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Die
Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung für die Montage
eines Dichtrings auf oder in ein Bauteil, beispielsweise einer Welle
oder einem Gehäuse, mit einem Kupplungsorgan zur Übertragung einer
Montagekraft auf den Dichtring. Des Weiteren betrifft die Erfindung
einen Dichtring, der einen gummielastischen Grundkörper
und einen Versteifungsring umfasst, wobei der Versteifungsring zumindest abschnittsweise
in den gummielastischen Grundkörper eingebettet ist, sowie
ein Verfahren zur Montage eines Dichtrings auf oder in einem Bauteil,
wobei der Dichtring in axialer Richtung auf oder in das Bauteil geschoben
wird.
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Rotierende
oder schwenkende Maschinenelemente werden für eine lange
Standzeit geschmiert. Um das Schmiermedium im Bereich der Schmierstellen
zu halten und eine Verschmutzung des Schmiermediums oder der Umgebung
auszuschließen, werden üblicherweise Dichtringe
eingebaut.
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Insbesondere
Wellendichtringe, die als Rotationsdichtungen eingesetzt werden,
bestehen oft aus einem gummielastischen Grundkörper, der
durch einen aus einem steiferen Werkstoff, beispielsweise Metall,
bestehenden Versteifungsring verstärkt ist. Wellendichtringe
weisen herkömmlicherweise eine gummielastische Dichtlippe
auf, die auf der Innenseite des Dichtringes auf dem abzudichtenden
Bauteil, beispielsweise eine Welle oder Achse, aufliegt. in die Dichtlippe
kann eine Zugfeder integriert sein, die eine in radiale Richtung,
nach innen wirkende Vorspannung erzeugt.
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Wellendichtringe
werden üblicherweise in axialer Richtung auf eine Welle
oder in eine Bohrung geschoben, wobei über ein Werkzeug
eine axiale Kraft in Montagerichtung auf den Umfang des Dichtringes
ausgeübt wird. Damit der Dichtring nach dem Einbau zentrisch
und rechtwinklig zur Welle und/oder zur Bohrung angeordnet ist,
sollte bei der Montage die auf den Dichtring üblicherweise
in axialer Richtung ausgeübte Montagekraft auf der Symmetrielinie des
Dichtringes liegen. Um während des Einpressens eine Verformung
oder Beschädigung des Dichtringes zu vermeiden, ist die
Montagekraft möglichst nahe am Außendurchmesser
anzusetzen.
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Die
US 6,065,198 , die
US 7,131,197 B1 sowie
die
US 5,709,018 zeigen
Montagevorrichtungen für Wellendichtringe, bei denen die
Montagekraft über eine konzentrisch zum Wellendichtring
angeordnete Gewindestange oder Schraube auf ein axial geführtes
Kupplungsorgan übertragen wird, das auf den Dichtring einwirkt.
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Die
US 3,030,702 beschreibt
eine Montageplatte zur Aufnahme des Wellendichtrings, die über eine
Gewindestange mit einem verstellbaren Anschlag zur Einstellung der
axialen Montageposition des Dichtringes verbunden ist. Bei Erreichen
einer vorbestimmten axialen Position des Wellendichtrings in der
zugeordneten Bohrung liegt der Anschlag an dem Eingang der Bohrung
an.
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Die
Vorrichtungen der
US 4,515,376 ,
der
US 3,165,949 , der
DE 262 807 sowie der
US 4,550,486 weisen jeweils
zwei zylinderförmige, ineinander liegende und ineinander
verschiebbare Elemente auf. Der Dichtring wird vor der Montage auf
das innere zylinderförmige Element aufgeschoben. Indem
die Vorrichtung koaxial an der Bohrung zur Aufnahme des Dichtrings
positioniert wird, kann der Dichtring der Dichtring zentrisch angeordnet
werden. Über ein axiales Verschieben des äußeren
zylindrischen Elementes wird eine Montagekraft auf den Umfang des
Dichtrings ausgeübt.
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Die
US 5,052,695 , die
DE 2340275 B , die
DE 3503602 C1 sowie
die
EP 0794037 B1 zeigen
Montageringe für Wellendichtringe. Der Montagering der
US 5,052,695 und der
DE 2340275 B ist über
einen hülsenförmigen Fortsatz in den Wellendichtring
eingesetzt, auf dem die Dichtlippe des Wellendichtringes aufliegt.
Der Montagering der
DE
3503602 C1 ist hingegen mit dem Innenumfang des hülsenförmigen Mantelteils
des Wellendichtrings verrastet. Der Montagering der
EP 0794037 B1 soll insbesondere
für die Montage von Wellendichtringen mit Laufringen für
die Dichtlippen geeignet sein.
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Die
Luftseite oder Bodenseite des Wellendichtringes liegt jeweils an
einer Stützfläche des Werkzeuges an, über
die eine axiale Montagekraft auf den Wellendichtring übertragen
wird. Um ein Lösen des Wellendichtrings vom Montagering
zu verhindern, kann der Wellendichtring gemäß der
US 5,052,695 über
Klebstoff oder elastische Fortsätze an dem Montagering
gehalten werden.
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Die
US 6,370,751 B1 befasst
sich mit einer Montagehilfe für Wellendichtringe, die im
Wesentlichen aus einer konisch geformten Metallkappe besteht. Während
die Metallkappe mit ihrem Rand auf dem Dichtring aufliegt, kann über
ein zentrisch auf der Metallkappe angeordnetes Holzstück
die Montagekraft auf den Wellendichtring übertragen werden.
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Die
US 5,709,018 befasst sich
mit einem Demontagewerkzeug zur Demontage von Wellendichtringen
mit einem Greifer, der in die Druckseite des Wellendichtrings eingreift.
Der Greifer ist im Wesentlichen zylindrisch geformt und an seiner
dem Dichtring zugewandten Seite mit in Längsrichtung verlaufenden
Schlitzen versehen. Eine konische Bohrung in dem Greifer liegt auf
einem mit der Gewindestange verbundenen konischen Flansch auf. Indem
der Greifer über eine Gewindemutter in Richtung des konischen
Flansches verschoben wird, weitet sich der Greifer auf und greift
kraft- und formschlüssig in die Druckseite des Wellendichtrings
ein.
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Für
eine zuverlässige Abdichtung der Bauteile muss der Dichtring
auch nach dem Montagevorgang zentrisch und rechtwinklig zum Bauteil
angeordnet sein. Während des Einpressens verformt sich der
Dichtring unter dem Einfluss der Montagekraft aufgrund seiner Geometrie
und der geringen Steifigkeit der Dichtwerkstoffe. So kann beispielsweise
bei dem Einschieben eines Wellendichtringes in eine Bohrung am Ende
der Einschiebebewegung eine elastische Verformung des Dichtringes
verbleiben, die aufgrund der Haftreibung zwischen Dichtring und Bohrung
bestehen bleibt. Diese elastische Verformung führt nach
der Wegnahme der Montagekraft zu einem Zurückfedern und
damit zu einer Verlagerung oder zu einem Verkanten des Dichtringes.
Derartige Verlagerungen führen dazu, dass der Dichtring
nicht mehr zentrisch und rechtwinklig zum Bauteil angeordnet ist
und damit die Dichtflächen nicht gleichmäßig
auf den abzudichtenden Maschinenelementen aufliegen, d. h. eine
zuverlässige Dichtwirkung nicht mehr gewährleistet
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Montage
von Dichtringen der oben genannten Art derart zu verbessern, dass
eine zentrische und rechtwinklige Lage des Dichtringes nach Wegnahme
der Montagekraft gewährleistet ist.
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Für
die eingangs genannte Montagevorrichtung löst die Erfindung
die Aufgabe, indem ein Drehantrieb vorgesehen ist, durch den eine
Relativdrehung zwischen Dichtring und Bauteil erzeugbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Montagevorrichtung kann durch
verschiedene, voneinander unabhängige, jeweils für
sich vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden. Auf diese
Ausgestaltungen und die mit den Ausgestaltungen jeweils verbundenen Vorteile
wird im Folgenden kurz eingegangen.
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Um
eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtring und
der Montagevorrichtung zu ermöglichen, kann das Kupplungsorgan
wenigstens ein Formschlusselement umfassen. Dieses Formschlusselement
kann als Fortsatz ausgestaltet sein, der in eine entsprechende Aussparung
in dem Dichtring eingreift. Alternativ oder zusätzlich
kann das Kupplungsorgan ein Formschlusselement aufweisen, dass als
Aussparung ausgestaltet ist und entsprechende, zugeordnete Fortsätze
des Dichtrings aufnimmt.
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Das
als Fortsatz oder als Aussparung ausgestaltete Formschlusselement
ermöglicht eine formschlüssige Übertragung
der in Umfangsrichtung des Dichtrings wirkenden, durch den Drehantrieb übertragenen
Umfangskraft. Gegenüber einer rein reibschlüssigen
Verbindung zwischen Kupplungsorgan und Dichtring können
damit deutlich größere Umfangskräfte
oder um die Symmetrieachse des Dichtrings wirkende Drehmomente übertragen
werden. Das Formschlusselement ermöglicht zudem eine Befestigung
des Dichtrings an dem Kupplungsorgan der Montagevorrichtung, bevor
dieser auf oder in einem Bauteil montiert wird. Auf diese Weise
kann der Dichtring mit Hilfe der Montagevorrichtung gegenüber dem
Bauteil rechtwinklig angeordnet und zentriert werden, so dass ein
Verkanten des Dichtringes während der Montage vermieden
wird.
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Um
den Dichtring zentrisch und rechtwinkelig gegenüber dem
Bauteil auszurichten, kann die Montagevorrichtung Zentrierfortsätze
aufweisen, die bei der Montage in eine Zentrierbohrung des Bauteils eingesetzt
werden. Der Fortsatz kann als Teil eines zylindrischen Abschnittes
der Montagevorrichtung in Form eines Absatzes ausgestaltet sein,
der bei der Montage beispielsweise in die Aufnahmebohrung für den
Dichtring eingesetzt wird. Alternativ kann die Montagevorrichtung
mit einer Zentrierbohrung zur Aufnahme eines Zentrierfortsatzes
oder eines Absatzes des Bauteils versehen sein.
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Das
Formschlusselement kann Hinterschneidungen mit wenigstens einer
im Wesentlichen schräg zur axialen Richtung oder zur Montagerichtung
verlaufenden Fläche aufweisen. Die schräg zur axialen
Richtung verlaufende Fläche kann bei einer Paarung mit
einer komple mentär ausgestalteten Hinterschneidung des
Dichtringes auf einer schräg zur axialen Richtung verlaufenden
Fläche des Dichtrings aufliegen. Bei der Einleitung einer
Umfangskraft von der Montagevorrichtung in den Dichtring entsteht durch
die schräg zur axialen Richtung verlaufenden Flächenpaarungen
eine in axiale Richtung wirkende Kraft. Gleiten die schrägen
Flächen der Hinterschneidungen mit einer Relativdrehung
des Kupplungsorgans gegenüber dem Dichtring ineinander,
wird der Dichtring an das Kupplungsorgan herangezogen. Der Dichtring
wird in axialer Richtung auf das Kupplungsorgan gedrückt
und es entsteht zusätzlich zur formschlüssigen
eine reibschlüssige Verbindung zwischen Dichtring und Kupplungsorgan.
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Die
Formschlusselemente können als Rasten ausgestaltet sein,
so dass ein Einrasten des Formschlusselementes in eine entsprechende
Aussparung oder einen entsprechenden Fortsatz des Dichtringes möglich
ist. Durch diese Maßnahme kann eine formschlüssige
Verbindung zwischen Kupplungsorgan und Dichtring verwirklicht werden, die
eine Übertragung von Kräften in Umfangsrichtung des
Dichtringes als auch in axialer Richtung in und entgegen der Montagerichtung,
ermöglicht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kupplungsorgan wenigstens
eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung weisende Anschlagfläche
aufweisen. Diese Anschlagfläche kann integraler Bestandteil
eines Formschlusselementes sein oder separat zu den Formschlusselementen
auf dem Kupplungsorgan angeordnet sein. Die Anschlagfläche
sollte in die bei der Montage bevorzugte Drehrichtung weisen, so
dass diese bei einem Auftreffen auf eine entsprechende ausgestaltete
Gegenfläche des Dichtringes die durch den Drehantrieb erzeugte
Drehkraft auf den Dichtring übertragen kann.
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Ferner
kann die Anschlagflache wenigstens eine Hinterschneidung aufweisen,
so dass bei einer Drehung des Kupplungsorgans durch den Drehantrieb
die Anschlagfläche auf einer entsprechenden Gegenfläche
des Dichtringes, welche parallel zur Anschlagfläche verläuft
und an die Anschlagfläche angrenzt, eine Kraft erzeugt,
durch welche Kupplungsorgan und Dichtring aufeinander gedrückt
werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kupplungsorgan eine
an wenigstens einer Seite vom Dichtring verschließbar ausgestaltete
und mit einer Unterdruckleitung verbundene Unterdruckkammer aufweisen.
Indem die Unterdruckkammer durch den Dichtring verschlossen und in
der Unterdruckkammer über die Unterdruckleitung ein Unterdruck
erzeugt wird, entsteht eine Saugkraft, die den Dichtring an das
Kupplungsorgan zieht. Die die Unterdruckkammer umgebenden Flächen
des Kupplungsorgans, die an den Dichtring grenzen, werden durch
Saugkraft auf den Dichtring gedrückt und bilden auf diese
Weise mit den angrenzenden Flächen des Dichtringes eine
reibschlüssige Verbindung, welche eine schlupffreie Übertragung
der durch den Drehantrieb hervorgerufenen Umfangskräfte
auf den Dichtring ermöglicht.
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Die
Unterdruckkammer kann für die Montage von herkömmlichen
Wellendichtringen an die in axiale Richtung weisende Fläche
der Luftseite des Wellendichtrings angrenzen. Falls die Platzverhältnisse bei
der Montage dies ermöglichen, kann die Unterdruckkammer
auch an eine in axiale Richtung weisende Fläche der Stirnseite
des Wellendichtrings angrenzen oder durch die in radiale Richtung
nach außen weisende Stützfläche des Wellendichtrings
verschlossen werden.
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Für
den eingangs genannten Dichtring wird die Aufgabe gelöst,
indem der Dichtring wenigstens eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung
weisende Anschlagfläche aufweist.
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Diese
erfindungsgemäße Lösung kann mit dem
folgenden weiteren jeweils für sich vorteilhaften Ausgestaltungsformen
beliebig kombiniert und weiter verbessert werden:
Auch die
Anschlagfläche des Dichtrings kann gemäß Anschlagfläche
der oben genannten Montagevorrichtung wenigstens eine Hinterschneidung
aufweisen. Auf diese Weise wird zwischen der Anschlagfläche des
Dichtringes und einer entsprechend ausgestalteten Anschlagfläche
der Montagevorrichtung ein in axialer Richtung wirkender Formschluss
möglich. Bildet die Hinterschneidung eine Ebene, im Wesentlichen
schräg zur axialen Richtung bzw. Montagerichtung verlaufende
Fläche, bewirkt die Paarung mit einer entsprechend ausgestalteten
Gegenfläche der Montagevorrichtung, dass der Dichtring
bei einer Einleitung einer Drehkraft durch die Montagevorrichtung an
die Montagevorrichtung gezogen wird und eine reibschlüssige
Verbindung zwischen Dichtring und Montagevorrichtung entsteht.
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Der
Dichtring kann entsprechend der Montagevorrichtung an einer von
außen zugänglichen Montagekontaktfläche
mit wenigstens einem Formschlusselement versehen sein. Das Formschlusselement
kann als Fortsatz ausgestaltet sein, der in eine entsprechende Aussparung
der Montagevorrichtung eingesetzt werden kann, oder als Aussparung,
die einen entsprechenden Fortsatz der Montagevorrichtung aufnimmt.
Ein derartiges Formschlusselement ermöglicht die Befestigung
des Dichtrings an der Montagevorrichtung, so dass der Dichtring
bereits vor seiner Montage mit der Montagevorrichtung verbunden
werden kann. Auf diese Weise können mit Hilfe der Montagevorrichtung
auch schlecht zugängliche Bauteile erreicht werden, um
den Dichtring zu montieren. Zudem kann eine mit einer Zentriereinrichtung
versehene Montageeinrichtung dazu genutzt werden, den Dichtring
rechtwinklig und zentriert zur Dichtringaufnahme zu positionieren,
bevor dieser in oder auf das Bauteil geschoben wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Dichtringes kann dieser ein Kupplungsorgan aufweisen, das mit dem
Dichtring verklebt ist. Die Klebeverbindung zwischen Dichtring und
Kupplungsorgan kann eine Festigkeit aufweisen, welche die Übertragung
der Montagekraft ermöglicht, jedoch unter einem vorbestimmten
Wert liegt, bei dessen Überschreitung das Kupplungsorgan
durch eine über die Montagevorrichtung eingeleitete Kraft von
dem Dichtring gelöst wird. Es kann beispielsweise die in
axiale Richtung weisende Fläche der Luft- oder Bodenseite
des Dichtringes mit dem Kupplungsorgan verklebt werden, da diese
bei herkömmlichen Wellendichtringen groß genug
ist, um für die Montage des Dichtringes geeignete, hochfeste
Klebeverbindungen zu bilden. Um den Dichtring gegenüber dem
Kupplungsorgan zu zentrieren, kann das Kupplungsorgan Absätze
aufweisen, auf die der Dichtring zumindest abschnittsweise aufgeschoben
wird.
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Für
das eingangs genannte Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass der Dichtring für seine Montage nicht
nur auf oder in das Bauteil geschoben, sondern zusätzlich
relativ zum Bauteil gedreht wird.
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Durch
die Drehung wird der Dichtring in erster Linie in Umfangsrichtung
und nicht mehr in axialer Richtung verformt. Die Verformungen in
Umfangsrichtung sind jedoch für die exakte axiale Positionierung
des Dichtringes unschädlich. Die Positioniergenauigkeit
ist also erheblich verbessert.
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Der
Dichtring kann während des Ein- oder Aufschiebens in oder
auf das Bauteil gedreht werden. Indem die Schiebe- und die Drehbewegung überlagert
sind, ist das Montageverfahren insgesamt verkürzt.
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Um
den Verschleiß des Dichtringes oder der Dichtringaufnahme
während der Montage zu verringern, kann die Drehung des
Dichtringes auf einen Abschnitt der Montagebewegung begrenzt werden, der
kurz vor Erreichen der Endposition des Dichtringes liegt. Auf diese
Weise wird die Relativbewegung zwischen Dichtring und Bauteil und
damit die durch Reibung entstehende Erwärmung begrenzt.
Alternativ kann der Dichtring erst in oder auf das Bauteil geschoben
werden und erst bei Erreichen seiner axialen Endposition gedreht
werden. Auf diese Weise wird ein möglicherweise erhöhter
Verschleiß des Dichtringes durch die Überlagerung
der Schiebe- und der Drehbewegung gänzlich vermieden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand unterschiedlicher Ausführungsformen
mit Bezug auf die Figuren beispielhaft erläutert. Dabei
stellen die beschriebenen Ausführungsformen lediglich wirkliche Ausgestaltungen
dar, die für den jeweiligen Anwendungsfall modifiziert
werden können. Einzelne, für sich vorteilhafte
Merkmale können gemäß der obigen Beschreibung
der vorteilhaften Ausgestaltungen bei der jeweils beschriebenen
Ausführungsform hinzugefügt oder weggelassen werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines Wellendichtringes aus dem
Stand der Technik;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Dichtringes;
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4 eine
schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Dichtringes;
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5 eine
schematische Schnittdarstellung eines herkömmlichen Wellendichtrings
mit eine Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Montagevorrichtung;
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6 eine
schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Dichtringes;
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7 eine
schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes des dritten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Dichtringes an der Stelle VII-VII
der 6 sowie eines dritten Ausführungsbeispiels
der Montagevorrichtung.
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8 eine
schematische Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Dichtringes;
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9 eine
schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes des vierten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Dichtringes an der Stelle VIII-VIII
der 7 sowie eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Montagevorrichtung;
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10 eine
schematische Schnittdarstellung eines Ausschnittes eines fünften
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Dichtringes.
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In 1 ist
ein Dichtring 1 gezeigt, der in ein Bauteil 2 eingesetzt
ist. Der Dichtring 1 grenzt an eine Montagevorrichtung 3 an,
die über ein Kupplungsorgan 4 eine Montagekraft
F auf den Dichtring 1 ausübt. Der Dichtring 1,
das Bauteil 2 und die Montagevorrichtung 3 sind
symmetrisch zu einer Symmetrieachse S aufgebaut, wobei jeweils nur
die oberhalb der Symmetrieachse S liegende Hälfte dargestellt
ist.
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Die
in eine Montagerichtung Z oder in axiale Richtung weisende Montagekraft
F liegt auf der Symmetrieebene S und wird von der Montagevorrichtung 3 über
das Kupplungsorgan 4 auf den Dichtring 1 übertragen.
Der Dichtring wird auf diese Weise in Montagerichtung Z und in Richtung
der Symmetrieachse S in das Bauteil 2 geschoben, das zur
Aufnahme des Dichtringes 1 eine Bohrung 5 aufweist.
Am Ende der Bohrung 5 ist das Bauteil 2 mit einem
Absatz 6 versehen, der das Ende der Bohrung 5 und
damit die Endposition des Dichtringes 1 definiert.
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Während
des Einschiebens des Dichtringes 1 in die Bohrung 5 oder
nach Erreichen der Endposition des Dichtringes 1 an dem
Absatz 6 wird über die Montagevorrichtung 3 ein
Drehmoment M in das Kupplungsorgan 4 eingeleitet, das über
eine Montagekontaktfläche 7 auf den Dichtring 1 übertragen wird.
Das Drehmoment M wirkt um die Symmetrieachse des Dichtringes S.
Zur Übertragung des Momentes M bzw. der aus dem Moment
M resultierenden Querkräfte auf den Dichtring 1 weist
die Montagekontaktfläche 7 hier nicht dargestellte Formschluss-
oder Kraftschlusselemente auf, die in den folgenden Figuren in verschiedenen
Ausführungsformen beispielhaft erläutert werden.
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Zur
Erzeugung des Drehmomentes M weist die Montagevorrichtung 3 einen
Drehantrieb 8 auf, der ein Moment M erzeugt, das groß genug
ist, um die Haftreibung zwischen dem Dichtring 1 und der
an den Dichtring 1 angrenzenden Flächen des Bauteils 2 zu überwinden.
Während der Dichtring 1 zunächst nur
an die Innenfläche der Bohrung 5 angrenzt, trifft er
in der Montage-Endposition auf die zum Dichtring 1 weisende
Fläche des Absatzes 6. Auch die mit dieser zusätzlichen
Berührfläche erhöhte Haftreibung vermag
der Drehantrieb 8 zu überwinden.
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Das
Drehmoment M des Drehantriebes 8 gelangt über
eine Welle 9 und eine Welle-Nabe-Verbindung 10 in
das Kupplungsorgan 4. Die Wellen-Nabe-Verbindung 10 kann
als reibschlüssige Wellen-Nabe-Verbindung 10,
beispielsweise eine Pressverbindung, als formschlüssige
Wellen-Nabe-Verbindung 10, beispielsweise eine Keilwellen-
oder Zahnwellenverbindung, oder als stoffschlüssige Verbindung 10 ausgeführt
sein.
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2 zeigt
einen aus dem Stand der Technik bekannten Radialwellendichtring 1.
Der Dichtring 1 umfasst einen gummielastischen Grundkörper 11, der
einen Versteifungsring 12 umschließt. Der Dichtring 1 ist
mit einer Dichtlippe 13 versehen, die durch eine den Umfang
der Dichtlippe 13 umschließende Zugfeder 14 unter
Vorspannung gehalten wird. Die Zugfeder 14 ist in einer
Federnut 15 angeordnet, die durch einen Federhaltebund 16 auf
der Stirnseite des Wellendichtrings 1 begrenzt ist. Unterhalb
der Federnut 15 ist weist die Dichtlippe 13 eine
Dichtkante 17 auf. Die unter Vorspannung befindliche Zugfeder 14 erzeugt
eine Federkraft, die in Richtung der Federwirklinie 18 auf
den Umfang der Dichtlippe 13 drückt. Damit wird
die Dichtkante 17 auf dem von dem Dichtring 1 umschlossenen
Bauteil gehalten.
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Auf
der Bodenseite B ist der Dichtring 1 mit einer Staublippe 19 versehen,
welche den auf der Stirnseite A befindlichen, gegen die Bodenseite
B abgedichteten Raum vor Verunreinigungen durch eindringenden Schmutz
schützt.
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Der
Dichtring 1 ist an seinem äußeren Umfang
von einem Außenmantel 20 umgeben, der von einem
Abschnitt des gummielastischen Grundkörpers 11 gebildet
ist. Ebenso ist eine auf der Bodenseite B oder Luftseite B des Dichtringes 1 befindliche Bodenfläche 21 von
dem gummielastischen Grundkörper 11 gebildet.
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3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dichtringes, wobei für Elemente, die in Funktion und Aufbau
den Elementen des in 2 gezeigten Dichtring aus dem
Stand der Technik entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet
werden.
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Der
Versteifungsring 12 tritt auf der Stirnseite A des Dichtringes 1 aus
dem gummielastischen Grundkörper 11 heraus. Er
weist eine Aussparung 22 auf, die eine Anschlagfläche 23 umfasst,
welche parallel zur Achsrichtung S bzw. Montagerichtung Z, jedoch
senkrecht zur Umfangsrichtung U verläuft. Die Aussparung 22 dient
der Aufnahme eines entsprechend ausgestalteten Fortsatzes des Kupplungsorgans 4,
so dass in Umfangsrichtung U wirkende Montagekräfte von
dem Kupplungsorgan 4 auf den Dichtring 1 übertragen
werden können.
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Der
Versteifungsring 12 kann eine Vielzahl von Aussparungen 22 aufweisen,
die in gleichbleibenden Winkelabständen über den
Umfang des Versteifungsrings 12 verteilt sind, um eine
durch Umfangskräfte hervorgerufene seitliche Verlagerung
des Dichtrings 1 während des Montagevorgangs zu
vermeiden. Die Aussparung 22 kann hinterschnitten sein.
so dass die Anschlagfläche 23 schräg
zur Umfangsrichtung U verläuft. Weist auch das Kupplungsorgan
der Montagevorrichtung entsprechende Fortsätze mit schrägen
Kontaktflächen auf, resultiert aus einer in Umfangsrichtung
U auf den Dichtring 1 übertragenen Drehkraft eine
in Montagerichtung Z wirkende Kraft, welche den Dichtring 1 in
Richtung des auf der Stirnseite A angeordneten Kupplungsorgans 4 zieht
oder von dem Kupplungsorgan 4 wegdrückt.
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Auf
der Innenseite des Dichtringes ist ein Formschlusselement 24 vorgesehen,
das zur Aufnahme eines an dem Kupplungsorgan 4 vorgesehenen
komplementären Formschlusselementes 25 dient.
Auch über die Formschlusselemente 24 und 25 können
Umfangskräfte bzw. Drehmomente während der Montage
auf den Dichtring 1 übertragen werden. Zusätzlich
ermöglichen die Formschlusselemente 24, 25 eine
Befestigung des Dichtringes an dem Kupplungsorgan 4 der
Montagevorrichtung 3, so dass die Position des Dichtringes 1 in
Relation zur Montagevorrichtung 3 bereits vor Beginn der
Montage festgelegt ist. Die Montagevorrichtung 3 kann wenigstens
ein Zentrierorgan für eine Zentrierung des Kupplungsorgans 4 gegenüber
dem Bauteil aufweisen, so dass die Position des Dichtringes 1 über
die Befestigung an der Montagevorrichtung 3 bereits vor dem
Montagevorgang eindeutig gegenüber dem Bauteil definiert
ist. Das Zentrierorgan kann beispielsweise als Fortsatz, der in
Aussparungen des Bauteils eingesetzt wird, oder als Aussparung,
die einen Fortsatz des Bauteils aufnimmt, ausgestaltet sein.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dichtringes, wobei für Elemente, die in Funktion und Aufbau
den Elementen des Ausführungsbeispiels der 3 entsprechen, dieselben
Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber wird auf
die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 3 eingegangen.
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Der
Dichtring 1 ist an seiner Bodenseite B mit einem Formschlusselement 26 in
Form einer Aussparung 26 versehen. Die Aussparung 26 schneidet sowohl
den gummielastischen Grundkörper 11 als auch den
Versteifungsring 12. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
der 3 kann bei dem Ausführungsbeispiel der 4 das
Kupplungsorgan 4 der Montagevorrichtung 3 von
der Bodenseite B des Dichtringes 1 aus in das Formschlusselement 26 eingreifen.
Indem die Aussparung 26 auch den Versteifungsring 12 schneidet,
können relativ große Umfangskräfte auf
den Dichtring 1 übertragen werden, die bei montiertem
Dichtring 1 die Überwindung der Haftreibung zwischen
Außenmantel 20 des Dichtringes 1 und
dem Bauteil ermöglichen.
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5 zeigt
eine Schnittansicht eines herkömmlichen Wellendichtringes
mit einem Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Montagevorrichtung 3. Das Kupplungsorgan 4 der
Montagevorrichtung 3 liegt an der Bodenfläche 21 des
Dichtringes 1 an. Das Kupplungsorgan 4 weist eine
Unterdruckkammer 27 auf, in die eine Unterdruckleitung 28 mündet. Über
eine mit der Unterdruckleitung 28 verbundene, hier nicht
dargestellte Saugpumpe, kann das in der Unterdruckkammer 27 befindliche
Medium in Richtung der Saugpumpe transportiert werden, so dass in
der Unterdruckkammer 27 ein Unterdruck entsteht, der den
an die Unterdruckkammer 27 angrenzenden Dichtring an das Kupplungsorgan 4 zieht.
Die an die Bodenfläche 21 des Dichtringes 1 angrenzenden
Auflageflächen 29 des Kupplungsorgans 4 dichten
dabei die Unterdruckkammer 27 gegenüber der Umgebung
ab. Der zwischen den Auflageflächen 29 und der
Bodenfläche 21 hergestellte, dem Unterdruck in
der Unterdruckkammer 27 entsprechende Anpressdruck sorgt für
eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Kupplungsorgan 4 und
Dichtring 1, über die Umfangskräfte oder
Drehmomente von der Montagevorrichtung 3 auf den Dichtring 1 übertragen
werden können.
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6 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dichtringes 1, wobei für Elemente, die in Funktion
und Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele der 3 und 4 entsprechen,
dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber
wird auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen
der 3 und 4 eingegangen.
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An
der Bodenfläche 21 des Dichtringes 1 sind
bogenförmige Fortsätze 30 angeordnet,
die sich in Richtung des Außenmantels 20 verbreitern.
Aufgrund des bogenförmigen Profils der Fortsätze 30 ist die
Flächenlast an den Flanken der Fortsätze 30 verringert.
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7 zeigt
einen Ausschnitt des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Wellendichtringes an der Stelle VII-VII der 6. Die Bodenfläche 21 ist
von dem Versteifungsring 12 gebildet, der Fortsätze 30 und
Vertiefungen 31 mit einem im Wesentlichen rechteckigen
Profil aufweist. In die Vertiefungen 31 des Versteifungsrings 12 greifen Fortsetze 36 eines
entsprechend gestalteten Kupplungsorgans 4 ein, während
Vertiefungen 38 in dem Kupplungsorgan 4 die von
dem Versteifungsring 12 gebildeten Fortsetze 30 aufnehmen.
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Wird
das Kupplungsorgan 4 zentrisch zur Symmetrielinie S des
Dichtringes 1 auf die Bodenfläche 21 aufgesetzt,
umschließen die Aussparungen 38 an dem Kupplungsorgan 4 die
Fortsätze 30 und übertragen auf diese
Weise die von dem Drehantrieb der Montagevorrichtung aufgebrachte
Umfangskraft.
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Aufgrund
des in 6 gezeigten bogenförmigen Verlaufs der
Fortsetze 30, 36 und der Vertiefungen 31, 38 führt
eine Verdrehung des Kupplungsorgans 4 in Umfangsrichtung
U zu einer Verschiebung der Seitenflächen 39 der
Fortsetze 30 des Versteifungsrings 12 gegenüber
den Seitenflächen 40 der Fortsetze 36 des
Kupplungsorgans 4. Dadurch entsteht eine Flächenpressung
zwischen den Seitenflächen 39 und 40,
die eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtring 1 und
dem Kupplungsorgan 4 zur Folge hat.
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Die über
den Durchmesser des Dichtringes 1 veränderliche
Steigung der Profillinien der Fortsetze 30 ermöglicht
einen Keileffekt zwischen den Fortsetzen 30 und den entsprechenden
Vertiefungen 38 des Kupplungsorgans, der die kraftschlüssige
Verbindung zwischen Dichtring 1 und Kupplungsorgan 4 fixiert.
Indem das Kupplungsorgan nach dem Aufsetzen auf die Bodenfläche 21 gegenüber
dem Dichtring 1 um die Symmetrieachse S verdreht wird,
bewegen sich die Seitenflächen 39, 40 aufeinander
zu. Indem die Fortsetze 30, 36 sich mit dieser
Bewegung elastisch verformen, entsteht eine Vorspannung zwischen
den Seitenflächen 39, 40, welche die
Haftreibung zwischen den Seitenflächen 39, 40 vergrößert. Die
bogenförmigen Seitenflächen 39 der Fortsätze 30 verkeilen
sich also mit den Seitenflächen 40 der entsprechenden
Aussparungen 38 des Kupplungsorgans.
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8 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dichtringes in einer schematischen Seitenansicht. Der Kürze
halber wird lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen
der 3, 4, 6 und 7 eingegangen,
wobei für Elemente, die in ihrem Aufbau oder ihrer Funktion
Elementen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen,
dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Die
Bodenfläche 21 des Dichtringes 1 weist Fortsätze 30 und
Vertiefungen 31 auf, die über Schrägen 32 miteinander
verbunden sind. Die Fortsätze 30, Vertiefungen 31 sowie
die Schrägen 32 erstrecken sich jeweils senkrecht
zum Umfang des Dichtrings 1, wobei sie sich vom durch die
Symmetrielinie S markierten Zentrum weg verbreitern.
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9 zeigt
eine Schnittansicht des vierten Ausführungsbeispiels des
Dichtringes 1 an der Stelle VIII-VIII der 8 sowie
eine Schnittansicht eines Ausschnittes des Kupplungsorgans 4 einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform der Montagevorrichtung.
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Die
Geometrie der Bodenfläche 21 wird durch den Versteifungsring 12 bestimmt,
der entsprechend der Bodenfläche 21 Vertiefungen 33,
Schrägen 34 und Fortsätze 35 aufweist.
Die Vertiefungen 33, Schrägen 34 und
Fortsätze 35 versteifen den Versteifungsring 12 zusätzlich.
Der Versteifungsring 12 ist von dem gummielastischen Grundkörper 11 umhüllt,
so dass die Bodenfläche 21 von dem gummielastischen
Grundkörper gebildet und durch den darunterliegenden Versteifungsring 12 gestützt
wird. Entsprechend dem Dichtring 1 weist auch das komplementär
gestaltete Kupplungsorgan 4 Fortsätze 36, Schrägen 37 sowie
Vertiefungen 38 auf.
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Für
die Montage des Dichtringes 1 wird das Kupplungsorgan 4 auf
die Bodenfläche 21 aufgesetzt, so dass die Vertiefungen 38 des
Kupplungsorgans 4 Fortsätze 30 der Bodenfläche 21 aufnehmen, während
Vertiefungen 31 der Bodenfläche 21 Fortsätze 36 des
Kupplungsorgans aufnehmen. Auf diese Weise entsteht ein Formschluss,
der die formschlüssige Übertragung von Kräften
in Umfangsrichtung U ermöglicht.
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Ein
fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Dichtringes zeigt die 10, wobei für Elemente,
die in Funktion und Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele
der 3, 4, 6, 7 und 8 entsprechen,
dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber wird
auf die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Die
Bodenfläche 21 des Dichtringes 1 weist Fortsätze 30,
Schrägen 32, 32' sowie Vertiefungen 31 auf.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 9 ist
der Versteifungsring 12 an seiner Außenseite nicht
von dem gummielastischen Grundkörper 11 umgeben
und bildet damit die Bodenfläche 21. Aufgrund
der härteren Oberfläche des Versteifungsrings 12,
der bevorzugt aus Metall gefertigt ist, können während
der Montage über das eingreifende Kupplungsorgan 4 größere
Flächenlasten und damit größere Umfangskräfte
eingeleitet werden.
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Der
Versteifungsring 12 weist Hinterschneidungen auf, die von
den Schrägen 32' gebildet sind. In die von den
Schrägen 32' gebildeten Hinterschneidungen greifen
bei der Montage die Fortsätze 36 des Kupplungsorgans 4 ein.
Bei einer Drehung des Kupplungsorgans 4 in eine Drehrichtung
D liegen die Schrägen 37' des Kupplungsorgans 4 auf
den Schrägen 32' des Versteifungsrings 12 auf.
Da die als Hinterschneidungen ausgebildeten Schrägen 32' und 37' schräg
zur Drehrichtung D verlaufen, führt die Einleitung einer
in Drehrichtung D wirkenden Umfangskraft über das Kupplungsorgan 4 zu
einem Ineinandergleiten der Fortsätze 30 in die
Vertiefungen 38 bzw. der Fortsätze 36 in
die Vertiefungen 31. Aufgrund der Hinterschneidungen 32' und 37' entsteht bei
Einleitung einer Umfangskraft also eine Kraftkomponente, welche
das Kupplungsorgan 4 und den Dichtring 1 aufeinanderdrückt
und somit auch die Übertragung einer axialen Zugkraft von
dem Kupplungsorgan 4 auf den Dichtring 1 ermöglicht.
Damit eignet sich die gezeigte Ausführungsform des Dichtringes 1 mit
der entsprechenden Ausführungsform des Kupplungsorgans 4 sowohl
für die Montage als auch für eine zerstörungsfreie
Demontage eines Wellendichtringes 1.
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Die
in 7, 8, 9 gezeigten
Profile der Bodenfläche 21 bieten nicht nur die
Möglichkeit einer formschlüssigen Verbindung mit
dem Kupplungsorgan 4, sondern führen auch zu einer
Versteifung des Versteifungsrings 12, aufgrund derer die Blechstärke
des Versteifungsrings 12 und damit der Materialaufwand
zur Herstellung eines Dichtringes 1 verringert werden kann.
Die erfindungsgemäßen Dichtringe können
gemäß der aus dem Stand der Technik bekann ten
Ausführungsformen auch mit zwei oder mehr zugfederbelasteten
Dichtlippen, auch ohne Zugfeder oder ohne Staublippe ausgestaltet werden.
Der Versteifungsring kann alternativ zu der Innen- oder der Außenseite
des Dichtringes an den gummielastischen Grundkörper angrenzen.
Auf der Stirnseite des Dichtringes kann ein zusätzlicher
Versteifungsring in Form einer Kappe vorgesehen sein.
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Die
Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen von Montagevorrichtungen
und Dichtringen lassen sich auch auf andere Formen von Dichtringen,
beispielsweise Axialwellendichtringe oder Stangendichtungen, übertragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6065198 [0005]
- - US 7131197 B1 [0005]
- - US 5709018 [0005, 0011]
- - US 3030702 [0006]
- - US 4515376 [0007]
- - US 3165949 [0007]
- - DE 262807 [0007]
- - US 4550486 [0007]
- - US 5052695 [0008, 0008, 0009]
- - DE 2340275 B [0008, 0008]
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- - EP 079403761 [0008]
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- - US 6370751 B1 [0010]