WO2015044217A1 - Dichtungsanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (1), umfassend einen Grundkörper (2), in dem ein Dichtungselement (3) direkt oder indirekt befestigt ist. Um eine leichte und stabile Anordnung zu schaffen, die eine hohe mechanische Stabilität aufweist, sieht die Erfindung vor, dass der Grundkörper (2) zumindest teilweise aus einem Material (B) besteht, das bei Raumtemperatur (T = 20°C) eine gießfähige Konsistenz aufweisen kann.

Description

B e s c h r e i b u n g

Dichtungsanordnung Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung, umfassend einen Grundkörper, in dem ein Dichtungselement direkt oder indirekt befestigt ist.

Gattungsgemäße Dichtungsanordnungen werden - auch wenn sie für große Durchmesser auszuführen sind, wie es beispielsweise in Windkraftanlagen der Fall ist - so hergestellt, dass ein Dichtungsträger, d. h. ein Dichtungsgrundkörper aus einem Vollmaterial spanend herausgearbeitet wird. Alternativ kann auch auf eine Blechkonstruktion zurückgegriffen werden, so dass ein Blech in die benötigte Form des Grundkörpers gebracht wird.

Beim Herausarbeiten aus dem Vollen entsteht nachteilig eine große Menge an Verschnitt. Bei Blechkonstruktionen muss eine Vielzahl von Blechelementen gehandhabt werden. In beiden Fällen liegt ein relativ hohes Gewicht vor, da in jedem Falle als Ausgangsprodukt ein Metall verwendet wird.

Das Dichtungselement selber wird in den Grundkörper eingepresst und muss dort fixiert werden, um ein Wandern in axialer und in Umfangsrichtung zu verhindern.

Eine weitere Möglichkeit der Herstellung des Dichtungs-Grundkörpers ist es, diesen als Blech-Schweißkonstruktion auszubilden. Der Nachteil eines hohen Gewichts und einer aufwändigen Fertigung bleibt allerdings auch hier bestehen.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine Dichtungsanordnung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die eine steife und stabile, dennoch aber leichte Bauweise hat und die kostengünstig zu realisieren ist. Demgemäß wird eine hohe mechanische Stabilität der Dichtungsanordnung angestrebt, wobei diese allerdings möglichst leicht sein soll. Dabei sollen auch bauteiltypischen Anforderungen erfüllt werden, was beispielsweise die Befestigungsmittel anbelangt, mit denen eine Anbindung der Dichtungsanordnung an andere Maschinenteile, insbesondere an angrenzende Lager, erfolgen kann.

Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper der Dichtungsanordnung zumindest teilweise aus einem Material besteht, das bei Raumtemperatur (T = 20°C) eine gießfähige Konsistenz aufweisen kann.

Das Material ist dabei insbesondere Beton, speziell Mineralguss; der Grundkörper wird demgemäß in Mineralguss statt in Metall ausgeführt.

In den Grundkörper kann mindestens ein Einlegeteil integriert sein, das vom Material des Grundkörpers zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umgeben ist. Bei dem Einlegeteil kann es sich um eine Hülse handeln, die zum Durchtritt eines Befestigungselements, insbesondere einer Schraube, ausgebildet ist.

Auf diese Weise kann ein Befestigungsabschnitt mit einem metallisch verstärkten Bereich realisiert werden, wobei das metallische Teil in das Material des Grundkörpers eingebettet oder eingeklebt ist. Bei dem metallischen Teil handelt es sich insbesondere um eine Hülse, um eine Gewindehülse, um einen Gewindebolzen, um ein Positioniermittel (z. B. Passstift), um ein Drehmomentübertragungsmittel (z. B. Passfeder), um einen Befestigungsanker oder um einen Befestigungshaken.

In dem Grundkörper können Hohlräume ausgebildet sein, insbesondere Kanäle zum Durchleiten eines Kühl- oder Heizfluids (flüssig oder gasförmig) oder eines Schmiermittels. Damit wird die Funktionalität der Dichtungsanordnung wesentlich erhöht. Das gilt auch mit Blick darauf, dass neben den angesprochenen Kühl- und Schmierkanälen auch Sensoren in den Grundkörper integriert werden können, die der Dichtungsanordnung Zusatzfunktionen verleihen.

Die Hohlräume bzw. Kanäle können in fertigungstechnisch einfacher Weise in den Grundkörper aus Mineralguss beim Gießvorgang mit eingegossen werden. Damit kann in vorteilhafter Weise eine Leistungssteigerung erreicht werden, die sich beispielsweise infolge einer Kühlung des Bauteils ergibt. Alternativ kann eine Anlage vor dem Start vorgewärmt werden, um beispielsweise das Schmieröl auf Betriebstemperatur zu bringen bzw. die Viskosität des Schmierfetts zu senken. Dadurch können Anlaufmomente reduziert und Lagerschädigungen vermieden werden. Auch integrierte Schmierstoffkanäle sind denkbar.

Durch das Eingießen besagter Kanäle können nachträgliche Bearbeitungskosten eingespart werden. Auch ist es möglich, die Kanäle in der Geometrie optimiert und an den bestmöglichen Stellen des Bauteils zu positionieren.

Kühlkanäle können näher und flächiger an der Wärmequelle liegen; die Kühlleistung kann sich erhöhen.

Gemäß einer Möglichkeit wird das Dichtungslement direkt mit in den Grundkörper der Dichtungsanordnung eingegossen, wenn letzterer durch Vergießen von Polymerbeton hergestellt wird. Das Dichtungselement kann aber auch gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung mittelbar über ein Trägerelement am Grundkörper angeordnet sein. Das Trägerelement ist dabei zumindest teilweise vom Material des Grundkörpers umgeben, es hat einen Abschnitt zum Halten des Dichtungselements. Das Dichtungselement ist in diesem Falle bevorzugt am Trägerelement lösbar befestigt.

Hiermit kann bei Bedarf die Möglichkeit geschaffen werden, eine austauschbare Dichtung (d. h. ein austauschbares Dichtungelement) zu realisieren. Das Trägerelement wird hiernach von der eigentlichen Dichtung, d. h. vom Dichtungselement getrennt. Somit wird das Trägerelement (z. B. ausgebildet als Trägerring) in den Grundkörper der Dichtungsanordnung bei deren Herstellung eingegossen; das Dichtungselement kann dann nach Belieben am Trägerelement montiert und demontiert werden.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit einer klassischen Montage und Demontage des Dichtungselement am Grundkörper. Das Material des Grundkörpers besteht bevorzugt aus Füllstoffen und aus einem Binder, gegebenenfalls noch aus Additiven. Der Füllstoff weist dabei bevorzugt einen Gewichtsanteil zwischen 80 % und 95 % auf. Der Binder hat bevorzugt einen Gewichtsanteil zwischen 5 % und 20 %. Alle Bestandteile des Material haben zusammen 100 Gew.-%.

Der Binder kann aus einem Harz und einem Härter bestehen. Das Harz ist dabei bevorzugt ein Epoxydharz (mit Epoxid- und Hydroxylgruppen); bewährt haben sich auch Phenolharze, ungesättigte Polyesterharze, Silikonharze, Polyurethan-Gießharze und Mela- min/Formaldehyd-Harze. Der Härter kann ein aminischer Härter sein. Die Aushärtung der Harze kann kalt oder warm erfolgen.

Der Füllstoff kann aus organischem Material bestehen, wobei in diesem Falle besonders an Holz, Lignin, Graphit, Bambus fasern, Kokosfasern, Baumwollfasern, Kunststofffasern, Fließ, Sisal, Hanf, Flachs und/oder geschäumten Kunststoff (insbesondere Polystyrol) gedacht ist.

Der Füllstoff kann auch aus anorganischem Material bestehen, wobei hier insbesondere an Marmor, Granit, Basalt, Kalkstein, Glas, Keramik, Lavastein, Zeolith, Blähbeton, Fein- steinzeug, gebrannter Keramik, Sand (insbesondere Quarzsand) und/oder Ton gedacht ist.

Der Füllstoff kann eine kugelförmige oder mehreckige Formung aufweisen. Hierbei können Kugeln, Hohlkugeln und mehreckige Strukturen vorgesehen werden. Die Partikel, aus denen der Füllstoff besteht, können massiv oder hohl sein.

Die Füllstoffe können geordnet oder ungeordnet, d. h. gerichtet oder nicht gerichtet, eingebracht werden.

Dem Material können Verstärkungsfasern (in loser Form oder als Gewebe) beigegeben sein. Hierunter sind auch Stahlstäbe, Matten, Armierungseisen, Körbe, Stahlgewebe und ähnliche Elemente zu verstehen, wie sie auch bei normalem Beton verwendet werden.

In das Material kann auch ein Gewebe eingelagert sein. Die Verstärkungsfasern oder das Gewebe können dabei aus einem Kokosmaterial, einem Baumwollmaterial, aus Glas, aus Kohlenstoff, aus Metall oder aus Metallschaum bestehen. Das Gewebe kann dabei gestrickt, gehäkelt, gewebt oder gewickelt sein. Es können kurze und lange Stahlspäne vorgesehen werden. Damit ist generell eine geordnete Struktur herstellbar. Als weitere Möglichkeit sei das Einbringen sog. Nanotubes genannt.

Aber auch ungeordnete Strukturen können realisiert werden, indem Späne, los beigemischte Fasern bzw. Partikel aus den oben genannten Materialien eingemischt werden.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass dem Material ein Schmierstoff und/oder ein Schmierstoff aufnehmendes bzw. speicherndes Material, wie Lavagestein und/oder mikroporöses Material, wie Zellolit, zugegeben ist.

Die Schmierstoffe können als mikroverkapseltes Material zugegeben werden. Als Schmierstoffe kommen insbesondere Graphit, Polytetrafluorethylen (PTFE) und mikrover- kapselte Schmierstoffe in Frage.

Es können so poröse und saugfähige Materialien hergestellt werden, die in der Lage sind, Schmierstoffe zu speichern (sog. Solid-Oil-Materialien). Die vorgeschlagene Dichtungsanordnung ist bevorzugt eine solche, die mindestens eine dynamisch anlaufende Dichtlippe aufweist. Hier ist insbesondere an eine Wellendichtung gedacht. Hierbei kommt besonders bevorzugt eine Radialwellendichtung in Frage, aber auch eine Axial wellendichtung. Somit ist insbesondere an alle dynamisch dichtenden Elemente wie Radial- und Axialdichtungen samt V-Ring-Dichtungen gedacht.

Erfindungsgemäß wird also vorzugsweise Mineralguss als Material statt Metall (Stahl oder Guss) für den Grundkörper der Dichtungsanordnung eingesetzt.

Beton ist ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung und Anmachwasser; gegebenenfalls sind auch Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel enthalten. Der Zement dient als Bindemittel, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten. Die Festigkeit des Betons entsteht durch Auskristallisierung der Klinkerbestandteile des Zements unter Wasseraufnahme. Dem Beton können Fasern aus Stahl, Kunststoff, Kohlenstoff oder Glas zugesetzt werden, um Faserbeton zu erhalten.

Mineralguss (auch Polymerbeton genannt) enthält im Unterschied zu normalem Beton ein Polymer, also ein Kunststoffmaterial, als Bindemittel, das die Gesteinskörnung zusammenhält. Zement wird im Mineralguss, falls überhaupt, nur als Füllstoff eingesetzt und übernimmt keine Bindewirkung. Die am weitesten verbreitete Polymermatrix für Mineralguss ist ungesättigtes Polyesterharz. Mineralguss hat in seinem Anwendungsbereich deutlich bessere mechanische und chemische Eigenschaften als Zement-Beton. Die Gelierzeit dieser Harze kann durch die Menge der verwendeten Katalysatoren und Härter eingestellt werden. Bevorzugt kommt als Polymer, also als Bindemittel, Epoxydharz zum Einsatz, um ein gutes schwingungsdämpfendes Verhalten zu generieren.

In vorteilhafter Weise ergibt sich so folgendes:

Die Dichtungsanordnung ist besonders leicht, da die Dichte von Mineralguss nur bei ca. einem Drittel derjenigen von Stahl liegt.

Ein eingegossenes Dichtungselement erspart eine Fixierungsvorrichtung für die Festlegung des Dichtungselements am Grundkörper der Dichtungsanordnung.

Das Dichtungselement wird hierbei präzise vor dem Eingießen in die Gießform positio- niert, so dass sie dann eine genaue Lage einnimmt.

Einfädel- bzw. Einführschrägen können beim Gießen leicht realisiert werden, um ein Lager samt Dichtungs-Grundkörper besser in ein Gehäuse schieben zu können. Das Gießen bietet konzeptionsbedingt eine größere Formvielfalt als andere Fertigungsverfahren und eröffnet so andere Konstruktionswege und -lösungen. Der Dichtungsgrundkörper kann über mit eingegossene Passstifte oder andere Formelemente (Passfeder, Nuten etc.) gegenüber einem anderen Bauteil bzw. einem angrenzenden abzudichtenden Lager leicht positioniert werden. Es ergeben sich auch Vorteile hinsichtlich der Schwingungsdämpfung der Dichtungsanordnung. Die angestrebte Gewichtseinsparung der Dichtungsanordnung kann dadurch genutzt werden, dass die Möglichkeiten der Forgebung der Bauteile durch das vorgeschlagene Material ausgenutzt werden. Es ist ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit möglich, was die geometrische Ausgestaltung des Grundkörpers anbelangt. Die Konstruktion kann demgemäß so erfolgen, dass eine Optimierung der Belastungen erfolgt, d. h. die Bauteile können so gestaltet werden, dass an den benötigten Stellen hinreichend Material vorhanden ist, indes an weniger belasteten Stellen auch weniger Material eingesetzt wird. Hiernach werden also Aussparungen in das Material eingebracht, um Gewichtseinsparungen beim Gießen zu erzielen.

Das vorgeschlagene Material weist des weiteren eine hohe Steifigkeit auf, so dass Kräfte bei geringen Verformungen aufgenommen werden können. Somit ist eine kostengünstige Herstellung der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung möglich. Dies gilt nicht nur mit Blick auf das Material selber, das sehr viel günstiger ist als beispielsweise Stahl, sondern auch mit Blick auf die Herstellung der Teile, die in einfacher Weise durch Urformen gestaltet werden können; eine aufwändige mechanische Bearbeitung ist demgemäß zumindest über Strecken hinweg vermeidbar.

Generell können alle Materialien für die Umsetzung der vorgeschlagenen Idee zum Einsatz kommen, die„kalt" gegossen werden können, d. h. Materialien, die bei Raumtemperatur (20 °C) eine gießfähige Konsistenz aufweisen können. Bevorzugte Anwendungsgebiete sind große Lageranordnungen, die mit einer erfindungsgegenständlichen Dichtungsanordnung abzudichten sind. Hier ist speziell an Lageranordnungen von Windkraftanlagen sowie an andere Großmaschinen gedacht. Generell sind damit bevorzugte Anwendungen der vorgeschlagenen Dichtungsanordnung im Maschinenbau zu finden. Hierbei sind weiterhin besonders Werkzeugmaschinen, Energieerzeugungsanlagen (insbesondere unter Nutzung von Meeresenergie und Windkraft), der Schiffsbau (insbesondere die Schiffsantriebstechnik) und der Meeresboden- bzw. Tief- seebergbau zu nennen. Bevorzugte Anwendungen sind des weiteren die Medizintechnik und die Lebensmittelindustrie.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Radialschnitt durch eine Dichtungsanordnung, die zur Abdichtung eines nicht dargestellten angrenzenden Wälzlagers dient.

In der Figur ist eine Dichtungsanordnung 1 zu sehen. Diese hat einen Grundkörper 2, an dem ein Trägerelement 5 befestigt ist. Der Grundkörper 2 besteht aus Mineralguss B. Vor dem Gießen des Grundkörpers 2 wurde das Trägerelement 5 in der Gießform platziert; beim Gießvorgang wurde der radial äußere Bereich des Trägerelements 5 vom Material des Grundkörpers 2, d. h. vom noch flüssigen Mineralguss umgeben.

Am radial inneren Ende des Trägerelements 5 ist ein Dichtungselement 3 aus Elastomer- material befestigt. Die Anbindung des Dichtungselements 3 am Trägerelement 5 kann beispielsweise durch Vulkanisation erfolgt sein (wobei sich das Dichtungselement 3 bereits am Trägerelement 5 befindet, wenn dieser in seinem radial äußeren Bereich mit dem Material des Grundkörpers 2 durch Gießen verbunden wird). Die Dichtungsanordnung 1 ist im Ausführungsbeispiel als Radialwellendichtung ausgeführt. Es ist eine Dichtlippe 6 zu erkennen, die mit einer Ringfeder 7 radial vorgespannt wird. Ferner ist noch eine Staublippe 8 zu sehen.

Die Befestigung der Dichtungsanordnung 1 erfolgt vorliegend mittels (nicht dargestellter) Schrauben, die sich in axialer Richtung a durch den Grundkörper 2 erstrecken. Hierfür sind Einlegeteile 4 in Form von metallischen Hülsen vorgesehen, die beim Gießen des Grundkörpers 2 mit in die Gießform eingelegt und vom Material B ummantelt wurden. Damit liegt eine hohe mechanische Festigkeit des Grundkörpers 2 vor, was das Festziehen der Schrauben anbelangt.

Bezugszeichenliste

1 Dichtungsanordnung

2 Grundkörper

3 Dichtungselement

4 Einlegeteil (Hülse)

5 Trägerelement

6 Dicht lippe

7 Ringfeder

8 Staublippe

B Material (Mineralguss / Polymerbeton) a axiale Richtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Dichtungsanordnung

Dichtungsanordnung (1), umfassend einen Grundkörper

(2), in dem ein Dichtungselement

(3) direkt oder indirekt befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) zumindest teilweise aus einem Material (B) besteht, das bei Raumtemperatur (T = 20°C) eine gießfähige Konsistenz aufweisen kann.

Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (B) Beton, insbesondere Mineralguss, ist.

Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Grundkörper (2) mindestens ein Einlegeteil (4) integriert ist, das vom Material (B) des Grundkörpers (2) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umgeben ist.

Dichtungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegeteil

(4) eine Hülse ist, die zum Durchtritt eines Befestigungselements, insbesondere einer Schraube, ausgebildet ist.

5. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (2) Hohlräume ausgebildet sind, insbesondere mindestens ein Kanal zum Durchleiten eines Kühl- oder Heizfluids oder eines Schmiermittels.

Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3) mittelbar über ein Trägerelement (5) am Grundkörper (2) angeordnet ist, wobei das Trägerelement (5) zumindest teilweise vom Material des Grundkörpers (2) umgeben ist und wobei das Trägerelement (5) einen Abschnitt zum Halten des Dichtungselements (3) aufweist.

Dichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3) am Trägerelement (5) lösbar befestigt ist.

Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (B) aus Füllstoffen und Binder und gegebenenfalls aus Additiven besteht, wobei der Füllstoff vorzugsweise einen Gewichtsanteil zwischen 80 % und 95 % aufweist, wobei der Binder vorzugsweise einen Gewichtsanteil zwischen 5 % und 20 % aufweist und wobei der Binder vorzugsweise aus einem Harz, insbesondere aus Epoxydharz, und einem Härter, insbesondere aus einem aminischen Härter, besteht.

Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus organischem Material besteht, insbesondere aus Holz, Lignin, Graphit, Bambusfasern, Kokosfasern, Baumwollfasern, Kunststofffasern, Fließ, Sisal, Hanf, Flachs und/oder geschäumtem Kunststoff, insbesondere aus Polystyrol oder dass der Füllstoff aus anorganischem Material besteht, insbesondere aus Marmor, Granit, Basalt, Kalkstein, Glas, Keramik, Lavastein, Zeolith, Blähbeton, Feinsteinzeug, gebrannter Keramik, Sand, insbesondere Quarzsand, und/oder Ton.

10. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Material (B) Verstärkungsfasern beigegeben sind, wobei die Verstärkungsfasern aus Kokosmaterial, Baumwollmaterial, Glas, Kohlenstoff, Metall oder Metallschaum besteht.

11. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Dichtungsanordnung ist, die mindestens eine dynamisch anlaufende Dichtlippe aufweist.

12. Dichtungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Wellendichtung ist.

13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Radi- alwellendichtung ist.

14. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Axi- alwellendichtung ist.