WO2012160148A1 - Dichtlippe und dichtung - Google Patents

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WO2012160148A1
WO2012160148A1 PCT/EP2012/059737 EP2012059737W WO2012160148A1 WO 2012160148 A1 WO2012160148 A1 WO 2012160148A1 EP 2012059737 W EP2012059737 W EP 2012059737W WO 2012160148 A1 WO2012160148 A1 WO 2012160148A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
groove
sealing lip
space
sealing
liquid medium
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/059737
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Benedix
Jürgen Kurth
Jürgen Netzer
Christoph Passow
Willy Seewald
Original Assignee
Aktiebolaget Skf
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Publication date
Application filed by Aktiebolaget Skf filed Critical Aktiebolaget Skf
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Priority to US14/122,152 priority patent/US9841105B2/en
Publication of WO2012160148A1 publication Critical patent/WO2012160148A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3244—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with hydrodynamic pumping action

Definitions

  • Sealing lip and seal embodiments relate to a sealing lip and a seal with such a sealing lip.
  • the liquid medium in question may be, for example, a lubricant, for example an oil or a fat, but also a coolant or another liquid.
  • seals are used which are intended to prevent a corresponding escape of the liquid medium from one room to another room, wherein at least one of the rooms is also an environment of the machine or the environment can act.
  • contact seals are frequently used in which a sealing lip, which is mechanically connected to the one component, is in contact with a sealing surface of the respective other component in a sliding or rubbing contact.
  • radial shaft seals can be provided with flat sealing lips for reclaiming the liquid medium, so for example, the oil, with a spiral groove or similar return elements.
  • These are usually designed so that they are subject to a preferential direction of rotation, so in particular promote the liquid medium back when the direction of rotation coincides with the preferred direction of rotation.
  • conveying structure elements which act equally in both directions of rotation, are known in the case of surface-engaging sealing lips, they have not prevailed in the broad field.
  • the oil can escape through the conveying structure and / or through capillary channels in a contact region between the sealing lip material and the shaft surface, ie the sealing surface.
  • a conventional recirculation structure which is also referred to as a twist structures, is formed in a circular arc and protrudes into the air-side space.
  • the conveying structures are closed by dams at the outlet of the sealing collar or by stoppers within the conveying structure.
  • a sealing lip for sealing a first space from a second space with respect to a present in the first space liquid medium comprises a support surface which is adapted to abut against a sealing surface of a relative to the sealing lip along a direction of movement member, and a groove in the bearing surface, which is designed to prevent liquid from entering the groove by moving along the direction of movement of the liquid
  • the groove extends completely in the support surface and is enclosed by the support surface.
  • a seal according to an embodiment comprises a stiffening structure, which is at least partially enclosed by an elastomer, and such a sealing lip, which is connected to the stiffening structure.
  • Embodiments here are based on the finding that a sealing effect of a sealing lip can be improved by the groove, which is designed to move the liquid medium into the first space when the liquid medium enters the groove by moving along the direction of movement to recover, completely in the bearing surface of the sealing lip and is enclosed by this.
  • these have exclusively on one side a corresponding closure of the hollow body channels in order to prevent a direct flow through the return channels from the oil side to the air side.
  • conventional sealing lips are designed such that their conveying structures are open to the air side to allow ventilation thereof.
  • Embodiments is thus based on the finding that a corresponding ventilation of the groove is not necessary, but rather that the groove can extend completely in the support surface, so that even a penetrated into the groove amount of the liquid Medium can not get into the second space due to the openings provided for ventilation, but rather is returned via the groove in the first room.
  • the groove may have a distance to a boundary line of the support area to the first space a distance which is at least 100 ⁇ .
  • the liquid medium can be conveyed into the first space over a short distance or a small distance by a mechanical deformation of the sealing lip, while a direct inflow of the liquid medium from the first space is prevented.
  • the groove can accordingly have a spacing which amounts to at least 100 ⁇ m so as to prevent inadvertent leakage of the liquid medium into the second space as much as possible.
  • the abovementioned distances make it possible to limit a necessary deformation of the sealing lip to the outlet of the liquid medium into the first space and thus to make the outlet as simple as possible.
  • the above-mentioned values reflect the tendency, on the one hand, to provide a groove completely enclosed in the bearing surface, but to keep the distances of the groove from the respective boundary lines as small as possible, without opening the groove to the first and second groove / or the second room in purchase.
  • the groove may be formed so that the liquid medium is further promoted in a movement against the direction of movement to the first space. This makes it possible to design the groove as a bidirectional vomunish. This may allow the use of the sealing lips in systems where motion is both along the direction of movement in the clockwise direction. gersinn or clockwise and against this is possible.
  • the direction of movement is also referred to as the direction of rotation or rotation.
  • the direction of rotation or rotation even with machines with only one direction of rotation possibly simplify the storage and manufacture of the corresponding machine be possible because due to the possibility of bidirectional recycling of the liquid medium optionally the seal on two opposite sides of a machine or its shaft can be mounted , In other words, if necessary, an embodiment of a sealing lip can be attached to both ends of a corresponding shaft, so that no separate seals need be kept for the two ends solely because of possibly different directions of rotation.
  • the groove in its course can first be removed from a boundary line of the support area to the first space and then approach this again. This makes it possible to allow recovery of the liquid medium regardless of the direction of movement along the direction of movement.
  • an embodiment in which these features are implemented enables a bi-directional recovery of the liquid medium, whereby a movement along the direction of movement as well as this can take place in the opposite direction.
  • the groove can be mirror-symmetrical to a symmetry line running perpendicular to the direction of movement. This makes it possible to convert essentially the same return-conveying properties of the liquid medium in the direction of the first space both along the direction of movement and counter to the direction of movement.
  • the groove may have a curved or curved course, for example a circular segment-shaped course.
  • a curved or curved course so for example, a circular segment-shaped course can optionally avoid flow disturbances and allow a more uniform transport of the liquid medium within the groove.
  • the groove can thus in particular also have a completely curved or fully curved course or also have a complete circular segment-shaped course.
  • the groove may have, on a side facing the first space, a first side surface including a smallest angle with the bearing surface which does not exceed 70 °, the groove having a second side surface on a side facing the second space , which encloses with the support surface a minimum angle which is at least 70 °.
  • the profile on the second side surface facing the second space makes it possible, due to the rather steep angle, which is at least 70 °, to implement an improved scrape function over surfaces with smaller angles, since precisely there, due to the steepness of the relevant side surface, a pressure-induced Lifting the lip is less likely.
  • the described effects on the first side surface can optionally be further increased if the angle which the first side surface encloses with the support surface does not exceed 60 ° or 50 °. For example, in one embodiment, about 45 ° is used on this side.
  • the wiper effect can be improved if necessary by the angle in question being at least 80 °. In embodiments, at least partially, if not completely, a right angle (90 °) is used at this point.
  • the groove may at least one end to a boundary line of the Aufiage Schemes to the first space down ramped out with a decreasing depth.
  • the groove may additionally assist leakage of the liquid medium which has penetrated into the groove toward the first space.
  • a pressure building up in this area of the groove in the liquid medium can raise the sealing lip or mechanically deform the type that has penetrated liquid medium can flow back into the first room.
  • an angle between an upper boundary surface of the groove and the support surface can thus result along an extension line of the groove, which does not exceed 60 °, in other exemplary embodiments 45 ° or 30 °. In embodiments, angle values of about 22.5 ° can occur at this point.
  • the lower the angle in question the tendency is to improve outflow of the liquid medium to the first space, provided that it does not fall below a lower limit angle, which may depend on a large number of parameters and the exact geometry of the sealing lip .
  • a sealing lip according to an embodiment may include a plurality of grooves, wherein the plurality of grooves comprises the groove, and wherein the grooves of the plurality of grooves intersect each other such that the grooves of the plurality of grooves are interconnected.
  • a virtually circumferential groove can be formed, so that at least one groove of the plurality of grooves can be found along the boundary line between the contact surface of the sealing lip and the first space at each position, so that liquid medium which flows from the first side gets under the bearing surface of the sealing lip, in any case encounters a groove and can be reclaimed by this to the first room.
  • the liquid medium which has penetrated into the groove may optionally be returned to the first space more quickly in the area where the two grooves intersect, since the liquid medium may not first follow the groove and initially in the direction of the second room.
  • the groove in the plurality of grooves may also be the same. In such a case, for example, the shape of the individual grooves can be optimized for the respective use, so that the recirculating effect of the grooves of the sealing lip is improved overall.
  • a sealing lip according to an embodiment may be made of a material comprising polytetrafluoroethylene and a fine-grained filler, for example a fine-grained mineral filler.
  • a fine-grained filler for example, the fine-grained mineral filler wollastonite, possibly different effects can be achieved.
  • this filler on the one hand allow a more homogeneous surface of the sealing lip in the region of the support surface, resulting in a better seal even in the static case, so if the sealing lip does not move relative to the respective component with the sealing surface.
  • fine-grained fillers a capillary effect inherent in the material of the sealing lip can be reduced, through which the liquid medium could possibly pass from the first space into the second space.
  • a sealing lip according to an embodiment may be made of a material comprising an elastomer, and wherein the sealing lip is formed integrally with an elastomer structure of the material at least partially surrounding a stiffening structure.
  • the liquid medium may be, for example, an oil or a grease for lubrication and / or cooling, as well as a cooling liquid, for example a water-based cooling liquid.
  • a cooling liquid for example a water-based cooling liquid.
  • the stiffening structure may include a first portion and a second portion, wherein the first and second portions of the stiffening structure are substantially perpendicular to each other.
  • the sealing lip may be connected to the second portion of the stiffening structure or be formed integrally with the stiffening structure, wherein the bearing surface is configured to lie on the sealing surface substantially parallel to the first portion of the stiffening structure.
  • Embodiments of a seal can thus be integrated into mechanically more complex seals in which a corresponding stiffening structure is provided, which in turn also fulfills an at least partially shaping task.
  • a seal according to an exemplary embodiment can be implemented, for example, in the form of a radial shaft seal, as can be used, for example, in the engine and powertrain area or in the pump area.
  • embodiments may be used in connection with pumps, motors, transmissions, clutches, differentials, and other components of a powertrain, such as output shafts.
  • embodiments can also be used in other systems in which shafts and other components are used with alternating direction of rotation, so for example in the field of construction machinery and motor vehicles.
  • FIG. 1 shows a cross section through a seal with a sealing lip according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective view of a bearing surface of a sealing lip according to an embodiment
  • FIG. FIG. 3 shows an enlargement of the cross section shown in FIG. 1 by a sealing lip according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a cross section through a seal with a sealing lip according to a further embodiment.
  • Fig. 1 shows a cross-sectional view through a seal 100 according to an embodiment.
  • the seal 100 includes a stiffening structure 110 that is at least partially embedded in an elastomeric structure 120.
  • the stiffening structure 110 has a first portion 130 and a second portion 140, which are substantially perpendicular to each other. While the second section 140 is completely off the
  • the first portion 130 is only in an outer region with the elastomeric structure 120 in contact.
  • the stiffening structure 110 is only in one Exterior surrounded by the elastomeric structure 120.
  • the transition section 150 further includes an opening 160 in the elastomeric structure 120 that provides direct access to the stiffening structure 110.
  • the opening 160 is limited in the circumferential direction with respect to its extension. In particular, it is not circulating. Rather, it is merely a circular opening at which the stiffening structure 110 (stiffening ring) is held in place during the elastomer lining.
  • openings or retainers may be provided at other locations to hold the seals 100 and their stiffening structures 110 during their manufacture, if any.
  • openings or other recesses in the elastomeric structure 150 may also be provided for other reasons, such as for assembly purposes.
  • the stiffening structure 110 may also be differently lined with the elastomer with respect to one, more or all of its sections.
  • the stiffening structure 110 may also be completely surrounded by the elastomer or enclosed by it.
  • the seal 100 further has a sealing lip 170, which is connected to the elastomeric structure 120 in the region of the second section 140.
  • the sealing lip 180 can be connected to the elastomeric structure 120, for example by means of a material connection.
  • a cohesive connection means all connections in which the connection partners, that is to say, for example, the sealing lip 170 and elastomer structure 120, are held together by atomic or molecular forces. Often they are at the same time non-releasable compounds that can be separated again only by destruction of the connecting means.
  • the sealing lip 170 may be glued to the elastomeric structure 120 or even vulcanized into it.
  • the sealing lip 170 has a first section 180, which is connected to the elastomer structure 120 in the manner described.
  • a second section 190 which is separated from the first section 180 by a transition section 200, comprises a bearing surface 210.
  • the bearing surface 210 contacts a sealing surface 220 of a component 230 or is pressed onto the sealing surface 220 by its elastic properties.
  • the component 230 is in this case with respect to the sealing lip 170 along a movement direction 240 which, in the illustration shown in FIG. 1, leads out of the plane of the drawing.
  • the sealing lip 170 in this case separates a first space 250 from a second space 260.
  • a liquid medium is typically arranged, which may be, for example, a grease or an oil for lubrication or a liquid for cooling.
  • the first room is often an interior of a machine or at least part of it.
  • the second space 260 is often an outdoor area of the machine in question, so for example, the environment or an adjacent component.
  • the bearing surface 210 comprises a groove 270 which is to be described in more detail in connection with FIGS. 2 and 3.
  • the groove is designed to promote the liquid medium back to the first space upon penetration of the liquid medium from the first space into the groove by movement of the support surface to the sealing surface of the component along the direction of movement 240 ,
  • the groove 270 in this case runs completely in the support surface 210 and is enclosed by this.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the bearing surface 210
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the area around the bearing surface 210 from FIG. 1.
  • FIG. 2 shows, in addition to the groove 270, two adjacent grooves 270a and 270b.
  • the groove 270 initially moves away from a first end 280 from a delimitation line 290 of the support region 210 to the first space 250, and then approaches again to a second end 300. As a result, it is possible that an amount of liquid medium entered into the groove 270 is conveyed to the first space 250 both along the direction of movement 240 and in a movement opposite to the direction of movement 240. In other words, this shape of the groove 270 allows bi-directional recovery of the liquid medium in the direction of the first space 250.
  • the groove 270 is furthermore mirror-symmetrical to a line of symmetry 310 extending to the direction of movement 240. not only is it possible to convey the liquid medium in the event of penetration into the groove 270 but also opposite to the direction of movement 240, but rather the transport properties become independent of the direction of movement along the direction of movement 240. In other words, in the case of a symmetrical one Execution of the groove 270, the transport properties of the liquid medium to the first space 250 is no longer from the direction along the direction of movement 240. Therefore, in this context, instead of the term "movement direction", the term "line of motion" may be used, which may not be a straight line which describes a point on the component 230 during a relative movement of the component to the bearing surface 210 of the seal 100.
  • the groove 270 is bent or has a curved course. As a result, if necessary, flow disturbances can be reduced or prevented, which may possibly lead to a more uniform transport of the medium which has penetrated into the groove 270.
  • the groove 270 is configured in the shape of a full circle segment.
  • the sealing lip 170 not only has a groove 370 but a multiplicity of grooves 270.
  • the plurality of grooves in addition to the groove 270 in this case also in each case along the direction of movement 240 on both sides adjacent groove 270a and 270b.
  • the grooves 270 of the plurality of grooves are arranged so as to intersect.
  • the groove 270 and the groove 270a adjacent in the direction of movement 240 have a cutting region 320-1 in which the two grooves overlap.
  • Also between the groove 270 and opposite to the direction of movement 240 adjacent groove 270b is a cutting region 320-2 of the two grooves in which intersect these two grooves.
  • the grooves 270 of the plurality of grooves are connected to each other such that an amount of the liquid medium, which has penetrated into one of the grooves 270, at one of the intersections 320 of a Groove can switch to another.
  • the actual cutting regions 320 are neutral in promoting, however, it is thereby possible, if appropriate, to supply the liquid medium more quickly from the groove 270 to the first space 250. Hencezutransferieren by the invaded amount at least partially changes from one groove to the other.
  • the grooves 270 of the plurality of grooves are identical in this embodiment. As a result, it may be possible to minimize unwanted variations in the return characteristics of the groove 270. Especially with seals that are translationally invariant along their direction of motion 240, that is, for example, seals for rotational movements, this may be an interesting option.
  • the grooves 270 are included in and enclosed by the support surface 210, they may be arranged and configured so that they run as close as possible to the boundary line 290 and / or a corresponding boundary line between the support surface 210 and the second space 260. If possible, this smallest possible distance to the first space 250 may allow an easier delivery of the medium located in the groove 270 to the first space.
  • the distance should be selected such that even under unfavorable operating conditions, the groove 270 continues to extend completely in the bearing surface 210 and is enclosed by the latter. Therefore, it may be advisable to provide a minimum distance of at least 100 ⁇ , of at least 300 ⁇ , of at least 500 ⁇ , of at least 1 mm or of at least 2 mm. In other words, the ends 280, 300 of the groove 270 at least from the boundary line 290 have the aforementioned minimum distances.
  • the distance of the groove 270 to the second space 260 can be selected accordingly to allow the most efficient use of the support surface 210.
  • a larger radius of curvature of the groove can be implemented, which may optionally reduce a lifting of the sealing lip caused by an increase in pressure.
  • the groove 270 has a first side surface 330, which faces the first space 250. Opposite the first side surface 330, the groove 270 further has a second side surface 340 which faces the second space 260.
  • the first side surface 330 in this case encloses a smallest angle with the support surface 210, which does not exceed 70 ° in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 to 3. This makes it possible for the liquid medium which has penetrated into the groove 270 to leave the groove in the direction of the first space 250, if necessary, due to the pressure built up in the groove 270, resulting in a brief deformation of the sealing lip 170, during which the medium Groove in the direction of the first room 250 leaves. Also, "trapping" an amount of the liquid medium through one of the grooves 270 may be facilitated by this geometry.
  • the groove 270 has a second side surface 340, which encloses a smallest angle with the support surface 210, which is at least 70 °.
  • This significantly steeper angle compared to the first side surface causes an improvement in the wiping effect with respect to the medium penetrated into the groove 270 in that a pressure build-up which would cause the sealing lip 170 to lift off in the region of the bearing surface 210 becomes less likely.
  • the configuration of the second side surface 340 tends to hold the liquid medium in the groove 270.
  • other angles may optionally be used to enhance the aforementioned effects.
  • the first side surface 330 has an angle of about 45 ° to the support surface 210, for example.
  • the second side surface 340 it may also be advisable, in order to enhance the effect described above, to provide an angle which is at least 80 °.
  • the second side surface 340 as shown in FIG. 3, for example, encloses a right angle with the support surface 210.
  • a simple side surfaces 330, 340 which are vertical both as a first and as a second side surface 330, can also be provided.
  • Other geometries, such as a semicircular or other shaped profile of the groove 300 may be implemented in other embodiments. This shows that the exact configuration of the groove is optional with respect to its profile as previously described.
  • the sealing lip 170 has at least one of its ends 280, 300 a portion at which it expires ramped to the boundary line 290 of the support portion 210 to the first space 250 with a decreasing depth
  • FIG. 3 shows this in the form of a dashed line 350, which illustrates the profile of the groove 270 outside the cross-sectional plane shown in FIG.
  • a ramp region 355 of the groove 270 a distance between an upper boundary surface 360 of the groove 270 and the support surface 210 is thus reduced, wherein the ramp region 355 is arranged at least in the region of one of the two ends 280, 300 of the groove 270.
  • the profile of the groove 270 is represented by three parallel curved lines 370 outside the area around the ends 280, 300 and the ramp areas 355, respectively.
  • the outermost one of the three lines 370-1 shows the position of the second side surface 340, that is, the edge of the groove 270 facing the second space 260, while the middle curved line 370-2 forms between the upper boundary surface 360 and the first side surface 330 Edge reflects.
  • the third curved line 370-3 facing the first space 250 in FIG. 2 finally shows the points at which the first side face 330 opens into the bearing surface 210.
  • FIG. 1 shows the points at which the first side face 330 opens into the bearing surface 210.
  • the upper boundary surface 360 with the bearing surface thus encloses an angle which does not exceed 60 °, in other embodiments 45 ° or 30 °. In the embodiment shown in Fig. 1, the angle is about 22.5 °.
  • the tendency is that the lower the angle in question, an outflow of the liquid medium to the first space is improved.
  • the angle should not fall below a lower limit angle of 2 ° as possible.
  • Conventional radial shaft seals have return structures that, however, basically leave the support area to allow ventilation of the corresponding structures. For example, this ventilation is intended to prevent the sealing lips from becoming trapped on the corresponding sealing surface.
  • the corresponding conveyor structures are closed by dams at the outlet of the corresponding sealing sleeve or by other stoppers within the conveying structure for static sealing.
  • Embodiments is based on the finding that a sealing lip or a sealing sleeve which optionally comprises a PTFE (polytetrafluoroethylene) Material can be made to allow an improved seal by the serving as a return conveyor grooves are not just ventilated, but are completely disposed within the support surface 210 and enclosed by this. Embodiments is thus based on the realization that the feared suction of the sealing lip 170 is significantly less pronounced. An improvement in the sealing effect can therefore be achieved in that the open recirculation structures of conventional sealing lips, through which oil or a liquid medium which has penetrated the return flow structures can reach the air side of the seal, is closed on both sides, ie the groove 270 is completely surrounded by the support surface 210.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • embodiments are based on the recognition that it is possible to extend the contact region (bearing surface 210) of the sealing lip 170 such that it extends beyond the length of the (eg circular) conveying structures in the form of the groove 270 and so on Groove 270 also encloses the air side (second space 260) of the seal.
  • Embodiments therefore, as has also been shown in FIGS. 1 to 3, comprise a seal 100 with one or more arcuate conveying structures that intersect approximately at half of the arcuate height.
  • oil or other liquid (liquid medium) that has penetrated into the groove 270 can be deflected at the interfaces or intersections 320 and reclaimed to the first space 250.
  • the Nutauslauf to the oil side (first space 250) runs here via a ramp with continuously tapering cross section in a circumferentially closed ramp. The angular position of the groove in conjunction with the ramp-shaped outlet thereby supports the recovery in the support area 210 (sealing lip contact area).
  • the sealing lip 170 is made of a material comprising polytetrafluoroethylene (PTFE), it may be advisable to use fine-grained fillers, as opposed to common glass fiber fillers.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • corresponding fine-grained fillers are, for example, mineral fillers, such as wollastonite. These can lead to a more homogeneous surface of the sealing collar (bearing surface 210) and can therefore be used. If necessary, reduce capillary effects in the contact region, that is to say on the bearing surface 210 of the sealing system, and thus improve the static sealing behavior of the seal 100.
  • the contact force exerted by the sealing lip 170 itself first increases. However, this reaches a maximum in a dependent of a variety of parameters distance from the boundary line 290, before the contact force to the boundary line 290 decreases again. There is thus a maximum pressure, which is typically at a distance from the boundary line 290 parallel to this in the support surface 210. Frequently, this maximum pressure is a few 100 ⁇ ⁇ the boundary line 290 removed.
  • the fact that the groove 270 is brought as close as possible to the boundary line 290, this is also performed in an area which is beyond the maximum pressure. Therefore, the grooves 270 "tunnel under" this area and continue to approach the boundary line 290, so that due to the force exerted by the sealing lip 170 itself, the liquid medium can be transferred to the first space 250 in a more targeted manner.
  • the effective return region for the liquid medium represents the groove 270, which in the case of a corresponding direction of rotation of the sealing lip 170 relative to the component 230 is set at an acute angle to the oil-side sleeve outlet, that is to say the respective end 280, 300 in the direction of the first space 250.
  • the intersecting circular arc grooves 270 redirect the liquid medium, which has penetrated into the groove area with the obtuse angle of attack, in the subsequent arc of the groove, and thus back to the oil side, that is, the first space 250.
  • the air-side region that is to say the second space 260 of the circular arcs (groove 270) closed outwards, acts as an additional conveying structure and therefore additionally supports the crossed or intersecting groove 270.
  • a leakage of the liquid medium to the air side or into the second space 260 directly Through the groove 270 is prevented by the extended contact area, so the support surface 210 which surrounds the groove 270.
  • the continuously decreasing cross section in the region of the ramp causes a shear gradient in the liquid medium (eg oil film), which promotes a return of the medium to the first space 250 (oil side)
  • 4 shows a further exemplary embodiment of a sealing lip 170 or a seal 100 which is similar to the exemplary embodiment described in FIGS. 1 to 3, for which reason reference is made to the above description at this point. More precisely, the exemplary embodiment shown in FIG. 4 is a radial shaft seal 390 with a bidirectional return aid, in which the sealing lip 170 has a lower friction with respect to the sealing surface 220 of the component 230.
  • the seal 100 shown in FIG. 4 differs from the seal 100 previously shown in FIGS. 1 to 3 essentially in that now the sealing lip 170 is made of the material of the elastomeric structure 120 and is integrally formed therewith from the material.
  • a sealing lip 170 is made of a material comprising an elastomer, and in which the sealing lip 170 is formed integrally with the elastomeric structure 120 of the material that at least partially surrounds a stiffening structure 110.
  • the first portion 180 of the sealing lip 170 is formed integrally with the material of the elastomeric structure 120 that surrounds the second portion 140 of the stiffening structure 110.
  • the material of the elastomeric structure 120 it may be possible to simplify not only the production in that now the sealing lip 170 no longer has to be manufactured as a separate component and connected to the elastomeric structure 120.
  • the friction between the bearing surface 210 of the sealing lip 170 and the sealing surface 220 of the component 230 may possibly also be reduced.
  • a lesser degree of wear and / or a lower energy consumption and thus possibly an increased efficiency can be achieved.
  • the elastic behavior of the material may possibly lead to a statically denser abutment of the sealing lip 170 on the sealing surface 220, that is, for example, a corrugated surface.
  • a better static sealing of the first space 250 from the second space 260 may possibly be achievable.
  • possible capillary effects occur, such as those Chain seals of polytetrafluoroethylene (PTFE) are known in this material not on.
  • the seal 100 shown in Fig. 4 thus constitutes a sealing ring with integrally manufactured sealing sleeve of polymeric material and (eg circular segment-shaped) rotation-direction-dependent conveying structures.
  • Embodiments may be used in the variety of applications.
  • radial shaft seals as can be used, for example, in the engine and drive sector, count a variety of other application scenarios to the possible applications of embodiments.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4 are radial shaft seals of a motor application in the area of pumps. More specifically, the component 230 is the main shaft of a corresponding pump, the seal 100 being a seal of the main shaft with respect to the housing of the pump.
  • Embodiments can also be used in other areas of pump, motor and drive technology, so for example in the field of transmission technology and the coupling technology for sealing output shafts of automotive transmission, to name just one example.
  • embodiments may also be used in connection with other components and / or in other fields of technology.
  • embodiments can be used in all machines, assemblies and components in which alternate directions of rotation between rotating components occur and make a seal advisable or require. Such examples can come, for example, from the field of vehicle or construction machinery.

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Abstract

Ein Ausführungsbeispiel einer Dichtlippe (170) zur Abdichtung eines ersten Raums (250) von einem zweiten Raum (260) bezüglich eines in dem ersten Raum (250) vorhandenen flüssigen Mediums umfasst eine Auflagefläche (210), die ausgebildet ist, um an einer Dichtfläche (220) eines bezüglich der Dichtlippe (170) entlang einer Bewegungsrichtung (240) beweglichen Bauteils (230) anzuliegen, und eine Nut (270) in der Auflagefläche (210), die ausgebildet ist, um bei einem Eindringen des flüssigen Mediums in die Nut (270) durch eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung (240) das flüssige Medium zu dem ersten Raum (250) zu fördern, wobei die Nut (270) vollständig in der Auflagefläche (210) verläuft und von der Auflagefläche (210) umschlossen ist. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Dichtwirkung der Dichtlippe verbessert werden.

Description

B e s c h r e i b u n g
Dichtlippe und Dichtung Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Dichtlippe und eine Dichtung mit einer solchen Dichtlippe.
In vielen technischen Gebieten, die häufig dem Maschinenbau zugerechnet werden können, kommt es zu Relativbewegungen von Bauteilen und anderen Komponenten zueinan- der. Betriebs- oder andere Randbedingungen erfordern hierbei häufig, dass eines, mehrere oder alle der beteiligten Bauteile mit einem flüssigen Medium in Kontakt stehen, um einen sichereren Betrieb der betreffenden Maschine oder Baugruppe zu ermöglichen. Bei dem betreffenden flüssigen Medium kann es sich beispielsweise um ein Schmiermittel, also beispielsweise ein Öl oder auch ein Fett handeln, ebenso aber auch um ein Kühlmittel oder eine andere Flüssigkeit.
Um ein unkontrolliertes Austreten des flüssigen Mediums aus der betreffenden Maschine zu unterbinden, werden Dichtungen eingesetzt, die ein entsprechendes Austreten des flüssigen Mediums von einem Raum in einen anderen Raum unterbinden sollen, wobei es sich bei wenigstens einen der Räume auch um eine Umgebung der Maschine bzw. die Umwelt handeln kann.
Hierzu werden häufig berührende Dichtungen eingesetzt, bei denen eine Dichtlippe, die mit dem einen Bauteil mechanisch verbunden ist, in einem schleifenden oder reibenden Kontakt mit einer Dichtfläche des betreffenden anderen Bauelements in Kontakt steht.
Hierbei kann es während des Betriebs der betreffenden Maschine trotz des Einsatzes einer entsprechenden Dichtung aus unterschiedlichsten Gründen so einem Austritt des flüssigen Mediums kommen. Neben einem unebenen Lauf, also beispielsweise einer Unwucht im Falle einer Rotationsbewegung, können auch Verunreinigungen und/oder mechanische oder fluidmechanische Kräfte zu einem kurzzeitigen Nachlassen der Dichtwirkung einer im Rahmen einer solchen Dichtung eingesetzten Dichtlippe führen. Anders ausgedrückt kann es dazu kommen, dass das flüssige Medium in den Bereich einer Auflagefläche der Dichtlippe und darüber hinaus gelangt.
Beispielsweise im Falle von Rotationsbewegungen, die mithilfe eines entsprechenden Lagers gelagert oder geführt werden, können Radialwellendichtungen mit flächig anliegenden Dichtlippen zur Rückforderung des flüssigen Mediums, also beispielsweise des Öls, mit einer spiralförmigen Nut oder ähnlichen Rückförderelementen versehen werden. Diese sind in der Regel so gestaltet, dass sie einer Vorzugsdrehrichtung unterliegen, also das flüssige Medium insbesondere dann zurückfördern, wenn die Drehrichtung mit der Vorzugsdrehrichtung übereinstimmt. Förderstrukturelemente, die gleichermaßen in beide Drehrichtungen wirken, sind zwar bei flächig anliegenden Dichtlippen bekannt, haben sich aber im breiten Feld nicht durchgesetzt. So kann insbesondere bei druckbeaufschlagten Dichtlippen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) das Öl durch die Förderstruktur und/oder durch Kapillarkanäle in einem Kontaktbereich zwischen dem Dichtlippenwerkstoff und der Wellenoberfläche, also der Dichtfläche austreten. Eine konventionelle Rückförderungsstruktur, die auch als Drallstrukturen bezeichnet wird, ist kreisbogenförmige ausgeformt und ragt in den luftseitigen Raum hinein. Um keine Leckagekanäle zu erhalten und statisch dicht zu sein, besteht hierbei keine Verbindung zum Ölraum. Anders ausgedrückt werden zur statischen Abdichtung die Förderstrukturen durch Dämme am Auslauf der Dichtmanschette oder durch Stopper innerhalb der Förderstruktur verschlossen.
Auch bei diesen Dichtungen kommt es jedoch insbesondere bei druckbeaufschlagten Dichtlippen dazu, dass das Öl, welches in die Förderstruktur eindringt oder auch durch Kapillarkanäle im Kontaktbereich zwischen dem Dichtlippenwerkstoff und der Dichtflä- che, also beispielsweise der Wellenoberfläche, in den Bereich der Dicht lippe eintritt, und über die Förderstrukturen schließlich in den Außenraum gelangt.
Es besteht daher der Bedarf, eine Dichtlippe zur Abdichtung eines ersten Raums von einem zweiten Raum zu schaffen, die eine verbesserte Dichtwirkung ermöglicht. Diesem Bedarf wird durch eine Dichtlippe gemäß Patentanspruch 1 und eine Dichtung gemäß Patentanspruch 11 Rechnung getragen. Eine Dichtlippe zur Abdichtung eines ersten Raums von einem zweiten Raum bezüglich eines in dem ersten Raum vorhandenen flüssigen Mediums gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Auflagefläche, die ausgebildet ist, um an einer Dichtfläche eines bezüglich der Dichtlippe entlang einer Bewegungsrichtung beweglichen Bauteils anzuliegen, und eine Nut in der Auflagefläche, die ausgebildet ist, um bei einem Eindringen des flüssigen Mediums in die Nut durch eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung das flüssige
Medium zu dem ersten Raum zu fördern. Die Nut verläuft vollständig in der Auflagefläche und ist von der Auflagefläche umschlossen.
Eine Dichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Versteifungsstruktur, die wenigstens teilweise von einem Elastomer umschlossen ist, und eine solche Dichtlippe, die mit der Versteifungsstruktur verbunden ist.
Ausführungsbeispielen liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, dass eine Dichtwirkung einer Dichtlippe dadurch verbessert werden kann, indem die Nut, die ausgebildet ist, um bei ei- nem Eindringen des flüssigen Mediums in die Nut durch eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung das flüssige Medium zu dem ersten Raum zurückzufordern, vollständig in der Auflagefläche der Dichtlippe verläuft und von dieser umschlossen wird. Dies widerspricht dem konventionellen Ansatz, der bisher im Bereich der Umsetzung von Dichtlippen mit Nuten oder anderen Rückforderungsstrukturen eingesetzt wurde. So weisen diese aus- schließlich an einer Seite einen entsprechenden Verschluss der Hohlkörperkanäle auf, um ein direktes Durchströmen der Rückförderungskanäle von der Ölseite zu der Luftseite zu unterbinden. Um jedoch ein Festsaugen der Dicht lippe an der ihr zugeordneten Dichtfläche zu unterbinden, sind konventionelle Dichtlippen derart ausgestaltet, dass ihre Förderstrukturen gegenüber der Luftseite geöffnet sind, um eine Ventilation derselben zu ermöglichen.
Ausführungsbeispielen liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass eine entsprechende Ventilation der Nut nicht notwendig ist, sondern dass vielmehr die Nut vollständig in der Auflagefläche verlaufen kann, sodass auch eine in die Nut eingedrungene Menge des flüssigen Mediums nicht aufgrund der zur Ventilation vorgesehenen Öffnungen in den zweiten Raum gelangen kann, sondern eher über die Nut in den ersten Raum zurückgeführt wird.
Zu diesem Zweck kann bei einem Ausführungsbeispiel die Nut einen Abstand zu einer Be- grenzungslinie des Auflagebereichs zu dem ersten Raum einen Abstand aufweisen, der wenigstens 100 μιη beträgt. Hierdurch kann gegebenenfalls durch eine mechanische Verformung der Dichtlippe das flüssige Medium in den ersten Raum über eine geringe Entfernung bzw. einen geringen Abstand gefördert werden, während ein direktes Einströmen des flüssigen Mediums vonseiten des ersten Raums her unterbunden wird. Auch in Bezug auf eine weitere Begrenzungslinie des Aufiagebereichs zu dem zweiten Raum kann die Nut entsprechend einen Abstand aufweisen, der wenigstens 100 μιη beträgt, um auch hier ein versehentliches Austreten des flüssigen Mediums in den zweiten Raum hinein möglichst zu unterbinden. Gleichzeitig ermöglichen es die zuvor genannten Abstände gegebenenfalls, eine notwendige Verformung der Dichtlippe zum Auslass des flüssigen Mediums in den ersten Raum zu begrenzen und so den Auslass möglichst einfach zu gestalten. Anders ausgedrückt spiegelt sich in den genannten Werten die Tendenz nieder, zwar einerseits eine vollständig in der Auflagefläche umfasste Nut vorzusehen, die Abstände der Nut von den jeweiligen Begren- zungslinien jedoch so gering wie möglich zu halten, ohne eine Öffnung der Nute zu dem ersten und/oder dem zweiten Raum in Kauf nehmen zu müssen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen können zur Steigerung der Betriebssicherheit, insbesondere der Sicherstellung, dass die Nut vollständig in dem betreffenden Aufiagebereich verläuft, auch größere Mindestabstände als die zuvor genannten 100 μιη an einer bzw. beiden Seiten vorgesehen werden. So kann es ratsam sein, gegebenenfalls Mindestabstände von wenigstens 300 μιη, von wenigstens 500 μιη, von wenigstens 1 mm oder von wenigstens 2 mm vorzusehen. Bei einer Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nut so ausgebildet sein, dass das flüssige Medium ferner bei einer Bewegung entgegen der Bewegungsrichtung zu dem ersten Raum gefördert wird. Hierdurch ist es möglich, die Nut als bidirektionale Rückförderhilfe auszugestalten. Dies kann den Einsatz der Dichtlippen bei Systemen ermöglichen, bei denen eine Bewegung sowohl entlang der Bewegungsrichtung im Uhrzei- gersinn bzw. rechtsdrehend als auch entgegen dieser möglich ist. Im Falle von Rotationsbewegungen wird die Bewegungsrichtung auch als Dreh- oder Rotationsrichtung bezeichnet. Darüber hinaus kann auch bei Maschinen mit nur einer Drehrichtung gegebenenfalls eine Vereinfachung der Lagerhaltung und Herstellung der entsprechenden Maschine möglich sein, da aufgrund der Möglichkeit der bidirektionalen Rückführung des flüssigen Mediums gegebenenfalls die Dichtung an zwei einander gegenüberliegenden Seiten einer Maschine bzw. ihrer Welle montiert werden kann. Anders ausgedrückt kann gegebenenfalls ein Aus- führungsbeispiel einer Dicht lippe an beiden Enden einer entsprechenden Welle angebracht werden, sodass für die beiden Enden keine unterschiedlichen Dichtungen alleine aufgrund der möglicherweise unterschiedlichen Drehrichtungen vorgehalten werden müssen.
Bei einer Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nut in ihrem Verlauf sich zunächst von einer Begrenzungslinie des Auflagebereichs zu dem ersten Raum entfernen und sich dann dieser wieder annähern. Hierdurch ist es möglich, eine Rückforderung des flüssigen Mediums unabhängig von der Richtung der Bewegung entlang der Bewegungsrichtung zu ermöglichen. Anders ausgedrückt ermöglicht es ein Ausführungsbeispiel, bei dem diese Merkmale umgesetzt sind, eine bidirektionale Rückforderung des flüssigen Me- diums, wobei eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung als auch dieser entgegengerichtet erfolgen kann.
Bei einer Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nut spiegelsymmetrische zu einer senkrecht zu der Bewegungsrichtung verlaufenden Symmetrielinie sein. Dies er- möglicht es, sowohl entlang der Bewegungsrichtung als auch entgegen der Bewegungsrichtung im Wesentlichen gleiche Rückfördereigenschaften des flüssigen Mediums in Richtung des ersten Raums umzusetzen.
Bei einer Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nut einen gebogenen oder gekrümmten Verlauf, beispielsweise einen kreissegmentförmigen Verlauf aufweisen. Der Einsatz eines gebogenen oder gekrümmten Verlaufs, also beispielsweise auch eines kreissegmentförmigen Verlaufs kann so gegebenenfalls Strömungsstörungen vermeiden und einen gleichmäßigeren Transport des flüssigen Mediums innerhalb der Nut ermöglichen. Bei Ausführungsbeispielen kann so die Nut insbesondere auch einen vollständig ge- bogenen oder vollständig gekrümmten Verlauf oder auch einen vollständig kreissegment- förmigen Verlauf aufweisen.
Bei einer Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nut an einer dem ersten Raum zugewandten Seite eine erste Seitenfläche aufweisen, die mit der Aufiagefiäche einen kleinsten Winkel einschließt, der 70° nicht übersteigt, wobei die Nut an einer dem zweiten Raum zugewandten Seite eine zweite Seitenfläche aufweist, die mit der Auflagefläche einen kleinsten Winkel einschließt, der wenigstens 70° beträgt. Diese Ausformung der Nut hinsichtlich der ersten Seitenfläche, die dem ersten Raum zugewandt ist, ermög- licht einerseits eine Führung des flüssigen Mediums innerhalb der Nut und andererseits ein Entweichen des flüssigen Mediums durch eine elastische Verformung der Dichtlippe in Richtung des ersten Raums, sollte der Druck innerhalb der Nut einen bestimmten, von den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängenden Wert übersteigen. Das Profil an der zweiten Seitenfläche, die dem zweiten Raum zugewandt ist, ermöglicht es andererseits aufgrund des recht steilen Winkels, der wenigstens 70° beträgt, eine verbesserte Abstreiffunktion gegenüber Flächen mit geringeren Winkeln umzusetzen, da gerade dort aufgrund der Steilheit der betreffenden Seitenfläche ein druckinduziertes Abheben der Dichtlippe unwahrscheinlicher ist. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können die beschriebenen Effekte an der ersten Seitenfläche gegebenenfalls noch weiter gesteigert werden, indem der Winkel, den die erste Seitenfläche mit der Auflagefläche einschließt, 60° oder 50° nicht übersteigt. Bei einem Ausführungsbeispiel werden beispielsweise etwa 45° an dieser Seite verwendet. Im Hinblick auf die zweite Seitenfläche und den Winkel, den diese mit der Aufiagefiäche ein- schließt, kann die Abstreiferwirkung gegebenenfalls verbessert werden, indem der betreffende Winkel wenigstens 80° beträgt. Bei Ausführungsbeispielen wird an dieser Stelle wenigstens abschnittsweise, wenn nicht vollständig ein rechter Winkel (90°) verwendet.
Bei einer Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Nut an wenigstens einem Ende zu einer Begrenzungslinie des Aufiagebereichs zu dem ersten Raum hin rampenför- mig mit einer abnehmenden Tiefe auslaufen. Hierdurch ist es möglich, ein Austreten des in die Nut eingedrungen flüssigen Mediums zu dem ersten Raum hin zusätzlich zu unterstützen. So kann ein in diesem Bereich der Nut sich aufbauender Druck in dem flüssigen Medium die Dichtlippe anheben oder mechanisch der Art verformen, dass das eingedrungene flüssige Medium zurück in den ersten Raum strömen kann. Ebenso wie der zuvor definierte Winkel im Zusammenhang mit der ersten Seitenfläche der Nut kann so auch die rampen- förmigen Ausgestaltung der Nut an wenigstens einem ihrer Enden, das der Begrenzungslinie des Auflagebereichs zu dem ersten Raum zugewandt ist, ein Ausströmen des flüssigen Mediums aus der Nut in den ersten Raum zurück unterstützen. Bei Ausführungsbeispielen kann sich so entlang einer Erstreckungslinie der Nut ein Winkel zwischen einer oberen Begrenzungsfläche der Nut und der Auflagefläche ergeben, der 60°, bei anderen Ausfüh- rungsbeispielen 45° oder 30° nicht übersteigt. Bei Ausführungsbeispielen können so Winkelwerte von etwa 22,5° an dieser Stelle auftreten. Tendenziell gilt auch hier, dass je ge- ringer der betreffende Winkel ist, ein Ausströmen des flüssigen Mediums zu dem ersten Raum hin verbessert wird, sofern ein unterer Grenzwinkel nicht unterschritten wird, der von einer Vielzahl von Parametern und der genauen Geometrie der Dichtlippe abhängen kann. Eine Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Vielzahl von Nuten aufweisen, wobei die Vielzahl von Nuten die Nut umfasst, und wobei die Nute der Vielzahl von Nuten einander derart schneiden, dass die Nute der Vielzahl von Nuten untereinander verbunden sind. Hierdurch können sich verschiedene vorteilhafte Effekte ergeben. Einerseits kann aufgrund des sich Überschneidens der einzelnen Nute eine quasi umlaufende Nut ausbilden, sodass entlang der Begrenzungslinie zwischen der Auflagefläche der Dichtlippe und dem ersten Raum an jeder Position wenigstens eine Nut der Vielzahl von Nuten anzutreffen ist, sodass flüssiges Medium, welches von der ersten Seite unter die Auflagefläche der Dichtlippe gelangt, auf jeden Fall auf eine Nut trifft und durch diese zu dem ersten Raum zurückgefordert werden kann.
Darüber hinaus kann bei einem Ausführungsbeispiel auch im Bereich der Schnittstellen, an denen sich jeweils zwei Nuten schneiden, das in die Nut eingedrungene flüssige Medium gegebenenfalls rascher zu dem ersten Raum zurückgeführt werden, da gegebenenfalls das flüssige Medium nicht erst der Nut folgen und zunächst in Richtung des zweiten Raums gefördert werden muss. Anders ausgedrückt kann durch die Ausprägung der Nuten in der beschriebenen Art und Weise gegebenenfalls eine Rückführung verbessert werden, obwohl die Schnittpunkte selber förderneutral sind. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können in die Nut in der Vielzahl von Nuten auch gleich ausgeführt sein. In einem solchen Fall kann beispielsweise die Form der einzelnen Nuten auf den betreffenden Einsatz hin optimiert werden, sodass die rückfördernde Wirkung der Nuten der Dichtlippe insgesamt verbessert wird.
Eine Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann aus einem Material gefertigt sein, das Polytetrafluorethylen und einen feinkörnigen Füllstoff, beispielsweise einen feinkörnigen mineralischen Füllstoff umfasst. Durch den Einsatz des feinkörnigen Füllstoffs, beispielsweise des feinkörnigen mineralischen Füllstoffs Wollastonit, können möglicherweise verschiedene Effekte erzielt werden. So kann der Einsatz dieses Füllstoffs einerseits eine homogenere Oberfläche der Dichtlippe im Bereich der Auflagefläche ermöglichen, was zu einer besseren Abdichtung auch im statischen Fall, wenn also die Dichtlippe sich nicht gegenüber dem betreffenden Bauteil mit der Dichtfläche bewegt. Ebenfalls kann durch den Einsatz feinkörniger Füllstoffe ein dem Material der Dichtlippe inhärenter Kapillareffekt reduziert werden, durch den gegebenenfalls das flüssige Medium von dem ersten Raum in den zweiten Raum gelangen könnte.
Eine Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel kann aus einem Material gefertigt sein, das ein Elastomer umfasst, und bei dem die Dichtlippe einstückig mit einer Elasto- merstruktur aus dem Material ausgebildet ist, die eine Versteifungsstruktur wenigstens teilweise umgibt. Hierdurch ist es nicht nur möglich, gegebenenfalls die Herstellung dadurch zu vereinfachen, dass nunmehr eine separate Herstellung und Verwendung der Dichtlippe mit der Elastomerstruktur einsparbar ist, sondern vielmehr ergibt sich die Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften des Elastomers für die Dichtlippe direkt auszu- nutzen. So ist es möglich, aufgrund des elastischen Verhaltens ein statisches Abdichtverhalten zu verbessern. Ebenso ist es im Falle der Bewegung der Dichtlippe zu dem Bauteil, welches die Dichtfläche umfasst, möglich, eine Reibung der Dichtlippe auf der Dichtfläche zu reduzieren, was wiederum eine geringere Geräuschentwicklung, einen geringeren Verschleiß und/oder einen geringeren Energieverbrauch zur Folge haben kann.
Bei Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem flüssigen Medium beispielsweise um ein Öl oder ein Fett zur Schmierung und/oder zur Kühlung ebenso handeln, wie um eine Kühlflüssigkeit, also beispielsweise eine Kühlflüssigkeit auf Wasserbasis. Grundsätzlich kommen jedoch zur Verwendung im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel alle flüs- sigen Medien infrage, sofern die entsprechenden Materialien zur Ausformung der Dichtlippe und gegebenenfalls weiterer Strukturen durch die betreffenden Materialien nicht angegriffen und/oder mit diesen kompatibel sind. Bei einer Dichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Versteifungsstruktur einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der erste und der zweite Abschnitt der Versteifungsstruktur im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. Die Dichtlippe kann mit dem zweiten Abschnitt der Versteifungsstruktur verbunden oder einstückig mit der Versteifungsstruktur ausgeführt sein, wobei die Auflagefläche ausgebil- det ist, um im Wesentlichen parallel zu dem ersten Abschnitt der Versteifungsstruktur auf der Dichtfläche aufzuliegen. Ausführungsbeispiele einer Dichtung können so auch in mechanisch komplexere Dichtungen integriert werden, bei denen eine entsprechende Versteifungsstruktur vorgesehen ist, welche ihrerseits auch eine zumindest teilweise formgebende Aufgabe erfüllt.
Eine Dichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise in Form einer Radi- alwellendichtung umgesetzt werden, wie sie beispielsweise im Motor- und Antriebsstrangbereich oder im Pumpenbereich eingesetzt werden kann. So können beispielsweise Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit Pumpen, Motoren, Getrieben, Kupplungen, Dif- ferenzialen und anderen Komponenten eines Antriebsstrangs, beispielsweise an Ausgangswellen, verwendet werden. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele auch bei anderen Systemen zum Einsatz kommen, bei denen Wellen und andere Komponenten mit wechselnder Drehrichtung zum Einsatz kommen, also beispielsweise im Bereich der Baumaschinen sowie der Kraftfahrzeuge.
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Dichtung mit einer Dichtlippe gemäß einem Aus- führungsbeispiel;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf eine Auflagefläche einer Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung des in Fig. 1 gezeigten Querschnitts durch eine Dichtlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Dichtung mit einer Dichtlippe gemäß einem wei- teren Ausführungsbeispiel.
Bevor im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 Ausführungsbeispiele näher beschrieben und hinsichtlich ihrer Funktionsweise näher erläutert werden, bietet es sich an, daraufhinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung zusammenfassende Bezugszei- chen für Objekte, Strukturen und andere Entitäten verwendet werden, wenn auf die betreffende Entität an sich, mehrerer entsprechende Entitäten innerhalb eines Ausführungsbeispiels oder innerhalb mehrerer Ausführungsbeispiele oder die betreffende Gattung von Entitäten näher eingegangen wird. Hierdurch ist es möglich, die Beschreibung knapper und kürzer zu halten, da unnötige Wiederholungen vermieden werden können, da Beschreibun- gen die sich auf eine Entität beziehen, auch auf andere Entitäten in anderen Ausführungs- beispielen übertragbar sind, soweit dies nicht explizit anders angegeben ist oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. Im Unterschied hierzu werden, wenn einzelne Entitäten bezeichnet werden, individuelle Bezugszeichen verwendet, die auf den entsprechenden zusammenfassenden Bezugszeichen basieren. Entitäten, die mehrfach in einem Ausführungs- beispiel oder in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen auftreten, können hierbei bezüglich einiger ihrer technischen Parameter identisch und/oder unterschiedlich ausgeführt werden. Es ist so beispielsweise möglich, dass mehrere Entitäten innerhalb eines Ausführungsbeispiels bezüglich eines Parameters identisch, bezüglich eines anderen Parameters jedoch unterschiedlich ausgeführt sein können.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch eine Dichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Dichtung 100 umfasst eine Versteifungsstruktur 110, die wenigstens teilweise in eine Elastomerstruktur 120 eingebettet ist. Die Versteifungsstruktur 110 weist einen ersten Abschnitt 130 und einen zweiten Abschnitt 140 auf, die im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. Während der zweite Abschnitt 140 vollständig von der
Elastomerstruktur 120 eingeschlossen ist, steht der erste Abschnitt 130 lediglich in einem Außenbereich mit der Elastomerstruktur 120 in Kontakt. Auch in einem Übergangsabschnitt 150 der Versteifungsstruktur 110, der zwischen dem ersten Abschnitt 130 dem zweiten Abschnitt 140 angeordnet ist, ist die Versteifungsstruktur 110 lediglich in einem Außenbereich von der Elastomerstruktur 120 umgeben. Darüber hinaus weist der Übergangsabschnitt 150 ferner eine Öffnung 160 in der Elastomerstruktur 120 auf, die einen direkten Zugang zu der Versteifungsstruktur 110 bietet. Die Öffnung 160 ist in Umfangs- richtung hinsichtlich ihrer Ausdehnung beschränkt. Sie ist insbesondere nicht umlaufend. Es handelt sich vielmehr lediglich um eine kreisförmige Öffnung, an der die Versteifungsstruktur 110 (Versteifungsring) während der Auskleidung mit dem Elastomer in Position gehalten wird. Es handelt sich also um eine fertigungsbedingte Öffnung. Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen andere Öffnungen oder Halterungen an anderen Stellen vorgesehen sein, mit denen während ihrer Fertigung die Dichtungen 100 bzw. ihre Versteifungsstrukturen 110 gehalten werden, sofern solche überhaupt notwendig sind. Selbstverständlich können Öffnungen oder andere Ausnehmungen in der Elastomerstruktur 150 auch aus anderen Gründen, etwa zu Montagezwecken, vorgesehen werden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Versteifungsstruktur 110 auch bezüglich ei- nes, mehrerer oder aller ihrer Abschnitte abweichend mit dem Elastomer ausgekleidet sein. So kann beispielsweise die Versteifungsstruktur 110 bei anderen Ausfuhrungsbeispielen auch vollständig mit dem Elastomer umgeben oder von diesem umschlossen sein.
Die Dichtung 100 weist ferner eine Dichtlippe 170 auf, die im Bereich des zweiten Ab- Schnitts 140 mit der Elastomerstruktur 120 verbunden ist. Die Dichtlippe 180 kann hierbei beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Elastomerstruktur 120 verbunden werden. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung werden alle Verbindungen verstanden, bei denen die Verbindungspartner, also beispielsweise die Dichtlippe 170 und Elastomerstruktur 120, durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Häufig sind sie gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel wieder trennen lassen. So kann die Dichtlippe 170 beispielsweise mit der Elastomerstruktur 120 verklebt oder auch in diese einvulkanisierte sein.
Die Dichtlippe 170 weist hierbei einen ersten Abschnitt 180 auf, der mit der Elasto- merstruktur 120 in der beschriebenen Weise verbunden ist. Ein zweiter Abschnitt 190, der von dem ersten Abschnitt 180 durch einen Übergangsabschnitt 200 getrennt ist, umfasst eine Auflagefläche 210. Die Auflagefläche 210 steht hierbei mit einer Dichtfläche 220 eines Bauteils 230 in Berührung bzw. wird durch ihre elastischen Eigenschaften auf die Dichtfläche 220 gepresst. Das Bauteil 230 ist hierbei bezüglich der Dichtlippe 170 entlang einer Bewegungsrichtung 240 beweglich angeordnet, die in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung aus der Zeichenebene heraus führt.
Die Dichtlippe 170 trennt hierbei einen ersten Raum 250 von einem zweiten Raum 260 ab. In dem ersten Raum 250 ist typischerweise ein flüssiges Medium angeordnet, bei dem es sich beispielsweise um ein Fett oder ein Öl zur Schmierung oder auch um eine Flüssigkeit zur Kühlung handeln kann. Der erste Raum ist häufig ein Innenraum einer Maschine oder zumindest ein Teil davon. Der zweite Raum 260 stellt häufig einen Außenbereich der betreffenden Maschine, also beispielsweise die Umwelt oder ein angrenzendes Bauteil dar.
Die Auflagefläche 210 umfasst eine Nut 270, die im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 näher beschrieben werden soll. Wie dort noch näher ausgeführt wird, ist die Nut ausgebildet, um bei einem Eindringen des flüssigen Mediums aus dem ersten Raum in die Nut durch eine Bewegung der Auflagefläche zu der Dichtfläche des Bauteils entlang der Bewegungsrichtung 240 das flüssige Medium wieder zu dem ersten Raum zu fördern. Die Nut 270 verläuft hierbei vollständig in der Auflagefläche 210 und wird von dieser umschlossen.
Um dies näher zu illustrieren, zeigt Fig. 2 eine perspektivische Aufsicht auf die Auflage- fläche 210, während Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs um die Auflagefläche 210 aus Fig. 1 zeigt. Fig. 2 zeigt hierbei neben der Nut 270 auch noch zwei benachbarte Nute 270a und 270b.
Die Nut 270 entfernt sich zunächst ausgehend von einem ersten Ende 280 von einer Be- grenzungslinie 290 des Auflagebereichs 210 zu dem ersten Raum 250, um sich dann zu einem zweiten Ende 300 hin dieser wieder zu nähern. Hierdurch ist es möglich, das eine Menge in die Nut 270 eingedrungenes flüssiges Medium sowohl entlang der Bewegungsrichtung 240 als auch bei einer Bewegung entgegen der Bewegungsrichtung 240 zu dem ersten Raum 250 gefördert wird. Anders ausgedrückt ermöglicht diese Form der Nut 270 eine bidirektionale Rückforderung des flüssigen Mediums in Richtung des ersten Raums 250.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Implementierung ist die Nut 270 darüber hinaus spiegelsymmetrische zu einer zu der Bewegungsrichtung 240 verlaufenden Symmetrie linie 310. Hier- durch ist es nicht nur möglich, das flüssige Medium im Falle eines Eindringens in die Nut 270 auch entgegen der Bewegungsrichtung 240 zu fördern, sondern die Transporteigenschaften werden vielmehr unabhängig von der Richtung der Bewegung entlang der Bewegungsrichtung 240. Anders ausgedrückt unterscheiden sich im Falle einer symmetrischen Ausführung der Nut 270 die Transporteigenschaften des flüssigen Mediums zu dem ersten Raum 250 nicht mehr von der Richtung entlang der Bewegungsrichtung 240. Daher kann in diesem Zusammenhang anstelle des Begriffs„Bewegungsrichtung" auch der Begriff „Bewegungslinie" verwendet werden, der die gegebenenfalls nicht gerade Linie bezeichnet, die ein Punkt an dem Bauteil 230 bei einer relativen Bewegung des Bauteils zu der Auflagefläche 210 der Dichtung 100 beschreibt.
Die Nut 270 ist hierbei gebogen bzw. weist einen gekrümmten Verlauf auf. Hierdurch können gegebenenfalls Strömungsstörungen reduziert oder verhindert werden, was gegebenenfalls zu einem gleichmäßigeren Transport des in die Nut 270 eingedrungenen Medi- ums führen kann. Bei dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Nut 270 genauer gesagt vollständig kreissegmentförmig ausgestaltet.
Wie bereits zuvor kurz angesprochen wurde, weist die Dichtlippe 170 bei dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht nur eine Nut 370 auf, sondern eine Viel- zahl von Nuten 270 auf. Die Vielzahl von Nuten umfasst neben der Nut 270 hierbei ebenfalls eine jeweils entlang der Bewegungsrichtung 240 zu beiden Seiten benachbarte Nut 270a und 270b auf. Die Nute 270 der Vielzahl von Nuten sind derart angeordnet, dass sie sich schneiden. So weist beispielsweise die Nut 270 und die in der Bewegungsrichtung 240 benachbarte Nut 270a einen Schnittbereich 320-1 auf, in dem sich die beiden Nute über- schneiden. Auch zwischen der Nut 270 und der entgegen der Bewegungsrichtung 240 benachbarten Nut 270b liegt ein Schnittbereich 320-2 der beiden Nuten, in dem sich diese beiden Nuten schneiden. In diesen Bereichen kommt es also zu einer Überschneidung der Nute 270. Hierdurch sind also die Nute 270 der Vielzahl von Nuten untereinander derart verbunden, sodass eine Menge des flüssigen Mediums, die in eine der Nute 270 eingedrungen ist, an einem der Schnittbereiche 320 von einer Nut in eine andere wechseln kann. Obwohl die eigentlichen Schnittbereiche 320 förderneutral sind, ist es hierdurch jedoch möglich, gegebenenfalls das flüssige Medium schneller aus der Nut 270 zu dem ersten Raum 250 zu- rückzutransferieren, indem die eingedrungene Menge zumindest teilweise von einer Nut in die andere wechselt.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, mithilfe sich schneiden der Nute eine vollständig umlaufende bzw. zumindest teilweise geschlossene gemeinsame Nut zu erzielen, wobei die einzelnen Nute 270, die diese gemeinsame Nut bilden, hinsichtlich ihrer Transporteigenschaften, insbesondere ihrer Rückfördereigenschaften optimiert werden können. So kann es gegebenenfalls möglich sein, die Nute 270 dadurch derart anzuordnen, dass entlang der Begrenzungslinie 290 an jedem Punkt senkrecht zu dieser wenigstens eine Nut 270 anzu- treffen ist, sodass entlang der Begrenzungslinie 290 an jeder Stelle eine Nut vorhanden ist, um eine Menge aus dem ersten Raum 250 austretenden flüssigen Mediums aufnehmen und zu diesem zurückzutransportieren.
Die Nute 270 der Vielzahl von Nuten sind bei diesem Ausführungsbeispiel identisch bzw. gleich ausgeführt. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, ungewollte Variationen der Rückfördereigenschaften der Nute 270 zu minimieren. Insbesondere bei Dichtungen, die entlang Ihrer Bewegungsrichtung 240 translationsinvariant sind, also beispielsweise Dichtungen für Drehbewegungen kann dies eine interessante Option sein. Die Nute 270 sind zwar in der Auflagefläche 210 umfasst und von dieser eingeschlossen, können jedoch derart angeordnet und ausgestaltet sein, dass sie möglichst nahe an der Begrenzungslinie 290 und/oder einer entsprechenden Begrenzungslinie zwischen Auflageflä- che 210 und dem zweiten Raum 260 verlaufen. Dieser möglichst geringe Abstand zu dem ersten Raum 250 kann gegebenenfalls eine leichtere Abgabe des in der Nut 270 befindli- chen Mediums an den ersten Raum ermöglichen. Allerdings sollte der Abstand derart gewählt sein, dass auch unter ungünstigen Betriebszuständen, die Nut 270 weiterhin vollständig in der Auflagefläche 210 verläuft und von dieser umschlossen wird. Daher kann es ratsam sein, einen Mindestabstand von wenigstens 100 μιη, von wenigstens 300 μιη, von wenigstens 500 μιη, von wenigstens 1 mm oder von wenigstens 2 mm vorzusehen. Anders ausgedrückt können die Enden 280, 300 der Nut 270 wenigstens von der Begrenzungslinie 290 die vorgenannten Mindestabstände aufweisen.
Auch der Abstand der Nut 270 zu dem zweiten Raum 260 kann entsprechend gewählt werden, um eine möglichst effiziente Ausnutzung der Auflagefläche 210 zu ermöglichen. So kann gegebenenfalls ein größerer Krümmungsradius der Nute umgesetzt werden, was ein durch einen Druckanstieg bedingtes Abheben der Dichtlippe gegebenenfalls reduzieren kann. Anders ausgedrückt kann es ratsam sein, den zur Verfügung stehenden Kontaktbereich bzw. die zur Verfügung stehende Auflage möglichst optimal zu nutzen und trotzdem sicherzustellen, dass die Nut 270 in der Auflagefläche 210 umfasst und von dieser umschlossen ist.
Wie Fig. 3 näher zeigt, weist die Nut 270 eine erste Seitenfläche 330 auf, die dem ersten Raum 250 zugewandt ist. Gegenüber der ersten Seitenfläche 330 weist die Nut 270 ferner eine zweite Seitenfläche 340 auf, die dem zweiten Raum 260 zugewandt ist.
Die erste Seitenfläche 330 schließt hierbei einen kleinsten Winkel mit der Auflagefläche 210 einen, der bei dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel 70° nicht übersteigt. Hierdurch ist es möglich, das in die Nut 270 eingedrungenes flüssiges Medium die Nut gegebenenfalls in Richtung des ersten Raums 250 dadurch verlassen kann, dass aufgrund des in der Nut 270 aufgebauten Drucks es zu einer kurzzeitigen Verformung der Dichtlippe 170 kommt, während derer das Medium die Nut in Richtung des ersten Raums 250 verlässt. Ebenfalls wird ein "Einfangen" einer Menge des flüssigen Mediums durch eine der Nuten 270 durch diese Geometrie gegebenenfalls erleichtert.
Im Unterschied hierzu weist bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Nut 270 eine zweite Seitenfläche 340 auf, die mit der Auflagefläche 210 einen kleinsten Winkel einschließt, der wenigstens70° beträgt. Dieser im Vergleich zu der ersten Seitenfläche deutlich steilere Winkel bewirkt eine Verbesserung der Abstreifwirkung be- züglich in die Nut 270 eingedrungenes Medium dadurch, dass gerade ein Druckaufbau, der zu einem Abheben der Dichtlippe 170 im Bereich der Auflagefläche 210 führen könnte weniger wahrscheinlich wird. Anders ausgedrückt wird durch die Ausgestaltung der zweiten Seitenfläche 340 das flüssige Medium tendenziell in der Nut 270 gehalten. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können zur Verstärkung der zuvor genannten Effekte gegebenenfalls auch andere Winkel eingesetzt werden. So kann es beispielsweise ratsam sein, bei manchen Ausführungsbeispielen Winkel zwischen der ersten Seitenfläche 330 und der Auflagefläche 210 Winkel vorzusehen, die 60° oder auch 50° nicht übersteigen. So weist die erste Seitenfläche 330, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, beispielsweise einen Winkel von etwa 45° zu der Auflagefläche 210 auf.
Auch im Hinblick auf die zweite Seitenfläche 340 kann es gegebenenfalls zur Verstärkung des zuvor beschriebenen Effekts ratsam sein, einen Winkel vorzusehen, der wenigstens 80° beträgt. So schließt die zweite Seitenfläche 340, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, beispielsweise einen rechten Winkel mit der Auflagefläche 210 ein.
Allerdings können bei Ausfuhrungsbeispielen auch abweichende Winkelverhältnisse imp- lementiert werden. So kann gegebenenfalls auch eine einfache sowohl als Erste als auch als zweite Seitenfläche 330, 340 senkrechte Seitenflächen vorgesehen sein. Es können auch andere Geometrien, etwa ein halbkreisförmiges oder anders ausgeformtes Profil der Nut 300 bei anderen Ausfuhrungsbeispielen implementiert werden. Dies zeigt, dass die genaue Ausgestaltung der Nut hinsichtlich ihres Profils, wie sie zuvor beschrieben wurde, optional ist.
Die Dichtlippe 170, wie sie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist, weist an wenigstens einem ihrer Enden 280, 300 einen Abschnitt auf, an dem sie zu der Begrenzungslinie 290 des Auflagebereichs 210 zu dem ersten Raum 250 hin rampenförmig mit einer abnehmenden Tiefe ausläuft. Fig. 3 zeigt dies in Form einer gestrichelte Linie 350, die den Verlauf der Nut 270 außerhalb der in Fig. 3 gezeigten Querschnittsebene illustriert. In einem Rampenbereich 355 der Nut 270 reduziert sich so ein Abstand zwischen einer oberen Begrenzungsfläche 360 der Nut 270 und der Auflagefläche 210, wobei der Rampenbereich 355 wenigstens im Bereich eines der beiden Enden 280, 300 der Nut 270 angeordnet ist.
In Fig. 2 ist das Profil der Nut 270 durch drei parallele, gebogene Linien 370 außerhalb des Bereichs um die Enden 280, 300 bzw. die Rampenbereiche 355 dargestellt. Hierbei zeigt die äußerste der drei Linien 370-1 die Position der zweiten Seitenfläche 340, also die dem zweiten Raum 260 zugewandte Kante der Nut 270, während die mittlere gebogene Linie 370-2 die sich zwischen der oberen Begrenzungsfläche 360 und der ersten Seitenfläche 330 ausbildende Kante widerspiegelt. Entsprechend zeigt schließlich die dritte, dem ersten Raum 250 zugewandte gebogene Linie 370-3 in Fig. 2 die Punkte, an denen die erste Seitenfläche 330 in die Auflagefläche 210 mündet. Jeweils im Bereich der Enden 280, 300 zeigt Fig. 2 das zuvor beschriebene rampenförmige Auslaufen der Nut 270 in Form zweier parallel verlaufender Linien 380-1, 380-2. Die Linie 380-1 zeigt hierbei die Kante, an der sich die Tiefe der Nut 250, also der Abstand der oberen Begrenzungsfläche 360 von der Auflagefläche 210 zu verringern beginnt, während die Linie 380-2 das Auslaufen der entsprechenden Linie zeigt. Entlang einer Erstreckungs- richtung der Nut 270 schließt so die obere Begrenzungsfläche 360 mit der Auflagefläche einen Winkel ein, der 60°, bei anderen Ausführungsbeispielen 45° oder 30° nicht übersteigt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Winkel bei etwa 22,5°. Tendenziell gilt auch hier, dass je geringer der betreffende Winkel ist, ein Ausströmen des flüssigen Mediums zu dem ersten Raum hin verbessert wird. Der Winkel sollte jedoch einen unteren Grenzwinkel von 2°möglichst nicht unterschreiten.
Bei dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen PTFE-Wellendichtring bzw. um eine Radialwellendichtung 390 mit einer bidirektionalen Rückförderhilfe in Form der zuvor beschriebenen Nut 270. Radialwellendichtungen mit flächig anliegenden Dichtlippen werden bereits konventionell zur Rückforderung von Öl mit einer spiralförmigen Nut oder ähnlichen Rückförderelementen versehen. Diese sind in der Regel so gestaltet, dass sie einer Vorzugsdrehrichtung unterliegen. Förderstrukturelemente, die gleichermaßen in beide Drehrichtungen wirken, sind zwar aus der Literatur be- kannt, haben sich aber in der Praxis und im breiten Feld nicht durchsetzen können. Insbesondere bei druckbeaufschlagten Dichtlippen aus Material 1 kann so das Öl durch die Förderstrukturen und/oder durch Kapillarkanäle im Kontaktbereich zwischen dem Dichtlippenwerkstoff und der Wellenoberfläche austreten. Konventionelle Radialwellendichtungen weisen Rückführungsstrukturen auf, die jedoch grundsätzlich den Auflagebereich verlassen, um eine Ventilierung bzw. Belüftung der entsprechenden Strukturen zu ermöglichen. So soll beispielsweise mithilfe dieser Ventilierung verhindert werden, dass die Dichtlippen sich an der entsprechenden Dichtfläche festsaugen. Häufig sind jedoch zur statischen Abdichtung die entsprechenden Förderstrukturen durch Dämme am Auslauf der entsprechenden Dichtmanschette oder durch andere Stopper innerhalb der Förderstruktur verschlossen.
Ausführungsbeispielen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Dichtlippe oder auch eine Dichtmanschette, welche optional aus einem PTFE (Polytetrafluorethylen) umfassenden Material gefertigt sein kann, eine verbesserte Abdichtung zu ermöglichen, indem die als Rückförderstrukturen dienenden Nuten gerade nicht ventiliert sind, sondern vollständig innerhalb der Auflagefläche 210 angeordnet und von dieser umschlossen sind. Ausführungsbeispielen liegt so gerade die Erkenntnis zugrunde, dass das befürchtete Ansaugen der Dichtlippe 170 deutlich weniger ausgeprägt ist. Eine Verbesserung der Dichtwirkung kann daher dadurch erzielt werden, indem die offen liegenden Rückführungsstrukturen konventioneller Dichtlippen, durch die Öl bzw. ein flüssiges Medium, welches in die Rückförderstrukturen eingedrungen ist, zu der Luftseite der Dichtung gelangen kann, beidseitig verschlossen wird, die Nut 270 also von der Auflagefläche 210 vollständig um- schlössen wird.
Anders ausgedrückt basieren Ausführungsbeispiele auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, den Kontaktbereich (Auflagefläche 210) der Dichtlippe 170 der Art auszudehnen, dass diese über die Länge der (z. B. kreisförmigen) Förderstrukturen in Form der Nut 270 hinaus geht und so die Nute 270 ebenfalls zur Luftseite (zweiter Raum 260) der Dichtung umschließt.
Ausführungsbeispiele umfassen daher, wie auch in den Figuren 1 bis 3 gezeigt wurde, eine Dichtung 100 mit einer oder mehrerer kreisbogenförmiger Förderstrukturen, die sich unge- fähr auf der Hälfte der Kreisbogenhöhe schneiden. Hierdurch kann Öl oder eine andere Flüssigkeit (flüssiges Medium), das in die Nut 270 eingedrungen ist, an den Schnittstellen bzw. Überschneidungen oder Schnittbereichen 320 umgelenkt und zu dem ersten Raum 250 zurückgefordert werden. Der Nutauslauf zur Ölseite (erster Raum 250) läuft hierbei über eine Rampe mit sich kontinuierlich verjüngendem Querschnitt in eine umlaufend geschlossene Rampe ein. Die Winkelanstellung der Nut in Verbindung mit dem ihrem rampenförmigen Auslauf unterstützt hierbei die Rückforderung im Auflagebereich 210 (Dichtlippenkontaktbereich). Wird die Dichtlippe 170 aus einem Material gefertigt, das Polytetrafluorethylen (PTFE) umfasst, kann es ferner ratsam sein, im Gegensatz zu gebräuchlichen Glasfaser-Füllstoffen feinkörnige Füllstoffe zu verwenden. Beispiele für entsprechende feinkörnige Füllstoffe stellen beispielsweise mineralische Füllstoffe, etwa Wollastonit dar. Diese können zu einer homogeneren Oberfläche der Dichtmanschette (Auflagefläche 210) führen und können da- her gegebenenfalls Kapillareffekte im Kontaktbereich, also an der Auflagefläche 210 des Dichtsystems reduzieren und so das statische Dichtverhalten der Dichtung 100 verbessern.
Grundsätzlich steigt ausgehend von einer Begrenzungslinie, die den Auflagebereich 210 von dem zweiten Raum 260 trennt, in Richtung der Begrenzungslinie 290 zu dem ersten Raum 250 hin die durch die Dichtlippe 170 selber ausgeübte Anpresskraft zunächst an. Diese erreicht jedoch ein Maximum in einer von einer Vielzahl von Parametern abhängigen Distanz von der Begrenzungslinie 290, bevor die Anpresskraft zu der Begrenzungslinie 290 hin wieder abnimmt. Es liegt so ein Pressungsmaximum vor, welches typischer- weise in einer Distanz von der Begrenzungslinie 290 parallel zu dieser in der Auflagefläche 210 verläuft. Häufig liegt dieses Pressungsmaximum einige 100 μηι νοη der Begrenzungslinie 290 entfernt. Dadurch, dass die Nut 270 möglichst nahe an die Begrenzungslinie 290 herangeführt wird, wird diese auch in einen Bereich geführt, der jenseits des Pressungsmaximums liegt. Die Nute 270 "untertunneln" daher diesen Bereich und nähern sich der Begrenzungslinie 290 weiter an, sodass aufgrund der durch die Dichtlippe 170 selber ausgeübten Kraft das flüssige Medium zielgerichteter zu dem ersten Raum 250 transferiert werden kann.
Zusammenfassend basiert somit zumindest das in den Figuren 1 bis 3 gezeigte Ausfüh- rungsbeispiel darauf, dass der wirksame Rückförderbereich für das flüssige Medium (z. B. Öl oder Fett) die Nut 270 darstellt, die bei einem entsprechenden Drehsinn der Dichtlippe 170 gegenüber dem Bauteil 230 mit einem spitzen Winkel zum ölseitigen Manschettenaus- lauf, also dem betreffenden Ende 280, 300 in Richtung des ersten Raums 250 angestellt ist. Die überschneidenden Kreisbogennute 270 leiten das flüssige Medium, welches in den Nutbereich mit dem stumpfen Anstellwinkel eingedrungen ist, in dem anschließenden Bogen der Nut über, und damit zur Ölseite, also dem ersten Raum 250 zurück. Der luftseitige Bereich, also der zweite Raum 260 der nach außen geschlossenen Kreisbögen (Nute 270) wirkt als zusätzliche Förderstruktur und unterstützt daher zusätzlich die gekreuzten bzw. sich überschneidenden Nute 270. Ein Austreten des flüssigen Mediums zur Luftseite bzw. in den zweiten Raum 260 direkt über die Nut 270 wird durch den ausgedehnten Kontaktbereich, also die Auflagefläche 210, der die Nut 270 umschließt, verhindert. Der kontinuierlich abnehmende Querschnitt im Bereich der Rampe (Rampenbereich 355), also im Bereich der Enden 280, 300 bewirkt ein Schergefälle in dem flüssigen Medium (z. B. Ölfilm), der ein Rückfördern des Mediums zu dem ersten Raum 250 (Ölseite) unterstützt. Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Dichtlippe 170 bzw. eine Dichtung 100, das dem in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ähnelt, weshalb an dieser Stelle auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Aus- führungsbeispiel handelt es sich genauer gesagt um eine Radialwellendichtung 390 mit einer bidirektionalen Rückförderhilfe, bei der die Dichtlippe 170 eine niedrigere Reibung gegenüber der Dichtfläche 220 des Bauteils 230 aufweist. Diese wird daher auch als "Low- Friction" Manschettendichtring bezeichnet. Die in Fig. 4 gezeigte Dichtung 100 unterscheidet sich von der zuvor in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Dichtung 100 im Wesentlichen dadurch, dass nunmehr die Dichtlippe 170 aus dem Material der Elastomerstruktur 120 gefertigt ist und mit dieser einstückig aus dem Material ausgebildet ist. Anders ausgedrückt ist bei diesem Ausführungsbeispiel einer Dichtlippe 170 diese aus einem Material gefertigt, das ein Elastomer umfasst, und bei dem die Dichtlippe 170 einstückig mit der Elastomerstruktur 120 aus dem Material ausgebildet ist, die eine Versteifungsstruktur 110 wenigstens teilweise umgibt. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist daher der erste Abschnitt 180 der Dichtlippe 170 einstückig mit dem Material der Elastomer struktur 120 ausgebildet, dass den zweiten Abschnitt 140 der Versteifungsstruktur 110 umschließt.
Durch die Verwendung des Materials der Elastomerstruktur 120 kann es möglich sein, nicht nur die Herstellung dadurch zu vereinfachen, dass nunmehr die Dichtlippe 170 nicht mehr als separates Bauteil hergestellt und mit der Elastomerstruktur 120 verbunden werden muss. Darüber hinaus kann aufgrund der Verwendung des das Elastomer umfassenden Ma- terials für die Dichtlippe 170 gegebenenfalls auch die Reibung zwischen der Auflagefläche 210 der Dichtlippe 170 und der Dichtfläche 220 des Bauteils 230 reduziert werden. So kann gegebenenfalls ein geringerer Verschleiß und/oder ein geringerer Energieverbrauch und damit gegebenenfalls ein erhöhter Wirkungsgrad erzielbar sein. Darüber hinaus kann das elastische Verhalten des Materials, also des Manschettenwerkstoffes gegebenenfalls zu einem statisch dichteren Anliegen der Dichtlippe 170 sich an der Dichtfläche 220, also beispielsweise einer Wellenoberfiäche führen. Hierdurch kann gegebenenfalls eine bessere statische Abdichtung des ersten Raums 250 von dem zweiten Raum 260 erzielbar sein. So treten beispielsweise mögliche Kapillareffekte, wie sie bei Man- schettendichtungen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bekannt sind, bei diesem Material nicht auf.
Die in Fig. 4 gezeigt Dichtung 100 stellt so einen Dichtring mit einstückig gefertigter Dichtmanschette aus polymerem Material und (z. B. kreissegmentförmigen) drehrichtung- sunabhängigen Förderstrukturen dar.
Ausführungsbeispiele können bei der Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Neben den bereits erwähnten Radialwellendichtungen, wie sie beispielsweise im Motor- und Antriebsbereich zum Einsatz kommen können, zählen eine Vielzahl weiterer Anwendungsszenarien zu den möglichen Einsatzgebieten von Ausführungsbeispielen. Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele sind Radialwellendichtungen einer Motoranwendung im Bereich von Pumpen. Genauer gesagt handelt es sich bei dem Bauteil 230 um die Hauptwelle einer entsprechenden Pumpe, wobei die Dichtung 100 eine Dichtung der Hauptwelle gegenüber dem Gehäuse der Pumpe ist. Ausführungsbeispiele können aber auch in anderen Bereichen der Pumpen-, Motor- und Antriebstechnik eingesetzt werden, also beispielsweise im Bereich der Getriebetechnik und der Kupplungstechnik zur Abdichtung von Ausgangswellen automotiver Getriebe, um nur ein Beispiel zu nennen. Ausführungsbeispiele können aber auch im Zusammenhang mit anderen Komponenten und/oder in anderen Gebieten der Technik zum Einsatz kommen. So können Ausführungsbeispiele beispielsweise bei allen Maschinen, Baugruppen und Komponenten verwendet werden, bei denen wechselnde Drehrichtungen zwischen rotierenden Bauteilen auftreten und die eine Abdichtung ratsam machen oder erfordern. Solche Beispiele können beispielsweise aus dem Bereich der Fahrzeug- oder der Baumaschinentechnik kommen.
Bezugszeichenliste
100 Dichtung
110 Versteifungsstruktur
120 Elastomerstruktur
130 erster Abschnitt
140 zweiter Abschnitt
150 Übergangsabschnitt
160 Öffnung
170 Dichtlippe
180 erster Abschnitt
190 zweite Abschnitt
200 Übergangsabschnitt
210 Auflagefläche
220 Dichtfiäche
230 Bauteil
240 Bewegungsrichtung
250 erster Raum
260 zweiter Raum
270 Nut
280 erstes Ende
290 Begrenzungslinie
300 zweites Ende
310 Symmetrielinie
320 Schnittbereich
330 erste Seitenfläche
340 zweite Seitenfläche
350 Linien
355 Rampenbereich
360 obere Begrenzungsfiäche
370 Linie
380 Linie
390 Radialwellendichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Dichtlippe und Dichtung
Dicht lippe (170) zur Abdichtung eines ersten Raums (250) von einem zweiten Raum (260) bezüglich eines in dem ersten Raum (250) vorhandenen flüssigen Mediums, mit folgenden Merkmalen: einer Auflagefiäche (210), die ausgebildet ist, um an einer Dichtfläche (220) eines bezüglich der Dicht lippe (170) entlang einer Bewegungsrichtung (240) beweglichen Bauteils (230) anzuliegen; und einer Nut (270) in der Auflagefiäche (210), die ausgebildet ist, um bei einem Eindringen des flüssigen Mediums in die Nut (270) durch eine Bewegung entlang der Bewegungsrichtung (240) das flüssige Medium zu dem ersten Raum (250) zu fördern, wobei die Nut (270) vollständig in der Auflagefiäche (210) verläuft und von der Auflagefiäche (210) umschlossen ist.
Dicht lippe (170) nach Anspruch 1, bei der die Nut (270) so ausgebildet ist, dass das flüssige Medium ferner bei einer Bewegung entgegen der Bewegungsrichtung (240) zu dem ersten Raum (250) gefördert wird.
Dicht lippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nut (270) in ihrem Verlauf sich zunächst von einer Begrenzungslinie (290) des Auflagebereichs (210) zu dem ersten Raum (250) entfernt und sich dann wieder annähert.
4. Dicht lippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nut (270) spiegelsymmetrische zu einer senkrecht zu der Bewegungsrichtung (240) verlaufenden Symmetrielinie (270) ist.
5. Dicht lippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nut (270) einen gebogenen oder gekrümmten Verlauf, beispielsweise einen kreissegmentför- migen Verlauf aufweist.
6. Dicht lippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nut (270) an einer dem ersten Raum (250) zugewandten Seite eine erste Seitenfläche (330) aufweist, die mit der Auflagefläche (210) einen kleinsten Winkel einschließt, der 70° nicht übersteigt, und bei dem die Nut (270) an einer dem zweiten Raum (260) zugewandten Seite eine zweite Seitenfläche (340) aufweist, die mit der Auflagefläche (210) einen kleinsten Winkel einschließt, der wenigstens 70° beträgt.
7. Dicht lippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nut (270) an wenigstens einem Ende (280, 300) zu einer Begrenzungslinie (290) des Auflage- bereichs (210) zu dem ersten Raum (250) hin rampenförmig mit einer abnehmenden Tiefe ausläuft.
8. Dicht lippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Vielzahl von Nuten (250) aufweist, wobei die Vielzahl von Nuten (270) die Nut (270) umfasst, und wobei die Nute (270) der Vielzahl von Nuten einander derart schneiden, dass die Nute (270) der Vielzahl von Nuten untereinander verbunden sind.
9. Dicht lippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die aus einem Material gefertigt ist, das Polytetrafluorethylen und einen feinkörnigen Füllstoff, beispielsweise einen feinkörnigen mineralischen Füllstoff umfasst.
10. Dicht lippe (170) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Dichtlippe (170) aus einem Material gefertigt ist, das ein Elastomer umfasst, und bei dem die Dichtlippe einstückig mit einer Elastomerstruktur (120) aus dem Material ausgebildet ist, die eine Versteifungsstruktur (110) wenigstens teilweise umgibt.
11. Dichtung (100) mit folgenden Merkmalen: einer Versteifungsstruktur (110), die wenigstens teilweise von einem Elastomer umschlossen ist; und einer Dichtlippe (170) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mit der Ver- steif ngsstruktur (110) verbunden ist.
12. Dichtung (100) nach Anspruch 11, bei der die Versteif ngsstruktur (110) einen ersten Abschnitt (130) und einen zweiten Abschnitt (140) aufweist, wobei der erste und der zweite Abschnitt (130, 140) der Versteifüngsstruktur (110) im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen, wobei die Dichtlippe (170) mit dem zweiten Abschnitt (140) der Versteifüngsstruktur (110) verbunden oder einstückig mit der Versteifüngsstruktur (110) ausgeführt ist, und wobei die Auflagefläche (210) ausgebildet ist, um im Wesentlichen parallel zu dem ersten Abschnitt (130) der Versteifüngsstruktur (110) auf der Dichtfiäche (220) aufzuliegen.
13. Dichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei der es sich um eine Radi- alwellendichtung handelt.
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