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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine Welle oder eine Achse, insbesondere für ein Radlager eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Dichtungsanordnung, gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Dichtungsanordnungen für Wälzlager werden zu vielen verschiedenen Anwendungszwecken verwendet, um eine drehende Komponente, insbesondere eine Welle, rotierbar zu lagern und das Eindringen von Schmutz oder Flüssigkeit in den Lagerbereich zu verhindern. Ferner sind Dichtungsanordnungen für Achsen bekannt, auf denen ein rotierendes Bauteil drehbar gelagert ist. Die Lagerung von Bauteilen, welche starken Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, stellt eine besondere Herausforderung dar, da bei der Lagerung dieser Bauteile ein Eindringen von Schmutz oder Flüssigkeit zu einer Beschädigung des Wälzlagers und nachfolgend einem Ausfall führen kann.
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Für diese Anwendungsfälle, beispielsweise für Radlager eines Kraftfahrzeuges, sind entsprechend abgedichtete Wälzlager bekannt, denen eine Dichtanordnung vorgeschaltet ist, welche eine Labyrinthdichtung und mindestens eine schleifende Dichtlippe aufweist, um ein Eindringen von Schmutz und/oder Flüssigkeiten in den Innenbereich des Radlagers zu verhindern. Da der Innenbereich des Wälzlagers von der Umgebung durch die Dichtung getrennt ist, ist kein oder nur ein unzureichender Druckausgleich zwischen dem Innenbereich und der Umgebung möglich.
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Dadurch erhöht sich die Reibung im Lager, was zu einem weiteren Temperaturanstieg und Druckanstieg im Innenbereich des Wälzlagers führt.
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Aus dem Stand der Technik sind Kassettendichtungen als Dichtsysteme zum Abdichten von Radlagern bekannt. Dabei wird ein stehendes Gehäuse gegen eine sich drehende Welle oder ein drehendes Gehäuse gegenüber einer feststehenden Achse abgedichtet. Da die Welle oder Achse aus Fertigungs- oder Kostengründen keine geeignete Dichtfläche für einen Wellendichtring hat, ist bei einer solchen Kassettendichtung im Gegensatz zu einem Wellendichtring die Gegenlauffläche Teil des Dichtsystems.
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Vorrangige Funktion der Dichtungsanordnungen ist der Schutz des Inneren gegen äußere Einflüsse wie das Eindringen von Schmutz und Wasser. Andererseits hat die Dichtungsanordnung die Funktion, dass kein Schmierstoff aus dem Wälzlager austritt. Ein Unterdruck im Inneren der Radlagerung presst die Dichtlippen stärker an die Dichtfläche. Ebenso erhöht ein grö-ßerer äußerer Druck den Anpressdruck der Dichtlippen. In beiden Fällen stellt sich eine erhöhte Dichtwirkung ein, die jedoch einen Druckausgleich unterbindet. Eine hohe radiale Vorspannung steigert die Reibung zwischen den Dichtlippen und Dichtflächen, wodurch sich weiterhin ein unerwünschter höherer Verschleiß und höhere Betriebstemperaturen einstellen. Zum Druckausgleich bei Radlagern sind Lüftungsmittel bekannt wie beispielsweise eine Membran oder Entlüftungsöffnungen oder Fehlstellen im Kontaktbereich der Dichtlippe.
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Aus der
DE 10 2013 212 073 A1 ist eine Radlagerung bekannt, bei der ein Rad eines Kraftfahrzeuges auf einem Radträger befestigbar ist, der über eine doppelreihige Wälzlagereinheit drehbar gegenüber dem Kraftfahrzeug gelagert ist. Dabei ist auf einer Radnabe der Radlagerung ein doppelreihiges Wälzlager angeordnet, welches einen Hohlraum zwischen der ersten Reihe Wälzkörper und der zweiten Reihe Wälzkörper aufweist. Durch Temperaturschwankungen, beispielsweise durch eine betriebsbedingte Erwärmung der Radlagerung, können in diesem Hohlraum Unterdrucksituationen entstehen. Dieser Unterdruck kann bei einem gedichteten Wälzlager zu einem erheblichen Anstieg des Reibwertes an der Dichtung und einem damit verbundenen Mehrverbrauch des Kraftfahrzeugs führen. Zusätzlich können durch die höhere Reibung die Dichtungen schneller verschleißen, wobei es zu einem Wassereintritt in das Wälzlager und letztendlich zu einem Ausfall des Wälzlagers kommen kann.
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Die
DE 10 2015 220 367 A1 offenbart ein abgedichtetes Wälzlager. Das Wälzlager umfasst Wälzkörper, die in einem Lagerinnenraum zwischen einem äußeren Lagerring und einem inneren Lagerring geführt sind, wobei die Lagerringe relativ zueinander verdrehbar sind. Die Lagerringe schließen zur Abdichtung des Lagerinnenraums an beiden axialen Seiten ein dem Lagerring zugeordnetes Dichtungselement ein, dessen elastische Dichtlippe an dem gegenüberliegenden Lagerring mittelbar oder unmittelbar dichtend abgestützt ist. Ferner weist das Wälzlager ein Lüftungsmittel zum Druckausgleich des Lagerinnenraums auf, wobei als Lüftungsmittel in jede Dichtlippe des Dichtungselements wenigstens ein Schlitzventil ausgebildet ist. Das Schlitzventil wird durch kreuzförmig in die Dichtlippe des Dichtelements eingebrachte Schlitze ausgebildet.
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Die
DE 10 2018 121 469 A1 offenbart eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Radlagers eines Kraftfahrzeuges. Dabei weist die Dichtungsanordnung ein Versteifungsblech auf, welches mit einem der beiden Lagerteile verbunden ist, wobei an dem Versteifungsblech ein elastisches Element vorgesehen ist.
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Das elastische Element weist mindestens eine Dichtlippe auf. Zwischen dem ersten Lagerteil und dem zweiten Lagerteil der Dichtungsanordnung ist ein Hohlraum ausgebildet, welcher mittels des Versteifungsblechs und/oder des elastischen Elementes begrenzt ist. Zum Druckausgleich des Hohlraums schließt die Dichtungsanordnung ein Lüftungsmittel ein. Dazu ist an dem Versteifungsblech eine Öffnung vorgesehen, in welche ein Niet fixiert ist, welcher eine Belüftungsmembran trägt.
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Nachteilig an den bekannten Lösungen ist jedoch, dass die Dichtelemente einem entsprechenden Verschleiß unterliegen oder eine aufwendige Haltestruktur benötigen, welche die Dichtungsanordnung komplex und teuer macht oder das Belüftungselement nicht optimal fixiert ist.
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JP 2006-207613 A offenbart eine Dichtungsvorrichtung für ein Wälzlager mit einem Trägerelement, in das eine Belüftungsöffnung eingebracht ist, in welche ein Belüftungselement eingesetzt ist, wobei an dem Belüftungselement ein Aufnahmeraum ausgebildet ist, in dem ein gasdurchlässiger Filter angeordnet ist.
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DE 10 2016 125 121 B3 offenbart eine weitere Dichtungsanordnung für ein Wälzlager in der Ausbildung einer Kassettendichtung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dichtelement vorzuschlagen, welches eine funktionssichere Abdichtung eines Wälzlagers sowie einen Druckausgleich zwischen dem Innenbereich des Wälzlagers und der Umgebung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Innenraums zwischen zwei zueinander rotierbar gelagerten Bauteilen, insbesondere zur Abdichtung eines Radlagers, gelöst. Die Dichtungsanordnung umfasst ein erstes Trägerelement, welches mit dem ersten Bauteil verbindbar ist und ein zweites Trägerelement, welches mit dem zweiten Bauteil verbindbar ist. Dabei ist an zumindest einem der Trägerelemente ein Dichtelement ausgebildet, welches an zumindest einer Kontaktstelle an dem jeweils anderen Trägerelement anliegt. In das erste Trägerelement ist mindestens eine Öffnung eingebracht, in welche ein Belüftungselement eingesetzt ist.
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Es ist vorgesehen, dass an dem Belüftungselement ein Aufnahmeraum ausgebildet ist, welcher durch einen Kragen an einem Grundkörper oder Gehäuse des Belüftungselements begrenzt wird, wobei eine gasdurchlässige Membran oder ein poröser Körper in dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Durch die Öffnung in dem ersten Trägerelement ist eine Belüftung des Innenraums möglich. Dabei ist das Belüftungselement derart in dem ersten Trägerelement angeordnet, dass es die Öffnung in dem ersten Trägerelement vollständig abdeckt und das weitere Eindringen von Feuchtigkeit oder Schmutz in den Innenraum betriebssicher verhindert.
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Durch die Porosität der Membran oder des porösen Körpers kann ein begrenzter Gasaustausch zwischen der Umwelt und dem Innenraum erfolgen, ein Durchtritt von Flüssigkeit oder Schmutzpartikeln ist jedoch durch den porösen Körper gehemmt. Der poröse Körper ist vorzugsweise als ein luftdurchlässiges Polymer, insbesondere ein luftdurchlässiger Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet. Alternativ kann der luftdurchlässige Körper auch als Metallschaum oder sonstiger gasdurchlässiger Schaum ausgebildet sein. Im Vergleich zum Stand der Technik ermöglicht die Anordnung des porösen Körpers in dem Belüftungselement eine vereinfachte Montage der Dichtungsanordnung, da der poröse Körper oder die Membran nicht mit einem der Trägerelemente verbunden wird, sondern in das Entlüftungselement eingesetzt wird. Dadurch ist eine einfache automatisierte Montage möglich, bei der der poröse Körper oder die Membran in das Belüftungselement eingesetzt werden und das Belüftungselement in die Öffnung in dem Trägerelement eingesetzt wird. Durch kann verhindert werden, dass das poröse Element oder die Membran sich im Fertigungsprozess verschiebt und zu einer Undichtigkeit an der Dichtungsanordnung führt.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Grundkörper oder Gehäuse des Belüftungselements mindestens ein Steg, vorteilhaft zwei Stege ausgebildet sind, welche in der Öffnung in dem ersten Trägerelement aufgenommen sind, wobei die mindestens zwei Stege ggf. durch eine Ausnehmung voneinander getrennt sind. Durch einen oder mehrere flexible Stege kann der Grundkörper besonders einfach in die Öffnung an dem ersten Trägerelement eingeführt und anschließend mit diesem verbunden werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an einem Endabschnitt des Stegs oder der Stege jeweils eine Rastnase ausgebildet ist, wobei die Rastnase das Belüftungselement formschlüssig mit dem ersten Trägerelement verbindet. Durch die Rastnase kann das Belüftungselement auf einfache Art und Weise in der Öffnung des ersten Trägerelements fixiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Belüftungselements ist vorgesehen, dass der Aufnahmeraum an der dem erste Trägerelement abgewandten Seite durch einen Deckel verschlossen ist. Durch einen Deckel kann auf einfache Art und Weise verhindert werden, dass die Membran aus dem Aufnahmeraum fällt. Der Deckel weist vorzugsweise eine zentrische Öffnung auf und ist formschlüssig, stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Grundkörper des Belüftungselements verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Gehäuse den Grundkörper und den Deckel.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran oder der poröse Körper stoffschlüssig mit dem Belüftungselement verbunden sind. Durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Membran oder dem porösen Körper und dem Grundkörper des Belüftungselements kann eine betriebssichere Fixierung der Membran erreicht werden. Dabei kann die Montage durch eine einfache Geometrie des Grundkörpers erleichtert werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an dem Grundkörper oder Gehäuse des Belüftungselements eine Anlagefläche ausgebildet ist, an welcher die Membran oder der poröse Körper anliegt. Durch eine Anlagefläche kann eine glatte Dichtkontur zwischen der Membran und dem Grundkörper des Belüftungselements ausgebildet werden. Dadurch kann die Dichtwirkung in dem Entlüftungselement erhöht werden.
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Erfindungsgemäß ist an der Anlagefläche mindestens ein Dom ausgebildet. Vorzugsweise sind zwei oder drei Dome ausgebildet, um eine gleichmäßige Auflage der Membran oder des porösen Körpers zu ermöglichen. Durch einen Dom kann die auf die Membran wirkende Flächenpressung erhöht werden. Somit kann die Abdichtung zwischen der Anlagefläche in dem Grundkörper und der Membran verbessert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Belüftungselements ist vorgesehen, dass der Kragen einen Verformungsbereich aufweist, welcher derart umgeformt ist, dass ein Halteabschnitt für die Membran oder den porösen Körper ausgebildet wird. Dadurch kann die Membran oder der poröse Körper auf einfache Art und Weise formschlüssig in dem Aufnahmeraum des Belüftungselements fixiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Dichtungsanordnung ist vorgesehen, dass an dem Dichtelement ein Ansatz ausgebildet ist, welcher über eine Stirnfläche des ersten Trägerelements vorsteht, wobei der Kragen des Belüftungselements in dem Ansatz eingefasst ist oder der Kragen von diesem Ansatz zumindest abschnittsweise ummantelt wird. Durch eine Ummantelung oder eine Einfassung des Belüftungselements können auf das Belüftungselement einwirkende Fliehkräfte aufgenommen werden und die Abdichtung in radialer Richtung verbessert werden. Somit kann die Dichtwirkung des Dichtelements verbessert werden.
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Bevorzugt ist dabei, wenn an dem Ansatz ein Kragen ausgebildet ist, welcher einen Hinterschnitt zur formschlüssigen Aufnahme des Belüftungselements aufweist. Durch einen Hinterschnitt an dem Kragen ist eine weitere formschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Belüftungselement möglich, wodurch eine besonders stabile Fixierung und Abdichtung des Belüftungselements in dem ersten Trägerelement möglich ist.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem mindestens einen Dom sieht die Erfindung vor, dass an dem Dichtelement in einem Aufnahmebereich für das Belüftungselement eine Entlastungsnut ausgebildet ist. Dadurch können die Kräfte beim Einpressen des Belüftungselements in das erste Trägerelement reduziert und die mechanische Belastung für die Verbindung zwischen dem Belüftungselement und dem ersten Trägerelement verringert werden.
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In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Öffnung als Bohrung ausgeführt ist oder aus dem ersten Trägerelement ausgestanzt oder ausgeschnitten ist. Eine oder mehrere Bohrungen können einfach und kostengünstig bei der Herstellung des ersten Trägerelements in das erste Trägerelement eingebracht werden. Bei einer bevorzugten Herstellung des ersten Trägerelements als Stanz-Biege-Teil kann die mindestens eine Öffnung einfach und kostengünstig mittels eines Stanz- oder Feinschneidprozess in des erste Trägerelement eingebracht werden. Bevorzugt sind mehrere, vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Trägerelements verteilte Öffnungen vorgesehen, welche jeweils durch ein Belüftungselement verschließbar sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Öffnung in einen Abschnitt des ersten Trägerelements eingebracht, welcher im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen der Bauteile verläuft. Die zwei relativ zueinander verbrehbaren Bauteile weisen in einer Schnittebene zwei parallele Oberflächen auf, zwischen denen ein Wälzlager angeordnet werden kann, um eine Verdrehung des ersten Bauteils relativ zum zweiten Bauteil zu ermöglichen. Unter dem im Wesentlich senkrecht verlaufenden Abschnitt wird eine Richtung verstanden, welche in Schnittebene senkrecht zu den beiden parallelen Oberflächen verläuft und den Zwischenraum zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil überwindet. Durch eine Öffnung in dem senkrechten Abschnitt des ersten Trägerelements ist eine besonders einfache Be- und Entlüftung des Innenraums möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der poröse Körper als eine Scheibe, bevorzugt als eine Scheibe aus einem luftdurchlässigen Polymermaterial, insbesondere aus einem luftdurchlässigen, offenporigen Polytetrafluorethylen (PTFE), ausgeführt ist. Da der Aufnahmeraum in dem Belüftungselement als Ringraum ausgebildet ist, kann eine Scheibe besonders einfach in diesem Aufnahmeraum angeordnet werden. Durch die Anordnung in dem Aufnahmeraum ist die Scheibe bei der Montage und im Betrieb besonders gut geschützt, wodurch eine Beschädigung der Scheibe vermieden und die Dauerhaltbarkeit der Dichtungsanordnung erhöht werden kann.
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Polytetrafluorethylen ist aufgrund seiner omniphoben Eigenschaft besonders gut geeignet, um das Eindringen von Wasser in den von der Dichtungsanordnung abgeschirmten Innenraum und/oder einen Austritt von Schmiermittel aus dem Innenraum zu verhindern. Zudem eignet sich Polytetrafluorethylen aufgrund seiner Materialeigenschaften besonders gut für die Herstellung eines porösen, luftdurchlässigen Körpers in einem vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Sinterprozess.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Dichtanordnung ist zwischen dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement ein Dichtspalt ausgebildet. Ein einlassseitiger Dichtspalt hemmt das Eindringen von Schmutz oder Flüssigkeit in die Lageranordnung. Dadurch kann eine Beschädigung des Belüftungselements oder eine Beeinträchtigung seiner Funktion verhindert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Dichtanordnung ist vorgesehen, dass das erste Trägerelement und/oder das zweite Trägerelement zumindest abschnittsweise mit einem Dichtungsmaterial überzogen sind. Durch ein Überziehen der Trägerelemente kann besonders einfach und kostengünstig eine Dichtung ausgebildet werden. Dabei kann neben einer stoffschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung ausgebildet werden, wodurch das Dichtelement besonders stabil an dem jeweiligen Trägerelement angeformt werden kann.
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Bevorzugt ist dabei, wenn an dem ersten Trägerelement oder an einem mit dem ersten Trägerelement verbundenen Dichtmaterial eine Dichtlippe ausgebildet ist, welche einen Dichtraum zwischen dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement begrenzt. Durch eine Dichtlippe kann auf einfache Weise ein Eindringen von Flüssigkeit oder Schmutz in den Innenbereich der Dichtungsanordnung verhindert werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Dichtlippe an einer Gegenlauffläche an einem Abschnitt des zweiten Trägerelements anliegt, welcher im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche der beiden Bauteile verläuft. Dabei können zwischen dem ersten Trägerelement und dem zweiten Trägerelement eine oder mehrere Dichtlippen ausgebildet sein. Bevorzugt ist dabei, wenn der Dichtlippe eine oder mehrere Schutzlippe(n) vorgeschaltet ist (sind), welche in axialer Richtung ein Eindringen von Schmutz oder Spritzwasser in den Dichtbereich verhindert und an einer Kontaktstelle an dem senkrechten Abschnitt des zweiten Trägerelements anliegt.
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Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass an dem ersten Trägerelement oder einem mit dem ersten Trägerelement verbundenen Dichtmaterial eine Schutzlippe ausgebildet ist, welche an einer Kontaktstelle an einem Abschnitt des zweiten Trägerelements anliegt, welcher senkrecht zu den Oberflächen der Bauteile verläuft. Ferner ist eine zweite Schutzlippe vorgesehen, welche an dem parallel zu der Oberfläche des zweiten Bauteils verlaufenden Abschnitt des zweiten Trägerelements oder an der Welle anliegt und in radialer Richtung den Dichtbereich schützt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Dichtungsanordnung ist vorgesehen, dass die Öffnung in dem ersten Trägerelement den Innenraum mit einem der Dichträume fluidisch verbindet. Dabei wird durch das erste Trägerelement, das zweite Trägerelement und die erste Dichtlippe ein erster Dichtraum begrenzt. Ferner wird durch die erste Schutzlippe und die Dichtlippe und das zweite Trägerelement ein zweiter Dichtraum begrenzt. Dabei ist der erste Dichtraum über den Dichtspalt mit der Umgebung verbunden, sodass ein einfacher Gasaustausch zwischen den ersten Dichtraum und der Umgebung erfolgen kann. Durch die Öffnung ist der erste Dichtraum mit dem abgedichteten Innenraum verbunden, jedoch ist die Öffnung durch den Dichtspalt vor eindringender Verschmutzung geschützt. Somit können die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Dichtungsanordnung erhöht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Dichtungsanordnung ist vorgesehen, dass das erste Trägerelement im Bereich der Öffnung frei von Dichtmaterial ausgeführt ist. Um ein einfaches Einbringen der Öffnung in das erste Trägerelement zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das erste Trägerelement in diesem Bereich nicht mit einem Dichtmaterial überzogen ist. Ferner ist es auch im Betrieb vorteilhaft, wenn dieser Bereich frei von einem Dichtmaterial ist, um ein stabiles Einrasten des Belüftungselements in der Öffnung des ersten Trägerelements zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung vorgeschlagen, wobei in das erste Trägerelement eine Öffnung eingebracht wird, wobei in die Öffnung ein Belüftungselement eingesetzt wird, um einen Druckausgleich zwischen dem durch die Dichtungsanordnung abgedichteten Innenraum und der Umgebung zu ermöglichen. Durch ein solches Verfahren kann auf einfache Art und Weise eine Dichtungsanordnung hergestellt werden, welche einen Druckausgleich zwischen dem abgedichteten Innenraum und der Umgebung erlaubt. Der Herstellungsprozess ist vereinfacht, da das Belüftungselement optional zugekauft werden kann und beim Hersteller der Dichtungsanordnung dann nur noch eingesetzt, beispielsweise eingeklipst, werden muss. Alternativ kann das Belüftungselement auch vom Hersteller der Dichtungsanordnung gefertigt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens die mindestens eine Öffnung mittels eines Stanz- oder Schneideverfahrens in das erste Trägerelement eingebracht. Da das erste Trägerelement vorzugsweise als Stanz-Biegeteil hergestellt wird, kann die Öffnung im Wesentlichen kostenneutral bei der Herstellung des ersten Trägerelements mit eingebracht werden, wodurch eine besonders kostengünstige Fertigung möglich ist.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die mindestens eine Öffnung mittels eines Bohr-, Fräs- oder Erodierverfahrens in das zweite Trägerelement eingebracht wird. Dabei wird die Öffnung in das zweite Trägerelement eingebracht, bevor das zweite Trägerelement mit dem Dichtelement überzogen wird beziehungsweise das Dichtelement in einem Spritzguss- oder Vulkanisierungsprozess auf das Trägerelement aufgebracht wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Randbereich um die Öffnung in dem Trägerelement bei dem Auftragen des Dichtelements ausgespart wird. Dadurch können die Rasthaken des Belüftungselements an dem im Vergleich zum Dichtelement formstabilen Material des Trägerelements einrasten, wodurch das Einrasten erleichtert wird und die Verbindung zwischen dem Belüftungselement und dem Trägerelement stabiler ausgeführt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Membran oder der poröse Körper, insbesondere die luftdurchlässige Scheibe, stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Grundkörper des Belüftungselements verbunden wird. Durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch ein Verkleben der Membran oder des porösen Körpers an der Anlagefläche des Belüftungselements kann eine dauerhaft stabile und betriebssichere Verbindung zwischen dem Belüftungselement und der Membran oder dem porösen Körper erzielt werden. Durch einen zusätzlichen Formschluss durch einen Absatz an dem porösen Körper und/oder dem ersten Trägerelement kann eine zusätzliche Verbindung realisiert werden, welche den porösen Körper in seiner Position fixiert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Dabei zeigt
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung zur Abdichtung einer Welle oder einer Achse am Beispiel eines Radlagers;
- 2 ein Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung in einer Schnittdarstellung;
- 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Belüftungselements für eine solche Dichtungsanordnung;
- 4 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Belüftungselement für eine solche Dichtungsanordnung;
- 5 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Belüftungselement für eine solche Dichtungsanordnung;
- 6 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Belüftungselement für eine solche Dichtungsanordnung;
- 7 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einer Schnittdarstellung; und
- 8 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einer Schnittdarstellung; und
- 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Dichtungsanordnung.
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In 1 und 2 sind Ausführungsbeispiele einer vorteilhaften Dichtungsanordnung 10 zur Abdichtung eines Zwischenraums 72 zwischen zwei relativ zueinander verbrehbaren Bauteilen 50, 52, 70, insbesondere für ein Radlager, dargestellt. Die Dichtungsanordnung 10 umfasst ein erstes Trägerelement 12, welches mit einem ersten Bauteil 70, insbesondere mit einem Gehäuse, verbindbar ist. Die Dichtungsanordnung 10 umfasst ferner ein zweites Trägerelement 14, welcher mit einem zweiten Bauteil 50, 52, insbesondere eine Welle 50 oder einer Achse 52, verbindbar ist, wobei das erste Bauteil 70 und das zweite Bauteil 50, 52 relativ zueinander verdrehbar sind. Durch die Dichtungsanordnung 10 wird ein Innenraum 72 von der Umwelt abgedichtet. Dabei ist zwischen dem ersten Trägerelement 12 und dem zweiten Trägerelement 14 ein Dichtspalt 28 nach Art einer vereinfachten Labyrinthdichtung ausgebildet.
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Das erste Trägerelement 12 trägt ein Dichtelement 16, welches vorzugsweise mittels eines Spritzgussprozesses mit dem ersten Trägerelement 12 stoffschlüssig verbunden ist. An dem Dichtelement 16 ist eine erste Schutzlippe 18 angeformt, welche in an einer Kontaktstelle 46 an einem Abschnitt 53 des zweiten Trägerelements 14 anliegt, welcher im Wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen des ersten und des zweiten Bauteils 50, 52, 70 verläuft. Ferner ist an dem Dichtelement 16 eine Dichtlippe 20 ausgebildet, welche an einer Kontaktstelle 45 an einer Gegenlauffläche 26 des zweiten Trägerelements 14 anliegt, welcher parallel zu der Oberfläche des zweiten Bauteils 50, 52 verläuft.
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Das erste Trägerelement 12, das zweite Trägerelement 14 und die erste Dichtlippe 20 begrenzen einen ersten Dichtraum 15, welcher durch den Dichtspalt 28 zwischen dem ersten Trägerelement 12 und dem zweiten Trägerelement 14 mit der Umwelt verbunden ist und einen Druckausgleich zwischen dem ersten Dichtraum 15 und der Umgebung ermöglicht. Ferner ist zwischen der ersten Schutzlippe 18, dem zweiten Trägerelement 14 und der Dichtlippe 20 ein zweiter Dichtraum 17 ausgebildet, welcher die Dichtlippe 20 schützt und ein weiteres Vordringen von Schmutz oder Flüssigkeit in Richtung des Innenraums 72 verhindert.
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Das erste Dichtelement 16 ist vorzugsweise aus einem Polymermaterial, insbesondere einem Elastomer hergestellt und stoffschlüssig mit dem ersten Trägerelement 12 verbunden. Ferner kann an dem Dichtelement 16 eine Fangtasche ausgebildet sein, welch durch den Dichtspalt 28 in den ersten Dichtraum 15 eingedrungen Schmutz oder Flüssigkeit auffängt und diese bei einer Drehung der Bauteile 50, 52, 70 durch die Zentrifugalkraft wieder durch den Dichtspalt 28 herausfördert. Ferner ist an dem Dichtelement 16 eine zweite Schutzlippe 24 ausgebildet, welche die Dichtlippe 20 vor aus dem Innenraum 72 austretenden Schmiermittel schützt und an der Welle 50, an der Achse 52 oder an der Gegenlauffläche 26 des zweiten Trägerelements 14 anliegt.
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Zwischen dem ersten Bauteil 70 und dem zweiten Bauteil 50, 52 ist ein Wälzlager 60 angeordnet, um eine relative Verdrehung des ersten Bauteils 70 zum zweiten Bauteil 50, 52 zu ermöglichen. Das Wälzlager 60 umfasst einen Innenring 62, welcher mit dem zweiten Bauteil 50, 52 in Kontakt steht, und einen Außenring 64, welcher mit dem ersten Bauteil 70 in Kontakt steht. Zwischen dem Innenring 62 und dem Außenring 64 ist eine Mehrzahl von Wälzkörpern 66 angeordnet, um eine reibungsarme Verdrehung des Innenrings 62 relativ zum Außenring 64 zu ermöglichen.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 10 dargestellt, auf das die vorige Beschreibung weitgehend übertragbar ist, auf deren Wiederholung hier insoweit verzichtet wird. Die Dichtungsanordnung 10 ist vorzugsweise als Kassettendichtung 11 ausgeführt. Die Dichtungsanordnung 10 umfasst ein erstes Trägerelement 12, welches mit dem ersten Bauteil 70 verbindbar ist. An dem ersten Trägerelement 12 ist ferner eine weitere Schutzlippe 24 ausgebildet, welche die Dichtlippe 20 vor einem Fett- oder Ölaustritt aus dem Lager schützt. Die Dichtungsanordnung 10 umfasst ferner eine Feder 22, mit welcher die Dichtungsanordnung 10 in einer Aufnahme vorgespannt werden kann.
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Das erste Trägerelement 12 weist einen ersten Abschnitt auf, welcher an der Oberfläche des ersten Bauteils 70 anliegt, und einen im Wesentlichen senkrecht dazu verlaufenden zweiten Abschnitt 49. In den zweiten Abschnitt 49 des ersten Trägerelements 12 ist mindestens eine Öffnung 13 eingebracht. Das erste Trägerelement 12 ist vorzugsweise als metallisches Blech ausgeführt und als Stanz-Biege-Teil hergestellt, wobei die mindestens eine Öffnung 13 bereits beim Stanzen des Blechteils mit in das Trägerelement 12 eingebracht wird und im Wesentlichen kostenneutral ohne zusätzlichen Fertigungsschritt realisiert werden kann. Alternativ kann die mindestens eine Öffnung 13, insbesondere eine Bohrung, auch nachträglich durch ein Bohren, Fräsen, Erodieren oder ähnliches in das erste Trägerelement 12 eingebracht werden.
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In die Öffnung 13 ist ein Belüftungselement 30 eingesetzt. Das Belüftungselement 30 umfasst einen Grundkörper 32, an welchem ein Kragen 39 ausgebildet ist, welcher einen Aufnahmeraum 38 begrenzt. In dem Aufnahmeraum 38 ist eine Membran 31 angeordnet, welche einen Luftaustausch zwischen dem Innenraum 72 und der Umwelt ermöglicht. Das Belüftungselement weist ferner mehrere Stege 36 auf, an deren Enden jeweils ein Rasthaken 34 ausgebildet ist, um das Belüftungselement 30 in der Öffnung 13 zu fixieren. Ferner kann an dem Belüftungselement 30 ein Deckel 33 vorgesehen sein, um die Membran 31 in dem Aufnahmeraum 38 zu fixieren.
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In 3 ist ein Belüftungselement 30 für eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Das Belüftungselement 30 umfasst einen Grundkörper 32, an dem mehrere elastische Stege 36 ausgebildet sind, welche durch eine Ausnehmung 35 voneinander getrennt sind. An den Enden der Stege 36 ist jeweils eine Rastnase 34 ausgebildet. Der Grundkörper 32 umfasst ferner einen Kragen 39, welcher einen Aufnahmeraum 38 für eine luftdurchlässige Membran 31 begrenzt. An dem Grundkörper 32 ist ferner eine Anlagefläche 37 ausgebildet, an welcher die Membran 31 anliegt. Der Grundkörper 32 ist durch einen Deckel 33 mit einer vorzugsweise zentrischen Öffnung 55 verschließbar, um die Membran 31 in dem Aufnahmeraum 38 zu fixieren. Alternativ zu einer Membran 31 kann in dem Aufnahmeraum 38 auch ein poröser Körper 47, insbesondere eine poröse Scheibe 48, angeordnet sein.
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In 4 ist ein weiteres Belüftungselement für eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 3 ausgeführt ist in diesem Ausführungsbeispiel an dem Kragen 39 ein Verformungsbereich 43 vorgesehen, der derart umgebördelt wird, dass die Membran 31 oder der poröse Körper 47 formschlüssig in dem Aufnahmeraum 38 fixiert werden. Ferner sind an der Anlagefläche 37 Dome 41 ausgebildet, welche die Membran 31 oder den porösen Körper 47 aufnehmen bzw. in diese(n) eindringen, um einen Formschluss herzustellen. Dadurch kann im Bereich der Dome 41 eine Vorspannung der Membran 31 erreicht werden, um die Abdichtung an diesen Stellen zu verbessern.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Belüftungselements 30 für eine vorteilhafte Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichen Aufbau wie zu 3 und 4 ausgeführt, ist die Membran 31 in diesem Ausführungsbeispiel durch eine stoffschlüssige Verbindung mit der Anlagefläche 37 an dem Grundkörper 32 des Belüftungselements 30 verbunden. Dazu werden die Dome 41 mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere mittels eines Ultraschallschweißverfahrens, aufgeschmolzen und die Aufschmelzungen 42 stoffschlüssig mit der Membran 31 verbunden. Auf diese Art und Weise wird die Membran 31 in dem Aufnahmeraum 38 befestigt.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Belüftungselements 30 für eine vorteilhafte Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 5 ausgeführt ist in diesem Ausführungsbeispiel die Membran 31 mittels einer Klebeverbindung 40 an der Anlagefläche 37 an dem Grundkörper 32 des Befestigungselements 30 fixiert.
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In 7 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für eine vorteilhafte Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 2 ausgeführt, weist das Dichtelement 16 in diesem Ausführungsbeispiel einen ringförmigen Ansatz 19 auf, welcher über eine Stirnfläche 21 des ersten Trägerelements 12 vorsteht und den Kragen 39 des Belüftungselements 19 ummantelt. Dabei wird das Entlüftungselement 30 in den Ansatz 19 eingeführt. Die flexiblen Stege 36 mit den Rastnasen 34 werden durch die Öffnung 13 in dem ersten Trägerelement 12 geführt, bis die Rastnasen 34 an dem ersten Trägerelement 12 einhaken und somit eine formschlüssige Verbindung mit dem ersten Trägerelement 12 herstellen. Der ringförmige Ansatz 19 dient zur Aufnahme von Fliehkräften sowie zur radialen Abdichtung zwischen dem Belüftungselement 30 und dem Dichtelement 16. Alternativ kann das ersten Trägerelement 12 auch wie in 9 dargestellt im Bereich der Öffnung 13 von dem Dichtungsmaterial des Dichtelements 16 freigestellt sein, um ein leichteres und unmittelbares Einrasten der Rasthaken 34 in dem Grundkörper des ersten Trägerelements 12 zu ermöglichen.
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In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichen Aufbau wie zu 7 ausgeführt, weist der Ansatz 19 in diesem Ausführungsbeispiel einen elastischen Kragen 25 auf, an welchem ein Hinterschnitt 27 ausgebildet ist. Somit kann nach dem vollständigen Einführen des Belüftungselements 30 in die Öffnung 13 in einem Klemmbereich 29 eine weitere formschlüssige Verbindung hergestellt werden, wodurch eine besonders stabile Fixierung des Belüftungselements 30 in der Öffnung 13 möglich ist. Die Konstruktion ist derart ausgestaltet, dass das Belüftungselement 30 beschädigungsfrei und reversibel lösbar durch das Zusammendrücken der Stege 36 sowie das Aufbiegen des Kragens 25 wieder aus der Öffnung 13 entfernt werden kann. An dem Dichtelement 16 ist eine Entlastungsnut 23 ausgebildet, welche insbesondere beim Einpressen des Belüftungselements 30 in das erste Trägerelement 12 eine Materialverdrängung des Dichtmaterials des Dichtelements 16 ermöglicht und somit das Einpressen des Belüftungselements 30 in das erste Trägerelement 12 erleichtert. In der eingepressten Endposition des Belüftungselements 30 kann sich der Hinterschnitt 27 über das Belüftungselement 30 legen und diese zusätzlich fixieren. Alternativ zu einer Klemmverbindung kann das Belüftungselement 30 auch mittels eines Heißnietverfahrens in der Öffnung 13 des ersten Trägerelements 12 fixiert werden.
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Um einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum 72 und der Umgebung zu ermöglichen, ist in das erste Trägerelement 12 eine Öffnung 13 eingebracht, welche eine fluidische Verbindung zwischen dem Innenraum 72 und dem ersten Dichtraum 15 ermöglicht. Dabei durchströmt die Luft zum Druckausgleich das Belüftungselement 30, sodass ein Gasaustausch zwischen dem Innenraum 72 und dem ersten Dichtraum 15 der Dichtungsanordnung 10 möglich ist, jedoch Flüssigkeitstropfen das Belüftungselement 30 nicht durchdringen können und somit nicht in den Innenraum 72 gelangen. Der erste Dichtraum 15 wird durch den Dichtspalt 28 be- und entlüftet, sodass im ersten Dichtraum 15 im Wesentlichen der Umgebungsdruck vorherrscht. Alternativ ist auch eine Entlüftung des Innenraums 72 in den zweiten Dichtraum 17 möglich, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine zusätzliche Entlüftungsmöglichkeit von dem zweiten Dichtraum 17 in den ersten Dichtraum 15 vorgesehen ist. Dies kann insbesondere durch einen Schlitz oder eine Öffnung in der ersten Schutzlippe 18 erfolgen. Alternativ kann das ersten Trägerelement 12 auch wie in 9 dargestellt im Bereich der Öffnung 13 von dem Dichtungsmaterial des Dichtelements 16 freigestellt sein, um ein leichteres und unmittelbares Einrasten der Rasthaken 34 in dem Grundkörper des ersten Trägerelements 12 zu ermöglichen.
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In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer vorteilhaften Dichtungsanordnung 10 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 2 ausgeführt, ist in diesem Ausführungsbeispiel des erste Trägerelement 12 im Bereich der Öffnung 13 von dem Dichtmaterial des Dichtelements 16 freigestellt. Dadurch können die Rasthaken 34 unmittelbar in dem ersten Trägerelement 12 einhaken, welches im Vergleich zu dem Dichtmaterial des Dichtelements 16 eine höhere Festigkeit und Biegesteifigkeit aufweist. Dadurch wird das Einrasten der Rasthaken 34 des Belüftungselements 30 erleichtert. Zudem kann die Festigkeit der Rastverbindung erhöht und die Gefahr eines unerwünschten Lösens des Belüftungselements 30 aus der Öffnung 13 reduziert werden.
