauptdichtlippe ist durch die Schmutzdichtlippe während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings vor einer Beschädigung/Zerstörung geschützt. Eine Beschädigung/Zerstörung der Hauptdichtlippe würde dazu führen, dass abzudichtendes Medium aus einem abzudichtenden Raum an der Hauptdichtlippe vorbei in Richtung Umgebung austritt und eine Verschmutzung der Umgebung bewirkt.
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Für gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer ist von Vorteil, dass die Schmutzdichtlippe mit der reibungsverringernden Oberflächenbelegung versehen ist. Eine solche reibungsverringernde Oberflächenbelegung kann beispielsweise durch ein scheibenförmiges PTFE-Plättchen oder eine PTFE-Folie gebildet sein. Eine solche Oberflächenbelegung hat nicht nur den Vorteil, dass die Hauptdichtlippe durch die Schmutzdichtlippe besonders zuverlässig und lange geschützt ist. Durch die reibungsverringernde Oberflächenbelegung ist auch die Verlustleistung des Dichtrings durch die Schmutzdichtlippe reduziert.
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Es ist von hervorzuhebendem Vorteil, dass zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Schmutzdichtlippe der Zentrierring zur Anwendung gelangt. Der Dichtring und ein abzudichtendes erstes Maschinenelement können dadurch besonders einfach miteinander montiert werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Hauptdichtlippe des Dichtrings während der Montage von Dichtring und erstem Maschinenelement beschädigt wird.
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Die Montage von Dichtring und erstem Maschinenelement ist besonders einfach, wenn der Zentrierring aus einem möglichst reibungsarmen Werkstoff besteht. Da die reibungsverringernde Oberflächenbelegung der Schmutzdichtlippe bereits aus einem solchen Werkstoff besteht und der Dichtring insgesamt einen möglichst teilearmen Aufbau aufweisen soll, ist es besonders vorteilhaft, dass der Zentrierring und die Oberflächenbelegung einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind.
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Die Oberflächenbelegung und der Zentrierring können aus PTFE bestehen. PTFE ist von Vorteil, weil dadurch Reibung zwischen der Oberflächenbelegung und dem abzudichtenden Maschinenelement während des Betriebs des Dichtrings und Reibung zwischen dem Zentrierring und dem abzudichtenden Maschinenelement während der Montage minimiert sind.
Außerdem weist PTFE eine gute Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit auf.
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Der Zentrierring ist in den meisten Anwendungsfällen axial in Richtung der Hauptdichtlippe vorgewölbt, die Schmutzdichtlippe mit der Oberflächenbelegung demgegenüber axial entgegen der Richtung der Hauptdichtlippe. Während der Montage des ersten Maschinenelements mit dem Dichtring wird das erste Maschinenelement zunächst durch den Zentrierring hindurchbewegt, zentriert sich dadurch bezogen auf die Hauptdichtlippe selbsttätig und wird anschließend zentriert durch die Hauptdichtlippe hindurchgeführt. Bereits während der Montage berührt die Hauptdichtlippe deshalb die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden ersten Maschinenelements - in Umfangsrichtung betrachtet - mit gleicher radialer Vorspannung. Eine mechanische Überbeanspruchung der Hauptdichtlippe, die zu einer Beschädigung/Zerstörung der Hauptdichtlippe führen könnte, wird dadurch verhindert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Zentrierring auf einem zweiten Träger aus elastomerem Werkstoff angeordnet ist.
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Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der erste und der zweite Träger einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind und einen Gesamtträger bilden. Durch den Gesamtträger ist die Schmutzdichtlippe mit ihrer Oberflächenbelegung funktionstechnisch mit dem Zentrierring gekoppelt. Das ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil die Schmutzdichtlippe mit ihrer Oberflächenbelegung dadurch im herstellungsbedingten Zustand des Dichtrings einen Durchmesser hat, der deutlich größer als der Innendurchmesser der Hauptdichtlippe ist.
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Im herstellungsbedingten Zustand des Dichtrings ist der Zentrierring kreisringförmig ausgebildet und erstreckt sich in radialer Richtung.
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Bei der Montage wird das abzudichtende erste Maschinenelement aus der Umgebung durch den Dichtring hindurch, axial in Richtung eines abzudichtenden Raums bewegt. Dabei passiert das abzudichtende erste Maschinenelement zunächst die Schmutzdichtlippe mit ihrer Oberflächenbelegung bevorzugt berührungslos.
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Anschließend wird das abzudichtende erste Maschinenelement so lange weiter axial in Richtung Hauptdichtlippe bewegt, bis die Stirnseite des ersten Maschinenelements den Zentrierring berührt, diesen axial in Richtung der Hauptdichtlippe vorwölbt und dadurch, bezogen auf die Hauptdichtlippe, zentriert wird. Weil die Oberflächenbelegung und der Zentrierring gemeinsam auf dem Gesamtträger angeordnet sind, bewegt sich die Schmutzdichtlippe mit der Oberflächenbelegung gleichzeitig in Richtung der abzudichtenden Oberfläche des abzudichtenden ersten Maschinenelements, je weiter der Zentrierring in Richtung der Hauptdichtlippe vorgewölbt wird. Wenn das abzudichtende erste Maschinenelement den Zentrierring vollständig durchdrungen hat, also relativ zur Hauptdichtlippe zentriert ist, berührt auch die Oberflächenbelegung der Schmutzdichtlippe die abzudichtende Oberfläche des ersten Maschinenelements unter radialer Vorspannung dichtend und verhindert dadurch ein Eindringen von Verunreinigungen aus der Umgebung in Richtung der Hauptdichtlippe. Der Gesamtträger hat also die Funktion einer Wippe.
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Weiter vereinfacht wird die Herstellung des Dichtrings dadurch, dass der Gesamtträger und die Hauptdichtlippe bevorzugt einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sind.
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Der Gesamtträger und die Hauptdichtlippe können an einem Radialschenkel eines im Wesentlichen L-förmig ausgebildeten Stützrings aus zähharten Werkstoff festgelegt sein. Solche, im Wesentlichen L-förmig ausgebildeten Stützringe, sind bei Radialwellendichtringen allgemein bekannt. Der Axialschenkel des Stützrings, in den der Radialschenkel übergehend ausgebildet ist, wird in eine Gehäusebohrung eines Gehäuses eingepresst und dadurch verliersicher in dem Gehäuse gehalten.
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Der Axialschenkel kann beispielsweise gekröpft ausgebildet sein, wobei der radial nach innen versetzte Teil außenumfangsseitig von elastomerem Werkstoff umschlossen sein kann. Dieser elastomere Werkstoff bildet dann eine statische Abdichtung zwischen dem Stützring und dem Gehäuse, in das der Stützring eingepresst ist.
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Die Dichtungsanordnung kann derart ausgebildet sein, dass diese ein erstes Maschinenelement und ein zweites Maschinenelement umfasst, sowie den zuvor beschriebenen Dichtring, wobei das zweite Maschinenelement das erste Maschinenelement mit radialem Abstand außenumfangsseitig umschließt und wobei in dem durch den Abstand gebildetem Spalt der Dichtring angeordnet ist, der das erste Maschinenelement mit seiner Hauptdichtlippe dichtend umschließt. Das erste Maschinenelement wird zum Beispiel durch eine Welle gebildet, das zweite Maschinenelement durch ein Gehäuse, das die Welle außenumfangsseitig mit radialem Abstand umschließt.
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Die Oberflächenbelegung umschließt das erste Maschinenelement bevorzugt im Wesentlichen linienförmig anliegend. Die linienförmige Berührung bewirkt eine weitestgehend minimierte Reibung.
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Der Zentrierring umschließt das erste Maschinenelement bevorzugt flächig anliegend. Hierbei ist von Vorteil, dass die Führung von erstem Maschinenelement und Dichtring während ihrer Montage durch die flächige Berührung besonders gut ist und eine Verkantung von Dichtring und erstem Maschinenelement relativ zueinander während der Montage praktisch ausgeschlossen ist, ebenso, wie daraus resultierend eine montagebedingte Beschädigung der Hauptdichtlippe.
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Die Oberflächenbelegung und der Zentrierring können mittels eines Radialflanschs einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet sein, wobei der Radialflansch in axialer Richtung mittig zwischen freien Stirnseiten von Oberflächenbelegung und Zentrierring angeordnet ist und wobei die Oberflächenbelegung radial außen, der Zentrierring radial innen in den Radialflansch übergehend ausgebildet ist. Die Oberflächenbelegung und der Zentrierring werden durch nur ein Bauteil gebildet. Dieses Bauteil ist auf der der Hauptdichtlippe abgewandten Seite als Dichtkante einer Schmutzdichtlippe ausgebildet und auf der der Hauptdichtlippe zugewandten Seite als Zentrierring.
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Der elastomere Werkstoff, aus dem der Gesamtträger besteht, ist an die Oberflächenbelegung und den Zentrierring angespritzt.
Zunächst bestehen die Oberflächenbelegung und der Zentrierring aus einer kreisringförmig ausgebildeten Scheibe aus reibungsverringerndem Werkstoff, beispielsweise aus PTFE. Während der Herstellung des Dichtrings wird elastomerer Werkstoff in die Werkzeugkavität des Herstellungswerkzeugs für den Dichtring beispielsweise eingespritzt. Dabei legt sich die Scheibe um, bis sie an der Werkzeugkontur der Werkzeugkavität anliegt. Der elastomere Werkstoff des Gesamtträgers verbindet sich dann unlösbar mit der Oberflächenbelegung und dem Zentrierring.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung mit dem erfindungsgemäßen Dichtring ist in den 1 und 2 gezeigt. Diese zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
- 1 die Dichtungsanordnung im Schnitt und im gebrauchsfertigen Zustand,
- 2 den Dichtring aus 1 als Einzelteil in seinem herstellungsbedingen Zustand, vor seinem Einbau in die Dichtungsanordnung.
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Ausführung der Erfindung
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung gezeigt. Die Dichtungsanordnung umfasst das erste Maschinenelement 11, das hier als abzudichtende Welle ausgebildet ist, und das zweite Maschinenelement 12, das hier durch ein Gehäuse gebildet ist. Das zweite Maschinenelement 12 umschließt das erste Maschinenelement 11 mit radialem Abstand 13 außenumfangsseitig. In dem durch den Abstand 13 gebildeten Spalt 14 ist der Dichtring angeordnet, der die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden ersten Maschinenelements 11 mit seiner Hauptdichtlippe 1 und der Schmutzdichtlippe 2 dichtend umschließt.
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Die Schmutzdichtlippe 2 ist der Hauptdichtlippe 1 mit axialem Abstand 3 benachbart zugeordnet, wobei axial innerhalb des Abstands 3 zwischen der Hauptdichtlippe 1 und der Schmutzdichtlippe 2 der Zentrierring 6 angeordnet ist. Der Zentrierring 6 ist vorgesehen, um das erste Maschinenelement 11 und den Dichtring relativ zueinander zu zentrieren, wenn der Dichtring und das erste Maschinenelement 11 miteinander montiert werden. Die Zentrierung erfolgt bezogen auf die Hauptdichtlippe 1, die aus einem elastomeren Werkstoff besteht und deshalb vor montagebedingten Beschädigungen besonders sorgfältig geschützt werden muss.
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Die Schmutzdichtlippe 2 umfasst den ersten Träger 4 und die Oberflächenbelegung 5, wobei der erste Träger 4 aus einem elastomeren Werkstoff, die Oberflächenbelegung 5 demgegenüber aus einem reibungsverringernden Werkstoff, beispielsweise aus PTFE, besteht.
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Axial innerhalb des Abstands 3 zwischen der Hauptdichtlippe 1 und der Schmutzdichtlippe 2 ist der Zentrierring 6 auf einem zweiten Träger 7 angeordnet, der ebenso wie der erste Träger 4 aus einem elastomeren Werkstoff besteht. Der erste 4 und der zweite Träger 7 sind einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich ausgebildet und bilden den Gesamtträger 8. Der Gesamtträger 8 ist einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich mit der Hauptdichtlippe 1 ausgebildet.
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Wie in 1 zu erkennen, hat der Dichtring einen teilearmen Aufbau.
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Um eine zuverlässige Festlegung des Dichtrings innerhalb des Spalts 14 zu erreichen, weist der Dichtring einen L-förmig ausgebildeten Stützring 10, zum Beispiel aus einem metallischen Werkstoff, auf. Am Radialschenkel 9 innen sind der Gesamtträger 8 und die Hauptdichtlippe 1 angebunden. Mittels des Axialschenkels 18 ist der eingepresste Dichtring in einer Bohrung des Gehäuses 12 gehalten.
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Die Oberflächenbelegung 5 und der Zentrierring 6 werden durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, das in diesem Ausführungsbeispiel aus PTFE besteht und im Bereich der Oberflächenbelegung 5 mit dem ersten Träger 4 und im Bereich des Zentrierrings 6 mit dem zweiten Träger 7, die gemeinsam den Gesamtträger 8 bilden, verbunden ist. Die Oberflächenbelegung 5 und der Zentrierring 6 sind räumlich durch den Radialflansch 15 voneinander getrennt, wobei der Radialflansch 15, in axialer Richtung betrachtet, im Wesentlichen mittig zwischen den freien Stirnseiten 16, 17 von Oberflächenbelegung 5 und Zentrierring 6 angeordnet ist.
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In 2 ist der Dichtring aus 1 in seinem herstellungsbedingten, also nicht in die Dichtungsanordnung eingebauten Zustand gezeigt.
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Im herstellungsbedingten Zustand weisen die Hauptdichtlippe 1, der Zentrierring 6 und die Oberflächenbelegung 5 der Schmutzdichtlippe 2 unterschiedliche Innendurchmesser auf. Den kleinsten Innendurchmesser weist der Zentrierring 6 auf. Das hängt mit seiner Funktion zusammen. Wird das hier nicht dargestellte erste Maschinenelement 11, also die Welle aus 1, von links aus der Umgebung kommend nach rechts in Richtung eines abzudichtenden Raums an der Schmutzdichtlippe 2, die den größten Innendurchmesser aufweist, berührungslos vorbeigeführt, stößt die Stirnseite des ersten Maschinenelements 11 zunächst an den Zentrierring 6 an. Wird das erste Maschinenelement 11 weiter axial in Richtung der Hauptdichtlippe 1 bewegt, wird der Zentrierring 6 bogenförmig bewegt und deshalb axial in Richtung der Hauptdichtlippe 1 vorgewölbt. Je weiter das erste Maschinenelement 11 in Richtung der Hauptdichtlippe 1 bewegt wird, desto stärker legt sich der Zentrierring 6 an die abzudichtende Oberfläche des abzudichtenden ersten Maschinenelements 11 an und zentriert dieses, bezogen auf die Hauptdichtlippe 1. Je weiter das erste Maschinenelement 11 axial in Richtung der Hauptdichtlippe 1 bewegt wird und je weiter das erste Maschinenelement 11 durch den Zentrierring hindurch geführt wird, desto weiter bewegt sich die Schmutzdichtlippe 2 mit ihrer Oberflächenbelegung 5 in Richtung der abzudichtenden Fläche des ersten Maschinenelements 11, bis die Oberflächenbelegung 5 das erste Maschinenelement 11 anliegend berührt, wie in 1 dargestellt. Der Bereich, in dem das erste Maschinenelement 11 dann durch den Zentrierring 6 und die anliegende Schmutzdichtlippe 2 geführt wird, ist in axialer Richtung vergleichsweise groß.
Wird das erste Maschinenelement weiter in Richtung Hauptdichtlippe 1 bewegt, passiert die Stirnseite des ersten Maschinenelements relativ zentriert die Hauptdichtlippe 1, wie in 1 gezeigt.
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Die Oberflächenbelegung 5 und der Zentrierring 6 sind einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Dadurch hat die Dichtung einen teilearmen und einfachen Aufbau und ist einfach und kostengünstig herstellbar.
