DE102009025128A1

DE102009025128A1 - Dichtungsring

Info

Publication number: DE102009025128A1
Application number: DE102009025128A
Authority: DE
Inventors: Marc-Andre SCHÄFER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2010-12-23

Abstract

Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Dichtungsring zur Abdichtung eines Wälzraumes eines Wälzlagers, insbesondere Radlager, mit einem elastischen Teil, wobei der elastische Teil eine im schleifenden, ersten Dichtkontakt mit einer Anlagefläche stehende Dichtlippe aufweist. Ziel ist es, eine Lehre anzugeben, wie eine reibungsarme Dichtungsanordnung geschaffen werden kann, die die Lebensdauer des Wälzlagers verlängert. Hierfür wird für einen ersten Dichtkontakt eine Position auf der Anlagefläche vorgesehen, die vom Materialabrieb der Dichtlippe abhängig ist. Damit ist es möglich, über eine auf der Anlagefläche aufliegende Dichtlippe einen erhöhten Materialeintrag zu gewährleisten, damit der Dichtkontakt für lange Zeit aufrechterhalten werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring zur Abdichtung eines Wälzraumes eines Wälzlagers, insbesondere Radlager, mit einem elastischen Teil, wobei der elastische Teil eine im schleifenden, ersten Dichtkontakt mit einer Anlagefläche stehende Dichtlippe aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung mit einem derartigen Dichtungsring.
Stand der Technik
Hintergrund der Erfindung
Aus EP 1898132 A1 sind Dichtungsanordnungen mit Dichtungsringen bekannt, die eine Vielzahl von schleifend anliegenden Dichtlippen offenbaren. Hierbei fungieren insbesondere die axialen Dichtlippen, die typischerweise an einer dem Wälzraum zugewanderten ringförmigen Fläche des Schleuderringes anliegen, als Vordichtungen.
Eine axiale Dichtlippe wird mit einer gewissen Vorspannung gegen eine Anlagefläche gedrückt, an der bei Inbetriebnahme des Wälzlagers ein schleifender Dichtkontakt entsteht. Aufgrund der Vorspannung wird der für die Dichtwirkung erforderliche Druck erzeugt. Nachteiligerweise lässt dieser Druck mit der Lebensdauer der Dichtungsanordnung nach. Dies liegt daran, dass ein unvermeidlicher Materialabrieb der Dichtlippe die Vorspannung mehr und mehr zur Überbrückung des fehlenden Stückes benötigt und damit der Dichtungsdruck unwiederbringlich nachlässt.
Der Materialabrieb der Dichtlippe schreitet meist soweit fort, bis die axiale Dichtlippe jegliche Vorspannung eingebüßt hat und letztendlich eine Spaltdichtung mit der vormals als Anlagefläche dienenden Fläche bildet.
Um diesem Problem Herr zu werden, ist man in der Vergangenheit dazu übergegangen einer Mehrzahl von vorgeschalteten axialen Dichtlippen einzusetzen, die jedoch nacheinander aufgrund des beschriebenen Phänomens ihre Dichtwirkung weitgehend verlieren. Ein weiteres Manko einer derartigen Dichtungsanordnung mit sehr vielen Dichtlippen ist der nachteilige Reibwiderstand, der zu einem hohen Kraftstoffverbrauch führt.
Aufgabenstellung
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist daher eine Dichtungsanordnung anzugeben, die eine lange Lebensdauer und einen geringen Reibwiderstand besitzt.
Die Aufgabe wird durch eine Radlagereinheit der eingangsgenannten Art dadurch gelöst, dass eine Position des ersten Dichtkontaktes auf der Anla gefläche vom Materialabrieb der Dichtlippe abhängig ist.
Erfindungsgemäß weist der Dichtungsring einen elastischen Teil auf, der beispielsweise aus einem Elastomer besteht und gegebenenfalls mittels eines Trägers getragen wird. Der Träger kann beispielsweise aus einem metallischen Ring bestehen, der im Längsschnitt zur Rotationsachse eine L-Form oder eine ähnliche Form aufweist. Denkbar ist auch, dass er ein Teil einer Kassettendichtung bildet.
Die erfindungsgemäße Dichtungsring wird deshalb so bezeichnet, weil er Bestandteil einer Dichtungsanordnung sein kann. Insbesondere kann er sowohl als Schleuderring, aber auch als was üblicherweise als Dichtungsring bezeichnet wird, ausgeführt sein. Denkbar ist auch, dass der erfindungsgemäße Dichtungsring die Funktion eines oder beider Ringe in sich vereint.
Unter einem schleifenden Dichtkontakt ist der Kontakt zwischen der Dichtlippe des Dichtungsrings mit einer Anlagefläche eines anderen Teiles der Dichtungsanordnung, der Welle oder einem Lagerring, wie zum Beispiel einem Außen- oder Innenring, zu verstehen, wobei das andere Teil während des Betriebes eine Relativbewegung in Bezug auf die Dichtlippe und den Dichtungsring ausführen. Der Dichtkontakt ist folglich mit einem drehenden Ausßenring oder mit einem drehenden Innenring realisierbar. Ferner dichtet der schleifende Dichtkontakt den Wälzraum des Wälzlagers, insbesondere Radlager, von der Außenwelt ab.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der elastische Teil eine Dichtlippe aufweist, die im schleifenden ersten Dichtkontakt mit einer Anlagefläche des anderen Teils steht. Dabei ist eine Position des ersten Dichtkontaktes auf der Anlagefläche vom Materialabrieb der Dichtlippe abhängig. Dadurch, dass auf eine fixe Position des Dichtkontaktes verzichtet wird, ist es möglich die Dichtlippe in Bezug auf die Anlagefläche derart anzuordnen, dass ein erhöhter Materialabrieb in Kauf nehmender Dichtkontakt über eine lange Betriebszeit nicht aufgegeben werden muss. Die Vorspannung der Dichtlippe dient also weniger dazu den optimalen Dichtungsdruck aufrechtzuerhalten, sondern stattdessen genügend Material der Dichtlippe nachzuführen, um einen Dichtkontakt auch nach einem substantiellen Abrieb zu gewährleisten. Damit wird die Lebensdauer einer Dichtungsanordnung deutlich verlängert, wenn der erfindungsgemäße Dichtungsring, beispielsweise als Vordichtung für eine radiale Dichtlippe, eingesetzt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein elastisch beanspruchter Bereich des elastischen Teils, insbesondere der Dichtlippe, in eine Richtung gerichtet, die einen Winkel zwischen 0 und 45° mit der Anlagefläche einschließt. Maßgeblich ist hier, dass der Körper der Dichtlippe bereits relativ nahe an die Anlagefläche herangeführt wird. Dadurch ist es möglich die Anlagefläche, die auch eine Abriebfläche darstellt, vergleichsweise einfach mittels einer üblichen Vorspannung mit der schon weitgehend abgeriebenen Dichtlippe weiter in Kontakt zu halten. Das Ergebnis ist umso besser, je kleiner der Winkel ist. Sehr gute Ergebnisse sind zwischen 5 und 10° zu erwarten. Grundsätzlich sollte der Winkel so klein als möglich gewählt werden, jedoch ohne es zu einer vollflächigen Anlage kommen zu lassen. Es gilt beide Kriterien vorteilhaft gegeneinander abzuwägen.
Der elastisch beanspruchte Bereich des elastischen Teils befindet sich zwischen dem oder den berührenden Enden der Dichtlippe und dem unmittelbar dem Träger anhaftenden Bereich des elastischen Teils. Der elastisch beanspruchte Bereich ist zur Speicherung der Energie vorgesehen, die notwendig ist, um die Vorspannung gegen die Anlagefläche aufrecht zu halten.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Anlagefläche eine Fläche eines Lagerringes oder eine Fläche eines Trägers einer Dichtungsanordnung. Der erfindungsgemäße Dichtungsring kann an verschiedenen Stellen einer Dichtungsanordnung eingesetzt werden. Beispielsweise ist es denkbar eine Anlagefläche an einer konischen Fläche des Außenringes vorzusehen. Denkbar ist jedoch auch, dass die Anlagefläche von einem zweiten Träger der Dichtungsanordnung bereitgestellt wird. Dabei ist sinnvoll, dass der Dichtungsring als Vordichtung für eine radiale Dichtlippe eingesetzt wird, die aufgrund des wandernden Dichtungskontaktes für eine lange Betriebszeit effektiv vor Schmutz geschützt ist und damit auch länger einsetzbar bleibt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Anlagefläche ringförmig, zylindrisch oder konisch. Hiermit kann auf verschiedene strukturelle Merkmale unterschiedlicher Dichtungsanordnungen Rücksicht genommen werden, die eine bestimmte Orientierung der Dichtlippe erfordern. In diesem Fall ist es möglich eine entsprechend orientierte Anlagefläche vorzusehen, mit der ein kleiner Winkel von beispielsweise 5, 10, 15 oder 20° eingeschlossen werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Dichtlippe dazu vorgesehen in Abhängigkeit vom Materialabrieb einen zweiten Dichtkontakt zu bilden. Der zweite Dichtkontakt kann entstehen während der erste Dichtkontakt noch besteht oder danach. In beiden Fällen ist der Materialabrieb am ersten Dichtkontakt so weit fortgeschritten, dass der zweite Dichtkontakt zum Tragen kommt. Vorteilhaft ist, dass bei einem bestimmten Materialabrieb die Vorspannkraft bereits soweit zurückgegangen ist, dass ein zweiter Dichtkontakt die effektive Dichtwirkung wieder verbessern kann. Es ist denkbar, dass der zweite Dichtkontakt erst nach dem Aufbrauchen des ersten Dichtkontakts eingesetzt wird, womit der zweite Dichtkontakt, aufgrund der reduzierten Vorspannung, zur Kontaktierung mit einer kleineren Anlagefläche vorgesehen werden kann. Damit ist das Verhältnis von Druckkraft pro Fläche trotz des Materialabriebs über die gesamte Lebensdauer der Dichtungsanordnung weitgehend konstant zu halten und damit auch deren Dichtungseigenschaften.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Dichtlippe dazu vorgesehenen Abhängigkeit vom Materialabrieb einen dritten oder weitere Dichtkontakte zu bilden, die nach Belieben kaskadiert (nacheinander geschaltet) werden können. Vorteilhaft ist, dass die Anzahl der zugleich eingesetzten Dichtkon takte bei bekanntem Abriebverhalten vorbestimmbar ist. Eine besonders reibungsarme Lösung besteht darin, immer nur einen Dichtkontakt zu betreiben.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet die Dichtlippe zusammen mit den Anlageflächen eine Labyrinthdichtung. Damit liegt eine Funktionskonzentration vor, die dem Wälzraum beziehungsweise eine zu schützende radiale Dichtlippe mit denselben Bauteilen besser vor Umwelteinflüssen schützt.
Weitere bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es zeigen:
1 eine Dichtlippe im Dichtkontakt mit einer konischen Anlagefläche eines Außenringes,
2 die Dichtlippe aus 1 nach einem substantiellen Materialabrieb, und
3 einen als Schleuderring ausgeführten Dichtungsring mit einer ersten Dichtlippe und einer zweiten, radialen Dichtlippe.
Ausführungsbeispiel
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Dichtlippe 3 im Dichtkontakt 4 mit einer konischen Anlagefläche 2 eines Außenringes 1. Aufgrund des Winkels von ca. 20°, die die Dichtungslippe 3 mit der Anlagefläche 2 einschließt, kann die Vorspannung, die senkrecht zur Anlagefläche 2 gerichtet ist, einen hohen Materialeintrag an die als Abriebfläche fungierende Anlagefläche 2 gewährleisten. Dabei wird eine mit der Zeit nachlassende Vorspannung in Kauf genommen. Eine Dichtwirkung, wie sie üblicherweise von einer radialen Dichtlippe bekannt ist, kann nicht realisiert werden, sondern es soll eine Vordichtung umgesetzt werden, die eine nachgeschaltete radiale Dichtlippe effektiv schützt. Für eine Vordichtung ist eine sehr gut definierte Vorspannung deshalb abkömmlich.
Allerdings unterstützt die Fliehkraft die Wirkung der Dichtlippe 3, falls der die Dichtungslippe haltende Dichtungsring auf einem rotierenden Innenring beziehungsweise einer rotierenden Radnabe festsitzt.
2 zeigt die Dichtlippe 3 im Dichtkontakt 4 aus 1 nach einem substantiellen Materialabrieb, wie er nach einer bestimmten Betriebsdauer vorliegt.
Die gezeigte Dichtlippe 3 bildet mit der Anlagefläche 2 einen Dichtkontakt 4, der nunmehr seine Größe und Position auf der Anlagefläche 2 im Vergleich zu 1 geändert hat. Eine Änderung der Größe ist nahezu jeder Dichtungslippe zu eigen, jedoch eine Änderung der Position führt zu dem vorteilhaften Effekt der Lebensdauerverlängerung der Dichtungsanordnung und damit des Wälzlagers. Aufgrund dieses Effektes der Positionsänderung kann die Dichtlippe 3 auch Wanderlippe genannt werden.
3 zeigt einen als Schleuderring ausgeführten Dichtungsring 14 mit einer ersten Dichtlippe 17 und einer zweiten, radialen Dichtlippe 16.
Der Dichtungsring 14 weist einen ringförmigen Träger 13 aus Metall auf, der dem Dichtungsring 14 Stabilität verleiht. Ferner trägt dieser einen elastischen Teil 19, zum Beispiel ein Elastomer, welcher eine im Vergleich zum Träger 13 eine komplexe Struktur aufweist.
Zum einen bildet der elastische Teil 19 eine Verankerung 15 aus, die den Dichtungsring 14 auf einem Innenring 12 festsetzt. Gleichzeitig dient die Verankerung 15 zur nicht schleifenden Abdichtung zwischen Dichtungsring 14 und Innenring 12.
Als Hauptdichtung wird eine radiale Dichtlippe 16 verwendet, der eine Labyrinthdichtung vorgeschaltet ist, die aus den Anlageflächen 22, 23 des Außenringes 11 und den Anlageflächen 32, 33 der Dichtlippe 17 gebildet wird. Ferner trägt der schleifende Dichtkontakt zwischen der Anlagefläche 21 des Außenringes 11 und der Anlagefläche 31 der Dichtlippe 17 zur Effektivität der Vordichtung bei.
Das durch die Flächen 21, 22, 23 im Längsschnitt gebildete Stufenprofil der Dichtlippe 17 macht die Dichtlippe 17 ebenfalls zur einer Wanderlippe, bei der die Dichtkontakte besser definiert werden können. Beispielsweise kann die Reibungsfläche der Dichtkontakte besser kontrolliert werden. Außerdem kann vorbestimmt werden wie der Dichtkontakt gegen Ende der Lebensdauer des Wälzlagers gestaltet sein soll.
Sobald durch den Effekt des Materialabriebs der Dichtkontakt zwischen denen Anlageflächen 21 und 31 verloren geht, setzen die Anlageflächen 22 und 32 aufeinander auf, um die Abdichtung ihrerseits weiter zu gewährleisten. Mit anderen Worten, der Materialabrieb verkürzt die Dichtlippe 17 derart, dass die Vorspannung nunmehr über einen zweiten Dichtkontakt der Flächen 22 und 23 übertragen wird. Entsprechend wird es sich verhalten, wenn der zweite Dichtkontakt durch den dritten Dichtkontakt zwischen den Flächen 23 und 33 ersetzt wird. Vorteilhaft ist, dass stets nur ein Dichtkontakt für das Reibmoment der Dichtungsanordnung zum Tragen kommt.
Die Vorspannung wird einerseits durch den festen Sitz des Dichtungsrings 14 am Innenring 12 möglich gemacht. Jedoch ist es der elastisch beanspruchbare Bereich 19, der zur Aufnahme der Vorspannungsenergie verwendet wird. Der elastisch beanspruchbare Bereich 19 verbindet statische Bereiche des elastischen Teil 17 in der Nähe des Trägerrings 13 mit den radial weiter außen liegenden Anlageflächen 31, 32, 33 der Dichtlippe 17.
Der gezeigte Dichtungsring 14 vereint die Funktionen eines herkömmlichen Dichtungsringes, eines Schleuderringes und einer Dichtungslippe mit mehreren Dichtungskontakten. Alternativ ist denkbar, dass die Dichtlippe 17 bzw. der Außenring 11 ausgeführt sind wie die Dichtlippe 3 und der Außenring 1 gemäß den 1 und 2.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Dichtungsring zur Abdichtung eines Wälzraumes eines Wälzlagers, insbesondere Radlager, mit einem elastischen Teil, wobei der elastische Teil einen im schleifenden, ersten Dichtkontakt mit einer Anlagefläche stehende Dichtlippe aufweist. Ziel ist es eine Lehre anzugeben, wie eine reibungsarme Dichtungsanordnung geschaffen werden kann, die die Lebensdauer des Wälzlagers verlängert. Hierfür wird für einen ersten Dichtkontakt eine Position auf der Anlagefläche vorgesehen, die vom Materialabrieb der Dichtlippe abhängig ist. Damit ist es möglich über eine auf der Anlagefläche aufliegende Dichtlippe einen erhöhten Materialeintrag zu gewährleisten, damit der Dichtkontakt für lange Zeit aufrechterhalten werden kann.

1: Außenring
2: Anlagefläche
3: Dichtlippe
4: Dichtkontakt
11: Außenring
12: Innenring
13: Träger
14: Dichtungsring
15: Verankerung
16: radiale Dichtlippe
17: elastischer Teil
18: Wälzraum
19: elastisch beanspruchbarer Bereich
21: Anlagefläche des Außenrings
22: Anlagefläche des Außenrings
23: Anlagefläche des Außenrings
31: Anlagefläche der Dichtlippe
32: Anlagefläche der Dichtlippe
33: Anlagefläche der Dichtlippe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1898132 A1 [0002]

Claims

Dichtungsring (14) zur Abdichtung eines Wälzraumes (18) eines Wälzlagers, insbesondere Radlager, mit einem elastischen Teil (17), wobei der elastische Teil (17) eine im schleifenden, ersten Dichtkontakt (4, 21, 31 ) mit einer Anlagefläche (2) stehende Dichtlippe (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des ersten Dichtkontakts (4, 21, 31) auf der Anlagefläche (2) vom Materialabrieb der Dichtlippe (3) abhängig ist.
Dichtungsring (14) nach Anspruch 1, wobei ein aufgrund einer Vorspannung elastisch beanspruchter Bereich (19) des elastischen Teils (17), insbesondere der Dichtlippe (3), in eine Richtung gerichtet ist, die mit der Anlagefläche (2) einen Winkel zwischen 0 und 45° einschließt.
Dichtungsring (14) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Anlagefläche (2) eine Fläche (2) eines Lagerringes oder eine Fläche eines Trägers einer Dichtungsanordnung ist.
Dichtungsring (14) nach Anspruch 1, wobei die Anlagefläche (2) ringförmig, zylindrisch oder konisch ist.
Dichtungsring (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit vom Materialabrieb der Dichtlippe (3) ein zweiter Dichtkontakt (23, 32) entsteht.
Dichtungsring (14) nach Anspruch 5, wobei in Abhängigkeit vom Materialabrieb der Dichtlippe (3) ein dritter Dichtkontakt (23, 33) entsteht.
Dichtungsring (17) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Dichtlippe (3) zusammen mit den Anlageflächen (22, 23) eine Labyrinthdichtung bildet.
Dichtungsanordnung, insbesondere Kassettendichtung, mit einem Dichtungsring (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.