WO2023227281A1 - Dichtungssystem - Google Patents

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WO2023227281A1
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pressure
sealing
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groove
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Dieter Laukemann
Alexander Martin
Martin Blumenstock
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Voith Patent Gmbh
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/54—Other sealings for rotating shafts

Definitions

  • the invention relates to a sealing system for separating two pressure areas with two functional positions and the use of such a sealing system in a hydrodynamic retarder.
  • sealing systems also be adapted to the increased requirements.
  • a special requirement for a sealing system is if this system is to have different properties, in particular sealing properties, for different operating conditions.
  • retarders have a working space that can be filled with a working medium in order to hydrodynamically transmit torque from a driven rotor to a stator.
  • the working space of the retarder is connected to a retarder working medium circuit in which the working medium, for example oil, or cooling water of the vehicle cooling circuit can circulate.
  • Radial shaft seals and a rectangular ring are used to seal the retarder circuit from the rotor shaft.
  • the rectangular ring is a separating element which is positioned between the working space and the shaft seals.
  • the rectangular ring is used as a relief element for the radial shaft seals, so that no excessive pressure from the working space can act on the radial shaft seals, although a certain degree of leakage is desired depending on the pressure conditions.
  • the sealing effect of the rectangular ring therefore depends on the pressure applied during braking or non-braking operation.
  • the sealing system includes a rectangular ring arranged between the working space and the radial shaft seal. This is designed in such a way that a leakage flow is possible, which changes direction depending on the operating state. Due to the design, the leakage flow can only be influenced to a limited extent and essentially depends on the manufacturing tolerances.
  • DE 10 242 735 A1 discloses a retarder with a sealing system.
  • the object of the invention is to propose a sealing system with improved properties.
  • the starting point is a sealing system for separating two pressure areas, comprising a seal that is arranged between a shaft and a component.
  • the seal is arranged axially displaceably in a groove, the seal having sealing surfaces and the groove having groove sealing surfaces, the seal being movable into a first functional position or a second functional position in accordance with the pressure conditions in the pressure areas.
  • the seal is arranged to be axially movable in the groove. Different sealing properties can be implemented in the functional positions.
  • the channel is preferably formed by providing recesses, designed as a pocket area in the sealing surface of the seal and a recess next to the groove.
  • the recess can, for example, be made all around the shaft and the at least one pocket area in the sealing surface can be formed by a partial area, so that only a relatively small channel area is created when the sealing surface of the seal is pressed against the groove sealing surface second functional position is moved.
  • the sealing surfaces of the seal are designed symmetrically and the channel size can be defined by the design or dimensioning of the recess.
  • the seal has a radial sealing surface, the diameter D of which can be elastically adjusted by a sliding area.
  • the sliding area can also be designed such that the inside diameter can be increased so that the seal can be mounted over the shaft.
  • a retarder comprising a described sealing system, wherein the first pressure region comprises a working space of the retarder and wherein the seal can be moved into a first or a second functional position in accordance with the pressure ratio between the pressure regions. If there is overpressure in the first pressure range, it is intended that the Seal is moved into the first functional position in which the pressure areas are sealed to one another.
  • the sealing system in the retarder can be designed in such a way that when there is excess pressure in the second pressure range, the seal is moved into the second functional position, so that pressure equalization between the pressure ranges is made possible by at least one of the sealing surfaces and/or one of the groove sealing surfaces having recesses , so that in the second functional position a channel remains between the pressure areas, which enables pressure equalization.
  • a sealing system seals the circuit from the outside during braking operation and allows air or oil to flow from outside into the circuit during non-braking operation.
  • the invention enables the circuit to be sealed to the outside during braking operation and allows oil or air to enter the circuit when idling.
  • Figure 1 shows the sealing system 1 in the first functional position.
  • the sealing ring 4 is arranged in the groove 11 of the shaft 3. According to the pressure conditions in the pressure areas 5.1 and 5.2, the seal 4 was moved axially, so that the first sealing surface 7.1 of the seal 4 is pressed against the groove sealing surface 12.1. In the sealing level 6 there is a complete seal against the second pressure area 5.2.
  • the seal 4 is designed as a sealing ring or as a rectangular ring.
  • the end faces of the seal 4, i.e. the first sealing surface 7.1 and the second sealing surface 7.2, form continuous surfaces, the surfaces having recesses 13.1 and 13.2, as also shown in Figure 3, which reduce the size of the sealing surfaces 7.1 and 7.2 in the radial direction.
  • the effective diameter for the seal is thus changed by the recesses 13.1 and 13.2. In the first functional position, it is nevertheless ensured that a full-surface contact is created in the sealing plane 6 between the first sealing surface 7.1 and the groove sealing surface 12.1.
  • the seal 4 can thus be designed symmetrically.
  • recess 14 In addition to the groove 11, another recess is provided, here designed as a recess 14.
  • the combination of pocket area 13.2 and recess 14 forms a channel 10 between the shaft 3 and the seal 4.
  • the second functional position is shown in FIG. 2; in this functional position, pressure equalization can take place between the pressure areas 5.1 and 5.2 via the channel 10.
  • the position of the seal 4 shown corresponds to the position in non-braking operation, in which an air and/or oil volume flow or leakage flow can pass through the channel 10 to the components behind it.
  • Recesses in the sense of the invention can also be formed by bores or openings.
  • the use of elastic elements is also conceivable.
  • the desired air and/or oil volume flow can be adjusted via the size of the recess 13.2 and/or the recess 14.
  • the seal 4 has a sliding area 16, by means of which the diameter D1 of the seal can be changed, so that simple installation over the shaft is possible.
  • Figure 3 shows the seal 4 in a perspective view. From this view, the sliding area 16 is shown, which allows the inner diameter D1 of the seal 4 to be changed. This way the seal can come through Expanding can be pushed over shaft 3 to the groove.
  • One of the recesses 13.2 and the sealing surfaces 7.2 can also be clearly seen, which forms a continuous surface that is not significantly interrupted by the design of the sliding area 16.

Abstract

Ausgangspunkt ist ein Dichtungssystem zur Trennung zweier Druckbereiche umfassend eine Dichtung, die zwischen einer Welle und einem Bauteil angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Dichtung in einer Nut axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Dichtung Dichtflächen und die Nut Nutdichtflächen aufweist, wobei entsprechend den Druckverhältnissen in den Druckbereichen die Dichtung in eine erste Funktionsposition oder eine zweite Funktionsposition bewegbar ist.

Description

Dichtungssystem
Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem zur Trennung zweier Druckbereiche mit zwei Funktionsstellungen und dem Einsatz eines derartigen Dichtsystems in einem hydrodynamischen Retarder.
Die Weiterentwicklung in der Technik macht es erforderlich, dass auch die Dichtungssysteme an die gestiegenen Anforderungen angepasst werden. Eine besondere Anforderung an ein Dichtungssystem ist es, wenn dieses System für unterschiedliche Betriebsbedingungen unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere Dichteigenschaften haben soll.
Ein Einsatzgebiet eines Dichtsystems mit unterschiedlichen Funktionsstellungen ist der Einsatz in einem hydrodynamischen Retarder. Es ist allgemein bekannt, dass Retarder einen Arbeitsraum aufweisen, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar ist, um ein Drehmoment von einem angetriebenen Rotor auf einen Stator hydrodynamisch zu übertragen.
Der Arbeitsraum des Retarders ist an einen Retarderarbeitsmediumkreislauf angeschlossen, in dem das Arbeitsmedium, z.B. Öl, oder Kühlwasser des Fahrzeugkühlkreislaufs zirkulieren kann. Zu Abdichtung des Retarderkreislaufs gegenüber der Rotorwelle werden Radialwellendichtringe und ein Rechteckring eingesetzt. Der Rechteckring ist ein Trennelement welches zwischen Arbeitsraum und Wellendichtringen positioniert ist. Der Rechteckring wird als Entlastungselement für die Radialwellendichtringe eingesetzt, so dass sich kein übermäßiger Druck aus dem Arbeitsraum auf die Radialwellendichtringe wirken kann, wobei je nach Druckverhältnissen eine gewisse Undichtigkeit gewünscht ist. Die Dichtwirkung des Rechteckrings ist somit vom anliegenden Druck im Bremsbetrieb oder Nicht- Bremsbetrieb abhängig. Da sich die Rotorwelle in beiden Betriebszuständen dreht, ist es in beiden Betriebszuständen erforderlich, dass die Dichtstellen über einen Ölstrom geschmiert und gekühlt werden. Aus der DE 10 2020 107 729 A1 ist ein Retarder mit einem gekühltem Dichtsystem bekannt. Das Dichtsystem umfasst einen zwischen Arbeitsraum und Radialwellendichtring angeordneten Rechteckring. Dieser ist derart ausgelegt, dass ein Leckagestrom ermöglicht wird, der je nach Betriebszustand seine Richtung wechselt. Konstruktionsbedingt kann der Leckagestrom aber nur eingeschränkt beeinflusst werden und hängt im Wesentlichen an den Fertigungstoleranzen.
Aus der EP 2 666 980 A1 ist ein Dichtungssystem bekannt, welches in zwei Funktionsstellung bewegbar ist.
Ein weiteres Dichtungssystem ist aus der DE 1 162 464 B und der DE 6 929 111 U bekannt.
Die DE 10 242 735 A1 offenbart einen Retarder mit einem Dichtungssystem.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dichtungssystem mit verbesserten Eigenschaften vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Ausgangspunkt ist ein Dichtungssystem zur Trennung zweier Druckbereiche umfassend eine Dichtung, die zwischen einer Welle und einem Bauteil angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Dichtung in einer Nut axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Dichtung Dichtflächen und die Nut Nutdichtflächen aufweist, wobei entsprechend den Druckverhältnissen in den Druckbereichen die Dichtung in eine erste Funktionsposition oder eine zweite Funktionsposition bewegbar ist. Im Sinne der Erfindung ist die Dichtung in der Nut axial beweglich angeordnet. In den Funktionspositionen können unterschiedliche Dichtungseigenschaften umgesetzt sein. In einer bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, dass in der ersten Funktionsposition eine Trennung der Druckbereiche erreicht wird und in der zweiten Funktionsposition ein Druckausgleich zwischen den Druckbereichen dadurch ermöglicht wird, dass zumindest eine der Dichtflächen und/oder eine der Nutdichtflächen Ausnehmungen aufweist, so dass in der zweiten Funktionsposition ein Kanal zwischen den Druckbereichen verbleibt.
Vorzugsweise wird der Kanal dadurch gebildet, dass Ausnehmungen, ausgeführt als Taschenbereich in der Dichtfläche der Dichtung und Einstich neben der Nut, vorgesehen sind. Dabei kann der Einstich beispielsweise umlaufend an der Welle ausgeführt sein und der mindestens eine Taschenbereich in der Dichtfläche kann durch einen partiellen Bereich gebildet werden, so dass auf den Umfang gesehen nur eine relativ kleiner Kanalbereich entsteht, wenn die Dichtfläche der Dichtung gegen die Nutdichtfläche in die zweite Funktionsposition bewegt wird.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Dichtflächen der Dichtung symmetrisch ausgeführt und durch die Ausführung bzw. Dimensionierung des Einstiches kann die Kanalgröße definiert sein. Beim Einbau der Dichtung muss so nicht auf die Ausrichtung der Dichtung geachtet werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Dichtung eine radiale Dichtfläche aufweist, deren Durchmesser D durch einen Schiebebereich elastisch anpassbar ist. Der Schiebebereich kann weiterhin derart ausgelegt sein, dass der Innendurchmesser derart vergrößerbar ist, dass die Dichtung über die Welle montierbar ist.
Vorgeschlagen wird weiterhin ein Retarder umfassend ein beschriebenes Dichtungssystem, wobei der erste Druckbereich einen Arbeitsraum des Retarders umfasst und wobei entsprechend des Druckverhältnisses zwischen den Druckbereichen die Dichtung in eine erste oder eine zweite Funktionsposition bewegbar ist. Bei einem Überdruck im ersten Druckbereich ist vorgesehen, dass die Dichtung in die erste Funktionsposition bewegt wird, bei der die Druckbereiche zueinander abgedichtet sind.
Weiterhin kann das Dichtsystem im Retarder derart ausgelegt sein, dass bei einem Überdruck im zweiten Druckbereich die Dichtung in die zweite Funktionsposition bewegt wird, so dass ein Druckausgleich zwischen den Druckbereichen dadurch ermöglicht wird, dass zumindest eine der Dichtflächen und/oder eine der Nutdichtflächen Ausnehmungen aufweisen, so dass in der zweiten Funktionsposition ein Kanal zwischen den Druckbereichen verbleibt, der eine Druckausgleich ermöglicht.
Im Retarderbetrieb gibt es zwei wesentliche Betriebszustände, den Bremsbetrieb und den Nicht-Bremsbetrieb. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Dichtungssystem den Kreislauf im Bremsbetrieb nach außen Abdichtet und im Nicht-Bremsbetrieb ein Luftoder Ölstrom von außen in den Kreislauf ermöglicht. Die Erfindung ermöglicht im Bremsbetrieb die Abdichtung des Kreislaufs nach außen und erlaubt das im Leerlauf Öl oder Luft in den Kreislauf gelangen kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 Dichtungssystem in der ersten Funktionsstellung
Fig.2 Dichtungssystem in der zweiten Funktionsstellung
Fig.3 Ansicht Dichtung
Figur 1 zeigt das Dichtungssystem 1 in der ersten Funktionsstellung. Der Dichtring 4 ist in der Nut 11 der Welle 3 angeordnet. Entsprechend der Druckverhältnisse in den Druckbereichen 5.1 und 5.2 wurde die Dichtung 4 axial bewegt, so dass die erste Dichtfläche 7.1 der Dichtung 4 gegen die Nutdichtfläche 12.1 gedrückt wird. In der Dichtebene 6 erfolgt eine vollständige Abdichtung gegenüber dem zweiten Druckbereich 5.2. Die Dichtung 4 ist als Dichtring bzw. als Rechteckring ausgeführt. Die Stirnflächen der Dichtung 4, also die erste Dichtfläche 7.1 und die zweite Dichtfläche 7.2 bilden durchgängige Flächen, wobei die Flächen Ausnehmungen 13.1 und 13.2 aufweisen, wie auch in Figur 3 dargestellt, die die Dichtflächen 7.1 und 7.2 in Radialrichtung verkleinern. Der wirksame Durchmesser für die Dichtung wird somit durch die Ausnehmungen 13.1 und 13.2 verändert. In der ersten Funktionsstellung ist dennoch sichergestellt, dass in der Dichtebene 6 eine vollflächige Auflage zwischen erster Dichtfläche 7.1 und Nutdichtfläche 12.1 entsteht. So kann die Dichtung 4 symmetrisch ausgeführt werden.
Neben der Nut 11 ist eine weitere Ausnehmung vorgesehen, hier als Einstich 14 ausgeführt. Durch die Kombination aus Taschenbereich 13.2 und Einstich 14 wird ein Kanal 10 zwischen der Welle 3 und der Dichtung 4 gebildet.
In Figur 2 ist die zweite Funktionsposition dargestellt, in dieser Funktionsposition kann ein Druckausgleich zwischen den Druckbereichen 5.1 und 5.2 über den Kanal 10 stattfinden. Bei einem Retarder entspricht die dargestellte Stellung der Dichtung 4, die Stellung im Nicht-Bremsbetrieb, bei der ein Luft- und/oder Ölvolumenstrom bzw. Leckagestrom durch den Kanal 10 zu den dahinterliegenden Bauteilen gelangen kann.
Ausnehmungen im Sinne der Erfindung können auch durch Bohrungen oder Öffnungen gebildet werden. Auch der Einsatz von elastischen Elementen ist denkbar. Der gewünschte Luft- und/oder Ölvolumenstrom kann über die Größe der Ausnehmung 13.2 und/oder des Einstiches 14 eingestellt werden.
Zur Vereinfachung des Einbaus der Dichtung 4 weist die Dichtung 4 einen Schiebebereich 16 auf, mittels dem der Durchmesser D1 der Dichtung verändert werden kann, so dass eine einfache Montage über die Welle möglich ist.
Figur 3 zeigt zum besseren Verständnis die Dichtung 4 in der perspektivischen Ansicht. Aus dieser Ansicht ist der Schiebebereich 16 dargestellt, der es erlaubt, dass der Innendurchmesser D1 der Dichtung 4 veränderbar ist. So kann die Dichtung durch Aufweiten über die Welle 3 bis zur Nut geschoben werden. Gut zu erkennen ist auch eine der Ausnehmungen 13.2 und die Dichtflächen 7.2 die eine durchgehend Fläche bildet, die auch durch die Auslegung des Schiebebereichs 16 nicht wesentlich unterbrochen wird.
Bezugszeichenliste
1 Dichtungssystem
2 Gehäuse
3 Welle
4 Dichtung
5.1 erster Druckbereich
5.2 zweiter Druckbereich
6 Dichtebene
7.1 erste Dichtfläche
7.2 zweite Dichtfläche
8.1 Arbeitsmedium
9 Nebenvolumenstrom
10 Kanal
11 Nut
12.1. 12.2 Nutdichtfläche
13.1..1 13.2 Ausnehmung
14 Einstich
15 Radialdichtfläche
16 Schiebebereich
D1 Innendurchmesser

Claims

Patentansprüche
1. Dichtungssystem (1 ) zur Trennung zweier Druckbereiche (5.1 , 5.2) umfassend eine Dichtung (4), die zwischen einer Welle (3) und einem Bauteil (2) angeordnet ist, wobei die Dichtung (4) in einer Nut (11 ) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei die Dichtung (4) Dichtflächen (7.1 , 7.2) und die Nut (11 ) Nutdichtflächen (12.1 , 12.2) aufweist, wobei entsprechend den Druckverhältnissen in den Druckbereichen (5.1 , 5.2) die Dichtung (4) in eine erste Funktionsposition oder eine zweite Funktionsposition bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (4) eine radiale Dichtfläche (15) aufweist, deren Durchmesser D durch einen Schiebebereich (16) elastisch anpassbar ist.
2. Dichtungssystem (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das in der ersten Funktionsposition eine Trennung der Druckbereiche (5.1 , 5,2) erreicht wird und in der zweiten Funktionsposition ein Druckausgleich zwischen den Druckbereichen (5.1 , 5.2) dadurch ermöglicht wird, dass zumindest eine der Dichtflächen (7.1 , 7.2) und/oder eine der Nutdichtflächen (12a, b) Ausnehmungen (13.1 , 13.2, 14) aufweisen, so dass in der zweiten Funktionsposition ein Kanal (10) zwischen den Druckbereichen verbleibt.
3. Dichtungssystem (1 ) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) dadurch gebildet wird, dass Ausnehmungen (13.1 , 13.2, 14), ausgeführt als Taschenbereich (13.1 , 13.2) in der Dichtfläche (7.1 ) der Dichtung (4) und Einstich (14) neben der Nut (11 ), vorgesehen sind.
4. Dichtungssystem (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen (7.1 , 7.2) der Dichtung (4) symmetrisch ausgeführt sind. Retarder umfassend ein Dichtungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckbereich (5.1 ) einen Arbeitsraum des Retarders umfasst, wobei entsprechend des Druckverhältnisses zwischen den Druckbereichen (5.1 ,
5.2) die Dichtung (4) in eine erste oder eine zweite Funktionsposition bewegbar ist, wobei bei einem Überdruck im ersten Druckbereich (5.1 ) die Dichtung (4) in die erste Funktionsposition bewegt wird, bei der die Druckbereiche zueinander abgedichtet sind. Retarder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überdruck im zweiten Druckbereich die Dichtung (4) in die zweite Funktionsposition bewegt wird, so dass ein Druckausgleich zwischen den Druckbereichen (5.1 , 5,2) dadurch ermöglicht wird, dass zumindest eine der Dichtflächen (7.1 , 7.2) und/oder eine der Nutdichtflächen (12a, b) Ausnehmungen (13.1 , 13.2, 14) aufweisen, so dass in der zweiten Funktionsposition ein Kanal (10) zwischen den Druckbereichen (5.1 , 5,2) verbleibt, der eine Druckausgleich ermöglicht.
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