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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Dichtring, umfassend zumindest eine Dichtlippe mit zumindest einem Rückförderdrall.
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Stand der Technik
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Ein solcher Dichtring ist aus der
EP 1 249 648 A2 bekannt und Bestandteil einer Dichtungsanordnung.
Der Dichtring ist als Radialwellendichtring ausgebildet, umfassend einen Stützring aus einem zähharten Werkstoff, an dem die Dichtlippe festgelegt ist. Die Dichtlippe ist axial in Richtung eines abzudichtenden Raums vorgewölbt und umschließt eine abzudichtende Welle unter radialer Vorspannung dichtend. Auf ihrer der abzudichtenden Welle zugewandten Seite weist die Dichtlippe eine Oberflächenprofilierung in Form eines Rückförderdralls zur Rückförderung von abzudichtendem Medium in den abzudichtenden Raum während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Dichtrings auf.
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Außerdem sind weitere Dichtringe mit Rückförderdrall in der Dichtlippe allgemein bekannt.
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Die Dralltiefe eines Rückförderdralls in einer Dichtlippen von vorbekannten Dichtringen beträgt üblicherweise 0,1 mm bis 0,3 mm, weil der mit der Konstruktion von Dichtringen betraute Fachmann, ausgehend von der Gewindetheorie, bisher der Meinung war, dass ein möglichst tiefer Drall die besten Gebrauchseigenschaften des Dichtrings, insbesondere die beste Rückförderung von abzudichtendem Medium zurück in den abzudichtenden Raum, bewirkt. Der Ansatz bei den zuvor genannten und üblichen Dralltiefen war, möglichst viel Flüssigkeit stabil über einen langen Zeitraum in den abzudichtenden Raum zurückzufördern.
Da alle Dichtungen Verschleißteile sind, wurde bei der Bemessung der Dralltiefe ein betriebsbedingter Verschleiß der Dichtlippe und damit des Rückförderdralls einkalkuliert, um auch mit fortschreitender Gebrauchsdauer eine ausreichende Dralltiefe und dadurch eine ausreichende Förderwirkung zu erreichen. Im herstellungsbedingten Zustand des Dichtrings war die Dralltiefe bevorzugt maximal.
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Grobe Drallstrukturen mit großen Dralltiefen, zum Beispiel zwischen 0,1 mm und 0,3 mm wie zuvor beschrieben, haben jedoch gravierende Nachteile. Solche groben Drallstrukturen bewirken eine sehr hohe Luftförderung von der Umgebung des Dichtrings in den abzudichtenden Raum einer Dichtungsanordnung. Durch diese sehr hohe Luftförderung können im abzudichtenden Raum relative Überdrücke von bis zu 1 bar aufgebaut werden, allein durch den Dichtring mit Rückförderdrall. Um diesem nachteiligen Effekt entgegenzuwirken, benötigt man üblicherweise eine Achs-, Motor- oder Getriebeentlüftung, weil die Dichtlippe ansonsten innerhalb kürzester Zeit stark verschleißen würde.
Eine solche Entlüftung ist jedoch konstruktiv aufwändig und teuer.
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Außerdem besteht die Gefahr, dass sich durch die große Dralltiefe, vor allem bei Stillstand des abzudichtenden Maschinenelements relativ zur Dichtlippe, also zum Beispiel in der Abkühlphase des Dichtrings, Ölkohle in den Gewindegängen des Rückförderdralls bildet. Ölkohle wirkt sich nachteilig auf die Dichtfunktion aus.
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Speziell in Verbindung mit der zuvor beschriebenen sehr hohen Luftförderung, die mit hohem Sauerstoffeintrag einhergeht, kommt es zu der nachteiligen Bildung von Ölkohle im Rückförderdrall.
Werden Dichtungen mit groben Drallstrukturen bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten des abzudichtenden Maschinenelements und/oder hohen Ölsumpftemperaturen eingesetzt, wird die unerwünschte Ölkohlebildung noch weiter verstärkt.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieser gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer aufweist, insbesondere dass trotz ausreichend guter Rückförderwirkung von abzudichtendem Medium in einen abzudichtenden Raum die Ölkohlebildung im Rückförderdrall der Dichtlippe auf ein Minimum reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dichtring mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Dichtring vorgesehen, bei dem der Rückförderdrall eine Dralltiefe ≤ 30 µm aufweist.
Bevorzugt beträgt die Dralltiefe 10 µm bis 20 µm.
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Überraschend wurde festgestellt, dass gerade nicht, wie bisher angenommen, die Gebrauchseigenschaften des Dichtrings umso besser sind, je tiefer die Dralltiefe des Rückförderdralls ist.
Eine Dralltiefe ≤ 30 µm, bevorzugt 10 µm bis 20 µm, ist ausreichend, das unter der Dichtlippe befindliche abzudichtende Medium zuverlässig in den abzudichtenden Raum einer Dichtungsanordnung zurückzufördern.
Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Dralltiefe des Rückförderdralls ist jedoch, dass auch nach einer langen Gebrauchsdauer des Dichtrings praktisch keine Ölkohlebildung im Rückförderdrall feststellbar ist. Selbst dann nicht, wenn das abzudichtende Maschinenelement mit hohen Drehzahlen relativ zur Dichtlippe betrieben wird und/oder die Dichtungsanordnung hohe Ölsumpftemperaturen aufweist.
Das ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass durch die geringe Dralltiefe nur ein geringer Volumenstrom gefördert wird, dass dadurch die Wärmeabfuhr aus der Kontaktzone zwischen der Dichtlippe und dem abzudichtenden Maschinenelement besonders wirkungsvoll ist und deshalb die Neigung zur Ölkohlebildung im Rückförderdrall auf ein Minimum reduziert ist.
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Auch nach vielen tausend Betriebsstunden des Dichtrings kann durch die sehr feine Ausprägung des Rückförderdralls und die genannten, nur sehr geringen Dralltiefen, keine Ölkohlebildung im Rückförderdrall festgestellt werden.
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Außerdem ist von Vorteil, dass die eigentlich dynamisch beanspruchte Dichtlippe durch die nur sehr geringe Dralltiefe des Rückförderdralls auch bei stillstehendem, abzudichtenden Maschinenelement eine gute statische Abdichtung bewirkt. Durch die geringe Dralltiefe des Rückförderdralls ergibt sich zwischen dem stillstehenden, abzudichtenden Maschinenelement und der dem Maschinenelement radial zugewandten Seite der Dichtlippe, auf der der Rückförderdrall angeordnet ist, ein Dichtspalt von kapillaraktiver Enge, in dem auch bei stillstehendem, abzudichtenden Maschinenelement das abzudichtende Medium zuverlässig an einem Austritt in die Umgebung gehindert wird.
Eines zum Beispiel umlaufenden, in sich geschlossenen Dichtwulstes oder einer umlaufenden, in sich geschlossenen Dichtlippe zum Zurückhalten des abzudichtenden Mediums im abzudichtenden Raum bei relativ zur Dichtlippe stillstehendem Maschinenelement bedarf es daher bei dem erfindungsgemäßen Dichtring nicht.
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Die geringe Dralltiefe des Rückförderdralls ist außerdem maßgeblich dafür verantwortlich, dass der Dichtring auch dann für beide Drehrichtungen des abzudichtenden Maschinenelements eingesetzt werden kann, wenn nur ein Rückförderdrall in der Dichtlippe zur Anwendung gelangt, der eine primäre Förderwirkung in Richtung eines abzudichtenden Raums hat.
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Bei bisher zur Anwendung gelangenden Stand der Technik-Dichtringen mit tiefen Drallstrukturen ist es bei einem Drehrichtungswechsel des abzudichtenden Maschinenelements, wie zuvor beschrieben, wegen der tiefen Drallstrukturen zumeist zu einer nicht akzeptablen Leckage gekommen. Aufgrund der sehr feinen Drallstrukturen ist die Förderwirkung bei dem beanspruchten Dichtring auch bei einem Drehrichtungswechsel minimal, so dass bis zu mehrere Stunden keine Leckage auftritt.
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Auch kann durch den Rückförderdrall mit der geringen Dralltiefe eine Druckbelastung ohne Probleme kompensiert werden.
Je tiefer die Drallstrukturen sind, desto kritischer wirken sich Druckdifferenzen an der Dichtlippe aus. Dies kann auch bei Stillstand des abzudichtenden Maschinenelements der Fall sein. Aufgrund der sehr geringen Dralltiefe, die sich bei einem Überdruck, der auf die Dichtlippe wirkt, noch weiter reduziert, und der dann auch stärker wirkenden Oberflächenspannung, kann es auch bei niedrigviskosen, abzudichtenden Medien nicht zu einer Leckage kommen.
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Die Dichtlippe kann aus einem elastomeren Werkstoff bestehen. Für die meisten Anwendungsfälle sind solche Dichtungswerkstoffe mit unterschiedlichsten Spezifikationen häufig kostengünstig verfügbar.
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Nach einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Dichtlippe aus einem polymeren Werkstoff, bevorzugt aus einem PTFE-Werkstoff besteht. Eine Dichtlippe speziell aus einem solchen Werkstoff weist gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer sehr langen Gebrauchsdauer auf.
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Der Rückförderdrall mit einer nur sehr geringen Dralltiefe ≤ 30 µm wird bevorzugt herstellungsbedingt durch Prägen in die Dichtlippe eingebracht. Ein solcher Herstellungsprozess ist prozesssicher durchführbar.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtrings wird nachfolgend anhand der schematisch dargestellten Figur näher erläutert.
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Ausführung der Erfindung
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Der Dichtring ist Bestandteil einer Dichtungsanordnung, die neben dem Dichtring ein abzudichtendes Maschinenelement 4 in Form einer abzudichtenden Welle und ein Gehäuse 5 umfasst, das das abzudichtende Maschinenelement mit radialem Abstand umschließt. In dem durch den radialen Abstand gebildeten Spalt ist der Dichtring angeordnet.
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Die Dichtlippe 1 des Dichtrings ist axial in Richtung des abzudichtenden Raums 6 vorgewölbt und umschließt das abzudichtende Maschinenelement 4 unter radialer Vorspannung dichtend. Auf der dem abzudichtenden Maschinenelement 4 radial zugewandten Seite der Dichtlippe 1 ist diese mit dem Rückförderdrall 2 versehen, der eine Dralltiefe 3 aufweist, die im gezeigten Ausführungsbeispiel 10 µm bis 20 µm beträgt.
Die Dichtlippe 1 besteht aus einem für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Dichtungswerkstoff, im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem elastomeren Werkstoff.
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Durch die nur sehr geringe Dralltiefe 3 wird durch den Rückförderdrall 2 nur ein sehr geringer Volumenstrom in Richtung des abzudichtenden Raums 6 gefördert, wobei durch den geringen Volumenstrom auch nur wenig Luft aus der Umgebung in den abzudichtenden Raum 6 eingebracht und dort deshalb praktisch kein Überdruck aufgebaut wird.
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Der erfindungsgemäße Dichtring weist gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften während einer sehr langen Gebrauchsdauer auf, praktisch ohne dass sich im Rückförderdrall 2 Ölkohle bildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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