DE102015212641A1

DE102015212641A1 - Drehdurchführung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015212641A1
Application number: DE102015212641.2A
Authority: DE
Inventors: Marc-André Schäfer; Horst Brehm; Sebastian Niederle; Robert Heuberger; Andreas FLINT; Andre Hofmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; GAPI TECHNISCHE PRODUKTE GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; GAPI TECHNISCHE PRODUKTE GmbH
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-12
Also published as: EP3320240A1; US10760688B2; WO2017005261A1; US20180195619A1; BR112017027936A2; CN107850218A; CN107850218B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung zur Fluidspeisung eines Druckraumes (1), der zwischen einem rotierbaren Bauteil (2) und einem stationär festgelegten Bauteil (3) eines Fahrzeugs angeordnet ist, umfassend einen Dichtungsträger (4) mit mindestens einem Kanal (5) zur fluidtechnischen Verbindung mit dem Druckraum (1), wobei an dem Dichtungsträger (4) mindestens zwei axial beabstandete Dichtungsringe (6) zur statischen Abdichtung des mindestens einen Kanals (5) angeordnet sind, und wobei mindestens ein Dichtungselement (7) zur axialen sowie radialen Abdichtung des Druckraumes (1) drehfest am Dichtungsträger (4) angeordnet ist. Erfindungsgemäß kommt das mindestens eine Dichtungselement (7) bei einem Druckaufbau im Druckraum (1) axial an einem mit dem rotierbaren Bauteil (2) drehfest verbundenem Ringelement (8) zur Anlage, wobei das mindestens eine dritte Dichtungselement (7) Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes am Ringelement (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung zur Fluidspeisung eines Druckraumes, der zwischen einem rotierbaren Bauteil und einem stationär festgelegten Bauteil eines Fahrzeugs angeordnet ist, umfassend einen Dichtungsträger mit mindestens einem Kanal zur fluidtechnischen Verbindung mit dem Druckraum, wobei an dem Dichtungsträger mindestens zwei axial beabstandete Dichtungsringe zur statischen Abdichtung des mindestens einen Kanals angeordnet sind, und wobei mindestens ein Dichtungselement zur axialen sowie radialen Abdichtung des Druckraumes drehfest am Dichtungsträger angeordnet ist.
Gebiet der Erfindung
Drehdurchführungen werden insbesondere bei LKWs und Traktoren eingesetzt, die auf unterschiedlichem Untergrund fahren, um den Reifendruck den Fahrbahneigenschaften anzupassen. Im Gelände oder auf unbefestigten Straßen ist es von Vorteil, wenn ein Reifendruck gering ist, um die Traktion des Fahrzeugs zu erhöhen. Auf befestigten Straßen wird ein demgegenüber höherer Reifendruck angestrebt, um einen Reifenverschleiß und einen Kraftstoffverbrauch gering zu halten. Die Drehdurchführung erlaubt eine variable Einstellung des Reifendrucks durch eine Erhöhung oder Senkung des Luftdruckes in einer Druckluftkammer.
Die DE 10 2012 222 339 A1 offenbart eine Fluiddrehdurchführung zur Abdichtung eines Fluiddruckraumes zwischen einer rotierbaren Welle und einer Wellenaufnahme. Die Fluiddrehdurchführung umfasst einen Dichtringträger und einen Passkörper, wobei der Dichtringträger drehfest und fluiddicht mit der Welle oder der Aufnahme verbunden ist und der Passkörper fluiddicht an der Aufnahme oder der Welle anliegt. Der Passkörper und der Dichtringträger sind zumindest abschnittsweise radial voneinander beabstandet, um zwischen sich einen Fluiddruckraum auszubilden. Ferner sind zwei axial voneinander beabstandete Dichtringe vorgesehen, die jeweils mit einer Anlagefläche abdichtend gegen den Dichtringträger und mit einer Anlagefläche abdichtend gegen den Passkörper anliegen, um beidseitig den Fluiddruckraum nach außen abzudichten, und die jeweils, vorzugsweise unabhängig voneinander, gegenüber dem Dichtringträger und/oder dem Passkörper verdrehbar sind. Der Dichtringträger und der Passkörper bilden gemeinsam zwei axial beabstandete Aufnahmenuten für die Dichtringe, wobei die Aufnahmenuten zum Fluiddruckraum hin offen sind und jeweils zumindest einen Haltevorsprung umfassen, der den in der Aufnahmenut angeordneten Dichtring zumindest bereichsweise gegen eine radiale Lageveränderung aus der Nut zum Fluiddruckraum hin sichert.
Mit anderen Worten ist der jeweilige Dichtring dazu vorgesehen sowohl radial als auch axial abzudichten. Bei einem Druckaufbau im Druckraum kommt der jeweilige Dichtring axial an einer Dichtfläche zur Anlage. Dabei ist der axiale Anpressdruck des jeweiligen Dichtungsrings an der Dichtfläche relativ hoch, sodass aufgrund eines erhöhten Verschleißes sowie einer erhöhten Hitzebelastung die Lebensdauer der jeweiligen Dichtung stark herabgesetzt wird. Bei sehr hohen Druckbelastungen kann die jeweilige Dichtung auch sofort versagen.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drehdurchführung weiter zu entwickeln, und insbesondere die Dichtwirkung zu erhöhen sowie die Lebensdauer zu verlängern.
Erfindungsgemäße Lösung
Erfindungsgemäß kommt das mindestens eine Dichtungselement bei einem Druckaufbau im Druckraum axial an einem mit dem rotierbaren Bauteil drehfest verbundenem Ringelement zur Anlage, wobei das mindestens eine Dichtungselement Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes am Ringelement aufweist. Die Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes des mindestens einen Dichtungselements sind im Dichtungselement integriert und somit einteilig ausgebildet. Unter dem mindestens einen Dichtungselement ist zu verstehen, dass die Drehdurchführung entweder ein Dichtungselement oder besonders bevorzugt zwei Dichtungselemente aufweist. Die Anordnung von zwei Dichtungselementen realisiert einen symmetrischen Aufbau der Drehdurchführung. Mithin kommt bei einem solchen symmetrischen Aufbau der Drehdurchführung das jeweilige Dichtungselement an einem jeweiligen Ringelement zur Anlage. Insbesondere dient die Drehdurchführung zur Verbindung eines Reifens eines Fahrzeugs mit einer Druckluftquelle.
Je nachdem ob der Einsatzbereich der Drehdurchführung eine Radlageranordnung einer Landmaschine oder eines LKWs ist, ist entweder der Innenring und die damit verbundene Welle drehbeweglich und der Außenring stationär an einem drehfesten Bauteil festgelegt oder der Außenring ist drehbeweglich und der Innenring stationär festgelegt. Für die erfindungsgemäße Drehdurchführung sind beide Einsatzbereiche denkbar.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine am Ringelement angeordnete erste Stirnfläche des mindestens einen Dichtungselements größer als eine am Druckraum angrenzende zweite Stirnfläche des mindestens einen Dichtungselements. Diese spezielle Ausbildung des mindestens einen Dichtungselements dient insbesondere als Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes. Durch die Größenunterschiede zwischen den beiden Stirnflächen verteilt sich die Anpresskraft, die aufgrund der Druckbelastung im Druckraum auf die zweite Stirnfläche wirkt, auf die größere erste Stirnfläche, wobei der Betrag der Axialkraft, der auf die erste Stirnfläche wirkt, genau so groß ist wie der Betrag der Axialkraft, der auf die zweite Stirnfläche wirkt. Mithin sinkt der Verschleiß an der ersten Stirnfläche ebenso wie die Hitzebelastung zwischen der zweiten Stirnfläche und dem drehbeweglichen Ringelement.
Vorzugsweise ist die erste Stirnfläche des mindestens einen Dichtungselements mindestens 1,05-mal so groß jedoch höchstens 5-mal so groß wie die zweite Stirnfläche des mindestens einen Dichtungselements. Mithin sollten die beiden Stirnflächen, je nach zu erwartenden Drücken im Druckraum ein Verhältnis von 1:1,05 bis hin zu 1:5 aufweisen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das mindestens eine Dichtungselement mindestens eine Entlastungsbohrung auf, die den Druckraum fluidtechnisch mit einem Gegendruckraum verbindet. Diese spezielle Ausbildung des mindestens einen Dichtungselements dient insbesondere als Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes. Gleichzeitig wird dadurch auch ein schnelles Anliegen der ersten Stirnfläche an dem Ringelement realisiert. Die mindestens eine Entlastungsbohrung ist dabei vorzugsweise axial ausgebildet. Bei einem Druckaufbau im Druckraum entweicht durch die mindestens eine Entlastungsbohrung die Druckluft aus dem Druckraum in den Gegendruckraum, wodurch sich ein Gegendruck auf die Druckfläche des mindestens einen Dichtungselements, die innerhalb des Gegendruckraumes angeordnet ist, aufbaut. Dieser Gegendruck wirkt dem auf die am Druckraum angrenzende zweite Stirnfläche wirkenden Druck entgegen und senkt dadurch eine Anpresskraft des mindestens einen Dichtungselements am drehbeweglichen Ringelement.
Vorzugsweise weist das mindestens eine Dichtungselement eine Vielzahl Entlastungsbohrungen auf, die den Druckraum fluidtechnisch mit einem Gegendruckraum verbinden. Eine Vielzahl Entlastungsbohrungen, die einen kleinen Durchmesser aufweisen, begünstigen einen langsamen Aufbau des Gegendruckes im Gegendruckraum. Mithin erfolgt eine verzögerte Verringerung des axialen Anpressdruckes des mindestens einen Dichtungselements am Ringelement.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das mindestens eine Dichtungselement einen axial verlaufenden Bereich mit einer umlaufenden Dichtungsnase aufweist, die radial an dem Dichtungsträger zur Anlage kommt. Aufgrund der drehfesten Anordnung des mindestens einen Dichtungselements am Dichtungsträger ist die Dichtfläche zwischen dem mindestens einen Dichtungselement und dem Dichtungsträger weniger stark belastet als die Dichtfläche zwischen dem mindestens einen Dichtungselement und dem Ringelement, welche gleichzeitig auch eine Gleitfläche bildet. Daher ist es von Vorteil den Anpressdruck an dieser Stelle zu erhöhen, um dadurch auch die Zuverlässigkeit der Dichtwirkung zu erhöhen. Insbesondere erfolgt dies durch die Ausbildung der umlaufenden Nase am mindestens einen Dichtungselement, die eine besonders geringe Anlagefläche am Dichtungsträger aufweist und somit einen hohen Anpressdruck erfährt.
Vorzugsweise ist der axial verlaufende Bereich radial flexibel ausgebildet. Mit anderen Worten kann dadurch ein Druckaufbau im Druckraum schneller und leichter auf den axial verlaufenden Bereich und somit auch auf die Dichtwirkung am Dichtungsträger einwirken. Der axial verlaufende Bereich dient als Hebelarm zur Aufnahme einer aus dem Druckraum resultierenden Radialkraft.
Des Weiteren bevorzugt ist der axial verlaufende Bereich mindestens 0,3-mal jedoch höchstens 0,7-mal so groß, wie das gesamte axiale Abmaß des mindestens einen Dichtungselements. Je größer der axial verlaufende Bereich ist, umso größer ist auch der Hebelarm und somit die maximale Radialkraft, die aufgenommen werden kann.
Insbesondere ist die umlaufende Dichtungsnase im Wesentlichen statisch zum Dichtungsträger angeordnet. Somit weist die Dichtungsnase im Wesentlichen keine Relativbewegung zum Dichtungsträger auf. Davon ausgenommen sind jedoch leichte Ausgleichsbewegungen sowie geringe axiale Verschiebungen, die insbesondere bei Verschleißerscheinungen ein Nachstellen des Dichtungselements erlauben.
Des Weiteren bevorzugt ist der axial verlaufende Bereich größer als die zweite Stirnfläche des mindestens einen Dichtungselements. Mit anderen Worten weist der axial verlaufende Bereich eine relativ geringe Wandstärke auf und ist somit stegartig ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist das mindestens eine Dichtungselements aus einem Polymerwerkstoff ausgebildet. Insbesondere eignet sich hierfür ein Polytetrafluorethylen- Werkstoff.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
1 einen Teil einer schematischen Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Teil einer schematischen Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 einen Teil einer schematischen Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 einen Teil einer schematischen Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
5 einen Teil einer schematischen Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
6 einen Teil einer schematischen Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, und
7 einen Teil einer schematischen Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1 bis 7 zeigt eine erfindungsgemäße Drehdurchführung zur Druckluftspeisung eines Druckraumes 1, der zwischen einem rotierbaren Bauteil 2 und einem stationär festgelegten Bauteil 3 eines – hier nicht dargestellten – Fahrzeugs angeordnet ist. Die Drehdurchführung umfasst einen Dichtungsträger 4 mit einem Kanal 5 zur fluidtechnischen Verbindung mit dem Druckraum 1. Der Kanal 5 ist ferner mit einem weiteren Kanal 14 verbunden, der zu einer – hier nicht dargestellten – Druckluftquelle führt. Durch die Einspeisung von Druckluft in den Druckraum 1 wird ein Reifendruck eines – hier nicht dargestellten – Reifens des Fahrzeugs variabel eingestellt und insbesondere auf die Fahrbahn abgestimmt. Ferner sind an dem Dichtungsträger 4 zwei axial beabstandete Dichtungsringe 6 zur statischen Abdichtung des Kanals 5 angeordnet, wobei aufgrund der teilweisen Schnittdarstellung nur einer der beiden Dichtungsringe 6 abgebildet ist. Die Drehdurchführung ist symmetrisch aufgebaut.
Des Weiteren sind am Dichtungsträger 4 zwei Dichtungselemente 7 zur axialen sowie radialen Abdichtung des Druckraumes 1 angeordnet, wobei aufgrund der teilweisen Schnittdarstellung nur eines der beiden Dichtungselemente 7 abgebildet ist. Bei einer Druckluftbeaufschlagung des Druckraums 1 kommt das jeweilige Dichtungselement 7 axial an einem jeweiligen mit dem rotierbaren Bauteil 2 drehfest verbundenen Ringelement 8 zur Anlage. Ferner weist das mindestens eine Dichtungselement 7 einen axial verlaufenden Bereich 12 mit einer umlaufenden Dichtungsnase 13 auf, die radial an dem Dichtungsträger 4 zur Anlage kommt. Zur Verringerung eines Verschleißes des Dichtungselements 7 sowie zur damit verbundenen Erhöhung der Lebensdauer der Drehdurchführung sind an dem Dichtungselement 7 Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes am Ringelement 8 ausgebildet.
Gemäß 1 ist eine am Ringelement 8 angeordnete erste Stirnfläche 9a des Dichtungselements 7 größer als eine am Druckraum 1 angrenzende zweite Stirnfläche 9b des Dichtungselements 7. Diese spezielle Ausbildung des Dichtungselements 7 stellt ein Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes am Ringelement 8 dar. Insbesondere ist die erste Stirnfläche 9a des Dichtungselements 7 1,4-mal so groß wie die zweite Stirnfläche 9b des Dichtungselements 7. Die zweite Stirnfläche 9b des Dichtungselements 7 dient somit als Angriffsfläche für die Druckluft im Druckraum 1, wobei die auf die Stirnfläche 9a wirkende Kraft auf die größere Stirnfläche 9b gleichmäßig verteilt wird, wodurch ein Anpressdruck des Dichtungselements 7 am Ringelement 8 sinkt.
Nach 2 ist die erste Stirnfläche 9a des Dichtungselements 7 fünfmal so groß wie die zweite Stirnfläche 9b des Dichtungselements 7. Ferner ist der axial verlaufende Bereich 12 radial flexibel ausgebildet. Der axial verlaufende Bereich 12 ist halb so groß, wie das gesamte axiale Abmaß des Dichtungselements 7. Darüber hinaus ist der axial verlaufende Bereich 12 größer als die zweite Stirnfläche 9b des Dichtungselements 7.
3 zeigt eine Ausführungsform des Dichtungselements 7 mit einer ersten Stirnfläche 9a, die doppelt so groß ist wie die zweite Stirnfläche 9b des Dichtungselements 7, wobei der axial verlaufende Bereich 12 radial flexibel ausgebildet ist.
Gemäß 4 weist das Dichtungselement 7 eine Entlastungsbohrung 10a auf, die den Druckraum 1 fluidtechnisch mit einem Gegendruckraum 11 verbindet. Auch diese spezielle Ausbildung des Dichtungselements 7 stellt ein Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes am Ringelement 8 dar. Ferner ist der axial verlaufende Bereich 12 radial flexibel ausgebildet und die erste Stirnfläche 9a doppelt so groß wie die zweite Stirnfläche 9b des Dichtungselements 7.
Nach 5 weist das Dichtungselement 7 eine Vielzahl Entlastungsbohrungen 10a, 10b, 10c auf, die den Druckraum 1 fluidtechnisch mit einem Gegendruckraum 11 verbinden. Das einzige Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes des Dichtungselements 7 am Ringelement 8 sind die Entlastungbohrungen 10a–10c. Ferner ist der axial verlaufende Bereich 12 radial flexibel ausgebildet.
Die 6 und 7 stellen eine vereinfachte Ausbildung des Dichtungselements 7 aus 5 dar. Dabei weist das Dichtungselement 7 gemäß der 6 und 7 lediglich eine Entlastungsbohrung 10a auf, die den Druckraum 1 fluidtechnisch mit einem Gegendruckraum 11 verbindet. Der Gegendruckraum 11 gemäß 7 weist ferner ein größeres Volumen als der Gegendruckraum 11 gemäß der 5 und 6.
Bezugszeichenliste

1: Druckraum
2: rotierbares Bauteil
3: stationär festgelegtes Bauteil
4: Dichtungsträger
5: Kanal
6: Dichtungsring
7: Dichtungselement
8: Ringelement
9a, 9b: Stirnfläche
10a–10c: Entlastungsbohrung
11: Gegendruckraum
12: axial verlaufender Bereich
13: Dichtungsnase
14: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012222339 A1 [0003]

Claims

Drehdurchführung zur Fluidspeisung eines Druckraumes (1), der zwischen einem rotierbaren Bauteil (2) und einem stationär festgelegten Bauteil (3) eines Fahrzeugs angeordnet ist, umfassend einen Dichtungsträger (4) mit mindestens einem Kanal (5) zur fluidtechnischen Verbindung mit dem Druckraum (1), wobei an dem Dichtungsträger (4) mindestens zwei axial beabstandete Dichtungsringe (6) zur statischen Abdichtung des mindestens einen Kanals (5) angeordnet sind, und wobei mindestens ein Dichtungselement (7) zur axialen sowie radialen Abdichtung des Druckraumes (1) drehfest am Dichtungsträger (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtungselement (7) bei einem Druckaufbau im Druckraum (1) axial an einem mit dem rotierbaren Bauteil (2) drehfest verbundenem Ringelement (8) zur Anlage kommt, wobei das mindestens eine Dichtungselement (7) Mittel zur Verringerung des axialen Anpressdruckes am Ringelement (8) aufweist.
Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine am Ringelement (8) angeordnete erste Stirnfläche (9a) des mindestens einen Dichtungselements (7) größer ist als eine am Druckraum (1) angrenzende zweite Stirnfläche (9b) des mindestens einen Dichtungselements (7).
Drehdurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (9a) des mindestens einen Dichtungselements (7) mindestens 1,05-mal so groß jedoch höchstens 5-mal so groß ist wie die zweite Stirnfläche (9b) des mindestens einen Dichtungselements (7).
Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtungselement (7) mindestens eine Entlastungsbohrung (10a) aufweist, die den Druckraum (1) fluidtechnisch mit einem Gegendruckraum (11) verbindet.
Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtungselement (7) einen axial verlaufenden Bereich (12) mit einer umlaufenden Dichtungsnase (13) aufweist, die radial an dem Dichtungsträger (4) zur Anlage kommt.
Drehdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verlaufende Bereich (12) radial flexibel ausgebildet ist.
Drehdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verlaufende Bereich (12) mindestens 0,3mal jedoch höchstens 0,7-mal so groß ist, wie das gesamte axiale Abmaß des mindestens einen Dichtungselements (7).
Drehdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Dichtungsnase (13) im Wesentlichen statisch zum Dichtungsträger (4) angeordnet ist.
Drehdurchführung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verlaufende Bereich (12) größer ist als die zweite Stirnfläche (9b) des mindestens einen Dichtungselements (7).
Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtungselements (7) aus einem Polymerwerkstoff ausgebildet ist.