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Die
Erfindung betrifft ein Kugellager mit zwei konzentrisch zueinander
angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Ringen und mit
einer an der radialen Innenfläche
des Außenrings
fixierten Dichtung oder Dichtscheibe, die den Ringspalt zwischen
Außen-
und Innenring wenigstens teilweise abdeckt.
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Zwischen
dem aus einem Innen- und einem Außenring bestehenden Ringpaar
bildet sich ein Zwischenraum, der zur Aufnahme von Kugeln und Käfig vorgesehen
ist. Dieser Zwischenraum ist zu beiden Stirnseiten des Kugellagers
offen, so dass zwischen dem Innen- und Außenring jeweils ein Ringspalt
entsteht.
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Um
das Eindringen von Verunreinigungen in das Kugellager zu erschweren
und die Kugeln bzw. den Käfig
zu schützen,
ist es häufig
erforderlich, den Ringspalt des Kugellagers auf wenigstens einer Stirnseite
mit einer Dichtung zu versehen.
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Es
ist bekannt, eine oder mehrere Dichtungen ins Kugellager zu integrieren,
die in der Regel am Außenring
fixiert sind und gegenüber
dem Innenring dynamisch abdichten. Ferner ist es auch bekannt, in den
Ringspalt zwei oder mehr eng benachbarte Dichtungen einzusetzen,
die gemeinsam eine Labyrinthdichtung bilden können. Diese Dichtungen können jedoch
nur mit verhältnismäßig großem Aufwand
im Ringspalt (am Außen-
bzw. Innenring) befestigt werden und verursachen zudem hohe Herstellungskosten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugellager der eingangs
genannten Art zu schaffen, das eine besonders einfache Handhabung
und Montage aufweist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe dadurch, dass mit der Dichtung oder Dichtscheibe einstückig ein
zusätzliches
Dichtelement aus einem elastomeren Material verbunden ist, das die
Stirnfläche
des Außenrings
wenigstens teilweise abdeckt.
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Zunächst seien
einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.
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Die
Stirnseiten des Kugellagers sind diejenigen Seiten, die in axiale
Richtung weisen. An den beiden Stirnseiten weisen der Außen- sowie
Innenring jeweils eine Stirnfläche
auf.
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An
der in Radialrichtung weisenden Innenfläche des Außenrings des Kugellagers ist
eine Dichtung oder Dichtscheibe fixiert. Die Begriffe Dichtung und
Dichtscheibe werden im Rahmen der Erfindung synonym verwendet und
bezeichnen eine Dichtung, die den Ringspalt zwischen diesen beiden
Außenringen
wenigstens teilweise abdeckt und dadurch abdichtet. Diese Dichtung
oder Dichtscheibe ist an der radialen Innenfläche des Außenrings fixiert. Dies bedeutet,
dass sie unter normalen Betriebsbedingungen des Kugellagers verdrehfest
daran angebracht ist. Sie kann beispielsweise in eine Nut der radialen Innenfläche des
Außenrings
eingepresst sein. Zum Innenring hin kann es eine oder mehrere Dichtlippen geben,
die am Innenring schleifen und somit dynamisch abdichten. In diesem
Fall deckt die Dichtung den Ringspalt zwischen Außen- und
Innenring im wesentlichen vollständig
ab. Alternativ kann zum Innenring hin ein kleiner offener Spalt
verbleiben, der Reibung und damit Verschleiß minimiert.
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Die
an der radialen Innenfläche
des Außenrings
fixierte Dichtung oder Dichtscheibe ragt besonders bevorzugt nicht über die
Stirnflächen
der Kugellagerringe hinaus nach außen. Auf diese Weise wird ein
Schleifen mit angrenzenden Bauteilen vermieden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass mit der Dichtung oder Dichtscheibe einstückig ein zusätzliches
Dichtelement aus einem elastomeren Material verbunden ist, das die
Stirnfläche
des Außenrings
wenigstens teilweise abdeckt.
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Kern
der Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannte Dichtung
zwischen Innen- und Außenring
eines Kugellagers gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs zu ergänzen
um ein integral damit verbundenes zusätzliches Dichtelement, das
einem anderen technischen Zweck dient.
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Das
Kugellager wird im Allgemeinen mit Übermaßpassung radial in den Außenringsitz
(Gehäuse)
gepresst. Dadurch ist der Außenring
gegen axiale Verschiebung und gegen Verdrehen gesichert. Die Größenordnung
dieser Sicherung ist dabei abhängig
von der Größenordnung
der Übermaßpassung.
Hat der Gehäusewerkstoff
in dem sich der Außenring
befindet, einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als der Lagerwerkstoff, so kann sich die radiale Verpressung bei
Temperaturerhöhung
soweit verringern, dass eine ausreichende Fixierung im Außenringsitz
nicht mehr gewährleistet werden
kann.
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Das
erfindungsgemäß vorgesehene
zusätzliche
Dichtelement aus einem elastomeren Material wird vorzugsweise axial
zwischen der Stirnfläche
des Außenrings
und dem angrenzenden Bauteil verspannt und ist in der Lage, auch
bei unterschiedlicher Temperaturausdehnung die Verdrehsicherung
im Außenringsitz
weiter aufrechtzuerhalten. Das zusätzliche Dichtelement weist
gegenüber
dem Außenringsitz
vorzugsweise eine radiale Spielpassung auf, damit es bei der Montage
nicht beschädigt
werden kann.
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Durch
das zusätzliche
Dichtelement wird auch eine statische Abdichtung zwischen dem Außenring
und dem angrenzenden Bauteil bewirkt sowie ggf. Schwingungen und
Stöße gedämpft.
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Bevorzugt
ist es, wenn auf der dem Kugellager abgewandten Seite des zusätzlichen
Dichtelements Noppen ausgebildet sind. Diese Noppen sind vorzugsweise
einstückig
mit dem Dichtelement ausgeführt
und aus demselben elastomeren Material wie das zusätzliche
Dichtelement. Bei der Montage werden die Noppen soweit elastisch
verformt, dass bei unterschiedlicher Bauteilausdehnung durch Temperaturerhöhung die
Verformung der Noppen aus dem elastomeren Material nicht signifikant
reduziert wird. Dadurch wird die axiale Vorspannung, mit der der
Außenring
im Außenringsitz
fixiert ist, nicht oder nur unwesentlich reduziert. Zusätzliche
Elemente zur Erzeugung einer axialen Vorspannung wie bspw. Wellscheiben
beim Loslager einer Fest-Los-Lager-Anordnung sind erfindungsgemäß nicht
erforderlich.
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Als
elastomeres Material sind Gummi oder ein geeigneter elastomerer
Kunststoff bevorzugt.
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Bei
der im Ringspalt zwischen Außen-
und Innenring angeordneten Dichtung oder Dichtscheibe kann es sich
um eine Stahlscheibe handeln, die von Gummi oder einem geeigneten
Elastomermaterial ummantelt ist. Dieses Elastomermaterial kann sich dann
weiter erstrecken und (einstückig
mit der Ummantelung verbunden) das zusätzliche Dichtelement bilden,
das die Stirnfläche
des Außenrings
wenigstens teilweise abdeckt.
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Erfindungsgemäß kann eine
Dichtung mit einem entsprechenden zusätzlichen Dichtelement auf einer
oder beider Stirnseiten eines Kugellagers vorgesehen sein.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Darin
zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kugellagers mit einer als
gummiummantelte Stahlscheibe ausgebildeten Dichtung und einem die
gesamte Stirnfläche
des Außenrings
abdeckenden Gummidichtelement;
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2 eine
Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Kugellagers mit Noppen
auf dem zusätzlichem
Dichtelement; und
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3a–c
schematische Darstellungen von Einpassungen eines erfindungsgemäßen Kugellagers
in ein angrenzendes Bauteil.
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Das
Kugellager in 1 weist einen Außenring 1 und
einen Innenring 2 auf, die konzentrisch zueinander angeordnet
sind. Durch einen Satz zwischen den beiden Ringen 1, 2 angeordneter
Kugeln 3, die in einem Käfig 31 aufgenommen
sind, werden die beiden Ringe 1, 2 relativ zueinander
verdrehbar gelagert. Die Außen-
und Innenringe 1, 2 weisen auf beiden Stirnseiten 8 des
Kugellagers je eine Stirnfläche 18 bzw. 28 auf.
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Zwischen
dem Außenring 1 und
Innenring 2 befindet sich ein Zwischenraum 6,
der zur Aufnahme von Kugeln 3 und Käfig 31 vorgesehen
ist. Der Zwischenraum 6 schließt sich an beiden Stirnseiten 8 des
Kugellagers in Form eines Ringspaltes 7 ab. Zur Abdichtung
des Ringspaltes 7 wird dieser beidseitig mit Dichtungen 4, 5 versehen.
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Bei
der Dichtung 4 auf der rechten Stirnseite 8 des
Kugellagers handelt es um eine aus dem Stand der Technik bekannte
Dichtscheibe, die ins Kugellager integriert angeordnet ist. Die
Dichtscheibe 4 ist am Außenring 1 dadurch
fixiert, dass sie in eine Nut der radialen Innenfläche des
Außenrings 1 eingepresst
ist. Die Dichtscheibe 4 erstreckt sich über einen wesentlichen Teil
der Stirnfläche
des Ringspaltes 7 und dichtet gegenüber dem Innenring 2 mit
einem Ringspalt ab.
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Im
Gegensatz zu Dichtscheibe 4 ist die Dichtung 5,
die auf der linken Stirnseite 8 des Kugellagers angeordnet
ist, erfindungsgemäß um ein
zusätzliches
Dichtelement 51 erweitert, welches aus Gummi besteht, im
Wesentlichen scheibenförmig
ausgebildet und einstückig
mit der Dichtung 5 verbunden ist. Durch das er findungsgemäße Gummidichtelement 51 wird
die linke Stirnfläche 18 des
Außenrings 1 vollständig abdeckt.
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Die
im Ringspalt 7 zwischen Außen- und Innenring 1, 2 angeordnete
Dichtung 5 umfasst eine Stahlscheibe 52, die von
Gummi ummantelt ist (gummiummantelte Stahlscheibe). Die Stahlscheibe 52 weist
im Wesentlichen die gleiche radiale Abmessung wie die des Ringspaltes 7 auf
und bringt der Dichtung 5 eine ausreichende mechanische
Festigkeit bei. Die gummiummantelte Stahlscheibe 52 kann entweder
analog zu Dichtscheibe 4 am Außenring 1 in einer
Nut fixiert oder (aufgrund größerer Reibungskraft
durch Gummi) auf der radialen Innenfläche des Außenrings 1 durch Haftreibung
festgehalten werden. Während
das Gummimaterial sich nach oben weiter in Richtung auf die Stirnfläche 18 des
Innenrings 1 erstreckt und schließlich das erfindungsgemäße Gummidichtelement 51 bildet,
wird von der Stahlscheibe 52 aus zum Innenring 2 hin
eine Gummidichtlippe 53 geformt, die am Innenring 2 schleift und
somit dynamisch abdichtet.
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Der Übergang 54 zwischen
der Dichtung 5 und dem zusätzlichen Dichtelement 51 ist
im vorliegenden Beispiel abgerundet ausgebildet. Unter bestimmten
Umständen
kann es jedoch zweckmäßiger sein,
eine Stufenbildung bzw. Kante zwischen 5 und 51 vorzusehen.
Die Dichtung 5 ragt nicht über die Stirnflächen 18, 28 der
Kugellagerringe 1, 2 hinaus nach außen, um
ein Schleifen mit angrenzenden Bauteilen zu vermieden.
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Das
erfindungsgemäße Gummidichtelement 51 wird
bei Verwendung des Kugellagers axial zwischen der Stirnfläche 8 des
Außenrings 1 und
dem angrenzenden Bauteil verspannt. Das Dichtelement 51 sorgt,
insbesondere im Zusatz zur oben beschriebenen Übermaßpassung des Außenrings 1 im
(nicht dargestellten) Außenringsitz,
auch bei unterschiedlicher Temperaturausdehnung für eine ausreichende Verdrehsicherung
des Außenrings 1.
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Zusätzlich wird
mithilfe des Dichtelementes 51 eine statische Abdichtung
zwischen dem Außenring 1 und
dem angrenzenden Bau teil bewirkt, so dass durch den Raum zwischen
Außenring 1 und dem
angrenzenden Bauteil keine Verunreinigungen insbesondere Fluide
hindurchdringen können.
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Erfindungsgemäß können auch
zwei Dichtungen 5 mit je einem integralen Dichtelement 51 auf beiden
Stirnseiten 8 des Kugellagers vorgesehen sein.
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Die
mit der Erfindung verbundenen Vorteile beschränken sich nicht auf eine bessere
Abdichtwirkung fürs
Kugellager. Dadurch, dass erfindungsgemäß die Dichtung 5 und
das zusätzliche
Dichtelement 51 einstückig
verbunden sind, sind diese beiden von vornherein gegeneinander richtig
ausgerichtet bzw. zentriert, und es wird kein weiteres Bauteil zur
Befestigung des Dichtelementes 51 benötigt (dennoch kann eine Befestigung
des Dichtelementes 51 am Außenring 1 vorgesehen
werden). Da es sich dabei um kein separates manuell anzubringendes Bauteil
handelt, kann bei der Montage das Dichtelement 51 nicht
vergessen werden. In der Regel wird kein zusätzlicher Montageaufwand dadurch
verursacht. Auch die Herstellungskosten werden erwartungsgemäß gering
gehalten, da statt zwei separater Bauteile nun ein einziges integrales
Dichtungsbauteil bestehend aus 5 und 51 gehandhabt
werden muss.
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Das
in 2 dargestellte Kugellager ist im Wesentlichen
identische mit dem Kugellager aus 1. Für den grundlegenden
Aufbau des Kugellagers wird daher auf obenstehende Erläuterungen verwiesen.
Zusätzlich
sind bei dem Kugellager in 2 aber Noppen 55 auf
dem Dichtelement 51 vorgesehen. Diese Noppen 55 sind
einstückig
mit dem Dichtelement 51 ausgeführt und daher elastisch verformbar.
Sie stehen in Axialrichtung des Kugellagers hervor und sind über den
gesamten Umfang des Dichtelementes 51 verteilt. Zwischen
den einzelnen Noppen 55 sind Freiräume 56 vorgesehen.
Aufgrund ihrer Form und Elastizität, sowie der Freiräume 56 zwischen
ihnen, lassen sich die Noppen 55 während der Einpassung des Kugellagers
in ein angrenzendes Bauteil verformen und erzeugen aufgrund ihrer Elastizität eine axiale
Vorspannung, die sich mit der einer Wellfederscheibe vergleichen
lässt.
Je nach Anwendung können
die Noppen 55 in ihrer Anzahl, Länge und Form angepasst werden,
um so eine gewünschte
Federsteifigkeit und/oder Einbaulänge zu erreichen.
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In 3a–b ist der
Einbau eines Kugellagers gemäß 1 oder 2 in
je ein angrenzendes Bauteil 60 dargestellt. Abhängig davon,
ob das Dichtelement 51 des Kugellagers mit Noppen 55 (vgl. 2)
oder ohne (vgl. 1) ausgeführt ist, wird durch die Dichtung 5 eine
nennenswerte axiale Vorspannung erreicht oder nicht.
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In 3a ist eine Variante der Einpassung eines
erfindungsgemäßen Kugellagers
in ein angrenzendes Bauteil 60 dargestellt. Das Bauteil 60 weist eine
zylindrische Innenfläche 61 auf,
die an einer Seite in Axialrichtung durch einen Vorsprung 62 wenigstens
teilsweise abgeschlossen ist. Das Kugellager kann in die zylindrische
Innenfläche 61 eingepresst werden,
wobei das zusätzliche
Dichtelement 51 des Kugellagers mit der Stirnfläche 63 des
Vorsprungs 62 in Kontakt kommt. Das Dichtelement 51 wirkt
als Verdrehsicherung: Ist der Außenring 1 des Kugellagers mit Übermaß in das
angrenzende Bauteil 60 eingepresst und somit gegen Verdrehen
gesichert worden, kann bei Versagen der Verdrehsicherung aufgrund der
Presspassung das Dichtelement durch Reibschluss mit der Stirnfläche 63 des
Vorsprungs 62 den Außenring 1 des
Kugellagers gegen Verdrehen sichern. Das Versagen der Verdrehsicherung
durch Presspassung kann beispielsweise aufgrund unterschiedlicher
Temperaturausdehnungskoeffizienten von Außenring 1 und dem
angrenzenden Bauteil 60 erfolgen. Es ist auch denkbar,
dass die Verdrehsicherung einzig und allein durch das Dichtelement 51 realisiert
ist, d. h. der Außenring 1 muss
nicht mit Übermaß in das
angrenzende Bauteil 60 eingepasst werden.
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Darüber hinaus
kann das Dichtelement 51 als statische Dichtung zwischen
dem Außenring 1 des
Kugellagers und dem umgebenden Bauteil 60 wirken.
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Sofern
das Dichtelement 51 Noppen aufweist, kann auch eine axiale
Vorspannung erreicht werden. Das Kugellager wird in diesem Falle
so an den Vorsprung 62 des angrenzenden Bauteils 60 gepresst,
dass sich die Noppen elastisch verformen. Aufgrund dieser elastischen
Verformung entsteht eine axiale Vorspannkraft, vergleichbar mit
der einer Wellfederscheibe.
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In 3b wird
die Stirnfläche 65,
mit der das Dichtelement 51 des Kugellagers in Kontakt
steht, durch ein zusätzliches
Sicherungselement 64 gebildet. Das zusätzliche Sicherungselement 64 ist
der zylindrischen Innenfläche 61 des
Bauteils 60 eingepasst. Bei dem zusätzlichen Sicherungselement 64 kann
es sich beispielsweise um einen Innensicherungsring handeln. Es
ist aber auch möglich,
dass das Sicherungselement 64 einstückig mit einem weiteren Bauteil
ausgeführt
ist.
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In 3c ist
die Stirnfläche 67,
mit der das Dichtelement 51 des Kugellagers in Kontakt
steht, ebenfalls durch ein zusätzliches
Sicherungselement 68 gebildet. Das zusätzliche Sicherungselement 68 ist
an einem freien Ende der zylindrischen Innenfläche 61 des Bauteils 60 – eine kreisrunde Öffnung – vorgesehen
und ragt in radialer Richtung wenigstens Teilweise in die kreisrunde Öffnung und
bildet so die Stirnfläche 67.
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Grundsätzlich müssen die
Stirnflächen 63, 65 und 67 sich
nicht über
den gesamten Umfang der zylindrischen Innenfläche 61 des angrenzenden
Bauteils 60 erstrecken. Mehrere über den Umfang verteilte Flächen sind
ebenfalls ausreichend.