DE19837487C2 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für eine fliegend gelagerte Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Als fliegend gelagerte Welle kann, wie allgemein bekannt ist, beispielsweise eine Sonnenradwelle eines Planetengetriebes ausgestaltet sein. Das Planetengetriebe ist antriebsseitig über die Sonnenradwelle mit einem hohe Drehzahlen erzeugenden Motor verbunden. Innerhalb des Planetengetriebes kommt das zentrale Sonnenrad über seine Verzahnung mit der Verzahnung von in einem Steg geführten - meist drei - Planetenrädern zum Eingriff. Die Planetenräder stützen sich außen in einem konzentrischen Hohlrad ab. Das Hohlrad kann ebenfalls drehbar angeordnet sein und insoweit den Abtrieb des Planetengetriebes bilden.

Das Planetengetriebe ermöglicht ein günstiges Verhältnis zwischen Bauvolumen und übertragbarer Leistung bei relativ großem möglichen Übersetzungsverhältnis und gleichachsigem An- und Abtrieb. Es läßt sich daher beispielsweise als ein direkt im Zentrum eines Rades angeordnetes Übersetzungsgetriebe für Fahrzeuge verwenden. Bei diesem Einsatzfall werden von einem Motor ausgehend hohe Antriebsdrehzahlen über die Sonnenradwelle in das Planetengetriebe eingeleitet. Da die Sonnenradwelle zur Gewährleistung eines günstigen Kraftflußverlaufes fliegend gelagert ist, d. h. im Bereich des Sonnenrades auf der Sonnenradwelle kein Lager vorgesehen ist und eine stabile axiale Lage der Sonnenradwelle erst bei höheren Drehzahlen aufgrund der Wechselwirkung der Verzahnung von Planetenrädern und dem Sonnenrad erreicht wird, ergeben sich hohe Anforderungen an die Dichtungsanordnung an der Stelle, an der die Sonnenradwelle das ölführende Gehäuse des Planetengetriebes durchdringt.

Die Verwendung eines einfachen in das Gehäuse eingesetzten Radial-Wellendichtringes oder einer Labyrinth-Dichtung hat sich in der Praxis nicht bewährt. Durch die mit der fliegenden Lagerung in Zusammenhang stehenden radialen Bewegungen der Sonnenradwelle und ihrer hohen Drehzahl treten Undichtigkeiten infolge Abschleifens oder Verbrennens von Dichtungsmaterial auf.

In der Schrift DE 195 03 477 ist zur Abdichtung einer rotierenden Nabe gegenüber einem Nabenträger eine Gleitringdichtung vorgesehen. Diese Anordnung ist jedoch für die Abdichtung einer fliegend gelagerten Welle aus den genannten Gründen nicht geeignet. In der Schrift DE 44 07 714 C1 sind über eine dort vorgesehene Abdichtung einer Durchführung für eine Sonnenradwelle keine weiteren Ausführungen gemacht worden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsanordnung für eine fliegend gelagerte Welle zu schaffen, die sich durch eine zuverlässige Abdichtung selbst bei hohen Drehzahlen der Weile auszeichnet.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Dichtungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß eine dynamische Wellendichtung koaxial in einer Bohrung eines Trägerelementes angeordnet ist, das über ein radiale Bewegungen der Welle ermöglichendes statisches Dichtungselement gegenüber dem Gehäuse abgedichtet angeordnet ist, wobei das Trägerelement gegen Verdrehen relativ zum Gehäuse über Fixierungsmittel gesichert ist.

Die erfindungsgemäße symbiotische Kombination zwischen dynamischen und statischen Dichtungsmitteln hat den Vorteil, daß die dynamischen Dichtungsmittel eine hohe Drehzahl der Welle ermöglichen, wogegen die statischen Dichtungsmittel die radialen Bewegungen der Welle ausgleichen. Das zwischen beiden Dichtungsarten angeordnete Trägerelement nimmt dabei die durch die Drehbewegung der Welle erzeugten mitnehmenden Drehmomente auf, so daß eine relativ auf die stabile Dichtung sich auswirkende Rotationsbewegung verhindert wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine radiale Bewegbarkeit der Welle über das statische Dichtungselement möglich. Da die dynamische Wellendichtung keine radiale Bewegung zuläßt, jedoch bei hohen Drehzahlen der Welle zuverlässig abdichtet, entsteht insgesamt eine zuverlässig wirkende Dichtungsanordnung für eine fliegend gelagerte Welle. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß diese aus an sich handelsüblichen Dichtungsbauteilen herstellbar ist.

Vorzugsweise besteht die dynamische Wellendichtung aus einem separaten Radial- Wellendichtring, der in die Bohrung des Trägerelementes eingesetzt ist. Die dynamische Wellendichtung kann auch aus zwei unter Bildung einer Fettkammer hintereinander auf der Welle angeordneten und in die Bohrung des Trägerelementes eingesetzten Radial-Wellendichtringen bestehen. Der Vorteil bei dieser Anordnungsvariante liegt in der besonders zuverlässigen Dichtungswirkung. Die zwischen den beiden Radial-Wellendichtringen gelegene Fettkammer ist mit Schmierfett gefüllt, das eine Sicherheitsschmierung der Welle gewährleistet. Speziell eignet sich für die dynamische Wellendichtung ein Varilip®-Dichtring, der sich durch eine sehr gute Dichtungseigenschaft bei hohen Drehzahlen auszeichnet.

Neben der Verwendung eines separaten Bauteils für die dynamische Wellendichtung ist es auch denkbar, daß die dynamische Wellendichtung in Form von mindestens einer Dichtlippe innerhalb der Bohrung direkt am Trägerelement angeformt ist. Dies ist besonders dann praktikabel, wenn das Trägerelement selbst aus einem Kunststoff besteht. Alternativ dazu kann die dynamische Wellendichtung auch in Form von mindestens einer Dichtlippe an einem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Trägerelement anvulkanisiert sein. Insbesondere Kunststoff und Aluminium eigenen sich als Konstruktionswerkstoff für das Trägerelement, weil diese Materialien wegen ihrer geringen spezifischen Masse gute dynamische Eigenschaften besitzen.

Die statische Dichtung ist vorzugsweise als Lippendichtung, O-Ring oder als Membrandichtung ausgebildet. Alle diese Arten von Dichtungen ermöglichen einen gewissen radialen Versatz der Dichtungspartner, ohne daß die Dichtwirkung beeinträchtigt wird.

Als Fixierungsmittel zur Verdrehsicherung kann mindestens ein gegenüber dem Gehäuse ortsfest angeordneter Bolzen vorgesehen sein, der in einer korrespondierenden, die radiale Beweglichkeit des Trägerelementes ermöglichenden Ausnehmung im Trägerelement zum Eingriff kommt. Diese besonders einfache Ausgestaltung des Fixierungsmittels verhindert zuverlässig, daß sich das Trägerelement durch mitnehmende Momente an der dynamischen Wellendichtung verdreht.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, daß das Trägerelement in ein eine radiale Beweglichkeit ermöglichendes Halteelement eingesetzt ist, das über eine Schraubverbindung lösbar am Gehäuse befestigt ist und das zugleich in Zusammenwirken mit einem angeformten Anschlagbereich als Sitz für das statische Dichtungselement ausgebildet ist. Somit erfüllt das Halteelement sogleich die Funktion der Aufnahme für die statische Dichtung und bestimmt gemeinsam mit dem Trägerelement dessen Bewegungsspielraum.

Die Erfindung wird nachstehend durch die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine sinnbildliche Darstellung einer Dichtungsanordnung innerhalb des Antriebsstranges eines Planetengetriebes und

Fig. 2 eine Detailansicht im Teilschnitt einer möglichen Ausführungsform der Dichtungsanordnung.

Ein Planetengetriebe ist als Übersetzungsgetriebe für Fahrzeuge nach Fig. 1 direkt im Zentrum eines nicht weiter gezeigten Rades angeordnet. Ein Gehäuse 1 entspricht in seiner äußeren Kontur der Radfelge. Das Planetengetriebe ist durch in dem Gehäuse 1 untergebrachte und als geradverzahnte Zahnräder ausgeführte Planetenräder 2a und 2b sowie ein die Planetenräder 2a und 2b antreibendes ebenfalls als geradverzahntes Zahnrad ausgebildetes Sonnenrad 3 aufgebaut. Vom Sonnenrad 3 geht eine Welle 4 ab, die über eine Kupplung 5 mit einem Motor 6 verbunden ist. Die Welle 4 ist mittels eines Wälzlagers 7 motorseitig gelagert Getriebeseitig ist kein Lager vorgesehen, so daß die Welle 4 hier fliegend gelagert ist. Die Welle 4 zentriert sich bei Rotation durch das Zusammenwirken des Sonnenrades 3 mit den Planetenrädern 2 über die Geometrie der Anordnung sowie des Zahneingriffes selbstwirkend. Dabei stellt sich ein optimaler Kraftfluß zwischen dem Sonnenrad 3 und den Planetenrädern 2 ein. Da der Innenraum des Gehäuses 1 mit Öl zur Schmierung des Planetengetriebes befüllt ist, ist es erforderlich, an der Austrittsstelle 8 der Welle 4 aus dem Gehäuse 1 eine Dichtungsanordnung vorzusehen, die eine radiale Beweglichkeit der Welle 4 bei der Zentrierung nicht behindert und gleichzeitig zuverlässig verhindert, daß das Öl aus dem Innenraum des Gehäuses 1 austritt.

Der Aufbau der an dieser Austrittsstelle 8 vorgesehenen Dichtungsanordnung geht detailiert aus der Fig. 2 hervor. Die durch das Gehäuse 1 austretende Wellenbuchse 4' ist über eine für hohe Drehzahlen ausgelegte und insoweit dynamische Wellendichtung 9, 9' dichtend umgeben. Die dynamische Wellendichtung 9, 9' schließt eine Fettkammer 10 ein, die mit Schmierfett befüllt ist, um eine Schmierung im Dichtungsbereich sicherzustellen. Die dynamische Wellendichtung 9, 9' ist in eine Bohrung 11 eines Trägerelementes 12 eingesetzt. Das Trägerelement 12 besteht aus Kunststoff und hat eine rotationasymmetrische Gestalt. Außenradial am Trägerelement 12 greift ein statisches Dichtungselement 13 ein, das in einem Halteelement 14 eingesetzt ist. Das statische Dichtungselement 13 gewährleistet eine begrenzte radiale Bewegbarkeit der fliegend gelagerten Weile 4. Das Halteelement 14 ist über eine Schraubverbindung 15 am Gehäuse 1 befestigt. Ein Dichtring 16 verhindert hierbei ein Austreten des Öls aus dem Innenraum des Gehäuses 1 über die Schraubverbindung 15. Das Halteelement 14 weist neben der Sitzfunktion für das statische Dichtungselement 13 einen durch einen Anschlagbereich 17 abgetrennten Bereich auf, in dem das Trägerelement 12 mit einem radialen Spielraum geführt ist. Das Trägerelement 12 besitzt eine Ausnehmung 18, in der ein Bolzen 19 derart zum Eingriff kommt, daß die radiale Bewegbarkeit der Welle 4 mit den dynamischen Wellendichtungen 9, 9' sowei deren Trägerelement 12 nicht behindert wird. Der Bolzen 19 verhindert jedoch eine Verdrehung des Trägerelementes 12 und ist zu diesem Zwecke in einem Abdeckring 20 fest eingesetzt. Der Abdeckring 20 ist ebenfalls über die Schraubverbindung 15 lösbar mit dem Gehäuse 1 verbunden.

Durch diese Dichtungsanordnung aus statischen und dynamischen Bestandteilen wird eine radiale Bewegbarkeit der Welle 4 im statischen Bereich der Abdichtung möglich. Die dynamischen Bestandteile gestatten zwar eine gute Dichtwirkung bei hohen Drehzahlen; sie lassen jedoch keine radialen Bewegungen zu.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich andersgearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Planetenräder

3

Sonnenrad

4

Weile

4

' Wellenbuchse

5

Kupplung

6

Motor

7

Wälzlager

8

Austrittsstelle

9

,

9

' Wellendichtung, dynamisch

10

Fettkammer

11

Bohrung

12

Trägerelement

13

Dichtungselement, statisch

14

Halteelement

15

Schraubverbindung

16

Dichtring

17

Anschlagbereich

18

Ausnehmung

19

Bolzen

20

Abdeckring

Claims (14)

1. Dichtungsanordnung für eine fliegend gelagerte Welle, insbesondere für eine Sonnenradwelle eines Planetengetriebes, die über mindestens eine dynamische Wellendichtung abgedichtet ein Gehäuse durchdringt, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Wellendichtung (9, 9') koaxial in einer Bohrung (11) eines Trägerelementes (12) angeordnet ist, das über ein radiale Bewegungen der Welle (4) ermöglichendes statisches Dichtungselement (13) gegenüber dem Gehäuse (1) abgedichtet angeordnet ist, wobei das Trägerelement (12) gegen Verdrehen relativ zum Gehäuse (1) über Fixierungsmittel gesichert ist.

2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Wellendichtung (9) aus genau einem separaten Radial- Wellendichtring besteht, der in die Bohrung (11) des Trägerelements (12) eingesetzt ist.

3. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Wellendichtung (9, 9') aus zwei unter Bildung einer Fettkammer (10) hintereinander auf der Welle (4) angeordneten und in die Bohrung (11) des Trägerelementes (12) eingesetzten Radial-Wellendichtringen besteht.

4. Dichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Wellendichtung (9, 9') nach Art eines Varilip®- Dichtelementes ausgebildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Wellendichtung (9, 9') in Form von mindestens einer Dichtlippe innerhalb der Bohrung (11) direkt am Trägerelement (12) angeformt ist.

6. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Wellendichtung (9, 9') in Form von mindestens einer Dichtlippe am Trägerelement anvulkanisiert ist.

7. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Dichtungselement (13) nach Art einer Lippendichtung ausgebildet ist.

8. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Dichtungselement (13) als ein aus elastischem Material bestehender O-Ring ausgebildet ist.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das statische Dichtungselement (13) nach Art einer Membrandichtung ausgebildet ist.

10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (12) aus einem leichten Konstruktionswerkstoff hergestellt ist.

11. Dichtungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (12) aus Aluminium oder aus Kunststoff besteht.

12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierungsmittel aus mindestens einem gegenüber dem Gehäuse (1) ortsfest angeordneten Bolzen (19) besteht, der in eine korrespondierende, die radiale Beweglichkeit des Trägerelementes (12) ermöglichende Ausnehmung (18) im Trägerelement (12) zum Eingriff kommt.

13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (19) fest in einem lösbar über eine Schraubverbindung (15) mit dem Gehäuse (1) verbundenen Abdeckring (20) gehalten ist.

14. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (12) in ein eine radiale Beweglichkeit ermöglichendes Halteelement (14) eingesetzt ist, das über die Schraubverbindung (15) lösbar im Gehäuse (1) befestigt ist und das zugleich in Zusammenwirken mit einem Anschlagbereich (17) als Sitz für das statische Dichtungselement (13) ausgebildet ist.