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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf Stirndichtanordnungen zum Zurückbehalten
von Schmiermitteln in, und Fernhalten von Fremdmaterial von der
Umgebung der Lagerflächen
zwischen den relativ zueinander beweglichen Drehteilen. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Stirndichtanordnung, die eine
angemessene Abdichtung bereitstellt ohne die axialen Abstandserfordernisse
der Abdichtungselemente zu erhöhen.
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Hintergrund
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Bekannte
Stirndichtanordnungen zur Benutzung in Konstruktionen mit beweglichen
Drehkomponenten, wie z.B. Gleiskettenrollenanordnungen von Gleiskettenmaschinen,
Achsantrieben usw., enthalten normalerweise ein Paar sich gegenüberliegender Abdichtringe
aus Metall oder anderem abnutzungsfestem, hartem Material. Die Abdichtringe
rotieren relativ zueinander mit Stirnflächen-zu-Stirnflächen-Kontakt, um eine positive
Stirnflächendichtung herzustellen,
welche das Schmiermittel zurückbehält und verhindert,
dass Fremdmaterial in die sich drehenden Lagerflächen der Drehanordnung gelangen kann.
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Eine
derartige bekannte Dichtungsanordnung, die besonders zur Benutzung
in einer Gleiskettenrollenanordnung geeignet ist, umfasst einen
ersten dynamischen, d.h. axialbeweglichen Dichtring, der mit einer
sich drehenden Spurrolle verbunden ist und einen zweiten dynamischen
Dichtring, der einem sich nicht drehenden Endkragen der Gleiskettenrollenanordnung
zugeordnet ist. Jeder Dichtring ist axialbeweglich in Bezug zu der
entsprechenden Gleiskettenrollenanordnungs-komponente angeordnet und
ist zu dem anderen Dichtring durch einen elastischen Belastungsring
oder Lastring (toric), der zwischen einer abgewinkelten Rampe auf
dem Dichtring und einer gegenüberstehenden
abgewinkelten Rampe auf der zugehörigen Gleiskettenrolle oder
Endkragen vorgespannt wird. Die Kraft die auf jeden Dichtring von
dessen entsprechenden Lastring ausgeübt wird, sorgt für den konstanten
Dichtungseingriff der Stirnflächen
der Dichtringe.
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Die
Kompression des Lastringe zwischen den zugehörigen Rampen ist ein Kernpunkt
zum Erreichen einer strömungsmitteldichten
Stirnflächendichtung.
Angemessene „torische" Kompression ist notwendig
um die Stirnbelastung zu erzeugen, die wiederum für die positive
Dichtung notwendig ist. Üblicherweise
besitzen die Rampen der Dichtringe ein 8 Grad gewinkeltes Profil
in Verbindung mit einer gegenüberliegenden
Rampe mit einem 10 Grad Winkelprofil, wobei die Winkel in einer
Richtung konvergieren, die von der Dichtungsfläche des betreffenden Dichtrings
wegführt.
Diese konvergierende 8/10 Grad Konfiguration bietet einen guten
externen Druckwiderstand, welcher die Effekte z.B. der Schlammpackungung,
vermeidet, oder auch relativ eine niedrige Belastungs-/Auslenkungskennlinie
aufweist, was große
Verschiebungen in der Stirnbelastung aufgrund der Axialbewegungen
der Dichtringe verhindert. Nichtsdestotrotz wurde herausgefunden,
dass eine optimale torische Kompression für bestimmter Dichtungsgrößen längere als
bisher verwendete Rampen benötigt.
Demgemäß kann die
optimale torische Kompression unter Verwendung der oben genannten
8/10 Grad Dichtungskonstruktion mehr axialen Raum für die Dichtungselemente
benötigen,
was die optimale torische Kompression in bestehenden Dichtungsanwendungen
verhindert hat, welche zur Benutzung mit existierenden, kürzeren Rampen
der Dichtringe gebaut wurden, insofern nicht tief greifende Veränderungen
der umliegenden Struktur in Angriff genommen wurden.
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Es
wird auf US-S-4,077,634 aufmerksam gemacht, welche als Basis für den Entwurf
der Präambel
des Anspruchs 1 genutzt wurde.
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Die
Erfindung ist darauf ausgerichtet eines oder mehrere der oben genannten
Probleme zu überwinden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Stirndichtungsanordnung umfasst einen ersten Dichtring, der axial
an ein drehbares Element zur Achsenumdrehung angebracht ist. Ein
ringförmiges
Gehäuseglied
ist in axialem Abstand vom ersten Dichtring angebracht, und zwar
rotierbar in Bezug auf die Rotationsachse des vorher erwähnten Rotationselements.
Ein zweiter Dichtring ist axial zwischen dem ersten Dichtring und
dem ringförmigen
Gehäuseglied
angebracht. Der erste Dichtring hat eine glatte Stirn, und der zweite Dichtring
hat ebenfalls eine glatte Stirn, die auf der gegenüberliegenden
Stirn des ersten Dichtring anliegt und mit diesem im gemeinsamen
Dichtungseingriff steht, sodass die Dichtungsflächen eine Dichtungsebene ausmachen.
Das ringförmige
Gehäuseglied
besitzt eine achsenverlängerte Rampe,
und der zweite Dichtring besitzt auch eine achsenverlängerte Rampe,
die auf die Rampe des ringförmigen
Gehäusegliedes
hinweist. Die Rampen laufen entgegengesetzt der Richtung der Dichtungsebene
zusammen. Ein Vorspannglied befindet sich kommpressiert zwischen
den genannten abgewinkelten Laderampen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, einer Gleiskettenrollenanordnung,
die eine Stirndichtanordnung entsprechend der Erfindung verwendet.
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2 ist
ein vergrößerter Ausschnitt
der Stirndichtanordnung der 1, und zwar
innerhalb des Kreises 2 der 1.
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Bestmögliche Art der Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
eine Gleiskettenrollenanordnung, im Allgemeinen mit 10 bezeichnet,
zur Benutzung in einer Gleisketten- oder Raupenmaschine, wie beispielsweise
in einem Gleiskettenschlepper, einem Bagger oder dergleichen. Wie
bekannt ist die Rollenanordnung 10 mit üblichen Mitteln zwischen dem
Gleiskettenrahmen (nicht gezeigt) und der Kette (nicht gezeigt)
der Gleiskettenmaschine angeordnet. Die Rollenanordnung 10 weist
ein übliches
Rollenelement 12 auf, welches drehbar an einer Welle 14 gelagert
ist. Zwei Lagerhülsen 16 kleiden
die Innenwand des Rollenelements 12 aus und sehen eine dauerhafte
Abrieboberfläche
vor. Das Rollenelement 12 ist zwischen zwei Kragen 18 eingeschlossen
und an den gegenüberliegenden
Enden der Welle 14 befestigt. Jeder der Kragen 18 ist
durch einen Stift 20 an der Welle 14 befestigt,
dadurch dass der Stift 20 durch die Öffnungen 22 im Kragen 18 hindurchverläuft, und
zwar in Ausrichtung mit einer Bohrung 24 durch die Welle 14.
Somit sind die Kragen 18 axial relativ zur Welle 14 befestigt,
jedoch ist Spiel für
eine kleine Größe axialer
Bewegung des Rollenelements 12 zwischen den Kragen 18.,
gestattet.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 sei bemerkt,
dass eine Stirndichtanordnung, im allgemeinen mit 30 bezeichnet,
zwischen dem Rollenelement 12 und jedem der Endkragen 18 liegt.
Wie bekannt dienen Stirnflächendichtungsrollenanordnungen 30 zur
Zurückhaltung
von Schmiermitteln wie Öl,
in der Nähe
der Lagerflächen
zwischen den Rollenelementen 12 und der Welle 14 und
auch zum Verhindern des Erreichens von Fremdmaterial in die Lagerflächen. Da
jede der Dichtanordnungen 30 großteils identisch sind, soll
hier nur eine der Dichtanordnungen 30 im Detail beschrieben
werden.
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Besonders
in Bezug auf 2 sei bemerkt, dass die Dichtungsanordnung 30 einen
ersten, statischen Dichtring 32 und einen zweiten, dynamischen Dichtring 34 umfasst,
welche beide aus Metall oder einem anderem geeigneten haltbaren,
harten Material gefertigt sind. Der statische Dichtring 32 ist
so in eine Bohrung 36 in dem Rollenelement 12 eingepresst,
dass der statische Dichtring 32 axial bezüglich des
Rollenelements 12 befestigt ist und sich mit diesem dreht.
Ein Elastomer-O-ring 38 ist zwischen dem statischen Ring 32 und
der Bohrung 36 festgelegt, um dazwischen die strömungsmitteldichte
Dichtung vorzusehen. Der dynamische Dichtring 34 wird axial
zwischen dem statischen Dichtring 32 und dem gegenüberliegenden
Endkragen 18 gehalten.
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Der
statische Ring 32 hat eine glatte Dichtungsstirnfläche 40,
welche auf eine glatte Dichtungsstirnfläche 42 auf dem dynamischen
Ring 34 hinweist und mit dieser in Eingriff steht. Die
Eingriffsebene zwischen den Dichtungsstirnflächen 40 und 42 ist
hier als „Dichtungsebene" bezeichnet. Die Dichtungsstirnflächen 40 und 42 werden
durch einen Elastomer-Lastring (tonic) 44 und dem Kragen 18 in konstantem
Dichtungseingriff gehalten. Insbesondere besitzt der dynamische
Ring 34 eine ringförmige Rampe 46,
die auf dem Ring ausgeformt ist und zu einer ringförmigen Rampe 48,
welche auf dem Kragen 18 ausgeformt ist, hinweist. Wenn
das Rollenelement 12 sich axial zwischen den Kragen 18 bewegt, dann
legt der elastische Lastring 44 eine Kraft an die Rampe 46 auf
des dynamischen Rings 34 an, und drückt somit den dynamischen Ring 34 gegen
den statischen Ring 32. Folglich, wenn sich der statische Ring 32 vom
Kragen 18 entfernt, verursacht der Lastring 44,
dass sich der dynamische Ring 34 ebenso vom Kragen 18 wegbewegt
und somit den Dichtungseingriff zwischen den Dichtungsstirnflächen 40 und 42 aufrechtzuerhalten.
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Die
Länge der
Rampen 46 und 48 ist so gewählt, dass eine vorbestimmte
Kompression des Lastrings 44 erhalten bleibt und somit
die erwünschte Stirnbelastung
auf die Dichtungsfläche 40 und 42 vorgesehen
wird. Insbesondere wird der Lastring 44 bei der Montage
bis zum maximalen Belastungsniveau zusammengedrückt, welches großteils auch
bei dem Bewegungsspielraum des dynamischen Ringes 34 beibehalten
werden kann, und zwar durch die Bereitstellung ausreichender Länge der
Rampen 46 und 48. Der derzeit bevorzugte Lastring 44 hat
ein maximales Belastungsniveau von ungefähr 30% Kompression, und die
torische Kompression wird zwischen 29% und 31% gehalten, was von
der Auslenkung des dynamischen Rings 34 bezüglich des
Kragens 18 abhängt.
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Erfindungsgemäß sind die
Rampen 46 und 48 so abgewinkelt, das sie in der
Richtung von der Dichtungsebene weg konvergieren. Im Detail, wie
in 2 zu sehen, erstreckt sich die Rampe 46 bevorzugterweise
unter einem Winkel von 8 Grad gegenüber einer Ebene, die senkrecht
zu der Dichtungsstirnfläche 42 des
dynamischen Rings 34 verläuft, und die Rampe 48 erstreckt
sich vorzugsweise unter einem Winkel von 10 Grad bezüglich einer
Ebene senkrecht zur Dichtungsfläche 42 des
dynamischen Rings 34. (Diese Ebenen sind parallel zu der
Rotationsachse des Rollelements 12 in der aufgeführten Ausführung).
Natürlich
könnten
auch andere Winkel verwendet werden, die in der Richtung weg von
der Dichtungsebene konvergieren. Es sei bemerkt, dass der Begriff „konvergieren" nicht so verwendet
wird als ob sich die Rampen 46 und 48 tatsächlich schneiden, sondern
in dem Sinne dass sie sich schneiden würden, wenn sie weiter von der
Dichtungsebene wegverlängert
wären.
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Wie
oben erläutert,
sehen die konvergierenden Winkel der Rampen 46 und 48 einen
guten Widerstand gegenüber
externer Krafteinwirkung auf den Lastring 44 vor, wie z.B.
der Krafteinwirkung durch eine Schlammpackung. Der bevorzugte konvergierende
Winkel sieht auch relativ flache Belastungs-/Auslenkungseigenschaften derart vor,
dass sich die Stirnflächenbelastung
nicht wesentlich verändert,
wenn sich der dynamische Ring 34 axial zudem Kragen 18 bewegt.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Im
Falle des Gebrauchs verhindert die Dichtungsanordnung 30 das
Austreten von Schmiermittel aus der Gleiskettenrollenanordnung 10 und
hält Fremdmaterial
davon ab die sich drehende Lageroberfläche zu erreichen. Die dargestellte
Dichtungsanordnungskonstruktion gestattet die Verwendung längerer Rampen 46 und 48 im
Vergleich zu der Länge
der Rampen bekannter ähnlicher
Dichtungsanordnungen, ohne mehr axialen Raum für die Dichtungselemente als
bei den bekannte Anordnungen zu benötigen. Die längeren Rampen 46 und 48 ermöglichen,
dass die optimale Kompression des Lastrings erreicht und gehalten
wird, um somit die gewünschten
Stirnbelastungen herzustellen. Da die Länge der Dichtungsanordnung 30 nicht
vergrößert wird
um optimale torische Kompression zu erreichen, können existierende Dichtungseinrichtungen
problemlos mit den Dichtungsanordnungen 30 umgerüstet werden, ohne
aufwendige und teure Designveränderungen der
Umgebungsbauteile der Dichtungselemente vornehmen zu müssen.
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Darüber hinaus
erlaubt die Benutzung des statischen Rings 32, der in das
Rollenelement 12 eingepasst ist, die Härtung des Rollenelements 12,
da die Bohrung 36 nach der Wärmebehandlung eingestochen
werden kann. Falls aber im Gegensatz dazu zwei dynamische Ringe 32, 34 in
jeder Dichtungsanordnung 30 verwendet werden würden, müsste man eine
abgewinkelte Rampe in das Rollenelement 12 einarbeiten.
Da eine solche Einarbeitung für
gewöhnlich
nach der Wärmebehandlung
stattfindet, müsste man
die Härte
des Materials nach der Wärmebehandlung
so beschränken,
dass die Einarbeitung der Rampen noch möglich ist.
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Obwohl
die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben wurden, ist es klar, dass im Rahmen der
Erfindung und der folgenden Ansprüche Abänderungen möglich sind.