DE4338764A1 - Radiallippendichtung - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Radiallip­ pendichtungen zum Gebrauch bei der Abdichtung von Bol­ zengelenken oder langsam rotierenden Wellen und ähnli­ chem und genauer auf eine verbesserte Radiallippen­ dichtung mit einem integralen Spannungsring, um eine hohe stabile, stetige oder unveränderliche Last auf eine Dich­ tungslippe einer solchen Dichtung anzulegen.

Technischer Hintergrund

Radiallippendichtungen werden allgemein verwendet in Achs- oder Traglagern, um rotierende Wellen so abzu­ dichten, und in Gelenkverbindungen, um oszillierende Bol­ zen und ähnliches abzudichten. Die gebräuchlichsten Radi­ allippendichtungen haben einen U-förmigen, becherförmigen Aufbau. In relativ sauberen Umgebungen wird ein kleiner Betrag nach innen gerichteten radialen Belastung auf die Dichtungslippe benötigt, um ein Lagerschmiermittel ab­ dichtend einzuschließen. Wenn die Betriebsumgebung schmutziger und schwieriger wird, werden höhere Lippenbe­ lastungen benötigt, um gute Abdichtung zu garantieren und um abreibende oder schmirgelnde Verunreinigungen von den Lagern solcher Achslager oder Gelenkverbindungen fernzu­ halten. In sich geschlossene ringförmige Schraubenfedern (Garter-Federn) sind häufig in solchen Dichtungslippen verwendet worden, um die nach innen gerichtete radiale Belastung auf der Lippe zu erhöhen, um so die Dichtungs­ fähigkeit zu vergrößern. Jedoch ist der Betrag der nach innen gerichteten radialen Kraft, die man durch solche in sich geschlossenen ringförmigen Schrau­ benfedernanordnungen aufbringen kann, durch Größenein­ schränkungen begrenzt im Hinblick auf den beschränkten Raum, der für die Dichtung und die Federn verfügbar ist. Ebenfalls befindet sich in der typischen becherförmigen Dichtung die Dichtlippe an dem entfernten Ende eines der Schenkel des U-förmigen Bechers, was eine Elastomer-Ge­ lenkkonstruktion vorsieht, um die sich die Lippe bewegt. Solche Gelenke sprechen bei niedrigen Temperaturen nichts schnell an. Diese niedrige Ansprechrate kann es der Dichtlippe erlauben, sich von einem Bolzen abzuheben, der stoß oder erschütterungsbelastet wurde, beispielsweise, um sich so einer schnellen radialen Ablenkung zu unter­ ziehen. Solch ein Abheben ermöglicht das Lecken von Schmiermittel und den Eintritt von beschädigenden Verun­ reinigungen.

Bolzengelenke auf den Laderverbindungen von erdbewegenden Fahrzeugen stellt eine der härtesten, für Dichtungen mög­ lichen Umgebungen dar. Bei solch extrem schwierigen Anwendungen ist eine sehr hohe nach innen gerichtete ra­ diale Kraft erwünscht, um zu verhindern, daß stark ab­ reibende Verunreinigungen, wie beispielsweise Mischungen von Sand, Schmutz und Wasser, nicht nur in die Gelenk­ verbindung selbst eintreten, sondern auch unter die Dichtlippe kommen, weil abreibende Materialien unter der Lippe schnell eine Nut oder Kerbe in den Bolzen ein­ schürfen oder -schleifen und/oder die Dichtlippe schnell abnutzen. Diese beiden Folgen führen zum Eindringen sol­ cher Verunreinigungen in die Gelenkverbindung und zu frühem Gelenkausfall. Es wurde herausgefunden, daß der Betrag der radialen Kraft, der von den in sich schlosse­ nen ringförmigen Schraubenfedern vorgesehen wird, nicht ausreicht, um gegen solche abreibenden Materialien oder Abschürfstoffe abzudichten in den schwierigen Umgebungen, die bei Erdbewegungsanwendungen auftreten.

Die vorliegende Erfindung richtet sich darauf, die Nach­ teile von früheren Versuchen in Radiallippendichtungen zu überwinden, einen ausreichenden Betrag von nach innen ge­ richteter radialer Kraft auf die Dichtlippe vorzusehen, um gegen abschleifende Verunreinigungen in extrem schwie­ rigen Anwendungen abzudichten, sowie ein verbessertes Niedrigtemperaturansprechen der Dichtlippe vorzusehen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Radiallippendichtung zum Abdichten einer zylindrischen Oberfläche vorgesehen. Solch eine Lippendichtung umfaßt einen Dichtring, einen Spannungsring und einen flexiblen Ring. Der Dichtring ist in einer Axiallänge vorgesehen, die ausreicht, um die radial nach innen ragende Dicht­ lippe benachbart zu einem ihrer Enden aufzunehmen, und um eine radial nach innen vorstehende Stabilisierungslippe benachbart zu dem gegenüberliegenden Ende davon aufzu­ nehmen. Der Spannungsring ist um den Dichtring herum be­ festigt, um eine hohe radiale Kraft von mindestens 20 N/_{cm des Umfangs} auf den Dichtungsring auszuüben beim Ausdehnen auf einen vorherbestimmten Längungsfaktor. Der flexible Ring ist um den Spannungsring befestigt, um es dem Dichtring zu ermöglichen, radialen oder axialen Ver­ setzungen der zylindrischen Oberfläche im beschränkten Maße zu folgen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Dichtring einer derartigen Radiallippendichtung aus Polyurethan und der Dichtring ist aus Polyarylsulfon, wo­ bei diese beiden Materialien miteinander verbunden werden ohne die Benutzung eines Haftmittels oder eines anderen Klebstoffes.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfin­ dung ein Verfahren vor, um eine Radiallippendichtung zu konstruieren, die einen starren Befestigungsring, einen flexiblen Ring aus Gummi, einen Polyarylsulfonspan­ nungsring und einen Polyurethandichtring umfaßt. Ein sol­ ches Verfahren schließt folgende Schritte ein: Vor­ konstruieren des Befestigungsringes und des Spannungs­ ringes auf geeignete Größen; Aufbringen eines geeigneten Haftmittels auf die Außenoberfläche des Spannungsrings und die Innenoberfläche des Befestigungsrings; Plazieren des Spannungsrings und des Befestigungsrings in eine er­ ste Form, die geeignet ist, den flexiblen Ring aus Gummi zu formen; Hinzufügen von Gummi in die erste Form zwi­ schen dem Spannungsring und dem Befestigungsring, Formen und Aushärten des Gummis, um den flexiblen Ring zu erzeu­ gen; Plazieren des Verbundes aus dem Spannungsring, dem Befestigungsring und dem flexiblen Ring in eine zweite Form, die geeignet ist, den Dichtring zu formen; Ein­ spritzen von Polyurethan in die zweite Form, so daß das Polyurethan den Innendurchmesser des Spannungsrings kon­ taktiert unter ausreichendem Druck, um einen Druckkontakt dazwischen sicherzustellen, und zwar bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 200°C für eine ausreichende Zeit, um eine Haftung zwischen den kon­ taktierenden Teilen des Dichtrings und des Spannungsrings zu bewirken; und Halten des Polyurethans und des Polya­ rylsulfons auf einer erhöhten Temperatur für eine ausrei­ chende Zeit, um das Polyurethan nachzuhärten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer Ge­ lenkverbindung, die eine Radiallippendichtung darstellt, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert; und

Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Dich­ tung allein, die in Fig. 1 gezeigt wurde.

Mit Bezug speziell auf die Zeichnungen ist eine Radial­ lippendichtung, die die Prinzipien der vorliegenden Er­ findung verkörpert, generell mit dem Bezugszeichen 10 in Fig. 1 bezeichnet, in Verbindung mit einer Gelenkver­ bindung 12 von dem Typ, der bei Laderverbindungen von Erdbewegungsfahrzeugen und ähnlichem (nicht gezeigt) ver­ wendet wird. Jedoch ist nicht beabsichtigt, die Benutzung einer Dichtung 10 allein auf oszillierende Anwendung zu beschränken, wie beispielsweise in einer Gelenkverbindung 12, da erwogen wird, daß die Dichtung 10 gleichermaßen geeignet ist zum Gebrauch in irgendwelchen langsam rotie­ renden Anwendungen sowie in Achslager für eine Achse oder Welle (nicht gezeigt), in denen Radiallippendichtungen typischerweise benutzt werden, wie es in der Technik be­ kannt.

Die Gelenkverbindung 12 umfaßt ein Gehäuse 14, die eine Bolzenbohrung 16 dahindurch besitzt. Die Bolzenbohrung 16 ist mit einem Hülsenlager 18 versehen, zum schwenkbaren Anbringen eines Bolzens 20, der sich durch das Gehäuse 14 und darüber hinaus erstreckt. Das Gehäuse 14 umfaßt eben­ falls eine Gegenbohrung 22 an einem Ende der Bohrung 16, um die Dichtung 10 aufzunehmen. Der Bolzen 20 besitzt eine zylindrische Lager- und Dichtoberfläche 24. Die Ge­ lenkverbindung 12 wird mit einem Ölschmiermittel (nicht gezeigt) geschmiert in einer Art und Weise, die in der Technik bekannt ist.

Die Radiallippendichtung 10 besitzt einen einstückigen Verbundaufbau und umfaßt vorzugsweise einen Befesti­ gungsring 26, einen flexiblen Ring 28, einen Spannungs­ ring 30 und einen Dichtring 32, die alle mit Bezug zu­ einander konzentrisch angeordnet sind, und zwar mit dem Befestigungsring 26 als äußerstes Glied, dem flexiblen Ring 28 als nächstes und in dem Befestigungsring ange­ ordnet, dem Spannungsring 30 in dem flexiblen Ring ange­ ordnet, und dem Dichtungsring 32 als das innerste Glied und in dem Spannungsring angeordnet.

Der Befestigungsring 26 besitzt eine zylindrische Konfi­ guration und besteht vorzugsweise aus einem relativ dün­ nen Stahlrohrmaterial, wobei allerdings verstanden werdend muß, daß ein anderes Metall oder ein anderes starres Ma­ terial genauso benutzt werden könnte. Der Befesti­ gungsring 26 besitzt einen äußeren Enddurchmesser von ei­ ner Größe, um eine Interferenzpassung mit der Gegen­ bohrung 22 zu erzeugen, und das macht es erforderlich, daß der Befestigungsring 26 in die Gegenbohrung 22 ein­ gedrückt wird, um die Dichtung 10 in dem Gehäuse 14 an­ zubringen.

Der flexible Ring 28 besteht aus hochelastischem und leicht deformierbarem Material, wie zum Beispiel einem weichen Gummi mit 30 bis 90 Shore A Durometer und ist die dickste der Komponenten oder Bauteile, um im wesentlichen axiale und radiale Bewegungen des Bolzens 20 relativ zu dem Gehäuse 14 aufzunehmen. Ein ölbeständiger, syntheti­ scher Gummi wird bevorzugt, so daß er nicht durch das Öl­ schmiermittel in der Gelenkverbindung an Qualität ver­ liert.

Der Dichtring 32 besteht aus einem sehr abriebfesten Ela­ stomer-Material. Ein thermoplastisches Polyurethan ist am besten geeignet für den Dichtring 32. Der Dichtring 32 hat eine axiale Länge, die ausreicht, um eine radial nach innen vorstehende Dichtlippe 34 benachbart zu dem äußeren Ende 35 davon aufzunehmen, und um eine seitlich beab­ standete und radial nach innen vorstehende Stabilisie­ rungslippe 36 benachbart zu dem inneren Ende 37 davon aufzunehmen. Der Dichtring 32 umfaßt ebenfalls Durchlaß­ mittel in Form von mindestens einem und vorzugsweise ei­ ner Vielzahl von Durchlässen oder Nuten 38 durch die Sta­ bilisierungslippe 36, um Ölschmiermittel in der Ge­ lenkverbindung 12 mit der Dichtlippe 34 zu verbinden, um die Dichtlippe zu schmieren und das Vorhandensein von Schmiermittel zwischen der Dichtlippe und der Dichtober­ fläche 24 während Oszillation oder Rotation des Bolzens zu gewährleisten. Die Dichtlippe 34 ist vorzugsweise mit einem vorderen Winkel "F" von ungefähr 70° und einem hin­ teren Winkel "H" von ungefähr 20° versehen, der die Dichtlippe mit einer stabilen Geometrie unter einer hohen radialen Belastung ausstattet. Die Stabilisierungslippe 36 ist vorzugsweise mit ähnlichen vorderen und hinteren Winkeln aus demselben Grund ausgestattet und um die Dich­ tung und die Stabilisierungslippe mit ähnlicher Abnutzung und eingestellten Charakteristiken wie die Dichtungslippe auszustatten.

Der Spannungsring 30 besitzt eine dünne zylindrische Kon­ struktion und muß aus einem Material mit hoher Zug­ festigkeit bestehen, um bei Dehnung eine hohe Ringspan­ nung zu produzieren, während er ausgezeichneten Zugver­ formungs- oder Kriechdehnungswiderstand haben muß, um nicht an Ringspannung im Laufe der Zeit zu verlieren. Insbesondere sollte das Spannungringmaterial ein Deh­ nungs- oder Zugmodul zwischen 300 und 14 000 MPa be­ sitzen, mit einem Dehnungs- oder Zugmodul von ungefähr 3000 MPa als bevorzugtem Wert, und einen schließlichen Längungsfaktor von mindestens 5%. Solches Material sollte ebenfalls weniger als 50% Kriechen (Kriechdeh­ nung) in 10 000 Stunden, nachdem es bis zu einem Län­ gungsfaktor von 4% ausgedehnt wurde. So wie der Ausdruck her verwendet wird, bedeutet Kriechen oder Kriechdehnung einen Verlust der anfänglichen Ringspannung über die Zeit, den der Spannungsring erfährt, nachdem er auf einen Längungsfaktor gestreckt wurde, der niedriger als seine äußerste Längung ist. Das Material muß auch in der Lage sein, in geeigneter Weise mit dem flexiblen Ring 28 aus Gummi und den Dichtungsring 32 verbunden zu werden. Ein Polyarylsulfon ist das am besten geeignete Material für den Spannungsring 30, da herausgefunden wurde, daß es eine starke Verbindung mit dem Polyurethan ohne die Ver­ wendung eines Klebstoffes entwickelt. Polyarylsulfon ist im Handel erhältlich von einigen Firmen. Insbesondere wurde ein Polyarylsulfon von Amoco Performance Products, Inc., in Atlanta, Georgia, mit zufriedenstellenden Er­ gebnissen benutzt, das unter den Handelsnamen Radel A100 verkauft wird.

Die Dichtung 10 ist in der folgenden Art und Weise kon­ struiert. Zuerst werden der Befestigungsring 26 und der Spannungsring 30 getrennt auf geeignete Maße vorkon­ struiert. Der Stahlbefestigungsring 26 kann in irgend­ einer gewöhnlichen Art und Weise hergestellt werden. Vor­ zugweise wird der Befestigungsring anfangs auf eine Durchmessergröße konstruiert, die ungefähr 15% größer ist als sein Enddurchmesser, und zwar für einen später hier erklärten Zweck. Der Spannungsring 30 wird in einem geeigneten Form- oder Gußprozeß hergestellt und auf eine Durchmessergröße geformt, die ungefähr 2% kleiner ist als seine Endgröße, wenn er auf dem Bolzen 20 angebracht wird. Als nächstes wird der Gummi des flexiblen Rings 28 zwischen dem Spannungsring 30 und dem Befestigungsring 26 geformt durch die Benutzung einer ersten Form, die ge­ eignet ist, die gewünschte Gestalt des flexiblen Rings zu formen, und durch die Benutzung gewöhnlicher Gummiform- und Aushärteprozesse. Vor dem Formen wird ein geeignetes Haftmittel vorzugsweise auf die Außenoberfläche des Span­ nungsrings 30 und die Innenoberfläche des Befesti­ gungsrings 26 aufgebracht, um den flexiblen Ring an dem Spannungsring 30 und dem Befestigungsring 26 zu befesti­ gen.

Nachdem dies erreicht wurde, wird der Dichtring 32 kon­ struiert und gleichzeitig an den Spannungsring 30 befe­ stigt. Dies wird erreicht in dem Formprozeß zum Konstru­ ieren des Dichtrings. In solch einem Formprozeß wird der zuvor geformte Verbund aus dem Spannungsring 30, dem fle­ xiblen Ring 28 und dem Befestigungsring 26 in einer zweiten Form plaziert, die geeignet ist, die gewünschte Gestalt des Dichtrings zu formen. Als nächstes wird Po­ lyurethan in die Form injiziert oder gespritzt, so daß das Polyurethan den Innendurchmesser des Spannungsrings 30 mit ausreichendem Druck kontaktiert, um einen Druck­ kontakt dazwischen sicherzustellen. Allgemein wird der Kontaktdruck innerhalb eines Bereichs von 17 MPa zu bis ungefähr 54 MPa liegen, wobei ungefähr 28 MPa bevorzugt sind. Das Kontaktieren geschieht im allgemeinen bei einer Temperatur in dem Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 200°C. Das Kontaktieren wird bei der obigen Temperatur und unter den obigen Druckkontaktbedingungen für eine ausreichende Zeit fortgesetzt, um das Verbinden zwischen den kontaktierenden Oberflächenteilen des Dichtrings 32 und des Spannungsrings 30 zu bewirken. Allgemein liegt die Kontaktierzeit in einem Bereich von 0,5 Sekunden bis ungefähr 20 Sekunden. Um vollständig das Verbinden des Polyurethans mit dem Polyarylsulfon zu vollenden, werden sie bei einer erhöhten Temperatur in einem Bereich von 900 bis 125°C für eine ausreichende Zeit gehalten, um das Polyurethan nachzuhärten und um dadurch die Verbin­ dung dazwischen zu stärken. Vorzugsweise liegt die Nach­ härtezeit in einem Zeitraum von 16 bis 24 Stunden. Bei der Verwendung des obigen Prozesses wurde unerwarteter­ weise herausgefunden, daß eine direkte Verbindung bzw. direktes Haften des Spannungsrings 30 an dem Dichtungs­ ring 32 erhalten werden kann, ohne die Verwendung eines Klebstoffes oder Haftmittels dazwischen, wobei eine Bin­ dung gebildet wird, die stark genug ist, um der Belastung standzuhalten, der eine solche Dichtung ausgesetzt ist.

Ist einmal die Dichtung 10 konstruiert, wie oben be­ schrieben, wird die Größe des Befestigungsrings 26 durch einen Gesenkschmiedevorgang auf seinen endgültigen Durch­ messer reduziert. Vorzugsweise ist das Gesenkschmieden wirksam, die radiale Höhe oder Größe des flexiblen Rings 28 um ungefähr 15% zu verringern. Der Zweck dieses Ge­ senkschmiedevorgangs ist es, daß Gummi unter Radialdruck (Kompression) zu setzen, um zu verhindern, daß es während des Gebrauchs unter Spannung kommt, um die Lebensdauer des flexiblen Ringes aus Gummi zu erhöhen.

Konstruktionsgemäß sind die Dichtlippe 34 und die Sta­ bilisierungslippe 36 des Dichtrings 32 mit einem Innen­ durchmesser versehen, der um einen vorherbestimmten Be­ trag kleiner als der Außendurchmessers des Bolzens 20 ist. Folglich muß der Spannungsring 30 um einen vorbestimmten Betrag ausgedehnt werden zum Anbringen der Dichtung 10 auf dem Bolzen 20. Dieses Ausdehnen bewirkt eine Ring­ spannung in dem Spannungsring 30, die eine radiale Kraft von mindestens 20 N/_{cm des Umfangs} auf den Dichtungsring 32 ausübt. Solch ein Spannungsring ist im allgemeinen fä­ hig, eine radiale Kraft von zwischen 50 bis 250 N/_{cm des Umfangs} auszuüben bei einem Längungsfaktor des Spannungsrings in einem Bereich von ungefähr 0,5% bis ungefähr 2,5%, wobei ein Bereich von ungefähr 1% bis ungefähr 2% bevorzugt wird. Beispielsweise sieht ein Polyarylsulfonspannungsring mit ungefähr 55 mm Durchmes­ ser, der aus Radel A100 besteht und eine Axialbreite von ungefähr 10 mm und eine radiale Dicke von 2,25 mm be­ sitzt, eine wesentliche nominale radiale Kraft von un­ gefähr 250 N/_{cm des Umfangs} bei einem 1,5%igen Län­ gungsniveau. Radel A100 hat eine schließliche oder ul­ timative Längung von 6,5%. Es wurde herausgefunden, daß bei Aufrechterhaltung der Längung bei einem Niveau von 2% oder weniger ein minimaler Betrag von Kriechen oder Kriechdehnung auftritt. Entsprechend wird eine im we­ sentlichen konstante Kraft durch die Ringspannung auf die Dichtungslippe 34 über die gesamte Lebensdauer der Dich­ tung 10 hinweg aufrechterhalten.

Die Radiallippendichtung 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, sieht vorteilhafterweise eine Radiallippendichtung 10 mit einer viel höheren Lip­ penkraft als gewöhnliche Dichtungen vor, um zu ermögli­ chen, daß die Dichtlippe den Eintritt von schädlichen und stark abreibenden Materialien in die Gelenkverbindung 12 oder sogar den Eintritt von solchen Materialien unter die Lippendichtung selbst blockiert. Die Konstruktion ermög­ licht ebenfalls, daß die Lippenbelastung im allgemeinen nicht von axialen oder radialen Bewegungen des Bolzens 20 relativ zu dem Gehäuse 14 beeinflußt wird. Dies beruht auf der Tatsache, daß diese axialen und radialen Bewe­ gungen nur durch die Biegung des flexiblen Rings 28 aus­ genommen werden, der so aufgebaut ist, um leicht solche Aufgaben zu erfüllen. Es wird keine Biegung der Lippe oder des Spannungsrings für solche Bewegungen des Bolzens benötigt. Dies wird unterstützt durch die Tatsache, daß die Dichtung 10 den Bolzen fester oder enger greift als irgendeine Lippendichtung nach dem Stand der Technik, wo­ bei die Dichtung 10 ferner einer axialen oder radialen Bewegung der Dichtlippe 34 auf dem Bolzen 20 widersteht. Dies ermöglicht, daß die Dichtung 10 signifikante axiale Verschiebungen oder Versetzungen des Bolzens relativ zu dem Gehäuse nur in dem flexiblen Ring 28 aufnimmt, ohne irgend eine damit verbundene axiale Bewegung der Lippen­ dichtung 34 auf dem Bolzen 20. So wird die Lippendichtung 34 nicht über freigelegte Teile der Dichtungsoberfläche 24 des Bolzens gewischt, die wahrscheinlich grobkörnige und andere abreibende Materialien tragen, wie es sich ge­ wöhnlich mit Dichtungen nach dem Stand der Technik ver­ hält.

Wie zuvor bemerkt wurde, befinden sich die Dichtlippen der Lippendichtungen des Standes der Technik an dem Ende eines Hebelarmes. Das bewirkt, daß die Lippe sich während radialer Bewegungen des Bolzens in einem Bogen bewegt. Diese bogenförmige Bewegung der Lippendichtung verändert die Orientierung der Dichtlippe relativ zu dem Bolzen. Unter einer hohen Belastung kann die Lippe nach innen fallen oder sich nach außen falten, was den gewünschten Dichtkontakt mit der Bolzenoberfläche 24 eliminiert. Solch eine bogenförmige Bewegung der Dichtlippe 34 wird in der vorliegenden Dichtungskonstruktion eliminiert, die eine richtige Lippenorientierung der Dichtlippe 34 zur Dichtoberfläche 24 aufrechterhält. Das Einfallen oder das Herausfalten der Dichtlippe wird in der vorliegenden Dichtung 10 ferner dadurch widerstanden, daß die Dicht­ lippe 34 und die Stabilisierungslippe 36 gewünschte vor­ dere Stirnseiten und hintere Winkel vorsehen. Insbeson­ dere hat jede Lippe einen vorderen Winkel von im allge­ meinen 70° und einen hinteren Winkel von im allgemeinen 20° über der zylindrischen Bolzendichtoberfläche 24. Der Spannungsring 30 liefert über den Dichtring 32 eine sta­ bile Basis, um die Dichtlippe 34 und die Stabilisie­ rungslippe 36 in der richtigen Orientierung in Bezug auf die zylindrische Oberfläche 24 zu halten ohne Berück­ sichtigung von Bolzenablenkungen.

Als eine Folge der Konstruktion der vorliegenden Radial­ lippendichtung 10 ist eine solche Dichtung 10 fähig zu einer langen Lebensdauer unter den härtesten Betriebs­ bedingungen mit einem ständigen Ausgesetztsein von stark abreibenden Mischungen aus Sand, Schmutz und Wasser, wie sie bei Erdbearbeitungsanwendungen von Erdbewegungs­ fahrzeugen gefunden werden.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Er­ findung können in einem Studium der Zeichnung, der Of­ fenbarung und den angefügten Patentansprüchen erhalten werden.

Claims (22)

1. Radiallippendichtung zum Abdichten einer zylindri­ schen Oberfläche, wobei die Radiallippendichtung folgendes aufweist:
einen Dichtring, der eine axiale Länge besitzt, die ausreicht, um eine radial nach innen vorstehende Dichtlippe benachbart zu einem Ende davon, und eine radial nach innen vorstehende Stabilisierungslippe benachbart zu dem gegenüberliegenden Ende davon auf­ zunehmen;
einen Spannungsring, der um den Dichtring herum an­ gebracht oder befestigt ist, um eine hohe radiale Kraft von mindestens 20 N/_{cm des Umfangs} entlang der Länge des Dichtrings auszuüben bei Dehnung auf einen vorbestimmten Längungsfaktor; und einen flexiblen Ring, der um den Spannungsring herum angebracht oder befestigt ist, um zu ermöglichen, daß der Dichtring radialen oder axialen Versetzungen der zylindrischen Oberfläche in beschränktem Maße folgt.

2. Dichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsring aus einem Material besteht, das eine radiale Kraft auf den Dichtring zwischen 50 und 250 N/_{cm des Umfangs} bei einem Längungsfaktor innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0,5% bis ungefähr 2,5% des Spannungs­ rings ausüben kann.

3. Dichtung nach Anspruch 2, wobei die Dicht- und Sta­ bilisierungslippen einen Innendurchmesser besitzen, der ausreichend ist, um zu bewirken, daß sich der Spannungsring auf den gewünschten Längungsfaktor ausdehnt, wenn die Dichtung um die zylindrische Oberfläche angebracht ist.

4. Dichtung nach Anspruch 1, wobei das Spannungsringma­ terial Polyarylsulfon ist.

5. Dichtung nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Deh­ nungsgröße gleich ungefähr 2% Längung des Poly­ arylsulfons beträgt.

6. Dichtung nach Anspruch 5, wobei der Dichtring aus ei­ nem Polyurethanmaterial ist.

7. Dichtung nach Anspruch 6, wobei die Dichtung ferner folgendes aufweist:
einen Befestigungsring, der um den flexiblen Ring angebracht oder befestigt ist, wobei der Befesti­ gungsring bezüglich des Durchmessers um einen Betrag reduziert ist, der ausreicht, um den flexiblen Ring in Kompression zu halten.

8. Dichtung nach Anspruch 7, wobei die Dichtung Durch­ laßmittel umfaßt, um Schmiermittel zu der Dich­ tungslippe zu leiten.

9. Dichtung nach Anspruch 8, wobei der Dichtring mit ei­ nem Spannungsring ohne irgendein Haftmittel ver­ bunden ist.

10. Radiallippendichtung zum Abdichten einer Gelenk­ verbindung, wobei die Gelenkverbindung einen Bolzen mit einer zylindrischen Oberfläche und eine Gegen­ bohrung um den Bolzen herum aufweist, um die Ra­ diallippendichtung aufzunehmen, wobei die Dichtung folgendes aufweist:
einen äußeren Befestigungsring, um die Dichtung in­ nerhalb der Gegenbohrung zu befestigen;
einen inneren Dichtring, zur Abdichtung um die zy­ lindrische Bolzenoberfläche herum, wobei der Dicht­ ring aus einem thermoplastischen Elastomer-Material besteht;
einen flexiblen Ring aus Gummi zur Aufnahme von axialen und radialen Bewegungen des Bolzens relativ zu der Gelenkverbindung, wobei der flexible Ring an der Innenseite des Befestigungsrings angeordnet ist und an diesem befestigt ist; und
einen Spannungsring, um eine kontinuierliche radiale Belastung auf den Dichtring vorzusehen, wobei der Spannungsring zwischen dem flexiblen Ring und dem Dichtring gesichert und angeordnet ist.

11. Dichtung nach Anspruch 10, wobei:
der Dichtring einen Innendurchmesser besitzt, der um einen ausreichenden Betrag kleiner ist als die zy­ lindrische Oberfläche, um zu bewirken, daß der Span­ nungsring um einen vorbestimmten Betrag gedehnt wird, wenn die Dichtung um die zylindrische Ober­ fläche herum angeordnet wird, und
der Spannungsring fähig ist, eine radiale Kraft von mindestens 20 N/_{cm des Umfangs} auf den Dichtring auszuüben, wenn er um den vorbestimmten Betrag ge­ dehnt wird.

12. Dichtung nach Anspruch 11, wobei der Spannungsring aus einem Material besteht, das einen Dehnungs- oder Zugmodul von zwischen 300 und 14 000 MPa besitzt und eine schließliche oder ultimative Längung (Dehnung) von mindestens 5% besitzt und weniger als 50% Kriechen oder Kriechdehnung über eine Zeitperiode von 10 000 Stunden erfährt, nachdem es auf einen Längungsfaktor von 4% gedehnt wurde.

13. Dichtung nach Anspruch 12, wobei das Material des Spannungsrings ein Dehnungs- oder Zugmodul von un­ gefähr 3000 MPa und eine ultimative Längung von min­ destens 6,5% besitzt und fähig ist, eine an­ fängliche Ringspannung zu produzieren, die größer ist als 150 N/_{cm des Umfangs} bei einem Längungs­ faktor von 2% ist.

14. Dichtung nach Anspruch 11, wobei das Span­ nungsringmaterial Polyarylsulfon ist.

15. Dichtung nach Anspruch 14, wobei der vorbestimmte Dehnungsbetrag gleich einer Längung des Polyaryl­ sulfons von ungefähr 2% ist.

16. Dichtung nach Anspruch 15, wobei der Dichtring aus einem Polyurethanmaterial besteht.

17. Dichtung nach Anspruch 16, wobei der Befestigungsring aus Stahl ist und durch Gesenkschmieden im Durch­ messer vermindert wird, und zwar um einen Betrag, der ausreicht, um den flexiblen Ring aus Gummi in Kompression zu halten.

18. Dichtung nach Anspruch 17, wobei der Dichtring eine axiale Länge besitzt, die ausreicht, um eine radial nach innen vorstehende Dichtlippe, benachbart zu ei­ nem Ende davon und eine seitlich beabstandete und radial nach innen vorstehende Stabilisierunglippe benachbart zu dem gegenüberliegenden Ende davon auf­ zunehmen, sowie Durchlaßmittel, um Schmiermittel an der Stabilisierungslippe vorbei zu der Dichtlippe zu leiten.

19. Dichtung nach Anspruch 18, wobei die Dichtlippe und die Stabilisierungslippe je einen vorderen Winkel von ungefähr 70° und einen hinteren Winkel von un­ gefähr 20° besitzen.

20. Dichtung nach Anspruch 19, wobei der Dichtring ohne jedes Haftmittel mit dem Spannungsring verbunden ist.

21. Verfahren, um eine zusammengesetzte Radiallippen­ dichtung zu konstruieren, um eine zylindrische Ober­ fläche abzudichten, wobei die Lippendichtung einen starren Befestigungsring, einen flexiblen Ring aus Gummi, einen Polyarylsulfonspannungsring und einen Polyurethandichtring besitzt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Vorkonstruieren des Befestigungsrings und des Span­ nungsrings auf geeignete Maße;
Aufbringen eines geeigneten Haftmittels auf die Au­ ßenoberfläche des Spannungsrings und die Innen­ oberfläche des Befestigungsrings;
Plazieren des Spannungsrings und des Befestigungs­ rings in einer ersten Form, die geeignet ist, den flexiblen Ring aus Gummi zu formen;
Hinzufügen von Gummi in die erste Form zwischen den Spannungsring und den Befestigungsring;
Formen und Aushärten des Gummis, um den flexiblen Ring zu erzeugen;
Plazieren des Verbunds aus dem Spannungsring, dem Befestigungsring und dem flexiblen Ring in einer zweiten Form, die geeignet ist, den Dichtungsring zu formen;
Einspritzen von Polyurethan in die zweite Form, so daß das Polyurethan den Innendurchmesser des Span­ nungsrings unter ausreichendem Druck kontaktiert, um einen Druckkontakt dazwischen sicherzustellen, und zwar bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von ungefähr 50 bis ungefähr 200°C für eine Zeit, die ausreicht, um eine Verbindung zwischen den in Berührung stehenden Teilen des Dichtrings und des Spannungsrings zu bewirken; und
Halten des Polyurethans und des Polyarylsulfons auf einer erhöhten Temperatur für eine Zeit, die aus­ reicht, um das Polyurethan nachzuhärten.

22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Verfahren fer­ ner den Schritt aufweist des Reduzierens des Durch­ messers des Befestigungsrings um einen Betrag, der ausreicht, den flexiblen Ring in Kompression zu hal­ ten.