WO2011029746A1 - Bauteil mit einer anlauffläche für eine dichtung und dichtungsanordnung - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a component having a contact surface for a seal, wherein the contact surface comprises a metal-like material, against which at least one sealing lip of the seal bears radially circumferentially and a sealing arrangement.
- sealing rings which have a radially encircling sealing lip.
- the sealing lip is, optionally pressed with a likewise radially encircling spring on the shaft. This prevents media from being transported along the shaft.
- the contact surface located on the shaft for the sealing lip has a defined roughness (often Ra 0.2-0.8 ⁇ ) and produces little abrasion.
- contamination for example by particles, it is possible that they penetrate into the sealing gap or adhere to the sealing lip and thus cause erosion on the shaft. This in turn has a negative effect on the entire sealing system.
- the sealing lip can wear out more severely due to abrasion. A sufficient sealing effect can no longer be ensured.
- a component is specified with a contact surface for a seal, wherein the contact surface of a corrosion-resistant metal-like material, to which at least one sealing lip of the seal is radially circumferentially applied.
- the material is designed so that its strength increases while retaining the ductility by deformation as much as possible.
- the material is preferably chosen such that the effect occurs at room temperature or operating temperature of the component. If dirt particles penetrate into the region of the contact surface, so that they are pressed against the contact surface by the sealing lip, a mechanical stress occurs in the form of cutting, plowing and / or notches in the area of the surface. Due to the fact that the As a result of the material's micro-deformation, the wear caused by the penetrating particles is minimized as much as possible.
- An additional coating of the component by means of chromium or titanium nitrite is not necessary for many sealing arrangements in order to significantly reduce the wear.
- the steel has iron alloyed with chromium, nickel and carbon.
- the material is designed as metastable austenitic steel.
- the deformation causes martensite formation, which reduces the austenite content of the material and increases the martensite content. Due to the different properties of austenite and martensite, the strength increases while the ductility of the material is largely retained.
- the steel used e.g. easily produce an abrasion resistant wear sleeve with extended life.
- a sealing arrangement for the radial sealing of a rotating shaft comprising at least one radially encircling sealing lip and a component having a contact surface for the sealing lip.
- the component is designed according to one of claims 1 to 8.
- FIG. 1 shows a sealing arrangement according to a preferred embodiment of the invention and FIG. 2 shows a detail enlargement of FIG. 1.
- FIG. 1 shows a preferred embodiment of the invention.
- a shaft 1 is rotatably disposed within a ball bearing 3.
- a seal assembly 5 is arranged. This comprises a housing 7, which rests axially on the ball bearing 3. Within the housing 7, a holding element 9 is arranged. On the holding element 9, a radially extending shaft 1 sealing lip 1 1 is attached.
- the sealing lip 1 1 may for example consist of an elastomer.
- a wear sleeve 13 is arranged between the shaft 1 and the sealing lip 1 1, against which the sealing lip 1 1 rests radially circumferentially. A dirt entry from outside the ball bearing 3 is thus prevented.
- a likewise radially encircling spring 15 is provided, which presses the sealing lip 1 1 to the wear sleeve 13.
- FIG 2 a partial enlargement of the sealing lip 1 1, the wear sleeve 13 and the spring 15 is shown. From the outside penetrating dirt particles 17 penetrate into the contact zone of the sealing lip 1 1 and the wear sleeve 13 before. Once a particle 17 'is close enough in the contact zone, it is due to the contact force supported by the spring 15 embedded in the matrix of the elastomeric sealing lip 1 1 and pressed to the wear sleeve 13 that the wear of the surface and thus the contact surface of the sealing lip 1 1 is significantly increased. In the long term, scratches, grooves and signs of wear occur in the surface of the wear sleeve 13, so that the sealing effect of the sealing lip 1 1 is no longer guaranteed.
- the wear sleeve 13 is therefore made of a corrosion-resistant steel, which compared to the known thin-walled wear sleeves, by cold forming a significant increase in strength while retaining as much as possible tion of ductor properties.
- the steel used is, for example, a metastable austenitic steel in which mechanical influences lead to martensite transformation. The increase in martensite formation under load increases the strength of the steel, reducing wear and increasing the life of the component.
- so-called T IP steels transformation Induced Plasticity
- aluminum and silicon are often used as alloying elements.
- Other alloying elements, in particular nickel can also be used.
- the steel contains iron alloyed with chromium, nickel and carbon in predetermined proportions. These may be, for example, 17% chromium, 7% nickel and 0.1% carbon. It is also possible to use alloys with slightly different proportions of the alloying elements. Such a steel undergoes a significant increase in its hardness by cold working. So the steel is relatively soft in the ground state. If the wear sleeve 13 is produced from this, then the hardness increases. The surface of the wear sleeve 13 is thus already well protected against wear by the depressed particles 17 '. However, the steel undergoes further deformation by the indentation of the particles 17 'by means of the sealing lip and thus a locally limited further increase in hardness. The wear by the particles 17 'is thus further reduced. The application of a hard layer, such as chromium or titanium nitrite is therefore no longer necessary.
- a hard layer such as chromium or titanium nitrite is therefore no longer necessary.
- the steel alloy used may consist, for example, of a steel with a maximum of 0.15% carbon, a maximum of 2% silicon, a maximum of 2% manganese, a maximum of 0.045% phosphorus, a maximum of 0.015% sulfur, 17% chromium, a maximum of 0.80% molybdenum, 7% nickel and a maximum of 0.03% nitrogen are included.
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Abstract
Bei einem Bauteil (13) mit einer Anlauffläche für eine Dichtung (11) weist die Anlauffläche ein metallartiges Material auf, an dem wenigstens eine Dichtlippe der Dichtung radial umlaufend anliegt. Das Material ist derart ausgebildet, dass seine Festigkeit bei Verformung zunimmt.
Description
B e s c h r e i b u n g
Bauteil mit einer Anlauffläche für eine Dichtung
und Dichtungsanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil mit einer Anlauffläche für eine Dichtung, wobei die Anlauffläche ein metallartiges Material aufweist, an dem wenigstens eine Dichtlippe der Dichtung radial umlaufend anliegt und eine Dichtungsanordnung.
Zur Abdichtung von rotierenden Wellen werden oftmals Dichtungsringe eingesetzt, die eine radial umlaufende Dichtlippe aufweisen. Die Dichtlippe liegt, gegebenenfalls mit einer ebenfalls radial umlaufenden Feder angedrückt, an der Welle an. Dadurch wird verhindert, dass Medien entlang der Welle transportiert werden können. Zur Gewährleistung einer langen Lebensdauer der Dichtung ist es erforderlich, dass die auf der Welle befindliche Anlauffläche für die Dichtlippe eine definierte Rauheit (oftmals Ra 0,2-0,8 μηι) aufweist und wenig Abrieb erzeugt. Bei auftretenden Verschmutzungen, beispielsweise durch Partikel, ist es jedoch möglich, dass diese in den Dichtspalt eindringen oder an der Dichtlippe haften und somit auf der Welle Abtragungen verursachen. Dies wiederum wirkt sich negativ auf das gesamte Dichtsystem aus. Sobald die Anlauffläche für die Dichtungen durch Schmutzeintrag während des Betriebs hinreichend degeneriert ist, kann die Dichtlippe verstärkt durch Abrieb verschleißen. Eine ausreichende Dichtwirkung kann nicht mehr sichergestellt werden.
Es ist bekannt, auf der Welle ein dünnwandiges, hülsenförmiges Bauteil aus korrosionsbeständigem Stahl anzubringen, an dem die Dichtlippe anliegt (Verschleißhül-
se). Somit stellt das Bauteil eine austauschbare Anlauffläche zur Verfügung. Bei Abnutzung ist das Bauteil auf einfache Weise austauschbar. Die spezielle dünnwandige Ausführung des Bauteiles erlaubt eine einfache konstruktive Anpassung des Wellendurchmessers für eine ausgewählte Dichtungsabmessung, zusätzlich aber auch eine nachträgliche Montage über eine durch Einlauf verschlissene Welle unter Beibehaltung der eingesetzten Dichtungsgeometrie. An der Verschleißhülse liegt die Dichtlippe während des Betriebs an, so dass bei negativen Auswirkungen von Schmutzpartikeln die Welle nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Der Verschleiß wirkt sich nur auf die Verschleißhülse aus. Zur Verminderung der Verschleißerscheinungen ist es bekannt, die Hülsen mit harten Materialien zu beschichten, beispielsweise Cr oder TiN. Nachteilig hieran ist jedoch der erhöhte Fertigungsaufwand.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil mit einer Anlauffläche für eine Dichtung und eine Dichtungsanordnung anzugeben, die bei einfacher Herstellung einen möglichst guten Schutz gegen Abnutzung bieten.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Bauteil mit einer Anlauffläche für eine Dichtung angegeben, wobei die Anlauffläche aus einem korrosionsbeständigem metallartigen Material besteht, an dem wenigstens eine Dichtlippe der Dichtung radial umlaufend anlegbar ist. Das Material ist derart ausgebildet, dass seine Festigkeit unter weitestgehender Beibehaltung der Duktilität durch Deformation zunimmt. Das Material ist bevorzugt derart gewählt, dass der Effekt bei Raumtemperatur bzw. Betriebstemperatur des Bauteils auftritt. Dringen Schmutzpartikel in den Bereich der Anlauffläche vor, so dass sie durch die Dichtlippe an die Anlauffläche gedrückt werden, so tritt eine mechanische Belastung in Form von Schneiden, Pflügen und/oder Kerben im Bereich der Oberfläche auf. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Fes-
tigkeit des Materials durch die auftretende Mikro-Deformation erhöht, wird der Verschleiß durch die eindringenden Partikel weitestgehend minimiert. Eine zusätzliche Beschichtung des Bauteils mittels Chrom oder Titan-Nitrit ist für viele Dichtungsanordnungen nicht erforderlich, um den Verschleiß signifikant zu reduzieren. Vorteilhaft weist der Stahl Eisen auf, der mit Chrom, Nickel und Kohlenstoff legiert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material als metastabiler austeniti- scher Stahl ausgeführt. Durch die Verformung findet eine Martensitausbildung statt, wodurch sich der Austenitanteil des Materials verringert und der Martensitanteil zunimmt. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von Austenit und Marten- sit kommt es zur Erhöhung der Festigkeit, wobei die Duktilität des Materials weitgehend erhalten bleibt. Somit lässt sich durch entsprechende Auswahl des verwendeten Stahls z.B. auf einfache Weise eine abriebfeste Verschleißhülse mit verlängerter Lebensdauer herstellen.
Gemäß Patentanspruch 9 wird eine Dichtungsanordnung zur radialen Abdichtung einer rotierenden Welle angegeben, aufweisend wenigstens eine radial umlaufende Dichtlippe und ein Bauteil mit einer Anlauffläche für die Dichtlippe. Das Bauteil ist nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt. Vorteilhaft an dieser Dichtungsanordnung sind der im Vergleich zu bekannten Anordnungen geringere Komplexitätsgrat bezüglich der Herstellung und eine signifikant reduzierte Verschleißanfälligkeit.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine Dichtungsanordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 2 eine Ausschnittsvergrößerung der Figur 1.
In der Figur 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Welle 1 ist drehbar innerhalb eines Kugellagers 3 angeordnet. Zur Vermeidung der Einbringung von Verschmutzungen ist axial beabstandet zum Kugellager 3 eine Dichtungsanordnung 5 angeordnet. Diese umfasst ein Gehäuse 7, das axial am Kugellager 3 anliegt. Innerhalb des Gehäuses 7 ist ein Halteelement 9 angeordnet. Am Halteelement 9 ist eine radial die Welle 1 umlaufende Dichtlippe 1 1 befestigt. Die Dichtlippe 1 1 kann beispielsweise aus einem Elastomer bestehen.
Zum Schutz der Oberfläche der Welle 1 vor Verschleiß ist zwischen der Welle 1 und der Dichtlippe 1 1 eine Verschleißhülse 13 angeordnet, an der die Dichtlippe 1 1 radial umlaufend anliegt. Ein Schmutzeintrag von außerhalb zum Kugellager 3 ist somit unterbunden. Zur Sicherstellung des radial umlaufenden Anliegens der Dichtlippe 1 1 ist eine ebenfalls radial umlaufende Feder 15 vorgesehen, die die Dichtlippe 1 1 an die Verschleißhülse 13 drückt.
In Figur 2 ist eine ausschnittsweise Vergrößerung der Dichtlippe 1 1 , der Verschleißhülse 13 und der Feder 15 dargestellt. Vom Außenbereich eindringende Schmutzpartikel 17 dringen bis in die Kontaktzone der Dichtlippe 1 1 und der Verschleißhülse 13 vor. Sobald ein Partikel 17' nahe genug in der Kontaktzone liegt, wird es aufgrund der Anlagekraft unterstützt durch die Feder 15 in die Matrix der elastomeren Dichtlippe 1 1 eingebettet und derart an die Verschleißhülse 13 gedrückt, dass der Verschleiß der Oberfläche und damit der Anlauffläche der Dichtlippe 1 1 signifikant erhöht wird. Langfristig entstehen Kratzer, Riefen und Abnutzungserscheinungen in der Oberfläche der Verschleißhülse 13, so dass die Dichtwirkung der Dichtlippe 1 1 nicht mehr gewährleistet ist.
Die Verschleißhülse 13 besteht daher aus einem korrosionsbeständigem Stahl, der gegenüber den bekannten dünnwandigen Verschleißschutzhülsen, durch Kaltumformung eine signifikante Erhöhung der Festigkeit unter weitestgehender Beibehal-
tung duktierer Eigenschaften zeigt. Der verwendete Stahl ist beispielsweise ein metastabiler austenitischer Stahl, bei dem es durch mechanische Einflüsse zu einer Martensitumwandlung kommt. Durch die unter Belastung zunehmende Bildung von Martensit erhöht sich die Festigkeit des Stahls, so dass der Verschleiß verringert und die Lebensdauer des entsprechenden Bauteils erhöht wird. Als Beispiel können so genannte T IP-Stähle (engl. Transformation Induced Plasticity, dt. umwand- lungsbewirkte Plastizität) verwendet werden, bei denen oftmals Aluminium und Silizium als Legierungselemente zum Einsatz kommen. Andere Legierungselemente, insbesondere Nickel sind ebenfalls einsetzbar.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält der Stahl Eisen, das mit Chrom, Nickel und Kohlenstoff in vorbestimmten Anteilen legiert ist. Dies können beispielsweise 17 % Chrom, 7 % Nickel und 0,1 % Kohlenstoff sein. Es ist ebenfalls möglich, Legierungen mit leicht abweichenden Anteilen der Legierungselemente zu verwenden. Ein derartiger Stahl erfährt durch Kaltumformung eine signifikante Erhöhung seiner Härte. So ist der Stahl im Grundzustand vergleichsweise weich. Wird daraus die Verschleißhülse 13 hergestellt, so kommt es zu einer Erhöhung der Härte. Die Oberfläche der Verschleißhülse 13 ist somit bereits gut gegen den Verschleiß durch die eingedrückten Partikel 17' geschützt. Jedoch erfährt der Stahl durch die Eindrückung der Partikel 17' mittels der Dichtlippe eine weitere Verformung und somit eine lokal begrenzte weitere Erhöhung der Härte. Der Verschleiß durch die Partikel 17' wird somit weiter vermindert. Die Aufbringung einer harten Schicht, beispielsweise aus Chrom oder Titan-Nitrit ist somit nicht mehr erforderlich.
Die verwendete Stahllegierung kann beispielweise aus einem Stahl bestehen, bei dem maximal 0,15 % Kohlenstoff, maximal 2 % Silizium, maximal 2 % Mangan, maximal 0,045 % Phosphor, maximal 0,015 % Schwefel, 17 % Chrom, maximal 0,80 % Molybdän, 7% Nickel und maximal 0,03 % Stickstoff enthalten sind.
Bezugszeichenliste
I Welle
3 Kugellager
5 Dichtungsanordnung
7 Gehäuse
9 Halteelement
I I Dichtlippe
13 Verschleißhülse
15 Feder
17, 17' Schmutzpartikel
Claims
1. Bauteil mit einer Anlauffläche für eine Dichtung, wobei die Anlauffläche ein metallartiges Material aufweist, an dem wenigstens eine Dichtlippe der Dichtung radial umlaufend anliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Material derart ausgebildet ist, dass seine Festigkeit bei Verformung zunimmt.
2. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Material ein metastabiler austenitischer Stahl ist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Material ein T IP-Stahl ist.
4. Bauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Stahl Eisen aufweist, der mit Chrom, Nickel und/oder Kohlenstoff legiert ist.
5. Bauteil nach Anspruch 4, wobei der Anteil von Chrom 17% beträgt.
6. Bauteil nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Anteil von Nickel 7% beträgt.
7. Bauteil nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei der Anteil von Kohlenstoff 0, 1 % beträgt.
8. Bauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bauteil hülsenförmig ausgebildet ist.
9. Dichtungsanordnung zur radialen Abdichtung einer rotierenden Welle, aufweisend wenigstens eine radial umlaufende Dichtlippe und ein Bauteil mit einer Anlauffläche für die Dichtlippe,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt ist.
10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 9, wobei das Bauteil hülsenförmig ist und auf der Welle anbringbar ausgebildet ist.
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