DE102004052684A1 - Lageranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils (1). Die erfindungsgemäße Lageranordnung weist wenigstens eine Dichtung (7, 8) zur Abdichtung eines Innenbereichs (9) der Lageranordnung gegenüber einem Umgebungsbereich (10) auf. Zwischen dem Innenbereich (9) und dem Umgebungsbereich (10) besteht eine Verbindung, die durch eine gasdurchlässige Barriere (22) verschlossen ist. Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass eine Rückhalteeinrichtung (15, 29) vorgesehen ist, die verhindert oder erschwert, dass Stoffe, welche die Gasdurchlässigkeit der Barriere (22) beeinflussen, zur Barriere (22) vordringen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils.
  • Lageranordnungen sind in vielen Fällen zur Umgebung hin abgedichtet, um die Lagerflächen im Innenbereich der Lageranordnungen vor der Einwirkung von Fremdpartikeln, Wasser usw. zu schützen sowie ein Austreten von Schmiermittel aus dem Innenbereich in die Umgebung zu verhindern. Durch harte Fremdpartikel kann es zu einem beschleunigten Verschleiß der in der Regel hochpräzise ausgebildeten Lagerflächen kommen, der negative Auswirkungen auf die Lagereigenschaften haben kann und zu einem vorzeitigen Ausfall der Lageranordnungen führen kann. Wasser kann Korrosionsschäden hervorrufen und die Schmierwirkung des Schmiermittels beeinträchtigen. Daraus können wiederum eine Verschlechterung der Lagereigenschaften und ein vorzeitiger Ausfall der Lageranordnungen resultieren. Ein Schmiermittelverlust wirkt sich ähnlich aus und führt zudem zu einer Verunreinigung der die Lageranordnungen umgebenden Bereiche.
  • Im Betriebszustand einer Lageranordnung herrscht in ihrem Innenbereich in der Regel eine höhere Temperatur als im Ruhezustand. Bei einer abgedichteten Lageranordnung hat der Temperaturanstieg einen Druckanstieg zur Folge. Der Druckanstieg kann wiederum zu Undichtheiten führen, über welche der Überdruck im Innenbereich der Lageranordnung ganz oder teilweise abgebaut wird. Dabei kann es auch zu einem Austritt von Schmiermittel in die Umgebung kommen. Kühlt sich die abgedichtete Lageranordnung nach einem Druckausgleich bei erhöhter Temperatur wieder ab, so entsteht im Innenbereich der Lageranordnung ein Unterdruck, der wiederum Undichtheiten verursachen kann. Dadurch können Luft, Wasser, Fremdpartikel usw. aus der Umgebung in den Innenbereich der Lageranordnung gesaugt werden.
  • Um die schädlichen Folgen eines Über- oder Unterdrucks im Innenbereich der Lageranordnung zu vermeiden, sollten Druckunterschiede zwischen dem Innenbereich der Lageranordnung und der Umgebung möglichst verhindert werden. In diesem Zusammenhang sind bereits unterschiedliche Maßnahmen zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen dem Innenbereich der Lageranordnung und der Umgebung bekannt. Beispielsweise wird die Lageranordnung mit einer Druckausgleichsöffnung und evtl. einem Überdruckventil ausgestattet oder es wird eine Dichtung mit einem integrierten Ventil verwendet. Mit diesen Maßnahmen kann ein Austritt von Schmiermittel aus dem Innenbereich der Lageranordnung und ein Vordringen von Wasser oder Fremdpartikeln aus der Umgebung in den Innenbereich allerdings nicht vollständig verhindert werden. Außerdem können die Ventileinrichtungen durch eindringendes Wasser oder eindringende Fremdpartikel gebrauchsunfähig werden.
  • Weiterhin ist es aus der DE 202 13 600 U1 bekannt, Verunreinigungen, die insbesondere durch Reinigungs- und Waschmedien in den Innenbereich der Lageranordnung eingedrungen sind, wieder aus dem Innenbereich zu entfernen. Hierzu weist die Lageranordnung eine zwischen dem Innenbereich und der Umgebung angeordnete fluidische Verbindung auf, die zumindest teilweise mit einem Material mit Membranwirkung versehen ist.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Innenbereich einer Lageranordnung zur beweglichen Lagerung wenigstens eines Maschinenteils zuverlässig und dauerhaft vor der Einwirkung schädlicher Stoffe zu schützen und/oder einen Austritt eines gegebenenfalls im Innenbereich vorgehaltenen Schmiermittels zu verhindern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Lageranordnung zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils weist wenigstens eine Dichtung zur Abdichtung eines Innenbereichs der Lageranordnung gegenüber einem Umgebungsbereich auf. Zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich besteht eine Verbindung, die durch eine gasdurchlässige Barriere verschlossen ist. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Lageranordnung besteht darin, dass eine Rückhalteeinrichtung vorgesehen ist, die verhindert oder erschwert, dass Stoffe, welche die Gasdurchlässigkeit der Barriere beeinflussen, zur Barriere vordringen.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Innenbereich der Lageranordnung zuverlässig und dauerhaft vom Umgebungsbereich getrennt ist und dadurch gute Vorraussetzungen für eine lange Lebensdauer der Lageranordnung bestehen. Dennoch ist ein Gasaustausch zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich möglich, so dass ein Aufbau unzulässig hoher Druckdifferenzen zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich verhindert wird. Durch die Rückhalteeinrichtung ist gewährleistet, dass die Möglichkeit des Gasaustausches über die gesamte Lebensdauer der Lageranordnung erhalten bleibt.
  • Die Rückhalteeinrichtung kann auf der Seite der Barriere angeordnet sein, die dem Innenbereich zugewandt ist. Im Bereich der Rückhalteeinrichtung kann eine Gleitbeschichtung, insbesondere aus PTFE, ausgebildet sein. Dadurch kann die Funktionsweise der Rückhaltevorrichtung verbessert werden.
  • Im Innenbereich kann ein Schmiermittel vorgehalten werden, für das die Barriere nicht durchlässig ist. In diesem Fall ist die Rückhalteeinrichtung bevorzugt so ausgebildet, dass sie ein Vordringen des Schmiermittels aus dem Innenbereich zur Barriere verhindert oder erschwert. Insbesondere ist die Rückhalteeinrichtung so ausgebildet, dass sie das Schmiermittel von der Barriere weg fördert.
  • Auf der Seite der Barriere, die dem Umgebungsbereich zugewandt ist, kann eine Abdeckung angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Barriere vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt wird.
  • Die Barriere ist bevorzugt an einem Lagerbauteil angeordnet. Dabei kann die Verbindung zwischen dem Innenbereich und dem Umgebungsbereich durch das Lagerbauteil hindurch verlaufen. Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist die Barriere an einem Lagerring angeordnet. Insbesondere kann die Barriere Bestandteil einer Baugruppe sein, die wenigstens partiell im Umgebungsbereich angeordnet und mit dem Innenbereich verbunden ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist die Barriere an einer Dichtung angeordnet. Damit lässt sich eine sehr kompakte Bauweise realisieren und es müssen keine sonstigen Änderungen an der Lageranordnung vorgenommen werden.
  • Die Barriere ist vorzugsweise als eine Membran ausgebildet. Membranmaterialien mit einer ausreichenden Gasdurchlässigkeit und Temperaturbeständigkeit sind kostengünstig verfügbar.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lageranordnung in einer schematisierten Schnittdarstellung,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel für die Druckausgleichseinrichtung in einer schematisierten Schnittdarstellung,
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung in einer schematisierten Schnittdarstellung und
  • 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus 3 im Bereich der Druckausgleichseinrichtung.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lageranordnung in einer schematisierten Schnittdarstellung. Auf einer gestuft ausgebildeten Welle 1 sind in einem Abstand axial nebeneinander ein erster Innenring 2 und ein zweiter Innenring 3 angeordnet. Die Innenringe 2 und 3 sind radial von einem Außenring 4 umschlossen. Auf dem ersten Innenring 2 und dem Außenring 4 rollt ein Satz von ersten Wälzkörpern 5 ab. Ein Satz von zweiten Wälzkörpern 6 rollt auf dem zweiten Innenring 3 und dem Außenring 4 ab. Weiterhin ist im radialen Freiraum zwischen dem ersten Innenring 2 und dem Außenring 4 ein erster Dichtring 7 und im radialen Freiraum zwischen dem zweiten Innenring 3 und dem Außenring 4 ein zweiter Dichtring 8 angeordnet. Durch die Welle 1, die Innenringe 2 und 3, den Außenring 4 und die Dichtringe 7 und 8 wird ein Innenbereich 9 von einem Umgebungsbereich 10 abgeteilt. Im Innenbereich 9 wird ein nicht figürlich dargestelltes Schmiermittel, beispielsweise ein Öl oder ein Fett, vorgehalten. In den Innenbereich 9 mündet eine Durchgangsbohrung 11, die sich in Radialrichtung durch den Außenring 4 hindurch bis zum Umgebungsbereich 10 erstreckt und dort durch eine Druckausgleichseinrichtung 12 abgedeckt ist. Aufbau und Funktionsweise der Druckausgleichseinrichtung 12 werden anhand von 2 näher erläutert.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Druckausgleichseinrichtung 12 in einer schematisierten Schnittdarstellung. Die Druckausgleichseinrichtung 12 ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt und weist ein rohrförmig ausgebildetes Unterteil 13 auf, das an seiner Basis 14 verbreitert und dort derart mit dem Außenring 4 verklebt ist, dass die Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 in das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 mündet. Alternativ oder zusätzlich zur Verklebung kann das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 auch mit dem Außenring 4 verschraubt oder partiell in die Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 eingepresst sein. Dabei ist der Übergang zwischen der Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 und dem Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet. Im Inneren des Unterteils 13 sind von dessen Innenwand schräg abstehende Rippen 15 ausgebildet, deren freien Enden zur Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 hin gerichtet sind. Die Innenwand des Unterteils 13 und die Rippen 15 sind mit einer Beschichtung 16 vorzugsweise aus PTFE versehen. PTFE steht dabei für Polytetrafluorethylen und stellt einen Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften dar.
  • An seiner Außenseite weist das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 einen umlaufenden Wulst 17 auf, in den ein Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 mit einer auf seiner Innenseite umlaufenden Nut 19 einrastet. Um den Übergang zwischen dem Unterteil 13 und dem Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 gas- und flüssigkeitsdicht auszubilden, können diese miteinander verklebt sein oder es kann ein Dichtmittel im Übergangsbereich vorgesehen sein. Das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 ist als ein um 90 Grad abgewinkeltes Rohr ausgebildet, das einen ersten Schenkel 20 und einen zweiten Schenkel 21 aufweist. Mit dem ersten Schenkel 20 ist das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 über das Unterteil 13 gestülpt. Das freie Ende des zweiten Schenkels 21 ist durch eine Membran 22 verschlossen. Die Membran 22 ist für Flüssigkeiten wie beispielsweise Wasser oder Öl und für feste Partikel undurchlässig. Für Gase wie zum Beispiel Luft ist die Membran 22 hingegen durchlässig. Die Undurchlässigkeit bzw. Durchlässigkeit der Membran 22 besteht jeweils gleichermaßen für eine Transportrichtung von der Umgebung 10 in das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12 hinein als auch für eine umgekehrte Transportrichtung. Die Membran 22 kann beispielsweise aus einem Material bestehen, das unter dem Handelsnamen GORE-TEX vertrieben wird. Zum Schutz der Membran 22 vor äußeren mechanischen Einwirkungen oder vor Verschmutzung ist über das freie Ende des zweiten Schenkels 21 des Oberteils 18 ein Deckel 23 gestülpt. Der Deckel 23 weist wenigstens eine Entlüftungsöffnung 24 auf, über die Luft ein- und ausströmen kann.
  • Die Druckausgleichseinrichtung 12 führt einen Druckausgleich zwischen dem Innenbereich 9 der Lageranordnung und dem Umgebungsbereich 10 aus, so dass sich im Innenbereich 9 weder ein nennenswerter Überdruck noch ein nennenswerter Unterdruck aufbaut. Wenn sich beispielsweise der Innenbereich 9 der Lageranordnung erwärmt und dadurch der Druck ansteigt, strömt Luft vom Innenbereich 9 durch die Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4, das Unterteil 13 und das Oberteil 18 der Druckausgleichseinrichtung 12, die Membran 22 und die Entlüftungsöffnung 24 des Deckels 23 zum Umgebungsbereich 10. Das im Innenbereich 9 der Lageranordnung befindliches Schmiermittel wird dagegen von den Rippen 15 im Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 weitgehend zurückgehalten und fließt in den Innenbereich 9 zurück. Das Zurückfließen wird durch die Beschichtung 16 auf der Innenseite des Unterteils 13 und auf den Rippen 15 begünstigt, so dass allenfalls kleine Mengen an Schmiermittel zur Membran 22 gelangen. Die Membran 22 hält dann auch noch diese Schmiermittelreste zurück, so dass es zu keinerlei Schmiermittelaustritt kommt. Dadurch, dass allenfalls kleine Mengen von Schmiermittel zur Membran 22 gelangen, wird verhindert, dass das Schmiermittel die Membran 22 verstopft und dadurch den Gasaustausch behindert.
  • Wenn sich der Innenbereich 9 der Lageranordnung wieder abkühlt und dadurch der Druck im Innenbereich 9 sinkt, wird durch die Entlüftungsöffnung 24 des Deckels 23, die Membran 22, das Oberteil 18 und das Unterteil 13 der Druckausgleichseinrichtung 12 sowie die Durchgangsbohrung 11 des Außenrings 4 Luft vom Umgebungsbereich 10 in den Innenbereich 9 der Lageranordnung gesaugt. Dabei verhindert die Membran 22, dass neben der Luft auch Fremdpartikel oder Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, in den Innenbereich 9 der Lageranordnung gelangen.
  • Alternativ zu der in den 1 und 2 dargestellten Ausbildung der Druckausgleichseinrichtung 12 besteht beispielsweise auch die Möglichkeit, die Druckausgleichseinrichtung 12 in einen der Dichtringe 7 oder 8 zu integrieren. Eine derartige Variante, die beispielsweise bei Anwendungssituation bevorzugt wird, bei denen kein Bauraum für die Ausbildung der Druckausgleichseinrichtung 12 gemäß den 1 und 2 zur Verfügung steht, ist in den 3 und 4 dargestellt.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung in einer schematisierten Schnittdarstellung. Ein vergrößerter Ausschnitt aus 3 im Bereich der Druckausgleichseinrichtung 12 ist in 4 dargestellt. Bei dem in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckausgleichseinrichtung 12 in den ersten Dichtring 7 integriert. Der erste Dichtring 7 weist einen Radialabschnitt 25 und einen Axialabschnitt 26 auf. Der Radialabschnitt 25 liegt fest am Außenring 4 an und dichtet gegen den Außenring 4 ab. Am Axialabschnitt 26 ist eine Dichtkante 27 ausgebildet, die am ersten Innenring 2 anläuft und gegen diesen abdichtet. Im Bereich des Radialabschnitts 25 weist der erste Dichtring 7 wenigstens eine Durchbrechung 28 auf, die sich vorzugsweise lediglich über einen Teilbereich des Umfangs erstreckt, um die Stabilität des ersten Dichtrings 7 nicht in unzulässiger Weise zu beeinträchtigen. Die Durchbrechung 28 wird von der Membran 22 abgedeckt, die im Innenbereich 9 der Lageranordnung am Radialabschnitt 25 des ersten Dichtrings 7 angeordnet ist. Die Membran 22 ist so geformt und positioniert, dass sie die Durchbrechung 28 vollständig abdeckt. Weiterhin ist im Innenbereich 9 der Lageranordnung axial neben dem ersten Dichtring 7 eine Tellerfeder 29 angeordnet, die am Außenring 4 anliegt und bis auf einen kleinen Spalt 30 an den Axialabschnitt 26 des ersten Dichtrings 7 heranreicht. Der sonstige Aufbau der Lageranordnung entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2, wobei allerdings im Außenring 4 keine radiale Durchgangsbohrung 11 vorgesehen ist.
  • Auch bei dem in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ermöglicht die Druckausgleichseinrichtung 12 einen Druckausgleich zwischen Innenbereich 9 der Lageranordnung und dem Umgebungsbereich 10 und verhindert gleichzeitig ein Austreten des Schmiermittels vom Innenbereich 9 in den Umgebungsbereich 10 sowie ein Eindringen von Fremdpartikeln oder Wasser aus dem Umgebungsbereich 10 in den Innenbereich 9. Dabei wird durch die Tellerfeder 29 gewährleistet, dass keine großen Mengen an Schmiermittel aus dem Innenbereich 9 der Lageranordnung bis zur Membran 22 vordringen und diese verschmutzen. Der Gasaustausch zwischen dem Innenbereich 9 der Lageranordnung und dem Umgebungsbereich 10 erfolgt über den Spalt 30, die Membran 22 und die Durchbrechung 28 im Radialabschnitt 25 des ersten Dichtrings 7.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Lageranordnung jeweils ein zweireihiges Kegelrollenlager auf. Eine derart ausgebildete Lageranordnung kann beispielsweise in Getrieben oder als Radlager, insbesondere bei Lastkraftwagen oder Bussen, eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Lageranordnung kann aber auch ein andersartig ausgebildetes Wälzlager aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Lageranordnung ein Gleitlager aufweist. In einer weiteren Abwandlung der erfindungsgemäßen Lageranordnung sind mehrere Lager vorgesehen.
    • 1
    Welle
    2
    erster Innenring
    3
    zweiter Innenring
    4
    Außenring
    5
    erster Wälzkörper
    6
    zweiter Wälzkörper
    7
    erster Dichtring
    8
    zweiter Dichtring
    9
    Innenbereich
    10
    Umgebungsbereich
    11
    Durchgangsbohrung
    12
    Druckausgleichseinrichtung
    13
    Unterteil
    14
    Basis
    15
    Rippe
    16
    Beschichtung
    17
    Wulst
    18
    Oberteil
    19
    Nut
    20
    erster Schenkel
    21
    zweiter Schenkel
    22
    Membran
    23
    Deckel
    24
    Entlüftungsöffnung
    25
    Radialabschnitt
    26
    Axialabschnitt
    27
    Dichtkante
    28
    Durchbrechung
    29
    Tellerfeder
    30
    Spalt

Claims (13)

  1. Lageranordnung zur beweglichen Lagerung eines Maschinenteils (1), mit wenigstens einer Dichtung (7, 8) zur Abdichtung eines Innenbereichs (9) der Lageranordnung gegenüber einem Umgebungsbereich (10), wobei zwischen dem Innenbereich (9) und dem Umgebungsbereich (10) eine Verbindung besteht, die durch eine gasdurchlässige Barriere (22) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückhalteeinrichtung (15, 29) vorgesehen ist, die verhindert oder erschwert, dass Stoffe, welche die Gasdurchlässigkeit der Barriere (22) beeinflussen, zur Barriere (22) vordringen.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (15, 29) auf der Seite der Barriere (22) angeordnet ist, die dem Innenbereich (9) zugewandt ist.
  3. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Rückhalteeinrichtung eine Gleitbeschichtung (16), insbesondere aus PTFE, ausgebildet ist.
  4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenbereich (9) ein Schmiermittel vorgehalten wird, für das die Barriere (22) nicht durchlässig ist.
  5. Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (15, 29) ein Vordringen des Schmiermittels aus dem Innenbereich (9) zur Barriere (22) verhindert oder erschwert.
  6. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteeinrichtung (15, 29) das Schmiermittel von der Barriere (22) weg fördert.
  7. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite der Barriere (22), die dem Umgebungsbereich (10) zugewandt ist, eine Abdeckung (23) angeordnet ist.
  8. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (22) an einem Lagerbauteil angeordnet ist.
  9. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Innenbereich (9) und dem Umgebungsbereich (10) durch das Lagerbauteil hindurch verläuft.
  10. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (22) an einem Lagerring (4) angeordnet ist.
  11. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (22) Bestandteil einer Baugruppe (12) ist, die wenigstens partiell im Umgebungsbereich (10) angeordnet und mit dem Innenbereich (9) verbunden ist.
  12. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (22) an einer Dichtung (7) angeordnet ist.
  13. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere (22) als eine Membran ausgebildet ist.
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