DE19912135A1 - Wellendichtring - Google Patents

Abstract

Wellendichtring (1) mit zumindest einer Dichtlippe (2), in die zumindest ein Temperatursensor (3) integriert ist. Der Temperatursensor (3) durchdringt den Werkstoff der Dichtlippe (2) im wesentlichen radial in Richtung der abzudichtenden Welle (4) vollständig, ragt in den Flüssigkeitsraum unter der Dichtlippe (2) hinein und erfaßt die Temperatur des abzudichtenden Mediums (5).

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Wellendichtring mit zumindest einer Dichtlippe, in die zumindest ein Temperatursensor integriert ist.

Stand der Technik

Ein solcher Wellendichtring ist aus der Publikation "Untersuchungen an PTFE- Wellendichtungen", Christian Hoffmann, Bericht Nr. 61 aus dem Institut für Ma­ schinenelemente der Uni Stuttgart, Seite 28 bekannt. Die Dichtlippe besteht aus PTFE, wobei fünf Thermoelemente, die axial mit gleichem Abstand zuein­ ander benachbart angeordnet sind, ein Bestandteil der Dichtlippe sind. Die Thermoelemente sind jeweils zylinderförmig ausgebildet und in Ausnehmungen der Dichtlippe angeordnet, wobei die Ausnehmungen sacklochartig ausgebildet sind. Zwischen den Thermoelementen und der abzudichtenden Welle befindet sich also ein Festkörper, der durch die Innenseite der PTFE-Dichtlippe gebildet ist. Die Thermoelemente sind vorgesehen, die Temperaturen möglichst nahe am Dichtspalt zu messen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellendichtring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Temperatur des abzudichten­ den Mediums im Bereich des Dichtspalts möglichst genau gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteran­ sprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß der Temperatursensor den Werkstoff der Dichtlippe im wesentlichen radial in Richtung der abzudichtenden Welle vollständig durchdringt, in den Flüssigkeitsraum unter der Dichtlippe hin­ einragt und die Temperatur des abzudichtenden Mediums erfaßt. Bei einer der­ artigen Dichtungsanordnung ist von Vorteil, daß der Temperatursensor direkt in den Dichtspalt hineinragt und kein Festkörper zwischen dem Thermoelement und der abzudichtenden Welle angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Wellen­ dichtring ist gut geeignet, Temperaturmessungen innerhalb des Dichtspalts zum Abschätzen der thermischen Belastung des Dichtsystems durchzuführen. In vielen Fällen verkokt das abzudichtenden Medium, das meist aus Öl besteht, temperaturbedingt im Dichtspalt und es entstehen Ablagerungen, die die Halt­ barkeit und/oder Funktion des Dichtsystems beeinträchtigen. Der erfindungs­ gemäße Wellendichtring kann beispielsweise als Kurbelwellendichtring in Ver­ brennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung gelangen.

Die Dichtlippe weist bevorzugt Rückförderelemente zur Rückförderung des ab­ zudichtenden Mediums in Richtung des abzudichtenden Raums auf, wobei die Rückförderelemente beispielsweise durch zumindest eine Rückförder-Spiralnut gebildet sind. Das abzudichtenden Medium, das unter die Dichtlippe vordringt, wird durch die Rückförderelemente immer wieder in Richtung des abzudichten­ den Raums gefördert, schmiert die Dichtlippe und trägt zu deren Kühlung bei.

Rückförder-Spiralnuten als Rückförderelemente sind einfach und kostengünstig herstellbar und weisen gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf.

Der Temperatursensor ist bevorzugt im Nutgrund der Spiralnut angeordnete wobei die die Spiralnut begrenzenden Seitenwandungen über den Temperatur­ sensor erhaben sind. Durch eine derartige Ausgestaltung wird sichergestellt, daß während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Wellendichtrings nur die Dichtlippe die abzudichtende Welle unter elastischer Vorspannung dichtend umschließt, ein Kontakt des Temperatursensor mit der Welle jedoch sicher ausgeschlossen ist. Ein elektrischer Schluß zur Welle sowie Beschädigungen der Welle und/oder des Temperatursensor sind dadurch ausgeschlossen.

Der Temperatursensor ist mit Anschlußkabeln verbunden, die den Werkstoff der Dichtlippe, ausgehend vom Temperatursensor, radial nach außen durch­ dringen. Die Anschlußkabel sind außerhalb der Dichtungsanordnung mit einer Auswertelektronik signalleitend verbunden.

Nach einer ersten Ausgestaltung ist der Temperatursensor bevorzugt durch ein Thermoelement gebildet, wobei das Thermoelement bevorzugt einen Durch­ messer von höchstens 0,12 mm aufweist. Ein Temperatursensor mit einem derartig geringen Durchmesser kann zur Temperaturerfassung mit nahezu allen gängigen Wellendichtringen kombiniert werden. Die Rückförderelemente, bei­ spielsweise in Form einer Rückförder-Spiralnut, sind derart bemessen, daß das Thermoelement darin problemlos eingebettet werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Thermoelement aus zwei stirnseitig aneinander geschweißten Drähten oder Metallfolien, Streifen, Bänd­ chen oder ähnlichem bestehen, die sich in Umfangsrichtung der Spiralnut er­ strecken, wobei die Schweißnaht, die das eigentliche Thermoelement bildet, im Nutgrund der Spiralnut angeordnet ist. Hierbei ist von Vorteil, daß das Ther­ moelement gegen unerwünschte, radiale Verschiebungen innerhalb des Werk­ stoffs der Dichtlippe gesichert ist. Eine Verschiebung in radialer Richtung nach außen ist dadurch ausgeschlossen, daß das Thermoelement den Nutgrund der Spiralnut anliegend berührt und klammerförmig in die Spiralnut eingreift. Um eine Sicherung gegen eine Verschiebung des Temperatursensors radial nach innen zu erreichen, kann es vorgesehen sein, daß die Anschlußdrähte im Be­ reich des Übergangs in den Werkstoff der Dichtlippe mit dem Werkstoff verklebt sind. Auch bei Druckbelastungen auf die Anschlußdrähte, radial nach innen, wird somit verhindert, daß sich das Thermoelement vom Nutgrund der Spiralnut abhebt und die abzudichtenden Welle berührt und dadurch möglicherweise zerstört wird. Gleichzeitig werden dadurch die Durchgangslöcher für die Drähte geschlossen.

Nach einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Möglichkeit, daß der Temperatursensor aus Metallschichten besteht, die auf den Werkstoff der Dichtlippe aufgedampft oder sonstwie aufgebracht sind. Die Metallschichten könne auch als Leitpaste aufgetragen werden. Dadurch, daß die Metallschich­ ten aus der Dampfphase direkt auf das Dichtlippenmaterial aufgebracht wer­ den, weist der Temperatursensor nur eine sehr geringe Dicke auf und ist daher prädestiniert für die Anwendung in Wellendichtringen, bei denen die Spiralnut beispielsweise eine nur sehr geringe Tiefe hat.

Bevorzugt sind zumindest zwei Temperatursensoren im Nutgrund angeordnet, wobei die Temperatursensoren axial oder in Umfangsrichtung der Spiralnut ne­ beneinander angeordnet sind. Durch die Anordnung mehrerer Temperatursen­ sor besteht die Möglichkeit, den Temperaturverlauf axial der abzudichtenden Welle oder umfangsseitig zu messen.

Nach einer anderen Möglichkeit können zumindest zwei Temperatursensoren im Nutgrund angeordnet sein, wobei die Temperatursensoren axial und im Umfangsrichtung der Spiralnut versetzt nebeneinander angeordnet sind. Durch eine solche Anordnung der Temperatursensoren kann der Temperaturverlauf axial und gleichzeitig in Umfangsrichtung der Dichtlippe und der abzudichten­ den Welle ermittelt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wellendichtrings werden nach­ folgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in schemati­ scher Darstellung:

In Fig. 1 einen Schnitt durch eine Dichtungsanordnung, in der ein Ausfüh­ rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wellendichtrings zur Anwen­ dung gelangt.

In Fig. 2 die Einzelheit Z aus Fig. 1 in wesentlich vergrößerter Darstellung.

In Fig. 3 eine Ansicht der Einzelheit Z aus Fig. 2 von radial innen in Richtung des Außenumfangs des Wellendichtrings.

In Fig. 4 ein Umfangssegment der Einzelheit Z aus Fig. 2, in dem ein Tem­ peratursensor angeordnet ist.

In den Fig. 5 bis 7 drei weitere Ausführungsbeispiele, jeweils entsprechend der Darstellung in Fig. 3, wobei die Temperatursensoren innerhalb der Spiralnut jeweils voneinander abweichend angeordnet sind.

Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist eine Dichtungsanordnung geschnitten dargestellt, wobei der zur Anwendung gelangende Wellendichtring 1 als Radialwellendichtring ausgebil­ det ist und eine Dichtlippe 2 aus PTFE aufweist. Die Dichtlippe 2 ist im Bereich ihres Innenumfangs in Richtung des abzudichtenden Raums 7 vorgewölbt und weist innenumfangsseitig auf der der Welle 4 zugewandten Seite Rückfördere­ lemente 6 auf, die das abzudichtende Medium 7 während der bestimmungsge­ mäßen Verwendung des Wellendichtrings in Richtung des abzudichtenden Raums 5 zurückfördern. Um eine Temperaturmessung möglichst nahe des Dichtspalts vornehmen und dadurch die thermische Belastung des Dichtsy­ stems abschätzen zu können, liegt der Temperatursensor 3 in den Rückförder­ elementen 6, die in den hier gezeigten Ausführungsbeispielen durch eine Spiral­ nut 8 gebildet sind. Der Temperatursensor 3 ist in jedem der gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiele als Thermoelement 14 ausgeführt und mit Anschlußkabeln 12 versehen, die außerhalb der Dichtungsanordnung beispielsweise an eine Aus­ wertelektronik angeschlossen sind.

In Fig. 2 ist die Einzelheit Z aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Es ist zu erkennen, daß der Temperatursensor 3 den Werkstoff der Dichtlippe 2 radial in Richtung der abzudichtenden Welle 4 vollständig durchdringt und im abzudichtenden Medium 5, das sich in der Rückförder-Spiralnut 8 befindet, zur Erfassung von dessen Temperatur angeordnet ist. Um eine radiale Verlagerung des Thermoelements 14 sowohl radial nach innen als auch radial nach außen auszuschließen, ist das Thermoelement 14 mit der Dichtlippe 2 durch den Klebstoff 18 verklebt. Durch die klammerartige Form des Thermoelements 14, wie in Fig. 4 dargestellt, ist ein unbeabsichtigtes Herausziehen radial nach außen ebenfalls ausgeschlossen.

In Fig. 3 ist eine Ansicht des Wellendichtrings 1 von radial innen gegen die Spiralnut 8 gezeigt. Die Spiralnut ist durch den Nutgrund 9 und die beiden Sei­ tenwandungen 10, 11 begrenzt. Das Thermoelement 14 besteht aus zwei stirn­ seitig aneinander geschweißten Drähten 15, 16, die sich in Umfangsrichtung der Spiralnut 8 erstrecken. Die Schweißnaht des Thermoelements 14 ist mit dem Bezugszeichen 17 versehen und ebenfalls im Nutgrund 9 der Spiralnut 8 angeordnet. Der Durchmesser der Drähte 15, 16 beträgt in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel 0,1 mm.

In Fig. 4 ist ein Umfangssegment aus der Dichtlippe 2 gezeigt wobei die klammerförmige Gestalt des Thermoelements 14 deutlich zu erkennen ist, der aus den beiden miteinander verschweißten Drähten 15, 16 besteht. Das Ther­ moelement 14 verläuft im wesentlichen parallel zum Nutgrund 9, wobei die Seitenwandungen 10, 11 eine radiale Tiefe aufweisen, die größer ist, als der Durchmesser des Thermoelements, um eine Berührung des Thermoelements 14 mit der abzudichtenden Welle sicher auszuschließen.

In den Fig. 5 bis 7 sind von Fig. 3 abweichende Ausführungsbeispiele ge­ zeigt.

In Fig. 5 sind 2 Temperatursensoren 3.1, 3.2 in Form von Thermoelementen 14.1, 14.2, vorgesehen, die in einander axial benachbarten Windungen der Spi­ ralnut 8 angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung läßt sich der Tempe­ raturverlauf entlang der axialen Erstreckung des Wellendichtrings 1 ermitteln.

In Fig. 6 sind die beiden Temperatursensoren 3.1, 3.2, innerhalb einer Win­ dung der Spiralnut 8 angeordnet, wobei die beiden Temperatursensoren 3.1, 3.2, einander in Umfangsrichtung benachbart zugeordnet sind.

In Fig. 7 weist der Wellendichtring 1 drei Temperatursensoren 3.1, 3.2, 3.3 auf, die in der Spiralnut 8 angeordnet sind, wobei die als Thermodrähte 14.1 bis 14.3 ausgebildeten Temperatursensoren 3.1 bis 3.3 axial und in Umfangsrich­ tung der Spiralnut versetzt nebeneinander angeordnet sind.

Claims (10)

1. Wellendichtring mit zumindest einer Dichtlippe, in die zumindest ein Temperatursensor integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (3) den Werkstoff der Dichtlippe (2) im wesentlichen radial in Richtung der abzudichtenden Welle (4) vollständig durchdringt, in den Flüssigkeitsraum unter der Dichtlippe (2) hineinragt und die Tem­ peratur des abzudichtenden Mediums (5) erfaßt.

2. Wellendichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (2) Rückförderelemente (6) zur Rückförderung des abzudich­ tenden Mediums (5) in Richtung des abzudichtenden Raums (7) auf­ weist.

3. Wellendichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückförderelemente (6) durch zumindest eine Rückförder-Spiralnut (8) gebildet sind.

4. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Temperatursensor (3) im Nutgrund (9) der Spiralnut (8) angeordnet ist und daß die die Spiralnut (8) begrenzenden Seitenwan­ dungen (10, 11) über den Temperatursensor (3) erhaben sind.

5. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Temperatursensor (3) mit Anschlußkabeln (12, 13) verbunden ist, die den Werkstoff der Dichtlippe (2), ausgehend vom Temperatursensor (3), radial nach außen durchdringen.

6. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Temperatursensor (3) ein Thermoelement (14) ist.

7. Wellendichtring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (14) aus zwei stirnseitig aneinandergeschweißten Drähten (15, 16) oder Metallfolien, Streifen, Bändchen oder ähnlichem besteht, die sich in Umfangsrichtung der Spiralnut (8) erstrecken und daß die Schweißnaht (17) im Nutgrund (9) der Spiralnut (8) angeordnet ist.

8. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Temperatursensor (3) aus Metallschichten besteht, die auf den Werkstoff der Dichtlippe (2) aufgedampft oder sonstwie aufge­ bracht sind sind.

9. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest zwei Temperatursensoren (3.1, 3.2, . . .) im Nut­ grund (9) angeordnet sind und daß die Temperatursensoren (3.1, 3.2, . . .) axial oder in Umfangsrichtung der Spiralnut (8) nebeneinander angeord­ net sind.

10. Wellendichtring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest zwei Temperatursensoren (3.1, 3.2, 3.3, . . .) im Nutgrund (9) angeordnet sind und daß die Temperatursensoren (3.1, 3.2, 3.3) axial und in Umfangsrichtung der Spiralnut (8) versetzt ne­ beneinander angeordnet sind.