DE102008025725A1

DE102008025725A1 - Dichtungssystem

Info

Publication number: DE102008025725A1
Application number: DE102008025725A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Rollmann; Uwe-Otto Dr. Breucker; Stefan Schnieder
Original assignee: Rothe Erde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-10
Also published as: DE202008017339U1; WO2009143972A1

Abstract

Dichtungssystem, beinhaltend mehrere gegeneinander verdrehbare Bauteile (2, 3), insbesondere Lagerringe eines Großwälzlagers, sowie mindestens ein, insbesondere aus einem Elastomermaterial bestehendes, Dichtungselement (1'), das einen statistischen (4) und einen dynamischen Dichtbereich (5) aufweist, wobei der dynamische Dichtbereich (5) mindestens eine mit einem Federelement (9) versehene Dichtlippe (6) besitzt und das Federelement (9) aus einem Federeigenschaften aufweisenden, insbesondere metallischen, Band gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem, beinhaltend mehrere gegeneinander verdrehbare Bauteile, insbesondere Lagerringe eines Großwälzlagers für Windeenergieanlagen mit mindestens einem Dichtungselement.
Derartige Dichtungssysteme müssen sowohl das Austreten des Schmierstoffs aus dem Lagerinnenraum als auch das Eintreten von Fremdkörpern und Wasser in den Lagerinnenraum verhindern. Diese Funktion muss auch bei schwankender Dichtspaltbreite unter regelmäßiger Gleitbewegung der jeweiligen Dichtlippe auf der Dichtungsanlagefläche erfüllt werden.
In einer Vielzahl von Windenergieanlagen hat sich der Einsatz von Dichtungen aus Elastomermaterialien bewährt.
Werkstoffbedingt haben derartige Dichtungen jedoch den Nachteil, dass ihre elastischen Eigenschaften mit den Umgebungsbedingungen schwanken. Weiterhin bleiben die elastischen Eigenschaften über der Lebensdauer der Lager nicht konstant und unterliegen einer werkstoffspezifischen Alterung.
Dem DE 202 03 372 U1 ist eine Drehlagerung für der Feuchtigkeit ausgesetzte Anlagen zu entnehmen, beispielsweise für die Blattlagerung einer Windenergieanlage, für Schiffswinden oder dergleichen, mit zwei gegeneinander verdrehbaren Anschlusselementen, mit wenigstens einem zwischen denselben angeordneten ein- oder mehrreihigen Wälzlager, insbesondere zur Aufnahme von Axial- und/oder Radiallasten und/oder Kippmomenten sowie mit wenigstens einer Dichtung zum Schutz des/der Wälzlager(s) vor Feuchtigkeit und Korrosion. Im Rahmen einer Dichtung ist an einem Anschlusselement ein, dessen Symmetrieachse konzentrisch umgebendes ringförmiges Element aus einem nicht korrodierenden Werkstoff festgelegt, an dem ein an dem anderen Anschlusselement befestigtes, ebenfalls ringförmiges elastisches Dichtelement anliegt.
Die DE 10 2005 041 720 A1 betrifft ein Element zum Abdichten zweier gegeneinander verdrehbarer Teile, mit wenigstens einem ersten Dichtungsring aus einem elastischen, vorzugsweise kautschukartigen Werkstoff, der an einem der beiden gegeneinander verdrehbaren Teile fixiert ist und wenigstens eine Dichtlippe aufweist und mit wenigstens einem zweiten Dichtungsring, der an dem anderen der gegeneinander verdrehbaren Teile fixiert ist und ein an seinem Umfang entlang laufendes Band aus einem anderen Werkstoff trägt, an dem wenigstens eine Dichtlippe des ersten Dichtungsringes anliegt. Das hier zum Einsatz gelangende metallische Federelement ist eine die Dichtlippe umspannende Wurmfeder (Spiralfeder). Nachteil dieser Anordnung ist, dass die Vorspannung über den gesamten Umfang erzeugt werden muss und die örtliche Dichtlippenvorspannung aufgrund der Reibung zwischen Feder und elastomerer Dichtlippe nicht hinreichend genau eingestellt werden kann. Des Weiteren hat dieser Aufbau den Nachteil, dass bei großem Durchmesser des Dichtungsringes die Feder immer als Zugfeder ausgebildet sein muss und darüber hinaus bei einem Bruch der Feder die Lippenvorspannung über dem gesamten Umfang verloren geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dichtungssystem zum Abdichten von gegeneinander verdrehbaren Bauteilen, insbesondere von Großwälzlagern für Windenergieanlagen, bereitzustellen, das, über den Umfang der Dichtfläche gesehen, auch bei schwankender Dichtspaltbreite eine kontinuierliche und über die Standzeit der Bauteile gesehen, gleich gute Anpressung der jeweiligen Dichtlippe auf der zugeordneten Anlagefläche gewährleistet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Dichtungssystem, beinhaltend mehrere gegeneinander verdrehbare Bauteile, insbesondere Lagerringe eines Großwälzlagers, sowie mindestens ein, insbesondere aus einem Elastomermaterial bestehendes, Dichtungselement, das einen statischen und einen dynamischen Dichtbereich aufweist, wobei der dynamische Dichtbereich mindestens eine mit einem Federelement versehene Dichtlippe besitzt und das Federelement aus einem Federeigenschaften aufweisenden, insbesondere metallischen, Band gebildet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Dichtungssystems sind den zugehörigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Federelement besteht vorzugsweise aus einem zugeschnittenen Blechstreifen, in welchen mäanderförmige Konturen eingebracht sind. Der Blechstreifen wird anschließend dergestalt verformt, dass er den Querschnitt eines U oder V bildet. Die freien Schenkel des jeweiligen Profils bilden die Federbereiche.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, wird das Federelement im Bereich seiner freien Enden in entsprechende Nuten, einerseits des statischen und andererseits des dynamischen Dichtbereiches, eingeknüpft.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das Federelement durch Vulkanisieren mit dem Elastomermaterial des Dichtungsringes zu verbinden.
Das in das Elastomerprofil einzusetzende bzw. einzuvulkanisierende Federelement hat die Aufgabe, die Elastomerdichtlippe des dynamischen Dichtbereiches auch bei relativ großen Dichtspaltschwankungen (1,5 bis 2,5 mm) mit einer genau spezifizierten Vorspannkraft an die Dichtungslauffläche zu drücken. Zur Unterdrückung des Einflusses der Elastomersteifigkeit auf die Vorspannkraft ist der Übergangsbereich vom statischen in den dynamischen Dichtbereich nur mit einem relativ dünnen Elastomerquerschnitt versehen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform kann eine Anpresskraft von 0,3 bis 0,6 N/mm Dichtlippenlänge realisiert werden. Dies kann durch die Dicke des Federelementes und das Seitenverhältnis der mäanderförmigen Kontur erreicht werden.
Sofern das Federelement in entsprechenden Nuten einerseits des statischen und andererseits des dynamischen Dichtbereichs eingeknüpft werden soll, können zur Vermeidung einer Verschiebung des Federelementes in Umfangsrichtung die freien Enden des Federelementes mit spitz zulaufenden Profilen versehen werden, so dass eine Verzahnung mit dem Elastomermaterial bewirkt wird.
Je nach Anwendungsfall kann neben einer Primärdichtlippe mindestens eine weitere Dichtlippe vorgesehen werden, welche über den Elastomerwerkstoff auf die Dichtungsanlagefläche angedrückt wird.
Der statische Dichtbereich des Dichtungselementes ist, einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß, so ausgestaltet, dass weder ein Verrutschen innerhalb einer aufnehmenden Nut des Bauteils, noch ein Herausdrücken aus der Nut des Bauteils möglich ist. Durch den so fixierten und positionierten statischen Dichtbereich erhält das Dichtungselement den notwendigen Halt, der ein Umklappen, Ablösen oder eine sonstige Verformung der Dichtlippe(n) des Dichtungselementes verhindert.
Zur Redzierung des Reibwiderstandes kann zumindest die Primärdichtlippe mit einer Gleitbeschichtung versehen werden.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
1 und 2 im Querschnitt das erfindungsgemäße Dichtungssystem zur Abdichtung von gegeneinander verdrehbaren Bauteilen mit unterschiedlich positionierten Dichtungselementen;
3 eine perspektivische Prinzipskizze eines Federelements gemäß den 1 und 2.
Die 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes Dichtungssystem 1 mit einem aus Elastomermaterial bestehenden Dichtungselement 1', das zur Bildung des Dichtungssystems 1 zwischen zwei gegeneinander verdrehbaren Bauteilen 2, 3 einsetzbar ist. Die verdrehbaren Bauteile 2, 3 können Lagerringe eines Käfige 21 und Kugeln 23 oder Rollen beinhaltenden Großwälzlagers sein, wie es beispielsweise im Bereich einer Windenergieanlage eingesetzt werden kann. Das Dichtungselement 1' beinhaltet einen statischen Dichtbereich 4 mit einem Dichtungsfuß 22 und einen dynamisch wirkenden Dichtbereich 5. Der Dichtungsfuß 22 ist in einer umlaufend ausgebildeten Nut 4' des einen Bauteils 2 eingeknüpft. Der dynamische Dichtbereich 5 wird in diesem Beispiel gebildet durch eine Primärdichtlippe 6 und eine Sekundärdichtlippe 7. Der statische Dichtbereich 4 ist mit dem dynamischen Dichtbereich 5 durch einen Übergangsbereich 8 verbunden, der in Richtung der Primärdichtlippe 6 sich querschnittsmäßig verjüngt und kurz vor dem Einlaufen in die Primärdichtlippe 6 den geringsten Materialquerschnitt aufweist. Zur Aufbringung der notwendigen Anpresskraft der Primärdichtlippe 6 in Richtung des einen Bauteils 3 kommt ein bandförmig ausgebildetes Federelement 9 zum Einsatz, das in 3 näher dargestellt ist. Die freien Enden 10, 11 des Federelementes 9 sind in entsprechende Nuten 10', 11', einerseits des statischen Dichtbereiches 4 und andererseits der Primärdichtlippe 6, eingeknüpft. Dabei schmiegt sich der verbleibende sichtbare Bereich des Federelementes 9 an eine entsprechende Kontur 12 des Übergangsbereiches 8 an.
Der statische Dichtbereich 4 ist in der Darstellung der 1 und 2 unterschiedlich ausgebildet. Identisch ist eine Sicherung in Form eines radial umlaufenden Ansatzes 13 am Dichtungsfuß 22, der in eine entsprechende Umfangsnut 14 des Bauteils 2 eingeknüpft ist.
Das Federelement 9 gemäß 1 verläuft außen und in Richtung der nach außen weisenden Primärdichtlippe 6.
Das Federelement 9 gemäß 2 verläuft innen und in Richtung der nach innen weisenden Primärdichtlippe 6. In beiden Fällen wird die Dichtlippe 6 mit definierter Vorspannung an die gegenüberliegende Dichtfläche angedrückt.
Die Bauteile 2 und 3 können Teile eines Großwälzlagers sein, wobei das Dichtungselement 1' sowohl das Austreten des Schmierstoffes aus dem Lagerinnenraum 15 als auch das Eintreten von Fremdkörpern und Wasser in den Lagerinnenraum 15 verhindern soll.
In diesem Beispiel soll das Federelement 9 eine radiale Anpresskraft von ca. 0,45 N/mm Dichtlippenlänge aufweisen. Durch diese radiale Anpresskraft können im rauen Alltagsbetrieb Dichtspaltschwankungen von mehr als 1,5 mm ausgeglichen werden, ohne dass die vorab aufgezeigten Funktionen beeinträchtigt werden.
Das Dichtungselement 1' besteht aus einem geeigneten Elastomermaterial, das der Fachmann je nach Anwendungsfall auswählt.
3 zeigt als perspektivische Prinzipskizze das in den 1 und 2 lediglich angedeutete Federelement 9, das in diesem Beispiel durch einen Blechstreifen gebildet ist, in welchen eine mäanderförmige Kontur 16 eingestanzt wurde. Der Blechstreifen wurde anschließend dergestalt verformt, dass er einen etwa V- oder U-förmigen Querschnitt aufweist. Die Schenkel 17, 18 bilden nun die eigentlichen Federbereiche. Durch diese Maßgabe wird eine hohe Flexibilität des Federelementes 9 gewährleistet. Damit keine Verdrehung des Federelementes 9 in Umfangsrichtung in den in den 1 und 2 dargestellten Nuten 10', 11' eintritt, weisen die Endbereiche 10, 11 spitz zulaufende Profile 19, 20 auf, über welche im Einbauzustand eine Verzahnung mit dem Elastomermaterial des Dichtungselementes 1 herbeigeführt wird. Bei dem Dichtungssystem 1 sind zahlreiche einzelne aus Blechstreifen bestehende Federlemente 9 zu einem geschlossenen Ring zusammengefügt.

1: Dichtungssystem
1': Dichtungselement
2: Bauteil (Lagerring)
3: Bauteil (Lagerring)
4: Dichtungsbereich (statisch)
4': umlaufende Nut
5: Dichtungsbereich (dynamisch, statisch)
6: Primärdichtlippe
7: Sekundärdichtlippe
8: Übergangsbereich (zwischen 4 und 5)
9: Federelement
10: freies Ende (von 9)
10': Ausnehmung (für 10)
11: freies Ende (von 9)
11': Ausnehmung (für 11)
12: Kontur (an 8)
13: Ansatz
14: Umfangsnut (für 13)
15: Lagerinnenraum
16: Kontur (an 9, mäanderförmig)
17: Schenkel (von 9)
18: Schenkel (von 9)
19: Profil (an 10)
20: Profil (an 11)
21: Käfig
22: Dichtungsfuß
23: Kugel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 20203372 U1 [0005]
- DE 102005041720 A1 [0006]

Claims

Dichtungssystem, beinhaltend mehrere gegeneinander verdrehbare Bauteile (2, 3), insbesondere Lagerringe eines Großwälzlagers, sowie mindestens ein, insbesondere aus einem Elastomermaterial bestehendes, Dichtungselement (1'), das einen statischen (4) und einen dynamischen Dichtbereich (5) aufweist, wobei der dynamische Dichtbereich (5) mindestens eine mit einem Federelement (9) versehene Dichtlippe (6) besitzt und das Federelement (9) aus einem Federeigenschaften aufweisenden, insbesondere metallischen, Band gebildet ist.
Dichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9) in U- oder V-förmiger Form vorliegt.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9), in Umfangsrichtung gesehen, mäanderförmig (16) ausgebildet ist.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (9) an dem dem Elastomermaterial des Dichtungselementes (1') zugewandten freien Ende (10, 11) der Schenkel (17, 18) zumindest partiell mit einem, eine Verzahnung bildenden oder im Wesentlichen spitz zulaufenden Profil (19, 20) versehen ist.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (10, 11) der Schenkel (17, 18) des Federelementes (9) in entsprechende Ausnehmungen (10', 11') einerseits des statischen (4) und andererseits des dynamischen Dichtbereichs (5) einknüpfbar sind.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Federelementes (9) dergestalt eingestellt ist, dass auf die jeweilige Dichtlippe (6) eine Anpresskraft zwischen 0,3 und 0,6 N/mm Dichtlippenlänge erzeugt ist.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (1') eine Primär- und mindestens eine Sekundärdichtlippe (7) aufweist, wobei das eine freie Ende (11) des Federelementes (9) im Bereich der Primärdichtlippe (6) endet.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der sich zwischen der Primärdichtlippe (6) und einem Übergangsbereich (8) zum statischen Dichtbereich (4) erstreckende Schenkel den geringsten Materialquerschnitt des Dichtungselementes (1') aufweist.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Primärdichtlippe (6) mit einer Gleitbeschichtung versehen ist.
Dichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungsfuß (22) des Dichtbereiches (4) in einer umlaufenden Nut (4') angeordnet ist und dergestalt ausgebildet ist, dass er über mindestens einen Ansatz (13) verfügt, der in eine korrespondierende Nut (14) eines der gegeneinander verdrehbaren Bauteile (2, 3) einknüpfbar ist.