DE19961239C2

DE19961239C2 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE19961239C2
Application number: DE1999161239
Authority: DE
Inventors: Richard Schenk; Edgar Freitag; Markus Schwerdtfeger; Eberhard Bock
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1999-12-18
Filing date: 1999-12-18
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2019-12-19
Also published as: DE19961239A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung eines Rotors und Stators, die Bestandteile eines Schwenkantriebs bilden, wobei der Rotor und der Stator zumindest zwei wechselseitig druckbeaufschlagbare Kammern begrenzen, die durch einen in Schwenkrichtung beweglichen, sich im wesentlichen entlang der gesamten axialen Ausdehnung der Kammern erstreckenden Flügel des Rotors oder Stators dichtend voneinander getrennt sind, wobei der Flügel auf der der abzudichtenden, relativ verdrehbaren Fläche des Stators oder Rotors zugewandten Seite eine im wesentlichen U-förmig in Richtung der Fläche offene Nut aufweist, die sich über die gesamte axiale Ausdehnung des Flügels erstreckt, wobei in der Nut unter radialer und axialer Vorspannung eine Dichtung angeordnet ist, die den Stator oder den Rotor dichtend berührt und wobei die Dichtung als zumindest eine Dichtleiste ausgebildet ist.

Stand der Technik

Eine solche Dichtungsanordnung ist aus der DE 43 39 527 C1 bekannt. Die Dichtleiste der vorbekannten Dichtungsanordnung weist einen im wesentlichen S-förmigen Querschnitt auf und Abstandhalter, die unter elastischer Vorspannung an Begrenzungsflächen der Nut anliegen, wobei die Dichtleiste den Nutgrund dichtend berührt. Die Abstandhalter sind derart ausgebildet und angeordnet, daß im wesentlichen die gesamte Fläche der jeweiligen Flanken der Dichtleiste und die jeweils angrenzende Kammer gemeinsam druckbeaufschlagbar sind.

Aus der DE 43 37 815 C1 ist ein Schwenkmotor bekannt, mit einer Dichtungsanordnung innerhalb eines Flügels, die aus einer rahmenförmigen Dichtleiste besteht, welche an der Innenseite durch einen O-Ring aus elastomerem Werkstoff vorgespannt wird. Dieser O-Ring ist zwischen einem Innenteil und dem äußeren rahmenförmigen Dichtungsteil angeordnet.

Aus der DE 25 44 662 A1 ist eine Dichtungseinrichtung für Rotationskolben- Maschinen bekannt, umfassend winkelförmige Dichtleistenteile, mit sich überlappenden und teleskopartig zueinander verschiebbaren Enden. Die Dichtwinkel sind innen durch Blattfedern beaufschlagt.

Aus der älteren Anmeldung DE 199 26 644 C1 ist eine weitere Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung eines Rotors und Stators bekannt, wobei Rotor und Stator Bestandteile eines Schwenkantriebs bilden. Eine teleskopartige Verschiebbarkeit von Dichtwinkeln ist in der älteren Anmeldung nicht offenbart.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich eine sichere Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator eines Schwenkantriebs in einem vergrößerten Temperaturbereich ergibt. Eine sichere Abdichtung soll wenigstens in dem Bereich von -40°C bis +120°C sichergestellt sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß die Dichtleiste einen als Spannelement ausgebildeten Kern aus elastomerem, im wesentlichen inkompressiblem Werkstoff aufweist und daß das Spannelement, im Längsschnitt betrachtet, entlang beider Längsseiten und den beiden axialen Stirnseiten von zumindest zwei Dichtwinkeln umfangsseitig umschlossen ist, die abhängig vom auf das Spannelement wirksamen Druck in axialer und radialer Richtung teleskopartig zueinander verschiebbar sind.

Eine zweite Lösung der gestellten Aufgabe sieht vor, daß die Dichtleiste einen als Spannelement ausgebildeten Kern aus elastomerem, im wesentlichen inkompressiblem Werkstoff aufweist und daß das Spannelement, im Längsschnitt betrachtet, entlang einer Längsseite und den beiden axialen Stirnseiten mit zumindest zwei Dichtwinkeln verbunden ist, die abhängig vom auf das Spannelement wirksamen Druck in axialer Richtung teleskopartig zueinander verschiebbar sind.

Bei beiden Lösungen ist von Vorteil, daß große Temperaturunterschiede, beispielsweise im Bereich von -40°C bis +120°C keine negativen Auswirkungen auf die Gebrauchseigenschaften der Dichtungsanordnung haben. Eine Druckerhöhung innerhalb des abzudichtenden Raums wirkt auf die Flanken des Spannelements, wobei der zunehmende Druck auf die Flanken des Spannelements wegen seiner Inkompressibilität eine zusätzliche Anpressung des Außenumfangs der Dichtleiste an den abzudichtenden Flächen bewirkt. Um die differenzdruckbedingte Längenänderung des Spannelements mitmachen zu können, ist es erforderlich, daß die Längsseite der Dichtleiste durch zumindest zwei Dichtwinkel gebildet ist, die in axialer Richtung teleskopartig zueinander verschiebbar sind. Nur durch eine derartige Ausgestaltung ist sichergestellt, daß die Dichtwinkel einer druckbedingten Verformung des Spannelements zu folgen vermögen.

Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit der Dichtungsanordnung kann es bevorzugt vorgesehen sein, daß die Dichtwinkel übereinstimmend ausgebildet sind und aus einem polymeren Werkstoff bestehen. Der polymere Werkstoff ist bevorzugt Polyamid. Durch die als Gleichteile ausgebildeten Dichtwinkel ist die Montage der Dichtleiste, die eine vormontierbare Einheit bildet, wesentlich vereinfacht, da die Gefahr von Montagefehlern auf ein Minimum reduziert ist.

Die Verwendung von Polyamid ist wegen der guten Extrusionsbeständigkeit gegenüber anderen polymeren Werkstoffen von Vorteil.

Das Spannelement und/oder die Dichtwinkel können kanalförmige Ausnehmungen aufweisen, zur wechselseitigen Druckbeaufschlagung des Spannelements mit Steuermedium. Die Ausnehmungen sind vorgesehen, um Quellung und/oder Wärmedehnung des Spannelements ausgleichen zu können und die Druckbeaufschlagung des Spannelements zu vereinfachen. Die Druckbeaufschlagung des Spannelements erfolgt derart, daß das Steuermedium durch die kanalförmigen Ausnehmungen der Dichtwinkel zum Spannelement gelangt und bei Druckbeaufschlagung für eine verstärkte Anpressung der Dichtwinkel an den abzudichtenden Flächen sorgt.

Das Spannelement und die Dichtwinkel können kraft- und/oder formschlüssig verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ besteht die Möglichkeit, daß das Spannelement und die Dichtwinkel adhäsiv verbunden sind. Zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung des Spannelements mit den Dichtwinkeln kann es beispielsweise vorgesehen sein, daß innerhalb des bevorzugt aus Gummi bestehenden Spannelements Ausnehmungen vorgesehen sind, wobei in jede Ausnehmung ein kongruent gestalteter Vorsprung des jeweiligen Dichtwinkels eingreift. Insbesondere die Lagerung der vormontierten Einheit, bestehend aus dem Spannelement und den beiden Dichtwinkeln sowie die Montage ist dadurch vereinfacht, daß die Teile, die die Dichtleiste bilden, unverlierbar miteinander verbunden sind.

Die Dichtwinkel weisen jeweils eine Stirnseite auf, die die axiale Stirnseite des Spannelements anliegend berührt, wobei die Stirnseiten einen sich in radialer Richtung erstreckenden, im wesentlichen mäanderförmigen Querschnitt aufweisen. Durch den mäanderförmigen Querschnitt besteht die Möglichkeit, daß sich die Stirnseiten der Dichtwinkel bei starker Druckbeaufschlagung in radialer Richtung ausdehnen und bei geringerer Druckbeaufschlagung anschließend selbsttätig wieder zusammenziehen können. Durch die druckabhängige Längenänderung der Stirnseiten der Dichtwinkel wird insbesondere die axiale Abdichtung des Flügels wesentlich verbessert.

Das Spannelement kann auf der der Längsseite der Dichtwinkel radial gegenüberliegenden Seite eine Dichtlippe aufweisen, die als statische Dichtung ausgebildet ist und den Nutgrund der Nut unter elastischer Vorspannung dichtend berührt. Die Dichtlippe ist bevorzugt einstückig ineinander übergehend und materialeinheitlich mit dem Spannelement ausgebildet, wobei die Dichtlippe - im Querschnitt betrachtet - im wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen Schwenkantrieb entlang der Linie A-A aus Fig. 2,

Fig. 2 ein Querschnitt durch einen Schwenkantrieb gemäß Fig. 1, geschnitten entlang der Linie B-B,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines 1. Ausführungsbeispiels einer Dichtleiste im herstellungsbedingten, nichteingebauten Zustand,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel aus Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 3,

Fig. 6 eine Vorderansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 3 im eingebauten Zustand,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die. Dichtleiste aus Fig. 6,

Fig. 8 eine Seitenansicht der Dichtleiste aus Fig. 6,

Fig. 9 des Spannelements aus Fig. 3 im herstellungsbedingten Zustand in einer Vorderansicht,

Fig. 10 bis 12 jeweils einen Schnitt durch das Spannelement aus Fig. 9, wobei in Fig. 10 der Schnitt entlang der Linie C-C, in Fig. 11 der Schnitt entlang der Linie D-D und in Fig. 12 der Schnitt entlang der Linie E-E dargestellt ist.

Fig. 13 eine Vorderansicht eines 2. Ausführungsbeispiels einer Dichtleiste im herstellungsbedingten, nicht eingebauten Zustand.

Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Schwenkantrieb gezeigt, umfassend ein Gehäuse, das als Stator 2 ausgebildet ist und eine Welle, die den Rotor 1 bildet. Der Rotor 1 ist stufenförmig abgesetzt und wird im Bereich seiner Absätze durch jeweils eine Drehdruckdichtung 26, 27 abgedichtet.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Kammern 4, 5 durch den Rotor 1 und den Stator 2 begrenzt sind, wobei in diesem Ausführungsbeispiel vier Flügel 7, 32, 33, 34 vorgesehen sind, von denen die beiden Flügel 7, 32 mit dem Stator 2 ausgebildet sind und die Flügel 33, 34 Bestandteile des Rotors 1 bilden.

In Fig. 3 ist die Vorderansicht einer Dichtleiste 11 im herstellungsbedingten, nichteingebauten Zustand gezeigt. Das Spannelement 12 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Gummi und ist auf der dem Nutgrund 22 zugewandten Seite mit einer einstückig und materialeinheitlich ausgebildeten Dichtlippe 21 versehen, die im Querschnitt betrachtet (Fig. 5) halbkreisförmig ausgebildet ist. Die Längsseite 13 des Spannelements 12 sowie die beiden Stirnseiten 14, 15 sind von den beiden Dichtwinkeln 16, 17 umfangsseitig überdeckt, wobei die beiden Dichtwinkel 16, 17 als Gleichteile übereinstimmend ausgebildet sind und aus Polyamid bestehen.

In Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Dichtleiste 11 aus Fig. 3 gezeigt. Die beiden Dichtwinkel 16, 17 weisen jeweils einen in Richtung des angrenzenden Dichtwinkels 17, 16 ragenden Vorsprung 23, 24 auf, wobei sich die Vorsprünge 23, 24 auf den in Umfangsrichtung 6 einander zugewandten Seiten berühren und dadurch aneinander geführt sind.

Die mit gestrichelter Linie angedeuteten Kreise zeigen zylindrische Vorsprünge 25, 35 der beiden Dichtwinkel 16, 17, die in entsprechend geformte, kongruente Ausnehmungen 28, 36 des Spannelements 12 kraftschlüssig eingreifen.

Die kanalförmigen Ausnehmungen 18 sind vorgesehen, um eine Druckbeaufschlagung des Spannelements 12 mit Steuermedium zu ermöglichen.

In Fig. 5 ist die Seitenansicht des Bauteils aus Fig. 3 gezeigt. Der erste Dichtwinkel 16 ist im Bereich seiner Stirnseite 19 mäanderförmig ausgebildet. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist von Vorteil, daß durch die Dichtleiste 11 einerseits eine gute Nachgiebigkeit zum Ausgleich herstellungsbedingter Toleranzen beim Betrieb der Dichtungsanordnung bei stark unterschiedlichen Temperaturen in Richtung der Anpreßkraft zwischen dem Nutgrund und der abzudichtenden Fläche besteht. Andererseits wird durch die gleichzeitige Druckbeaufschlagung einer der Kammern und den angrenzenden Ausnehmungen der Dichtleiste 11 eine druckabhängige, verstärkte Anpressung der Dichtleiste 11 an die jeweilige seitliche Begrenzungsfläche bedingt, die mit relativ niedrigerem Druck beaufschlagt ist. Durch die Druckbeaufschlagung des S-förmigen Querschnitts im Bereich seiner Flanken ergibt sich eine keilförmige Aufweitung der Ausnehmungen und somit eine stärkere Anpreßkraft und Abdichtwirkung gegenüber dem Raum mit relativ geringerem Druck. Die Anpreßkraft der Dichtleiste 11 an die entsprechenden Flächen 8 ist proportional zu den Druckänderungen, die auf das Spannelement 12 wirken, wobei sich der Anpreßdruck selbsttätig den Druckänderungen angleicht.

In den Fig. 6 bis 8 ist die Dichtleiste 11 aus den Fig. 3 bis 5 im eingebauten Zustand gezeigt.

In Fig. 6 schließt die Dichtlippe 21 bündig mit den Stirnseiten 19, 20 der beiden Dichtwinkel 16, 17 ab, wobei sowohl die Dichtlippe 21 als auch die Stirnseiten 19, 20 den Nutgrund 22 der Nut 9 unter elastischer Vorspannung dichtend berühren.

Die Ausdehnung in Längsrichtung ist im eingebauten Zustand - bezogen auf den nichteingebauten Zustand aus den Fig. 3 bis 5 - deutlich reduziert. Die Überdeckung der Vorsprünge 23, 24 der beiden Dichtwinkel 16, 17 ist größer als in Fig. 4.

In Fig. 8 ist, wie in Fig. 6, zu erkennen, daß die Stirnseiten 14, 15 des Spannelements 12 und die Stirnseiten 19, 20 der beiden Dichtwinkel 16, 17 auf der dem Nutgrund 22 zugewandten Seite bündig abschließen.

In Fig. 9 ist das Spannelement 12 als Einzelteil in einer Ansicht gezeigt. Das Spannelement 12 besteht vollständig aus Gummi und ist einstückig ausgeführt.

In Fig. 10 ist ein Querschnitt durch das Spannelement 12 entlang der Linie C-C gezeigt. Die Ausnehmung 28 ist geringfügig hinterschnitten, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung mit dem kongruent gestalteten zylindrischen Vorsprung 25 des ersten Dichtwinkels 16 zu bilden.

Die Einschnürungen 29, 30, die sich entlang jeder der Flanken in Längsrichtung erstrecken, sind vorgesehen, um eine bessere Druckbeaufschlagung des Spannelements 12 durch das Steuermedium zu bewirken.

In Fig. 11 ist der Schnitt D-D aus Fig. 9 gezeigt. Die kanalförmige Ausnehmung 18 ermöglicht die Beaufschlagung der Einschnürung 30 mit dem zur Anwendung gelangenden Steuermedium.

In Fig. 12 ist der Schnitt E-E aus Fig. 9 gezeigt.

In Fig. 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung im herstellungsbedingten, nicht eingebauten Zustand gezeigt. Die Dichtleiste 11 weist einen als Spannelement 12 ausgebildeten Kern aus elastomerem Werkstoff auf, wobei das Spannelement 12, im Längsschnitt betrachtet, entlang beider Längsseiten 13, 31 und der beiden axialen Stirnseiten 14, 15 von Dichtwinkeln 16, 17 umfangsseitig umschlossen ist, die abhängig vom auf das Spannelement 12 wirksamen Druck in axialer und radialer Richtung teleskopartig zueinander verschiebbar sind.

Claims

1. Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung eines Rotors und Stators, die Bestandteile eines Schwenkantriebs bilden, wobei der Rotor und der Stator zumindest zwei wechselseitig druckbeaufschlagbare Kammern begrenzen, die durch einen in Schwenkrichtung beweglichen, sich im wesentlichen entlang der gesamten axialen Ausdehnung der Kammern erstreckenden Flügel des Rotors oder Stators dichtend voneinander getrennt sind, wobei der Flügel auf der der abzudichtenden, relativ verdrehbaren Fläche des Stators oder Rotors zugewandten Seite eine im wesentlichen U-förmig in Richtung der Fläche offene Nut aufweist, die sich über die gesamte axiale Ausdehnung des Flügels erstreckt, wobei in der Nut unter radialer und axialer Vorspannung eine Dichtung angeordnet ist, die den Stator oder den Rotor dichtend berührt und wobei die Dichtung als zumindest eine Dichtleiste ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (11) einen als Spannelement (12) ausgebildeten Kern aus elastomerem, im wesentlichen inkompressiblem Werkstoff aufweist und daß das Spannelement (12), im Längsschnitt betrachtet, entlang beider Längsseiten (13, 31) und den beiden axialen Stirnseiten (14, 15) von zumindest zwei Dichtwinkeln (16, 17) umfangsseitig umschlossen ist, die abhängig vom auf das Spannelement (12) wirksamen Druck in axialer und radialer Richtung teleskopartig zueinander verschiebbar sind.

2. Dichtungsanordnung zur gegenseitigen Abdichtung eines Rotors und Stators, die Bestandteile eines Schwenkantriebs bilden, wobei der Rotor und der Stator zumindest zwei wechselseitig druckbeaufschlagbare Kammern begrenzen, die durch einen in Schwenkrichtung beweglichen, sich im wesentlichen entlang der gesamten axialen Ausdehnung der Kammern erstreckenden Flügel des Rotors oder Stators dichtend voneinander getrennt sind, wobei der Flügel auf der der abzudichtenden, relativ verdrehbaren Fläche des Stators oder Rotors zugewandten Seite eine im wesentlichen U-förmig in Richtung der Fläche offene Nut aufweist, die sich über die gesamte axiale Ausdehnung des Flügels erstreckt, wobei in der Nut unter radialer und axialer Vorspannung eine Dichtung angeordnet ist, die den Stator oder den Rotor dichtend berührt und wobei die Dichtung als zumindest eine Dichtleiste ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleiste (11) einen als Spannelement (12) ausgebildeten Kern aus elastomerem, im wesentlichen inkompressiblem Werkstoff aufweist und daß das Spannelement (12), im Längsschnitt betrachtet, entlang einer Längsseite (13) und den beiden axialen Stirnseiten (14, 15) mit zumindest zwei Dichtwinkeln (16, 17) verbunden ist, die abhängig vom auf das Spannelement (12) wirksamen Druck in axialer Richtung teleskopartig zueinander verschiebbar sind.

3. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtwinkel (16, 17) übereinstimmend ausgebildet sind.

4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtwinkel (16, 17) aus polymerem Werkstoff bestehen.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (12) und/oder die Dichtwinkel (16, 17) kanalförmige Ausnehmungen (18) zur wechselseitigen Druckbeaufschlagung des Spannelements (12) mit Steuermedium aufweisen.

6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (12) und die Dichtwinkel (16, 17) kraft- und/oder formschlüssig verbunden sind.

7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (12) und die Dichtwinkel (16, 17) adhäsiv verbunden sind.

8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtwinkel (16, 17) jeweils eine Stirnseite (19, 20) aufweisen, die die axialen Stirnseiten (14, 15) des Spannelements (12) berühren, wobei die Stirnseiten (19, 20) einen sich in radialer Richtung erstreckenden, im wesentlichen mäanderförmigen Querschnitt aufweisen.

9. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (12) auf der der Längsseite der Dichtwinkel (16, 17) radial gegenüberliegenden Seite eine Dichtlippe (21) aufweist, die als statische Dichtung ausgebildet ist und den Nutgrund (22) der Nut (9) unter elastischer Vorspannung dichtend berührt.