DE3243220A1

DE3243220A1 - Dichtungsanordnung

Info

Publication number: DE3243220A1
Application number: DE19823243220
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. Dr. 8000 München Steiner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1982-11-23
Filing date: 1982-11-23
Publication date: 1984-05-24
Also published as: GB8324721D0; GB2131104A

Description

be/sc

M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÖRNBERG Aktiengesellschaft

München, den 09. November 1982 10

Dichtungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung mit zwei koaxial zueinander angeordneten, gegeneinander um einen begrenzten Winkelbereich verschwenkbaren Bauteilen.

Zur Abdichtung von Hohlräumen werden bei sich drehenden Bauteilen gleitende Dichtelemente verwendet, wie zum Beispiel Wellendichtringe mit einer oder mehreren Dicht-lippen.

Zur Erhaltung der Dichtwirkung ist an den Dichtlippen ein Schmierfilm erforderlich.

Wenn die Bauteile nicht relativ zueinander rotieren, sondern sich nur um geringe Winkel betrage gegeneinander verschwenken, wobei der Schwenkwinkel einen Wert von etwa 3O⁰C nicht überschreitet, baut sich der erforderliche Schmierfilm zwischen der Dichtlippe und der Gegenflä'che nicht mehr zuverlässig auf, so daß die Dichtlippe merklich trocken läuft und verschleißt.

Dieser Verschleiß tritt in besonders gravierendem Maße bei der Abdichtung eines Doppelachs-Federlagers von Nutz- oder Militärfahrzeugen auf: Ein solches Federlager

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ist von einem Auflagerbund gebildet» auf welchem sich die Mitte eines Federbündels abstützt.

Dieser Auflagerbund weist einen Hohlraum auf, in welchem Lager zur Abstützung auf einem Tragzapfen angebracht sind.

0er Hohlraum ist zur Außenseite der Lageranordnung hin durch einen Deckel dichtend verschlossen und bildet gegenüber dem Hohlzapfen bzw. anderen, mit diesen konzentrisch ausgebildeten und fest an diesem angebrachten Bauteilen einen Ringspalt, welcher von einem Dichtungsring verschlossen ist.

An diesem Dichtungsring tritt nun ganz besonders hoher Verschleiß ein, besonders dann, wenn das zugehörige Fahrzeug im Gelände oder auf Baustellen eingesetzt wird, wo Staub und Sand den Verschleiß noch fördern.

Infolge des hohen Verschleißes 1st es nun erforderlich,

die im Hohlraum angebrachten Lager mit Fett zu schmieren, denn bei ölschmierung würde an den Verschleißstellen bereits sehr bald öl auftreten.

Ausgehend von dieser Problemlage ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art hinsichtlich ihres Verschleißes und ihrer Dichtigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein

Dichtungsring mit einer flexiblen Membran verwendet wird, welcher mit seinem Innen- und Außenumfang am jeweils zugehörigen Bauteil dichtend und verdrehbar befestigt ist. . Tritt eine Verdrehung der beiden Bauteile gegeneinander

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ein, dann bleibt dennoch jedes Bauteil mit dem angrenzenden Teil des Dichtungsringes fest und unverdrehbar verbunden. Die Drehung bewirkt lediglich eine Torsion der Membran» was zum Aufbau von Scherspannungen im Material dieser Membran führt.

Erfindungsgemäß sind nun Material und Formgebung der Membran in Zuordnung zum aufzunehmenden Verdrehwinkel derart gewählt, daß die im Material auftretende Scherspannung an keiner Stelle den für die Dauerfestigkeit dieses Materials noch zulässigen Wert überschreitet.

Der Ringspalt wird somit erfindungsgemäß vom Dichtungsring hermetisch abgeschlossen, da dieser mit beiden Bau-

teilen fest verbunden ist. Die auftretende Relativbewegung führt nicht mehr, wie beim Stand der Technik, zur gleitenden Bewegung angrenzender Flächen, sondern zu einer molekularen, elastischen Verformung 1m Material der Membran des Dichtungsringes.

Da keine gleitende Bewegung mehr statt finget, und da die in der Membran auftretende Scherung deren Scher-Dauerfestigkeit nicht übersteigt, tritt am Dichtungsring auch

kein Verschleiß auf, ungeachtet der Verschmutzung, der er 25

ausgesetzt ist. Es ist daher ohne weiteres möglich, beim obengenannten, bevorzugten Anwendungsfall eines LKW-Doppelachs-Federlager ölschmierung zu verwenden, was umgekehrt die an sich vorteilhafte Verwendung von Gleitlagern anstelle der bisher verwendeten Wälzlager ermöglicht.

Da der erfindungsgemäße Dichtungsring letztlich keine Kräfte aufnehmen oder übertragen muß, sondern lediglich die ständig auftretende Scherung überstehen muß, kann zu seiner Herstellung im Prinzip jedes hinlänglich flexible

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Material verwendet werden, soweit es genügend alterungsbeständig ist und durch die Umgebungsbedingungen (Schmiermitteleinfluß und dgl.) nicht Schaden nimmt.

Bevorzugt wird jedoch ein Material auf der Grundlage von

natürlichem oder synthetischem Gummi· verwendet, wobei dann der maximale Scherwinkel 3O⁰C nicht wesenlich Übersteigen sollte. Bei geeigneter Auslegung des Dichtungsringes können somit die beiden Bauteile um bis zu - 15° gegeneinander verschwenkt werden.

In einer besonders einfachen Ausführungsform ist die Membran eben ausgebildet und weist somit die Form einer ebenen Ringscheibe auf. Es kann aber auch von Vorteil sein,

die Membran konisch bzw. kegel stumpffö'rmig auszubilden.

Um einen hinlänglich großen Verdrehwinkel zwischen den Bauteilen zu erreichen, ist es erforderlich, daß der Dichtungsring zwischen seiner Innen- und Außenbefestigung einen hinlänglich großen Abstand aufweist. Dieser Abstand kann nun in radialer Richtung bei verwendung einer ebenen Membran dann von Vorteil sein, wenn eine kurze, axiale Baulänge der Dichtungsanordnung angestrebt ist. Ist andererseits ein möglichst geringer Durchmesser der Anordnung erforderlich, dann 1st eine kegeTstumpfförmige Membran von Vorteil.

Die Erfindung erstreckt sich auf den Grenzfall der kegelförmigen Membran, die zylindrische Membran, doch dürfte diese wegen ihrer großen, axialen Baulänge in der Praxis nur selten einsetzbar sein. Auch eine Membran in Form eines Faltenbalges liegt noch im Bereich der Erfindung.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung 1st es von Vor-

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teil, daß die Membran durchgehend die fm wesentlichen gleiche Material stärke aufweist, welche dann möglichst dünn ist, um Kosten und Abmessungen der Dichtungsanordnung zu verringern.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann es jedoch auch von Vorteil sein» daß die Membran sich zum Umfang hin verjüngt, wobei die Verjüngung derart gewählt ist, daß eine Mambran gleicher Torsionsfestigkeit entsteht. Dies bedeutet, daß bei Scherung über die gesamte Membran hinweg an allen Stellen im wesentlichen der gleiche Scherwinkel auftritt. Eine solche Ausgestaltung verhindert das Auftreten von Scherspannungsspitzen,

Ungeachtet der jeweils gewählten Membranform weist diese bevorzugt an jenen Teilen, weiche dem nächstgelegenen Bauteil jeweils benachbart sind, eine Verbreiterung auf, und zwar zur besseren Befestigung und zum gleichmäßigeren Einleiten der Scherspannung in die Membran,

Der Dichtungsring kann an mindestens einem der benachbarten Bauteile dadurch befestigt sein, daß die ihn bildende Membran jeweiligen Bauteil festgespannt ist, Diese Ausgestaltung ist besonders dann von Vorteil, wenn das genannte Bauteil aus mehreren, axial aneinanderstoßenden und zusammengespannten Einzelteilen besteht, zwischen weiche die Membran ohne weiteres eingeklemmt werden kann.

Es wird in der Regel aber vorteilhaft sein, daß gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Membran mit ihren Innen- und/oder Außenseite an einer dieser Seiten jeweils zugeordneten Paßhülse befestigt ist, etwa durch Verkleben, Anvulkanisieren, Festklemmen oder dgl.

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In diesem Fall ist die zugehörige Paßhülse derart auf das sie tragende Bauteil abgestimmt, daß nach ihrem Augsetzen eine hinlänglich dichte Verbindung mit diesem Bauteil gebildet ist.

Der besondere Vorteil eines mit zwei Paßhülsen versehenen Dichtungsringes liegt darin, daß dieser als Fertigbauteil hergestellt und dann ohne besondere Vorkehrungen einzubauen ist, wobei lediglich darauf zu achten 1st, daß IO

die beiden Paßhülsen verbindende, hochflexible Membran nicht überdehnt wird.

Es ist gegebenenfalls bei geeigneter Ausbildung dieser Membran sogar möglich, das Fertigbauteil anstelle bisher

verwendeter Dichtungsringe 1m Austausch einzusetzen.

Um die Belastbarkeit der Membran noch zu erhöhen, ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung von Vorteil, daß diese mit Vorspannung eingebaut ist, wobei die Vorspannung derart gewählt ist, daß sie beim Eintreten einer Scherspannung zunächst abgebaut wird.

Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den Vertikai schnitt durch das Doppelachs-Federlager eines Lastwagens, mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung, 3Q Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dicntungsanordnung, und

Fig. 3 und 4 je ein Ausführungsbeispiel eines Dichtungsrings mit einer zwischen zwei Paßhülsen einvulkanisierten Membran.

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In Fig, i ist ein Doppelachs-Federlager für einen Lastkraftwagen im Vertikal schnitt gezeigt.

Das eine Ende eines Tragzapfens 5 ist fest am Lastwagen-

fahrgestell angebracht, wobei das andere Ende dieses Tragzapfens 5 aus diesem Fahrgestell frei herausragt.

Auf diesem freien Ende sind zwei Wälzlager 3,4 angebracht, welche auf ihrer Außenseite einen Auflagerbund 1 tragen, auf dessen Oberseite sich die Mitte eines Federbündels 2 abstützt.

Ein Schmiermittelraum 6 ist zu seiner Innenseite hin vom Tragzapfen 5, zu seiner Außenseite hin vom Auflagerbund 1 und an seinen beiden Enden jeweils durch eines der Lager 3,4 verschlossen.

Koaxial zum Tragzapfen 5 ist in dem an das Lager 4 angrenzenden Teil des Fahrgestells eine Ringnut angebracht, welcher eine Ausdrehung am benachbarten Ende des Auflagerbundes 1 zugewandt ist. In die Ringnut bzw. die Ausdrehung ist passend die Innen- bzw. Außenhülse eines Dichtungsringes 7 eingepreßt, welcher in Fig. 4 noch näher gezeigt ist.

Wie ersichtlich, ist der Innenraura 6 jenseits der beiden Lager 3,4 durch den Dichtungsring 7 bzw. durch einen Au,-ßendeckel hermetisch verschlossen.

Im Betrieb führt der Auflagerbund 1 begrenzte Schwenkbewegungen um den Tragzapfen 5 aus, welche dazu führen, daß die äußere Paßhülse des Dichtungsringes 7 gegenüber der inneren Paßhülse verschwenkt wird. Diese Relativbewegung wird aber im Material der Membran des Dichtungs-

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rings 7 (siehe Fig. 4) vollständig aufgenommen, sodaß der Innenraum hermetisch abgeschlossen bleibt.

In Fig. 2 ist eine andere Dichtungsanordnung gezeigt, bei welcher ein Bund Γ und ein Zapfen 5'relativ zueinander verschwenkbar sind.

Der Zapfen 5'weist eine Schulter auf, gegen welche mittels einer Büchse die Innenseite einer ebenen, Ringscheibenförmigen Membran 10 festgeklemmt ist.

Die Innenbohrung des Bundes 1 weist einen Absatz auf, in welchen der Außenumfang der Membran 10 eingreift. Ein auf die Außenseite des Bundes 1'aufgeschraubter Klemm-

ring hält den Außenumfang der Membran 10 gegen den Absatz angedrückt.

In Fig. 3 und 4 1st jeweils ein Dichtungsring 7 gezeigt, welcher einen Innenpaßring 8, Außenpaßring 9 und eine

zwischen diesen beiden eingeklebte, einvulkanisierte oder eingepreßte Membran 10 aufweist.

Diese Membran 10 weist bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 eine nach außen hin abnehmende Dicke auf, und zwar

derart, daß beim Verwinden dieser Membran überall etwa die gleiche Scherspannung im Material auftritt.

Der Umfang der in Fig. 3 gezeigten Membran ist allerdings wieder verbreitert, um eine zuverlässige Befesti-

gung an der Innenseite der Außen-Paßhülse 9 zu gewährleisten.

Die Paßhülsen 8 und 9 des Ausführungsbeispiels der Fig. weisen jeweils einen U-förm1gen Querschnitt auf, dessen

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Flanken jeweils der anderen Paßhülse zugewandt sind und welche den jeweils angrenzenden Rand der Membran 10 umgreifen.

Diese Membran 10 ist nicht nur mit dem Steg, sondern auch mit den Schenkeln des jeweiligen U-Profils verklebt bzw. durch Vulkanisation verbunden, um eine zuverlässige Haltbarkeit zu gewährleisten.

In Fig. 4 ist im vergrößertem Maßstab die beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eingesetzte Dichtung gezeigt.

Die Paßhülsen 8,9 sind jeweils von einer ZyIinderhülse gebildet, die einen nach außen bzw. nach innen weisenden Endflansch aufweist , welcher sich jeweils in Richtung zur anderen Hülse hin erstreckt, aber an dem von der anderen Hülse die abgewandten Ende der zugehörigen Hülse angesetzt ist, wobei beide Hülsen axial ein wenig zueinander versetzt sind.

An Hülse und Endflansch ist jeweils ein Ende der Membran 10 anvulkanisiert, sodaß sich diese'etwa kegelmantelförmig in dem zwischen beiden Hülsen 8,9 gebildeten Zwischenraum erstreckt.

Wie auf der Zeichnung ersichtlich, weist die Innenhülse eine größere axiale Länge auf als die Außenhülse, s"o daß es beim Einbau möglich ist» gegen Außen- und Innenhülse mit einem geeigneten Werkzeug anzudrücken, ohne daß deshalb die Membran 10 in unzulässiger Weise zusammengedrückt wörde.

Beim Einbau ist die Außenhülse gegenüber der in der Fig. gezeigten Cage zur Innenhülse 8 hin axial ein wenig angenähert, so daß die Membran 10 vorgespannt ist.

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Claims

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Patentanspruch

f1 ./Dichtungsanordnung mit zwei zwischeneinander einen Ringspalt bildenden, begrenzt zueinander verschwenkbaren Bauteilen, die Insbesondere von dem Tragzapfen und dem Federbündel-Auflagerbund eines Doppelachs-Federlagers für ein Nutzfahrzeug gebildet sind, mit einem Dichtungsring aus flexiblem Material, insbesondere Gummi, der an einem der Bauteile drehfest und dichtend an das andere Bauteil angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (7) auch am anderen Bauteil (1,5; Γ, 5') drehfest und dichtend an.liegt und eine Membran (10) aufweist, die derart ausgebildet ist, daß Verschwenken der Bauteile ein maximaler Scherwinkel nicht überschritten wird, der noch im dauer· schadensfreien Bereich des Membranmaterials liegt.
2. Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Gummi der maximale Scherwinkel 30°nicht übersteigt.

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3. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) eben oder konisch ausgebildet 1st.
4. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3. dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) durchgehend die im wesentlichen gleiche Wandstärke aufweist.
5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Membran (10) zum Umfang hin derart verringert ist, daß bei Verdrehung alle auftretenden Scherwinkel etwa gleich sind (Fig. 3).
6. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) an mindestens einem der Bauteile (Γ, 5') festgespannt 1st (Fig. 2).
7. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und/oder Außenseite des Dichtungsringes (7) von einer Paßhülse (8,9) gebildet 1st, an welcher die Membran (7) dichtend befestigt, insbesondere aufvulkanisiert 1st, und daß die Paßhülse mit Preßsitz am zugehörigen Bauteil (1,5) befestigt ist.
8. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (10) axial vorge-

j. . *.
spannt ist.

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