CN103328842B - 具有可更换密封装置的滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

一种滚动轴承具有第一轴承圈(2)和所述第一轴承圈(2)沿径向(3)对置的第二轴承圈(4)。所述滚动轴承的密封元件(6)包括在所述第一轴承圈(2)的轴向端面(9)上形状接合地且可拆卸地固定的、径向环绕的并且沿径向(3)以预定的长度朝向所述第二轴承圈(4)延伸的密封支架(8)以及密封唇(10)，其安置在所述密封支架(8)上，并且从所述密封支架(8)的沿径向(3)与所述第一轴承圈(2)对置的端部延伸至属于所述第二轴承圈(4)一部分的对置工作面(12)。

Description

具有可更换密封装置的滚动轴承
本发明涉及一种密封的滚动轴承，尤其是具有可灵活配置且尺寸可自由设定的密封元件的滚动轴承。
已知的用于滚动轴承的密封方案大多可以可靠地保证滚动轴承不受污染和弄脏。
滚动轴承、尤其是大型滚动轴承(外径d>420mm的滚动轴承)通常通过所谓的迷宫式密封装置进行密封，其固定在例如壳体和/或轴的构件上并且通过回形几何结构防止外来物侵入待密封的区域或滚动轴承中。所述迷宫式密封装置以及滚动轴承的中间空间在这种密封形式中通常填充油脂或润滑剂。附加地也可以在迷宫式密封装置上或之中使用支承的V环。通过周期性地再润滑可以附加地支持密封作用。但是这会带来持续地材料和维护成本。
作为备选，当前的滚动轴承尤其是大型轴承也可以通过摩擦密封环被保护。在此主要涉及径向轴密封环，可能具有前置的防尘唇，其借助例如由铸造材料制成的附加的支承件在确定的位置相对自身的轴承被固定。这种密封装置具有独特的适配相应轴承的设计，因此不能直接转用到其他滚动轴承的尺寸或滚动轴承类型。此外，支承件要求较大的质量并且在装配时产生很高的移动重量。
在上述密封方案中，密封装置与自身的滚动轴承的分离是常见的(隔离式)，由此可以在装配状态中进行润滑剂的填充。这大大增加了在运输中损坏或污染轴承的危险。
此外，例如由德文公开文本DE102007036891A1已知一种集成的密封方案，其具有完全由弹性体构成的并且例如设计为手风琴式的密封装置。这种密封装置与轴承外圈固定相连并且所述弹性体延伸至内圈。通过使用弹性体、尤其在较大轴承直径时，无法或不足以保证密封系统的功能性。由于密封环封闭的几何结构，若不拆卸整个滚动轴承则无法更换密封装置。
总的来说，在当前的方案中，若不耗费和昂贵地拆除轴承的构件或甚至完全拆除轴承，还没有能够在已装配的状态中更换密封装置的方案。尤其在这些应用中，其中存在受限的通道进入所待维护的系统，或其中不能合理经济地完全拆卸所述系统，例如在风力发电设备中，这种密封方案具有很大的缺点。
因此存在对具有更灵活和更简单操作的密封装置的滚动轴承的需求。
在本发明的实施例中涉及一种滚动轴承，其具有两个径向相互对置的轴承圈，还包括附加的密封元件。该密封元件既包括密封支架也包括在密封支架上安置的密封型材。
密封支架安置在两个轴承圈之一的轴向端面上，也就是在轴承内圈或轴承外圈上。密封支架从相关的轴承圈出发沿径向朝另一轴承圈延伸。
在密封支架上还安置密封型材，并且其从密封支架上朝向对置的轴承圈的对置滚动面或对置工作面延伸，使得密封唇贴靠在对置工作面上。密封支架自身在轴承圈端面上的固定是形状接合的，因此是可拆卸的。
在一些实施例中，密封元件或其密封支架仅固定在轴向端面上，因此通过松开摩擦接合的连接可以在轴承已安装状态下将密封装置再次与轴承分离和拆开。通过密封唇接触到对置轴承圈的对置工作面上，该对置工作面自身可以是轴承圈的一部分(也就是例如可以与轴承圈一体式地构成)，则可以实现一种集成的密封方案，其不但具有可拆卸性，而且提供可预先加油脂的轴承并且由此减小轴承损坏或污染的可能性。
通过密封元件的一些实施例的构造，密封装置也可以集成在现有的滚动轴承或滚动轴承结构中。密封元件由密封支架和在其上安置的密封唇组成，其可以在几乎各种滚动轴承中、与设计、轴承系列和直径无关地实现附加的集成。
在一些实施例中，密封支架安置在滚动轴承的轴承外圈上，因此旋转系统不需要添加附加移动的质量，而能够保证密封功能。
在一些实施例中，密封唇贴靠在对置工作面上或密封元件的密封唇延伸至该对置工作面上，该对置工作面由用于滚动体的确定的滚道自身构成。根据轴承的类型可以在最小地改变轴承的情况下实现所述密封结构。通过相同的目的，在其它滚动轴承的实施例中，对置工作面设置在相关轴承圈的挡边上，也就是在各个轴承圈的挡边上，该挡边与安置有密封支架的轴承圈对置。
在其它实施例中，径向平行于轴承圈的完整环绕的密封支架被分割，也就是由至少两个隔开的部段组成。所述部段的可分隔性使得即使在困难的安装位置中也能将密封装置取出或更换，而不必将轴承自身或其他部件取下。这种情况例如是当轴被轴螺母锁定时，轴螺母会阻止未分割的密封装置的取出。为了提高装置的稳定性，各个单独的部段可以相互形状接合或摩擦接合地相连接。
在其它实施例中，密封唇与密封支架形状接合地相连，因此在密封唇和密封支架之间的连接也可以被松开。这可以用于必要时仅将密封唇从密封支架上拆下并且仅更换已经承受磨损的待密封的元件以及密封唇。
按照一些实施例，密封支架由机械刚性的、非柔性的材料构成，并且这样设置尺寸，使得其在多于两个轴承圈之间的距离的一半的长度上朝向对置的轴承圈延伸。尤其在具有300mm、420mm以及更大的直径的较大的轴承中，这保证了所需的刚性，因此也在这些较大轴承中保证了密封效果。若使用弹性材料，可能在运行中由于较大直径和所出现的惯性力或离心力甚至导致密封唇从对置工作面上掀起，并因此影响密封功能。
密封支架和轴承圈之间的摩擦接合的和可松开的连接通过可简单拆卸d的密封支架还可以实现轴承的与磨损相关的区域(例如滚道、滚动体或保持架)的可视检测和触摸检测。在使用分段式的密封支架时，其自身能够在受限的空间环境中实现，因为在那也可以进行密封支架的拆卸。这种可拆卸性还使得用于分析润滑剂的有针对性的油脂探测成为可能，因为轴承的基本所有的区域都是开放和可进入的。通过拆下密封装置还可以更换轴承的油脂润滑剂。
在备选的实施例中，密封支架具有至少一个沿轴向、穿过密封支架延伸的孔。该孔可以用作所谓的油脂排出孔，在该孔上例如通过软管或通过直接旋拧上去的收集瓶将废润滑剂高效和灵活地排出。因此能够顺利地避免环绕轴承的空间中的构件受到污染。
密封元件的所述实施例能够实现滚动轴承用于具有较长使用寿命要求的应用中，例如用于风力发电设备中。
作为上述优点的补充，通过使用所述密封元件相比迷宫式密封装置可以极大地减小由润滑剂填充的空间。在正常运行中也可以保持润滑剂连续的更换，这能降低维护成本和损耗成本。此外，与迷宫式密封装置相比，需要密封的构件的重量明显降低了。例如在风力发电设备中，其中滚动轴承用于发电机或转子驱动轴，这能够明显降低整个系统的成本，因为一方面能够更有效和更快捷地装配，另一方面仅在较小的重量下设置整个设备的静力。尤其在不利于装配的条件(常常在露天中进行装配并且在几十米的高度进行维护)下，轴承的提前加油脂也能够可靠地避免在装配过程中的污染以及由此导致的轴承损坏。
以下参照附图阐述本发明的实施例。在附图中：
图1示出在已装配状态中的滚动轴承的实施例的截面图；
图2示出滚动轴承的实施例的局部放大图；
图3示出图2的实施例的另一局部放大图；
图4示出图2的滚动轴承在已安装状态中的视图；
图5示出图4的视图的局部放大图；
图6示出滚动轴承的另一实施例的局部放大图；
图7示出滚动轴承的另一实施例的局部放大图；
图8示出图7的滚动轴承的局部视图；
图9示出滚动轴承的另一实施例；
图10示出图9的滚动轴承的局部视图；
图11示出滚动轴承的另一实施例，其中圆柱滚子被用作滚动体。
图1示出在已装配状态中的滚动轴承的实施例，用于显示已密封的滚动轴承的安装状态。同时在图1中和在滚动轴承的按照本发明的实施例的后续的局部放大图中显示了双列式桶形滚子轴承，在此明显的是，在备选的实施例中可以使用全部的滚动轴承类型，例如圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、针形轴承、滚球轴承等。
图1所示的滚动轴承包括第一轴承圈2以及与其径向对置的第二轴承圈4。在通常但无局限的情况下在图1所示的实施例中，第一轴承圈2是轴承外圈，第二轴承圈4是轴承内圈。在以下说明中，径向3应该理解为垂直于旋转轴线(轴向5)的方向。沿径向延伸在以下表示为平行于径向的各个方向，也就是从内圈向外的方向以及从外圈向内的方向。
作为对传统的滚动轴承的补充，图1所示的滚动轴承的实施例具有密封元件6，该密封元件将轴承密封，并且密封元件在图1中所选的比例尺仅是示意性的。密封元件由与轴承外圈2的轴向端面形状接合地连接的密封支架和在该密封支架上安置的密封型材构成，该密封型材从密封支架延伸至轴承内圈4上的对置工作面上。为了阐述具有密封元件6的滚动轴承的各个实施例的细节，采用以下的附图，它们分别显示了用于滚动轴承的各种实施例的、在图1中标出圆形局部7的局部放大图。这尤其适用于图2、3、6和7。
如图2所示，密封元件6由密封支架8和固定在密封支架8上的密封唇10构成。在当前情况中，密封型材设计为密封唇10的形式。密封支架8可以设计为一体式也可以设计为多体式。密封支架8摩擦接合地固定在轴承外圈2的轴向端面9上，使得密封支架8在与轴承外圈2连接后能够在任何时间被再次拆除。密封支架8沿径向3从轴承外圈2以确定的长度朝向轴承内圈4延伸。在一些实施例中，密封支架8由刚性的、非柔性的材料构成，并且因此密封图2所示的轴承的上部，而没有柔性密封材料。这种材料可以是各种刚性材料，例如金属或塑料。密封唇10又安置在密封支架8上，并且从远离轴承外圈2的密封支架8的一侧延伸至属于轴承内圈2的一部分的对置工作面12。在当前实施例中，延伸指的是密封唇10接触对置工作面12，因此通过密封唇12实现密封功能，因为轴承内部部件通过密封元件6相对外部环境密封。
在该实施例中，密封唇10与密封支架8摩擦接合地连接。其中如图2所示，密封唇10例如借助锁紧板(Konter-Blech)或环和所示的螺母压在密封支架8上，用于将密封唇10固定在其位置上并且同时密封唇10能够再次从密封支架8上拆下。在其它实施例中在密封唇10和密封支架8之间当然也可以采用其它的连接方式。因此所述连接例如也可以材料接合或摩擦接合地由粘接、硫化胶合、夹紧、拼合或类似的连接方法形成。原理上适用的是，板件之间(在多体式密封支架8的情况中)以及与密封型材或密封唇10之间可以通过已知的连接技术，如螺栓连接、焊接、夹紧等形状接合地、摩擦接合地或材料接合地实施。
在备选的实施例中也可以使用其它形式的密封型材10。密封型材的定义在此表示密封材料的各种形式或各种几何形状，通过它们能够实现密封效果。例如可以使用聚氨酯作为该材料。同样也可以采用不同于图2所示的密封型材10的横截面。在一些实施例中例如使用环形的、径向环绕的密封唇10，或者密封型材具有其它横截面、例如正方形、矩形、椭圆形、三角形等等。密封唇10或密封型材也可以不同于所示的图形，镜像反置地安装，这能够实现油脂从内向外通过密封唇10而排出。这种装置可以用于需要考虑密封唇10的磨蚀的地方，例如在较严重污染的环境条件中。
为了在轴承的已安装状态中保证可拆卸性，密封支架8安置在轴承外圈2的轴向端面上。也就是说，这种固定即使在已安装的状态中也能够从轴承的侧面松开。例如在一些实施例中，密封支架8不允许超过轴向端面9并且也不会沿轴向延伸超过轴承外圈2的外径，这可能在已安装状态中阻止连接的松开。在轴向端面9上固定也就是说例如，密封支架8沿轴向5可以设置在轴承外圈2的侧面，而不会被轴承外圈2或在轴承外圈2上的其他结构阻挡。在图2所示的实施例中，密封支架8这样固定在轴向端面9上，使得已安装的密封支架8齐平地与轴承外圈2的剩余端面相连。然而在备选的实施例中，被固定的密封支架8可以沿轴向6超过剩余的、未被密封支架8遮盖的轴承端面而突出，而不会影响功能。
出于完整性，在图2中也显示了在此是圆筒滚子的滚动体14和轴承内圈4的滚道16。对置工作面12相对密封唇10可以运动，并且密封唇10这样实现密封功能，在图2所示的实施例中安置在轴承圈4的挡边上或由该挡边构成。在备选的实施例中，对置工作面12也可以直接由滚道16构成，只要对置工作面足够宽地延伸到轴承的边缘。在其它实施例中，对置工作面也可以由轴承内圈4的端面构成，也就是说由轴承内圈4的轴向端面组成或构成。换句话说，在密封支架8和轴承内圈4之间安置密封环，因此滚动轴承内圈4构成用于密封唇的对置工作面。这种环的固定可拆卸地借助夹紧、粘接、咬合等实现。在图2中，这种固定例如显示为可再次拆卸的螺栓结构，该螺栓结构在附加的夹紧环和密封支架之间压紧或夹紧密封环。
图2和图3综合地显示了在所述的本发明的实施例中如何保证密封支架8和轴承外圈2之间的形状接合的连接。在此借助嵌入轴承外圈2的槽18中的夹紧元件17实现这种连接。如图3所示的装配过程中，夹紧元件17在密封支架8相对轴承外圈2定位以后被引入槽18中，并且借助图2中所示的螺母或螺栓与密封支架8螺栓连接。通过定位和槽18的形状，密封支架8通过形状接合地与其相连的夹紧元件17固定在轴承外圈2的轴向端面9上，并且任何时候都能再次松脱。为了保证密封支架8可靠地保持在轴承外圈2上，可以径向环绕地设置多个这种夹紧元件17。
图4示出沿轴向5的滚动轴承的实施例的视图，其中密封支架8如上述通过夹紧元件17固定在轴承外圈2的轴向端面9上。如图4所示，安置多个径向环绕的夹紧元件17。在备选的实施例中，为了进一步加固或为了改善力传递，夹紧元件17也可以设计为大面积地、平行于轴承外圈2延伸。在图4所示的实施例中，密封支架8与滚动轴承的轴承外圈2的连接也可以通过所示的夹紧元件17引起，所述夹紧元件17为了加固密封支架8也可以设计为大面积的。借助夹紧元件17通过将其嵌入滚动轴承的外圈2的槽18中实现与滚动轴承的连接。在另一些实施例中，如果压在轴承外圈2上的密封支架8的密封功能在没有附加的密封元件的情况下不足够时，在轴承外圈2和密封支架8的内侧安置附加的密封元件，例如密封环。
密封支架8可以由一块物料制成，或如图4所示，由多个部段组成。在图4和图3中显示了部段20a、20b和20c，即使在困难的安装位置中也能将密封支架8从轴承外圈2上拆下，并且将密封装置或密封元件6拆下或更换。在一些具有部段式密封支架8的实施例中，单独的部段之间的连接可以通过连接板或其它的形状接合或摩擦接合的连接结构额外地加强。如在图4所示的局部放大图中突出示出的区域22，其在图5中示出，在图4所示的实施例中这种连接通过连接板24产生，其与密封支架8的邻接的部段20a和20b螺栓连接。
图6和7显示了滚动轴承的其它实施例，它们与前述实施例的区别在于密封元件6的实施。其余元件如轴承外圈2、轴承内圈4、滚动体14和轴承内圈的滚道16与前述的相对应，因此以下仅讨论相对参照图2所述的实施例的不同。
在图6所示的实施例中，密封支架8不被夹紧，而是借助螺栓25直接与轴承外圈2或其轴向端面9螺栓连接，用于保证密封元件6的可拆卸性。
在图7所示的实施例中，密封支架8通过弧形的、嵌入轴承外圈2的槽30中的夹紧元件26与轴承外圈2相连。所述环形的夹紧元件26，其在图8所示的视图中显示在已组装的轴承中，首先在已经定位的密封支架8上安置在密封支架8的凹口28内，然后径向向外地移动至外圈2中的槽30中。在该位置上，弧形的夹紧元件26例如借助埋头螺栓或传统的螺栓夹紧，方法是将螺栓或埋头螺栓旋入弓形夹紧元件26的螺纹32中，因此在密封支架8上施加了压力。如图8所示，凹口28并不需要在径向上完全环绕。图8示出，凹口28仅在一部段上延伸，该部段大于弧形夹紧元件26的部段尺寸。夹紧元件26因此可以用在图8所示的位置上。在安装之后，夹紧元件28相对密封支架8向左或向右移动，用于留出用于其它夹紧元件的空间。通过这种方式可以连续地安装所有的夹紧元件并且接着被拧紧。在图8所示的实施例中，在合适的几何尺寸中夹紧元件28可以额外地用于将密封支架8相对轴承定心。
在图7和8所示的实施例中，密封唇10的指向不同于前述的实施例。在此，密封唇沿轴向朝外指向，而在其它实施例中其沿轴向朝内指向。图7的装置可以实现受控的油脂排出，因此在保持密封功能时还可以实现持续的润滑剂更换并因此清洁轴承。作为备选在其它实施例中，密封型材也可以没有优选方向，或是对称的。
图9示出滚动轴承的另一实施例，其中密封支架8借助卡口式连接件34压在轴承外圈2的端面上并且由此固定。在图9所示的截面图中，卡口式连接件34位于卡锁状态，其中卡口式连接件34嵌入外圈2的槽30中，并且由此将密封支架8压向密封装置36上以及压向轴承外圈2的端面。
图10显示了图9实施例的俯视图，其中显示了卡口式连接件34的功能方式。卡口式连接件34具有四个用于工具的结合处38，借助该结合处38卡口式连接件34可以相对密封支架8运动或旋转。借助适用的工具可以将其逆时针旋转用于松开卡口式连接件34的连接，因此可以将卡口式连接件34在槽30中的啮合松开，并且能够将密封支架8取下。其中，密封支架8可以设计为一体式，也就是单构件式地完全沿径向延伸，也可以设计为多体式。
图11显示了另一种实施例，其中圆锥滚子用作滚动体14。由于不同的轴承几何和不同的轴承类型，密封支架8的形式自然不同于前述的实施例。在此密封支架8仍然从第一轴承圈2沿径向延伸至第二轴承圈4。在密封支架8和轴承外圈2之间为了密封设置另一密封装置40。密封支架8借助在外圈2的槽44中啮合的夹紧板42固定在外圈2上。借助相同的夹紧板42可以将密封型材10固定在密封支架8上，因此借助唯一的螺栓46既能够在密封型材10和密封支架8之间构成可拆卸的连接，也能够在密封支架8和轴承外圈2之间构成可拆卸的连接。
作为其它可选的特征，图11显示了径向环绕的加固元件46以及径向环绕的钢环，用于提高密封型材10在对置工作面12上的压力并因此提高密封效果。
附图标记清单
2 第一轴承圈
3 径向
4 第二轴承圈
5 轴向
6 密封元件
7 局部
8 密封支架
9 轴向端面
10 密封型材
12 对置工作面
14 滚动体
16 滚道
17 夹紧元件
18 槽
20a，b，c 部段
24 连接板
25 螺栓
26 弧形夹紧元件
28 凹口
30 槽
32 螺纹
34 卡口式连接件
36 密封结构
38 结合处
40 另一密封装置
42 夹紧板
44 槽
46 螺栓
48 径向环绕的加固元件

Claims (9)

1.一种滚动轴承，包括第一轴承圈(2)；与所述第一轴承圈(2)沿径向(3)对置的第二轴承圈(4)；和密封元件(6)，
所述密封元件(6)具有在所述第一轴承圈(2)的轴向端面(9)上形状接合地且借助夹紧元件(17)可重新松脱固定的、径向环绕的并且沿径向(3)以预定的长度朝向所述第二轴承圈(4)延伸的密封支架(8)；和密封型材(10)，其安置在所述密封支架(8)上，并且从所述密封支架(8)的与所述第一轴承圈(2)沿径向(3)对置的端部延伸至属于所述第二轴承圈(4)一部分的对置工作面(12)，其中，所述密封型材(10)形状接合或摩擦接合地且可松脱地与所述密封支架(8)相连接。
2.按照权利要求1所述的滚动轴承，其中，所述第一轴承圈(2)是轴承外圈，并且所述第二轴承圈(4)是轴承内圈。
3.按照权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，所述对置工作面(12)由所述第二轴承圈(4)的确定用于滚动体(14)的滚道(16)形成。
4.按照权利要求1或2所述的滚动轴承，其中，所述对置工作面(12)位于所述第二轴承圈(4)的挡边或轴向端面上。
5.按照权利要求1所述的滚动轴承，其中，径向环绕的密封支架(8)由至少两个可分隔的部段(20a、20b)组成。
6.按照权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述密封型材(10)与所述密封支架(8)的形状接合的连接沿径向(3)位于所述第一和第二轴承圈之间的径向间隙的朝向所述第二轴承圈的一半内。
7.按照权利要求1所述的滚动轴承，其中，所述密封支架(8)由刚性的、非柔性材料构成。
8.按照权利要求1所述的滚动轴承，其中，所述密封支架(8)具有至少一个沿轴向(5)穿过所述密封支架(8)延伸的、开放的孔。
9.按照权利要求1所述的滚动轴承，其中，第一和第二轴承圈中较大的轴承圈的直径大于300mm。
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