DE102007035550A1

DE102007035550A1 - Dichtungselement für ein Lager, insbesondere ein Wälzlager

Info

Publication number: DE102007035550A1
Application number: DE102007035550A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Hering; Michael Pausch
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-28
Filing date: 2007-07-28
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-29
Also published as: WO2009015648A1; CN101765721B; JP5663533B2; JP5100836B2; US20100283208A1; DE102007035550B4; JP2012233586A; JP2010534810A; JP2014178034A; US9206849B2; JP5802797B2; CN101765721A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement für ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, sowie ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, wobei das Dichtungselement ein Dichtmittel (8) aus einem elastischen Material, mindestens ein Trägerelement aus einem starren Material, eine IC-Kennzeichnung (2), und eine Antenne (3) für die IC-Kennzeichnung (2) umfasst. Die Aufgabe, das genannte Dichtungselement bzw. das Lager in einer Weise zu verbessern, dass das Dichtungselement mechanisch ausreichend stabil bleibt und die Antenne in ihrer Funktion wenig gestört wird, wird für das genannte Dichtungselement bzw. das genannte Lager erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Trägerelement (6) aus einem nicht-metallischen Material ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein Lager, insbesondere für ein Wälzlager, sowie ein Lager nach Anspruch 9.
Für Lager, insbesondere Wälzlager, ist bekannt, an dem Lager eine IC-Kennzeichnung anzubringen, die das Lager betreffende Daten, beispielsweise eine Modellnummer, speichert. Weiter ist eine Antenne für die IC-Kennzeichnung vorgesehen, mittels derer die in der IC-Kennzeichnung befindlichen Informationen ausgelesen werden bzw. Informationen an die IC-Kennzeichnung übermittelt werden können. Bekannt ist ferner, die IC-Kennzeichnung bzw. deren Antenne mit elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich anzusprechen, so dass von einer RFID(radio frequency identification)-Technologie gesprochen wird, die für Lager, insbesondere Wälzlager, ausgenutzt wird.
US 2002/0186134 A1 beschreibt ein Wälzlager mit einer IC-Kennzeichnung, bei der ein RFID-Element in den Innenring des Wälzlagers eingebaut ist. Eine Antenne ist außerhalb des Wälzlagers angeordnet. Nachteilig ist, dass der im wesentlichen metallische Innenring das elektromagnetische Feld der Antenne stört, so dass die Feldstärke im Bereich des RFID-Elementes nur gering ist. Damit wird ein sicheres Auslesen des RFID-Elementes, insbesondere im Betrieb des Wälzlagers, kaum möglich.
DE 11 2004 002 235 T5 beschreibt ein Dichtungselement für ein Wälzlager, wobei das Dichtungselement ein Dichtmittel aus einem elastischen Material sowie ein Trägerelement aus einem starren Material aufweist. An dem Dichtungselement ist eine IC-Kennzeichnung mit einer Antenne angeordnet, wobei verschiedene Möglichkeiten gezeigt sind, an dem Dichtmittel eine Aufnahme auszubilden, um die IC-Kennzeichnung anordnen zu können. Nachteilig ist, dass die Aufnahme an dem Dichtmittel einen hohen Platz beansprucht, sowie weiter, dass die IC-Kennzeichnung über das Wälzlager hervorsteht, so dass ein Einbau des Wälzlagers umständlich wird.
DE 11 2004 002 234 T5 beschreibt ein Dichtungselement für ein Wälzlager, wobei das Dichtungselement ein Dichtmittel aus einem elastischen Material und ein Trägerelement aus einem starren, metallischen Material aufweist. An dem Dichtungselement ist eine IC-Kennzeichnung mit einer Antenne für die IC-Kennzeichnung angeordnet, wobei in einem ersten Ausführungsbeispiel das ringförmige metallische Trägerelement als Antenne ausgebildet ist, und in einem zweiten Ausführungsbeispiel die Antenne von dem metallischen ringförmigen Trägerelement durch ein elektrisches Isolierteil von dem Trägerelement räumlich getrennt an diesem befestigt ist. Nachteilig ist bei beiden Ausführungsbeispielen, dass das metallische Trägerelement die Antenne stört bzw. in einer ringförmigen Ausbildung als Antenne für die IC-Kennzeichnung kaum geeignet ist, da kein Dipol mit zwei voneinander beabstandeten Enden ausgebildet ist. Ein abschnittsweise unterbrochen ausgebildetes metallisches Trägerelement wäre als Dipol der Antenne zwar geeignet, würde dann aber dem Dichtungselement insgesamt nicht mehr die erforderliche mechanische Stabilität verleihen. Nachteilig ist weiter, dass ein zusätzlicher Bauraum erforderlich ist, um die IC-Kennzeichnung die Antenne bzw. eine geeignete Isolierung aufzunehmen. Als ungünstig ist ferner anzusehen, dass die Isolierung der Antenne gegenüber dem metallischen Trägerelement aufwendig und – da durch das aus einem weichen Elastomer gebildete Dichtelement ausgeführt – besonders bei mechanischer Beanspruchung wenig zuverlässig ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Dichtungselement bzw. das Lager in einer Weise zu verbessern, dass das Dichtungselement mechanisch ausreichend stabil bleibt und die Antenne in ihrer Funktion wenig gestört wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird für das genannte Dichtungselement erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Lager, speziell ein Wälzlager nach Anspruch 9 gelöst.
Ist das mindestens eine Trägerelement aus einem nicht-metallischen Material ausgebildet, lassen sich Verluste für die elektromagnetische Strahlung vermeiden und die Funktion der Antenne wird weniger gestört, da die Antenne in einer dielektrischen, weitgehend nicht-leitenden Umgebung angeordnet ist und sich Leitungsverluste deutlich reduzieren. Damit kann die Antenne kleinbauend und an die speziellen Bedürfnisse des IC-Kennzeichungselementes angepasst ausgelegt werden, wodurch sich ein weiterer Freiheitsgrad bei der Gestaltung des Dichtungselementes ergibt. Das Trägerelement aus dem nicht-metallischen Material übernimmt, ggf. zusammen mit einem weiteren, beispielsweise metallischen Trägerelement, die mechanische Stabilisierung der Dichtung. Ist zusätzlich zu dem Trägerelement aus einem nicht-metallischen Material, beispielsweise aus Holz, Keramik, Kunststoff oder Glas, ein metallisches Trägerelement vorgesehen, kann das metallische Trägerelement als Ring ausgebildet sein, der nicht mehr als Antenne vorgesehen ist und damit vollständig umlaufend, also geschlossen, ausgebildet sein kann, wodurch sich die Stabilität der Dichtung verbessert. Es versteht sich dabei, dass das metallische Trägerelement ganz weggelassen sein kann, und dass das mindestens eine Trägerelement nur aus Keramik oder Kunststoff ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass genau ein Trägerelement vorgesehen ist, und dass das genau eine Trägerelement aus Kunststoff hergestellt ist. Das einzige Trägerelement vereinfacht den Aufbau des Dichtungselementes sowie dessen Herstellung, die vorsehen kann, dass in einem ersten Schritt das Trägerelement aus einem ersten Kunststoff hergestellt, beispielsweise gegossen wird, und in einem zweiten Schritt das Dichtmittel aus einem elastischen Kunststoff, um das Trägerelement herum ausgebildet wird. Ein derartiges Herstellungsverfahren ist einfach auszuführen, so dass sich Dichtungselemente schnell in großer Stückzahl herstellen lassen. Es versteht sich hierbei, dass sowohl das Trägerelement als auch das Dichtmittel aus dem gleichen Material, beispielsweise einem Kunststoff, hergestellt sein können, wobei in Folge einer geeigneten Nachbehandlung, beispielsweise mittels elektromagnetischer Strahlung, bewirkt wird, dass der Kunststoff im Bereich des Trägerelementes eine andere Materialeigenschaft erhält als der Kunststoff im Bereich des Dichtmittels.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen der Antenne und einem Inneren des Lagers ein Material mit einer hohen Dielektrizitätszahl angeordnet ist, wobei das Material mit der hohen Dielektrizitätszahl eine Störung der Funktion der Antenne beispielsweise durch einen metallischen Lagerkäfig herabsetzt. Der metallische Lagerkäfig bewirkt eine Reduzierung der elektrischen Feldstärke in der Nähe und damit in einem Bereich, in dem sich die in dem Dichtungselement angeordnete Antenne befindet. Durch ein Material zwischen der Antenne und dem metallischen Lagerkäfig reduziert sich die Wellenlänge in dem Material mit der hohen Dielektrizitätszahl so, dass im Bereich der Antenne die Feldstärke einen hohen Wert erreichen kann. Bezüglich des Materials mit der hohen Dielektrizitätszahl und der Anordnung des Materials, beispielsweise als Lage mit einer einstellbaren Schichtdicke, besteht ein Freiheitsgrad, der im Hinblick auf eine möglichst hohe Feldstärke an der Stelle der Antenne ausgenutzt werden kann.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Material mit der hohen Dielektrizitätszahl eine Keramik ist, und dass diese Keramik als Folie an der Antenne angeordnet ist. Keramiken weisen dabei Dielektrizitätszahlen auf, die gut einstellbar sind und mehrere Größenordnungen überspannen. Die Ausbildung der Keramik als Folie stellt eine definierte Schichtdicke sicher, die sich auch im Hinblick auf eine Massenfertigung von Dichtungselementen leicht durchführen und kontrollieren lässt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Antenne vollständig innerhalb des mindestens einen Trägerelementes angeordnet ist, so dass die Antenne baulich in das Trägerelement und damit eine definierte, nicht-leitende Umgebung integriert wird, sowie die äußeren Abmessungen des Dichtungselementes bzw. des Lagers unverändert bleiben.
Vorzugsweise ist die IC-Kennzeichnung vollständig innerhalb des mindestens einen Trägerelementes angeordnet und damit äußerlich geschützt aufgenommen.
Alternativ zu einer Anordnung, bei der die Antenne und/oder die IC-Kennzeichnung in dem Trägerelement angeordnet sind, kann vorgesehen sein, dass die IC-Kennzeichnung und/oder die Antenne auf dem Trägerelement befestigt ist, wobei sich bestehende Dichtungselemente leicht nachrüsten lassen bzw. IC-Kennzeichnungen einfach austauschen lassen. Es versteht sich dabei, dass die IC-Kennzeichnung auf dem Trägerelement von außen lösbar befestigt sein kann, und die Antenne in dem Trägerelement angeordnet ist, so dass die IC-Kennzeichnung beispielsweise für Test- oder Versuchszwecke schnell ausgewechselt werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtungselementes für ein erfindungsgemäßes Lager,
2 zeigt eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Linie A-A aus 1,
3 zeigt eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels entlang der Linie B-B aus 1,
4 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dichtungselementes, und
5 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B des zweiten Ausführungsbeispiels aus 4.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein ringförmiges Dichtungselement 1 für ein nicht weiter dargestelltes Wälzlager. Das Dichtungselement 1 umfasst eine IC-Kennzeichnung 2 sowie eine Antenne 3, wobei diese als ringförmiges Element ausgebildet ist, das abschnittsweise unterbrochen ist und einen Spalt 4 aufweist. Die Antenne 3 und ein Korpus 5 des Dichtungselementes 1 sind jeweils konzentrisch ausgelegt. Die Antenne 3 ist innerhalb des Korpus 5 des Dichtungselementes 1 angeordnet und daher in 1 nur gestrichtelt dargestellt. Die IC-Kennzeichnung 2 umfasst einen Chip, der Daten aufnehmen und speichern kann, und ist im weiteren nicht näher dargestellt.
2 zeigt das Korpus 5 des Dichtungselementes 1, das die IC-Kennzeichnung 2 aufweist. Die IC-Kennzeichnung 2 ist innerhalb eines Trägerelementes 6 angeordnet, wobei das Trägerelement 6 aus einem starren Material, im vorliegenden Fall aus einem Thermoplast auf der Basis von Polyamid besteht. Die Außenfläche des Trägerelementes 6 ist bis auf einen Abschnitt 7 von einem Dichtmittel 8 umgeben, das aus einem weichen Elastomer (Kautschuk) besteht. Das Dichtmittel 8 bildet eine Dichtlippe 9 und einen Dichtabschnitt 10 aus, wobei in einer Einbaustellung des Dichtungselementes 1 die Dichtlippe 9 eine zugeordnete Aufnahme untergreift und der Dichtabschnitt 10 gegen eine Dichtrille von im wesentlichen komplementärer Querschnittsgestaltung anliegt. Aufgrund der im Bereich der Dichtlippe 9 bzw. des Dichtabschnitts 10 breiten Ausbildung des weichen Elastomers wird dieses dort eingedrückt, so dass das Dichtungselement 1 eingespannt gehalten wird.
3 zeigt das Korpus 5 des Dichtungselementes 1 mit dem Trägerelement 6 und dem Dichtmittel 8. Dabei weist der Querschnitt des Trägerelementes 6 bzw. des Dichtmittels 8 im Bereich der Linie A-A (2) und der Linie B-B (3) eine vergleichbare Gestalt auf. Innerhalb des Trägerelementes 6 ist die Antenne 3 dargestellt, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnittsumfang aufweist. Es versteht sich aber, dass auch andere, beispielsweise runde Gestaltungen für den Umfang des Querschnitts der Antenne vorgesehen sein können.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Dichtungselementes 101, dessen Ansicht in Draufsicht dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Auch die in 4 dargestellte Schnittlinie ist wie die in 1 dargestellte Linie A-A durch eine IC-Kennzeichnung 102 geführt, wie auch die Schnittlinie B-B in 5 analog der Schnittlinie B-B aus 1 eine Antenne 103 durchsetzt. Ein Trägerelement 106 mit einem Abschnitt 107 weist eine vergleichbare Querschnittsform wie das Trägerelement 6 aus 2 bzw. 3 auf. Ebenso weist ein Dichtmittel 108 mit einer Dichtlippe 109 und einem Dichtabschnitt 110 eine bereits in 2 und 3 gezeigte Querschnittsform auf.
An der Antenne 103 ist zusätzlich eine dielektrische Beschichtung 111 angeordnet, die als Folie ausgebildet ist. Die dielektrische Beschichtung 111 besteht aus einer Keramik mit einer hohen Dielektrizitätszahl, die deutlich höher ist als diejenige von Kunststoffen. Die dielektrische Beschichtung 111 auf einer nach innen, zu dem von dem Dichtungselement 101 abgeschlossenen Raum zwischen den beiden Lagerringen des Wälzlagers weisenden Seite sowie den beiden im Querschnitt kurzen Seiten der IC-Kennzeichnung 102 angeordnet und übersteht die beiden kurzen Seiten der IC-Kennzeichnung 102 etwas, so dass die Folie der dielektrischen Beschichtung 111 etwas in das Volumen des Trägerelementes 106, das aus Thermoplast hergestellt ist, hineinragt, wodurch die IC-Kennzeichnung 102 mittels der dielektrischen Beschichtung 111 zusätzlich an dem Trägerelement 102 befestigt ist.
5 zeigt das Dichtungselement 101 im Bereich einer Antenne 103, an deren nach innen, auf den Innenraum des von dem Dichtungselements 101 umschlossenen Raumes hin weisenden Seite sowie an deren kurzen Seiten sich die dielektrische Beschichtung 111, die wiederum als dielektrische Folie einer Keramik ausgebildet ist, erstreckt. Die Folie der dielektrischen Beschichtung 111 schließt bündig mit der vierten, nicht von der Folie überdeckten Seite der Antenne 103 ab.
In den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen waren die Dichtungselemente 1, 101 jeweils nach dem Zweikomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt worden. Dabei wurde zuerst eine aus IC-Kennzeichnung 2, 102 und Antenne 3, 103 gebildete Einheit in eine geeignete Form gelegt, in diese Form ein Thermoplast eingeführt und dieser sich erhärten gelassen. In dem zweiten Ausführungsbeispiel war vor der Einführung des Thermoplasten noch die Folie der dielektrischen Beschichtung 111 an die IC-Kennzeichnung 102 bzw. die Antenne 103, beide an drei Seiten umgebend, angebracht worden. Durch das Umspritzen mit dem Thermoplasten sind die IC-Kennzeichnung 2, 102 sowie die Antenne 3, 103 jeweils innerhalb des Trägerelementes 6, 106 angeordnet worden. Nach einem Erhärten des Thermoplasten ist das jeweilige Dichtmittel 8, 108 im einem zweiten Verfahrensschritt auf den Thermoplasten aufgespritzt worden, wobei der Abschnitt 7, 107 ausgelassen wurde.
Im Ergebnis sind die IC-Kennzeichnung 2, 102 sowie die Antenne 3, 103 innerhalb des Trägerelementes 6, 106 angeordnet und nehmen damit keinen zusätzlichen Bauraum in Anspruch. Gleichzeitig sind die IC-Kennzeichnung 2, 102 sowie die Antenne 3, 103 durch den diese vollständig umgebenden Thermoplasten mechanisch geschützt sowie elektrisch isoliert angeordnet, insbesondere ist die Antenne 3, 103 in einer dielektrischen Umgebung, wobei im Bereich des Trägerelementes 6, 106 kein Metall, sondern ein Nicht-Leiter angeordnet ist.
Der räumlich nächstliegende metallische Gegenstand ist ein nicht dargestellter Lagerkäfig im Inneren des Lagers, wobei das Metall des Lagerkäfigs bewirkt, dass die Feldstärke des elektromagnetischen Feldes in unmittelbarer Nähe des Metalls sehr gering wird, so dass an der Stelle der Antenne 3, 103 eine nur geringe Feldstärke entsteht. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Antenne 103 und dem Innern des Lagers, wo sich der Lagerkäfig befindet, die dielektrische Beschichtung 111 vorgesehen, aufgrund derer die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung in Nähe des metallischen Lagerkäfigs im Bereich der dielektrischen Beschichtung 111 reduziert wird, so dass sich an die dielektrische Beschichtung 111 anschließend an der Stelle der Antenne 103 eine hohe Feldstärke einstellen kann. Dabei kann die Dicke der dielektrischen Beschichtung 111, deren geometrische Gestaltung sowie die Dielektrizitätszahl des Dielektrikum geeignet angepasst werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen waren die IC-Kennzeichnungen 2, 102 bzw. die Antennen 3, 103 jeweils vollständig innerhalb der Trägerelemente 6, 106 angeordnet. Es versteht sich, dass die IC-Kennzeichnungen und/oder die Antennen auch außen an den Dichtungselementen 1, 101 bzw. außen an den Trägerelementen 6, 106, allerdings noch von dem Dichtmittel 8, 108 überdeckt angeordnet sein können.

1, 101: Dichtungselement
2, 102: IC-Kennzeichnung
3, 103: Antenne
4: Spalt von 3
5: Korpus von 1
6, 106: Trägerelement
7, 107: Abschnitt von 6
8, 108: Dichtmittel
9, 109: Dichtlippe
10, 110: Dichtabschnitt
111: dielektrische Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2002/0186134 A1 [0003]
- DE 112004002235 T5 [0004]
- DE 112004002234 T5 [0005]

Claims

Dichtungselement für ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, umfassend ein Dichtmittel (8; 108) aus einem elastischen Material, mindestens ein Trägerelement (6; 106) aus einem starren Material, eine IC-Kennzeichnung (2; 102), und eine Antenne (3; 103) für die IC-Kennzeichnung (2; 102), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Trägerelement (6; 106) aus einem nichtmetallischen Material ausgebildet ist.
Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Trägerelement (6; 106) vorgesehen ist, und dass das genau eine Trägerelement (6; 106) aus Kunststoff hergestellt ist.
Dichtungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3; 103) als unterbrochener Kreisring mit Spalt (4) ausgebildet ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antenne (3; 103) und einem Inneren des Lagers ein Material mit einer hohen Dielektrizitätszahl angeordnet ist.
Dichtungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Keramik ist, und dass die Keramik als dielektrische Beschichtung (111), insbesondere als Folie, an der Antenne (3; 103) angeordnet ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3; 103) vollständig innerhalb des mindestens einen Trägerelementes (6; 106) angeordnet ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die IC-Kennzeichnung (2; 102) vollständig innerhalb des mindestens einen Trägerelementes (6; 106) angeordnet ist.
Dichtungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die IC-Kennzeichnung (2; 102) auf dem Trägerelement (6; 106) befestigt ist.
Lager, insbesondere Wälzlager, umfassend ein Dichtungselement (1; 101) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.