DE102009039279A1 - Dichtungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Dichtungsvorrichtung (6) zum Abdichten eines Zwischenraumes (S) zwischen zwei Elementen (4, 33), welche sich konzentrisch und in Relation zueinander drehen, weist Folgendes auf: ein Kernelement (80), welches in ein Element (4) von den zwei Elementen fest eingesetzt ist; ein Metall-Anschlagelement (7), das in das andere Element (33) von den zwei Elementen fest eingesetzt ist; und ein elastisches Dichtungselement (81), welches fest mit dem Kernelement (80) verbunden ist und eine Dichtungslippe (82) hat, welche mit dem Anschlagelement (7) in einem elastischen und gleitfähigen Kontakt steht. Das Anschlagelement (7) hat eine behandelte Oberfläche für einen gleitfähigen Kontakt (73) mit der Dichtungslippe (82) und ist mittels einer Oberflächenbehandlung hergestellt, welche durch die folgenden Parameter bestimmt ist: der arithmetische Mittelwert der Rauheit Ra ist im Bereich von 0,5 µm bis 1,5 µm; der quadratische Mittelwert der Rauheit Rq ist im Bereich von 0,6 µm bis 2,0 µm; das mittlere Oberflächenfehler-Intervall Sm ist im Bereich von 0,05 mm bis 0,17 mm; und die Peak-Anzahl Pc (50%) ist im Bereich von 20 bis 60.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungsvorrichtung, die folgendes aufweist: ein Kernelement, welches in ein Element von zwei Elementen, welche sich in Relation zueinander und konzentrisch zueinander drehen, fest eingesetzt ist; ein Metall-Anschlagelement, welches in das andere Element von den zwei Elementen fest eingesetzt ist; und ein elastisches Dichtungselement, welches mit einer Dichtungslippe versehen ist, welche mit dem Anschlagelement elastisch und gleitfähig in Kontakt steht und fest an dem Kernelement angebracht ist, so daß ein Zwischenraum zwischen den zwei Elementen abgedichtet wird.
  • Es ist eine Dichtungsvorrichtung bekannt, welche zwischen einem stationären Seitenelement, wie beispielsweise einer Lagereinheit, und einem rotierenden Seitenelement dazwischengesetzt ist, um zu verhindern, daß Wasser und Schmutz in die Radaufhängung von Fahrzeugrädern eindringen. Es wurden in der letzten Zeit einige Maßnahmen ergriffen, um kraftstoffsparende Fahrzeuge zu realisieren, wobei eine Drehmoment-Reduzierung für die Lagereinheit angestrebt wird.
  • Es ist eine Dichtungslippe vorgesehen, um mit einem Anschlagelement, welches an dem rotierenden Seitenelement von der Dichtungsvorrichtung fest eingesetzt ist, elastisch und gleitfähig in Kontakt zu kommen. Wenn die Kraft, mit welcher die Dichtungslippe mit dem Anschlagelement elastisch und gleitfähig in Kontakt steht, groß ist, so hat dies zur Folge, daß die Reibung zwischen dem Anschlagelement und der Dichtungslippe erhöht wird, so daß wiederum ein Einfluß auf das Drehmoment ausgeübt wird und eine Verringerung des Drehmoments verhindert wird.
  • Im Stand der Technik wird die gleitfähige Kontaktfläche von dem Anschlagelement mit der Dichtungslippe bearbeitet, so daß die Reibung mit der Dichtungslippe reduziert wird, um somit das Drehmoment zu reduzieren.
  • Die 7a und 7b zeigen schematisch eine vergrößerte Teilschnittansicht aus dem Stand der Technik, nämlich eine vergrößerte Teilansicht von der gleitfähigen Kontaktfläche des Anschlagelements und der Dichtungslippe. In der Figur ist mit dem Bezugszeichen 70 ein Anschlagelement bezeichnet, das in das rotierende Seitenelement fest eingesetzt ist und eine Dichtungsvorrichtung bildet, wobei das Bezugszeichen 730 die gleitfähige Kontaktfläche von dem Anschlagelement bezeichnet und das Bezugszeichen 750 eine aus einem Klebemittel erstellte Klebschicht bezeichnet.
  • Es gibt mehrere Vorgehensweisen zur Oberflächenbearbeitung der gleitfähigen Kontaktfläche 730 des Anschlagelements 70. Wenn die Kanten konkav und kovex geformt werden, wenn die gleitfähige Kontaktfläche 730 aufgeraut wird, wie in der 7a gezeigt, so tritt ein Problem in der Hinsicht auf, daß die gleitfähige und in Kontakt stehende Dichtungslippe abgenutzt wird.
  • Wenn ein Abstimmungsrad (tone wheel), welches aus einem magnetisierten Gummimaterial hergestellt ist, an der Außenfläche von dem Anschlagelement 70 vorgesehen ist und zusammen mit einem Magnetsensor einen magnetischen Kodierer bildet, so ist das Abstimmungsrad mithilfe von einem Klebemittel integral an dem Anschlagelement 70 angebracht. Im Falle der Verbindung wird das Abstimmungsrad befestigt, nachdem das Anschlagelement 70 gänzlich mit dem Klebemittel durchtränkt ist, so daß an der gleitfähigen Kontaktfläche 730 sogar dann eine Klebeschicht 750 ausgebildet wird, wenn der Aufrauhungsprozess an der gleitfähigen Kontaktfläche 730 ausgeführt wird, wie in 7b gezeigt, so daß die Wirkung der Drehmoment-Reduzierung nachläßt.
  • Die JP-A-2003-148 626 beschreibt einen Fall, bei welchem die gleitfähige Kontaktfläche von dem Anschlagelement mit der Dichtungslippe eine vorbestimmte Oberflächen-Rauheit hat, wobei konkave und konvexe Wölbungen und Ausbauchungen auf die Oberfläche von dem Anschlagelement übertragen werden, wenn das Anschlagelement mit einer Rolle gerollt wird, welche mit einer Konkav-Konkav-Behandlung ausgeführt wird und die Oberfläche von dem Anschlagelement derart bearbeitet wird, daß sie eine vorbestimmte Oberflächen-Rauheit erhält.
  • Die JP-U1-1991-43174 offenbart eine Bearbeitung der gleitfähigen Kontaktfläche von einem Anschlagelement mit einer Dichtungslippe, um die Dichtungsfähigkeit zu verbessern.
  • Die JP-U1-1991-43174 offenbart, daß kugelförmige Objekte, welche eine geeignete Korngröße haben, auf die gleitfähige Kontaktfläche geschossen werden, um eine vorbestimmte Oberflächen-Rauheit zu erlangen.
  • Gemäß der oben erwähnten JP-A-2003-148 626 , bei welcher die Oberflächenbehandlung unter Verwendung einer Rolle mit der Konkav-Konkav-Behandlung ausgeführt wird, werden jedoch die Konkavitäten und Konvexitäten auf der Rollenoberfläche verschlissen, wenn die Rollenübertragung wiederholt wird. Daher ist es schwierig, für eine lange Zeitdauer eine konstante Oberflächen-Rauheit auf die gleitfähige Kontaktfläche von dem Anschlagelement zu übertragen.
  • Gemäß der in der JP-U1-1991-43174 beschriebenen Strahlbehandlung wird die Oberfläche aufgeraut, indem die kugelförmigen Objekte darauf geschossen werden, so daß dadurch die Abnutzung von der Dichtungslippe verhindert werden kann, weil die Konkavitäten und Konvexitäten derart geformt werden können, daß sie keine Kanten haben.
  • In Abhängigkeit von dem Rauheitsgrad der gleitfähigen Kontaktfläche wird jedoch die Abnutzung von der Dichtungslippe beschleunigt, oder es kann die Dichtungsfähigkeit bei der Dichtungsvorrichtung nachteilig beeinflußt werden. Es ist auch bekannt, daß keine Reduzierungswirkung des Drehmoments erreicht wird.
  • Die vorliegende Erfindung dient zum Lösen der oben erwähnten Probleme und gibt eine Dichtungsvorrichtung an, welche das Drehmoment und die Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe reduzieren kann.
  • Bei der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche die oben erwähnten Probleme löst, weist die Dichtungsvorrichtung zum Abdichten eines Zwischenraumes zwischen zwei Elementen, welche sich konzentrisch und in Relation zueinander drehen, folgendes auf: ein Kernelement, welches in das einen Element von den zwei Elementen fest eingesetzt ist; ein Metall-Anschlagelement, das in des andere Element von den zwei Elementen fest eingesetzt ist; und ein elastisches Dichtungselement, welches an das Kernelement fest angebracht ist und eine Dichtungslippe hat, welche mit dem Anschlagelement in einem elastischen und gleitfähigen Kontakt steht.
  • Das Anschlagelement hat eine behandelte Oberfläche für einen gleitfähigen Kontakt mit der Dichtungslippe und ist mittels einer Oberflächenbehandlung hergestellt, welche durch die folgenden Parameter bestimmt ist: der quadratische Mittelwert der Rauheit Ra ist im Bereich von 0,5 μm bis 1,5 μm; der quadratische Mittelwert der Rauheit Rq ist im Bereich von 0,6 μm bis 2,0 μm; das mittlere Oberflächenfehler-Intervall Sm ist im Bereich von 0,05 mm bis 0,17 mm; und die Peak-Anzahl Pc (50%) ist im Bereich von 20 bis 60.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt derart bestimmt, daß ein Fehler zwischen einem Wert A, welcher durch den mathematischen Ausdruck A = 0,8642 Rq – 0,5078 Sm – 0,0012 Pc + 0,0516 berechnet ist, und einem gemessenen Wert des Wertes Ra die Bedingung erfüllt, daß der Fehler zwischen dem berechneten Wert A und dem gemessenen Wert von (A – Ra)/Ra × 100(%) eine Fehlerverteilung hat, die beim Messen in beliebigen Richtungen innerhalb von +/–7% bei statistischer Betrachtung von 3σ ist Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das eine Element ein stationäres Seitenelement und ist das andere Element ein rotierendes Seitenelement, und das Anschlagelement weist einen einsetzbaren zylindrischen Bereich, welcher in das rotierende Seitenelement einsetzbar ist, und einen Randbereich auf, welcher sich in radialer Richtung des Anschlagelements von einem Ende von der Außenseite in Relation zu einem Teil des abzudichtenden einsetzbaren zylindrischen Bereiches erstreckt. Ein Abstimmungsrad, welches mit einer Vielzahl von N-Polen und S-Polen magnetisiert ist, wird integral an einer gegenüberliegenden Fläche von der behandelten Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt auf eine solche Art und Weise befestigt, daß die N-Pole und S-Pole entlang seiner Umfangsrichtung abwechselnd ausgerichtet sind, wobei die behandelte Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt des Anschlagelements durch eine Oberflächenbehandlung ausgebildet ist, nachdem das Abstimmungsrad an der gegenüberliegenden Seite von der behandelten Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt angebracht worden ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das eine Element ein stationäres Seitenelement und das andere Element ein rotierendes Seitenelement; das Anschlagelement weist einen einsetzbaren zylindrischen Bereich, welcher in das umlaufende Seitenelement einsetzbar ist, und einen Randbereich auf, welcher sich in radialer Richtung des Anschlagelements von einem Ende von der Außenseite in Relation zu einem Teil des abzudichtenden einsetzbaren zylindrischen Bereiches erstreckt; ein Abstimmungsrad, welches mit einer Vielzahl von N-Polen und S-Polen magnetisiert ist, ist integral an einer gegenüberliegenden Seite von der behandelten Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt auf eine solche Art und Weise angebracht, daß die N-Pole und S-Pole entlang seiner Umfangsrichtung abwechselnd ausgerichtet sind; die behandelte Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt des Anschlagelements wird durch eine Oberflächenbehandlung ausgebildet, nachdem ein Klebemittel auf die gesamte Oberfläche des Anschlagelements aufgebracht ist und die andere Oberfläche, mit Ausnahme der behandelten Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt, abgedeckt worden ist; daraufhin wird die Abdeckung entfernt, und danach das Abstimmungsrad integral an dem Anschlagelement angebracht.
  • Bei der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die behandelte Oberfläche des Anschlagelements für den gleitfähigen Kontakt mit der Dichtungslippe derart bearbeitet, daß der arithmetische Mittelwert der Rauheit Ra im Bereich von 0,5 μm bis 1,5 μm ist; der quadratische Mittelwert der Rauheit Rq im Bereich von 0,6 μm bis 2,0 μm ist; das mittlere Abweichungs-Intervall Sm im Bereich von 0,05 mm bis 0,17 mm ist; und die Peak-Anzahl Pc (50%) im Bereich von 20 bis 60 ist, so daß es möglich ist, eine rauhe Oberfläche mit einem geringen Rauhigkeitsabstand und ohne Kanten auszubilden.
  • Daher kann der Reibungswiderstand der behandelten Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt reduziert werden, und es kann das Drehmoment reduziert werden, während die Dichtungsfähigkeit beibehalten wird. Ferner kann auch die Wärmeerzeugungstemperatur der Dichtungslippe reduziert werden, so daß Dichtungselemente mit einer langen Lebensdauer realisiert werden. Ferner kann eine Kraftstoffeinsparung erzielt werden, wenn die Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Lagereinheit eines Fahrzeuges eingebaut wird.
  • Die Erfinder haben die oben erwähnten vorbestimmten Parameter erhalten, nachdem viele Versuche und Experimente hinsichtlich der Oberflächenbehandlung unter Verwendung von verschiedenen Parametern ausgeführt worden sind. Durch die Parameter wird, im Gegensatz zu jenen bei einer einfachen Oberflächenbehandlung, eine bemerkenswerte Reduzierung des Drehmoments ohne eine Beeinträchtigung der Dichtungsfähigkeit erzielt.
  • Wenn der Wert kleiner als der oben erwähnte vorbestimmte Parameter wird, hat die Reibungskraft zwischen dem Anschlagelement und der Dichtungslippe die Tendenz, anzusteigen, und es kann keine reduzierende Wirkung des Drehmoments erwartet werden.
  • Wenn der Wert größer als der oben erwähnte vorbestimmte Parameter wird, so wird die reduzierende Wirkung des Drehmoments allmählich gesättigt, und es zeigt sich eine nachteilige Wirkung hinsichtlich der Dichtungsfähigkeit.
  • Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt, welcher eine Ausführungsform zeigt, bei welcher die Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 2 eine vergrößerte Ansicht des Bereiches „X” in 1.
  • 3 eine vergrößerte Ansicht des Bereiches „Y” in 2.
  • 4 eine modifizierte Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine ähnliche Ansicht wie in 2 dargestellt ist.
  • 5 eine Tabelle mit experimentellen Ergebnissen, wie beispielsweise den gemessenen Werten, den berechneten Werten und der Reduzierungsrate, gemäß den Experimenten.
  • 6 ein Diagramm, welches die experimentellen Ergebnisse von 5 darstellt.
  • 7a und 7b schematische Teilschnittansichten, welche die Oberfläche des Anschlagelements für den gleitfähigen Kontakt von einer Dichtungsvorrichtung aus dem Stand der Technik anzeigen.
  • Verschiedene Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • 1 zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsform, bei welcher die Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ist; 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereiches „X” in 1; 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereiches „Y” in 2; und 4 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung und ist eine ähnliche Ansicht wie die in 2 dargestellte.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des Aufbaus, welcher Fahrzeugräder in Relation zu einer Antriebswelle 2 mithilfe von einer Kugellagereinheit 1 lagert. Ein Rad (nicht gezeigt) wird an einer Radnabe 3, welche einen Innenring bildet, mit einer Schraube 31 befestigt. Mit dem Bezugszeichen 32 ist eine Keilwellen-Bohrung, welche in der Radnabe 3 ausgebildet ist, bezeichnet, wobei die Antriebswelle 2 über eine Keilverzahnung in die Keilwellen-Bohrung 32 so eingesetzt ist, daß sie mit der Radnabe 3 integral befestigt ist, so daß die Rotations-Antriebskraft von der Antriebswelle 2 auf das Rad übertragen wird. Mit dem Bezugszeichen 33 ist ein Innenringelement bezeichnet, welches, zusammen mit der Radnabe 3, einen Innenring bildet.
  • Mit dem Bezugszeichen 4 ist ein Außenring bezeichnet, welcher fest an der Fahrzeug-Radaufhängung (nicht gezeigt) angebracht ist. Es sind zwei Reihen von Wälzelementen (Kugeln) 5 dazwischengesetzt, welche von einem Käfig 51 zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring (Radnabe 3 und Innenringelement 33) gelagert sind. Mit den Bezugszeichen 6 und 6' sind Dichtungsvorrichtungen bezeichnet, um eine Leckage eines Schmiermittels (Schmierfett und dergleichen), welches in dem Wälzbereich von den Wälzelementen 5 vorgesehen ist, zu verhindern, und um den Eintritt von Schmutz oder Wasser von außen zu verhindern. Dabei sind sie unter Druck zwischen dem Außenring 4 und dem Innenring (Radnabe 3 und Innenringelement 33) eingesetzt.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereiches „X” in 1, bei welchem ein ringförmiges Anschlagelement 7, das durch eine Metallblech-Verarbeitung von Stahl (SUS430 und dergleichen) hergestellt ist, unter Druck in den Umfangskörper an der Innenradseite (Radnabe 3 und Innenradelement 33) eingesetzt ist. Das Anschlagelement 7 weist einen eingesetzten zylindrischen Bereich 71, welcher an dem Umfangskörper von dem Innenrad (Radnabe 3 und Innenradelement 33) eingesetzt ist, und einen Randbereich 72 auf, welcher sich radial an einem Ende von dem eingesetzten zylindrischen Bereich 71 erstreckt, und zwar gegenüberliegend zu einem abgedichteten Bereich S.
  • Ferner ist ein Dichtungselement 8, welches aus einem Gummimaterial hergestellt ist, welches aus NBR, H-NBR, ACM, AEM, FKM und dergleichen ausgewählt ist, unter Druck eingesetzt. Das Dichtungselement 8 weist ein Kernelement 80, welches aus rostfreiem Stahl, Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt und dergleichen hergestellt ist, und einen Lippenkörper 81 auf, welcher aus einem elastischen Material, wie z. B. Gummimaterial, hergestellt ist, welches integral mit dem Kernelement 80 ausgebildet ist.
  • Der Lippenkörper 81 besitzt eine Vielzahl von Dichtungslippen 82, welche sich zungenförmig erstrecken. Wenn das Anschlagelement 7 und das Dichtungselement 8 eingesetzt und miteinander kombiniert sind, um die Dichtungsvorrichtung 6 auszubilden, so treten die Enden von den Dichtungslippen 82 elastisch mit der Oberfläche von dem Anschlagelement 7 in Kontakt, was zu einer elastischen Verformung führt. Das Dichtungselement 8 ist in diesem Zustand in den Umfangskörper (innere Umfangsoberfläche) von dem Außenrad 4 eingesetzt.
  • Somit ist die Dichtungsvorrichtung 6 mit dem Anschlagelement 7 und dem Dichtungselement 8 ausgebildet, wobei die Fläche des Anschlagelements 7, mit welcher die Dichtungslippen 82 elastisch in Kontakt treten, eine Dichtungsfläche (im folgenden als behandelte Oberfläche 73 zum gleitfähigen Kontakt bezeichnet) wird, wobei sie, begleitet von einer Drehung des Innenrades (Radnabe 3 und Innenradelement 33), gleitfähig in Kontakt zueinander treten, so daß der Eintritt von Schmutz oder Wasser in die Lagereinheit 1 von außen und die Leckage von Schmierfett und dergleichen, welches in der Lagereinheit 1 enthalten ist, verhindert werden.
  • In der Figur sind drei Dichtungslippen 82 vorgesehen, jedoch ist die Form der Dichtungslippen nicht auf die in der Figur dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die behandelte Oberfläche 73 zum gleitfähigen Kontakt kann mit Schmierfett, basierend auf synthetischen Kohlenwasserstoffen oder Mineralöl, belegt sein.
  • Die behandelte Oberfläche 73 zum gleitfähigen Kontakt des Anschlagelements 7 mit der Dichtungslippe 82 ist derart bearbeitet, daß die folgenden vorbestimmten Parameter (JIS B0601-1994) eingehalten werden.
  • Der arithmetische Mittelwert der Rauheit Ra liegt im Bereich von 0,5 μm bis 1,5 μm.
  • Der quadratische Mittelwert der Rauheit Rq liegt im Bereich von 0,6 μm bis 2,0 μm.
  • Das mittlere Abweichungs-Intervall Sm liegt im Bereich von 0,05 mm bis 0,17 mm.
  • Die Peak-Anzahl Pc (50%) liegt im Bereich von 20 bis 60.
  • Diese vorbestimmten Parameter wurden von den Erfindern im Verlaufe von wiederholten Versuchen und Experimenten bei der Ausführung der Oberflächenbehandlung unter Verwendung von mehreren Parametern erhalten. Ein Beispiel eines experimentellen Ergebnisses, bei welchem sich die Reduzierung des Drehmomentes und der Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe gemäß diesen Parametern einstellt, wird im folgenden erläutert.
  • 3 zeigt schematisch die Form der behandelten Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt und ist eine vergrößerte Ansicht des Bereiches „Y” in 2.
  • Die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt, welche basierend auf den oben erwähnten vorbestimmten Parametern ausgebildet ist, ist eine rauhe Oberfläche mit einem kleinen Rauheitsabstand, ohne daß Kanten vorliegen. Das Verfahren der Oberflächenbehandlung der behandelten Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt, welches die oben erwähnten vorbestimmten Parameter einhält, ist nicht beschränkt; jedoch kann das Anschlagelement 7 durch ein Stanzen ausgebildet werden, und es kann das Verfahren eine Konkav-Konvex-Übertragungs-Behandlung, bei welcher eine Form, die mit Konkavitäten und Konvexitäten ausgebildet ist, auf das Anschlagelement 7 übertragen wird, eine Nass-Strahlbehandlung oder eine Kugelstrahl-Behandlung umfassen.
  • Wenn der Fehler des Wertes A, welcher mit dem folgenden mathematischen Ausdruck (1) berechnet ist, und der gemessene Wert des oben erwähnten arithmetischen Mittelwerts der Rauheit Ra die folgende Bedingung (1) erfüllen, können der Drehmomentwert und die Wärmeerzeugungstemperatur weiter reduziert werden. Eine Erläuterung bezogen auf das experimentelle Ergebnis erfolgt später.
  • Mathematischer Ausdruck (1): A = 0,8462 Rq – 0,5078 Sm – 0,0012 Pc + 0,0516.
  • Bedingung (1):
  • Hinsichtlich des Fehlers des berechneten Wertes A und des gemessenen Wertes von Ra, nämlich (A – Ra)/Ra·100 (%), ist die Verteilung des oben erwähnten Fehlers, die beim Messen in beliebigen Richtungen erhalten wird, innerhalb von +/–7% bei statistischer Betrachtung von 3σ.
  • Um die obige Bedingung (1) zu erfüllen, wird bei der Kugelstrahl-Behandlung, bei welcher winzige feste Partikel auftreffen, der Durchmesser der winzigen festen Partikel eingestellt, oder es wird die Beschußgeschwindigkeit gesteuert, so daß die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt ausgebildet wird, welche die Bedingung erfüllt. Als winzige feste Partikel werden Stahlkugeln verwendet, welche einen Durchmesser von 40 bis 200 μm haben, und wenn diese derart geschossen werden, daß sie bei einer höheren Beschußgeschwindigkeit als 100 m/sec auf die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt auftreffen, kann die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt mit der gewünschten Rauheit ausgebildet werden. Es können winzige feste Partikel verwendet werden, welche aus Metall, Glas oder Keramik bestehen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf die in der Figur dargestellte Lagereinheit 1 beschränkt, sondern sie kann selbstverständlich auch bei einem Lagermechanismus angewendet werden, bei welchem das Innenrad fixiert ist oder das Außenrad fixiert ist.
  • Im folgenden wird 4 erläutert, welche eine modifizierte Ausführungsform der Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt und eine ähnliche Ansicht ist, wie sie 2 zeigt. Die gleichen Elemente wie in der oben beschriebenen Ausführungsform tragen die gleichen Bezugszeichen, wobei deren erneute Erläuterung weggelassen wird.
  • Bei der in der Figur gezeigten Dichtungsvorrichtung 6 ist ein Abstimmungsrad 9, an welchem eine Vielzahl von N-Polen und S-Polen abwechselnd entlang der Umfangsrichtung ausgebildet sind, integral an einer Fläche 74 angebracht (nämlich jener Fläche, welche dem Dichtungsbereich S gegenüberliegt), und zwar gegenüberliegend zu der behandelten Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt des Randbereiches 72 von dem Anschlagelement 7.
  • Es ist ein fixierter Magnetsensor 10 für das Außenrad 4 oder das stationäre Seitenelement des Fahrzeugkörpers vorgesehen und enthält einen magnetischen Kodierer E, welcher zusammen mit dem Abstimmungsrad 9 die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades erfaßt. Das Abstimmungsrad 9 besteht aus einer magnetisierten Gummimaterial-Flächenkörper, bei dem ein Magnetpulver, wie beispielsweise Ferrit oder seltene Erden, zuvor mit einem Gummimaterial gemischt ist, welches aus NBR, H-NBR, ACM, AEM, FKM und dergleichen besteht, und welches dann magnetisiert wird, indem eine Vielzahl von N-Polen und S-Polen abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet werden. Das Abstimmungsrad 9 ist nicht beschränkt auf eines aus dem magnetisierten Gummimaterial, sondern es kann auch ein Kunststoff-Magnet oder ein Sinter-Magnet sein.
  • Das Abstimmungsrad 9 ist fest an der Seite 74, gegenüberliegend zu der behandelten Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt des Randbereiches 72 von dem Anschlagelement 7, mit einem Kleber befestigt. Das Klebemittel ist vorzugsweise ein Klebemittel auf Epoxybasis, es kann jedoch auch ein elastischer Kleber sein, wie beispielsweise ein Dichtungsmittel oder ein Elastomer-Kleber.
  • Die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt des Anschlagelements 7 ist derart fertig bearbeitet, daß sie die vorbestimmten Parameter wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform besitzt. Die Oberflächenbehandlung wird ausgeführt, nachdem das Abstimmungsrad 9 an dem Anschlagelement 7 angebracht worden ist; genauer gesagt, sie wird auf der Klebeschicht ausgeführt, welche mit dem Klebemittel angebracht ist.
  • In diesem Fall wird, auch wenn das Abstimmungsrad 9 befestigt wird, nachdem das Anschlagelement 7 gänzlich in das Klebemittel eingetaucht worden ist, die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt, welche der Oberflächenbehandlung unterzogen worden ist, nicht durch die Klebeschicht beeinträchtigt, so daß der Reibungswiderstand von der behandelten Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt reduziert werden kann. Daher kann das Drehmoment reduziert werden, während gleichzeitig die Dichtungsfähigkeit beibehalten wird und eine Kraftstoffeinsparung eines Fahrzeugs realisiert werden kann.
  • Die oben erwähnte Oberflächenbehandlung kann derart ausgeführt werden, daß das Anschlagelement 7 gänzlich in das Klebemittel eingetaucht wird, um eine Klebschicht auszubilden, und daß danach jener Bereich, welcher nicht die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt bildet, welche der Oberflächenbehandlung unterzogen wird, abgedeckt wird; dann wird die Oberflächenbehandlung der Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt durchgeführt wird, anschließend die Abdeckung entfernt, und das Abstimmungsrad 9 dann integral an dem Anschlagelement 7 befestigt.
  • Auch wird in diesem Fall die behandelte Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt nicht durch die Klebeschicht beeinträchtigt, welche durch das Klebemittel ausgebildet ist, welches auf das gesamte Anschlagelement 7 aufgebracht wird. Die Oberflächenbehandlung wird auf der Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt ausgeführt, so daß der Reibungswiderstand der behandelten Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt reduziert wird. Daher kann das Drehmoment in diesem Fall reduziert werden, während gleichzeitig die Dichtungsfähigkeit beibehalten wird und eine Kraftstoffeinsparung eines Fahrzeugs realisiert werden kann.
  • Der Verfahrensablauf der Oberflächenbehandlung auf der Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt des Anschlagelements 7 ist nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt, bei welcher die Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt mittels der Oberflächenbehandlung bearbeitet wird, danach jener Bereich, welcher von der zu behandelnden Oberfläche 73 für gleitfähigen Kontakt verschieden ist, nämlich lediglich jene Fläche, an welcher das Abstimmungsrad 9 zu befestigen ist, mit dem Klebemittel überzogen wird, und dann das Abstimmungsrad 9 mit dem Anschlagelement 7 verbunden wird.
  • Es ist jedoch erforderlich, daß die Oberfläche 73 für den gleitfähigen Kontakt mittels der Oberflächenbehandlung bearbeitet wird, um die vorgegebene Parameter-Bedingung zu erfüllen, ohne durch die Klebeschicht beeinträchigt zu werden.
  • Als nächstes wird ein experimentelles Beispiel, welches zeigt, daß die Drehmoment-Reduzierung und die Wärmeerzeugungstemperatur-Reduzierung von der Dichtungslippe mit dem oben erwähnten vorbestimmten Parameter erreicht werden können, unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
  • 5 zeigt eine Tabelle der experimentellen Ergebnisse von dem gemessenen Wert, dem berechneten Wert und der Reduzierungsrate gemäß den Experimenten, und 6 zeigt ein Diagramm aufgrund der experimentellen Ergebnisse in 5.
  • Experimentelle Ergebnisse
  • Es wurden Anschlagelemente von Proben A bis H unter Verwendung von einem Metallmaterial aus SUS430 vorbereitet.
  • Die Probe A hat ein Anschlagelement ohne Oberflächenbehandlung und war aus Walzblech hergestellt. Die Probe B war ein Anschlagelement, das durch Ausstanzen des oben erwähnten Metallmaterials hergestellt war. Probe C war ein Anschlagelement, das aus dem oben erwähnten Metallmaterial hergestellt war, wobei die behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt mit der Dichtungslippe mit der die oben erwähnten Konkavitäts-Konvexitäts-Übertragungs-Behandlung bearbeitet war.
  • Die Proben D bis H waren Anschlagelemente, deren behandelte Oberflächen für den gleitfähigen Kontakt mit der Dichtungslippe durch eine Kugelstrahl-Behandlung behandelt waren. Die Kugelstrahl-Behandlung für die Proben D bis H wurde dabei derart ausgeführt, daß winzige feste Partikel aus Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 40 bis 200 μm aufgeschossen wurden und mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 m/sec auftrafen, und wobei die behandelte Oberfläche mit einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt wurde, um die winzigen festen Partikel zu entfernen.
  • Diese acht Proben wurden mit einem Drehmoment-Meßinstrument überprüft, und das Drehmoment wurde bei einer Drehzahl von 500 Umdrehungen pro Minute gemessen, wobei die Dichtungslippe im gleitfähigen Kontakt mit der behandelten Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt stand, und es wurde die Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe gemessen. Die Temperatur bei dem Experiment war hierbei Raumtemperatur.
  • Hinsichtlich der Oberflächen-Rauheit von der behandelten Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt der Proben A bis H mit der Dichtungslippe, wurde der Parameter von der Oberflächen-Rauheit basierend auf JIS B0601-1994 gemessen. In 5 bezeichnet das Bezugszeichen Ra (μm) den arithmetischen Mittelwert der Rauheit, Rq (μm) gibt den quadratischen Mittelwert der Rauheit an, Sm (mm) gibt das mittlere Abweichungs-Intervall an, und Pc (50%) gibt die Spitzen-Anzahl an.
  • Ergebnisse
  • Die 5 und 6 zeigen jeweils das Ergebnis des oben erwähnten Experiments. 5 gibt folgendes an: die Oberflächenbehandlungs-Bedingung der behandelten Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt an, wobei jeder Parameter der Oberflächen-Rauheit der behandelten Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt, den Fehler, welcher durch den berechneten Wert A durch den mathematischen Ausdruck (1) und den gemessen Wert Ra erhalten wird, die Drehmoment-Reduzierungsrate und die Wärmeerzeugungstemperatur-Reduzierungsrate, welche durch die experimentellen Ergebnisse erhalten werden, für die acht oben erwähnten Anschlagelemente.
  • Der in der Tabelle von 5 angezeigte Fehler ist jener Fehler, welcher anhand der Daten in dem Fall berechnet ist, bei welchem die gemessene Anzahl n = 50 beträgt, wobei die behandelten Oberflächen für den gleitfähigen Kontakt der Proben A bis H in beliebigen Richtungen gemessen sind, und wobei der Fehler innerhalb des Bereiches von +/–3σ den Wert 99,8% ergibt. Die Drehmoment-Reduzierungsrate und die Wärmeerzeugungstemperatur-Reduzierungsrate zeigen jeweils die Rate in Bezug auf die Probe A an, welche als Standard angesetzt ist.
  • Gemäß der Probe A sind der gemessene Wert Rq (μm) und Pc (50%) außerhalb des numerischen Bereiches von dem oben erwähnten Parameter, wobei keinerlei Oberflächenbehandlung vorgenommen wurde. Wie in dem experimentellen Ergebnis gezeigt, sind die Drehmoment-Reduzierungsrate und die Wärmeerzeugungstemperatur-Reduzierungsrate der Proben B bis H im Vergleich zu der als Standard angesetzten Probe A niedriger. Wenn der Fehler (%) von der Probe A berechnet wird, beträgt dieser –132,5% bis 136,4% in dem Bereich von +/–3σ mit dem Wert 99,8%, und übersteigt den Bereich von +/–7% in der Bedingung (1) sehr stark.
  • Die Probe B ist durch Stanzen oder Schneiden oberflächenbehandelt, um den numerischen Bereich von dem oben erwähnten vorbestimmten Parameter zu erfüllen. Anhand der experimentellen Ergebnisse ist zu erkennen, daß jene Probe, welche den oben erwähnten vorbestimmten Parameter erfüllt und oberflächenbehandelt ist, eine hervorragende Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Reduzierung des Drehmoments und der Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe ergibt.
  • Die Probe C ist mit einer Konkavitäts-Konvexitäts-Übertragungs-Behandlung oberflächenbehandelt, um den numerischen Bereich von dem oben erwähnten vorbestimmten Parameter zu erfüllen. Anhand der experimentellen Ergebnisse ist zu erkennen, daß die Probe, welche den oben erwähnten vorbestimmten Parameter erfüllt und oberflächenbehandelt ist, eine hervorragende Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Reduzierung des Drehmoments und der Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe zeigt.
  • Die nächsten Proben D bis H haben eine Rauheits-Behandlung durch Kugelbestrahlung durchlaufen, um den numerischen Bereich von dem oben erwähnten Parameter zu erfüllen und die oben erwähnte Bedingung (1) zu erfüllen. Anhand der experimentellen Ergebnisse ist zu erkennen, daß sie eine hervorragende Leistungsfähigkeit hinsichtlich dessen zeigen, daß die Drehmoment-Reduzierungsrate von den Proben D bis H Werte von –27% bis –55% ergibt und die Reduzierungsrate von der Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe Werte von –27% bis –53% liefert.
  • Daraus kann gefolgert werden, daß das Drehmoment beständig reduziert werden kann, wenn die behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt derart bearbeitet ist, daß sie, zusätzlich zu dem oben erwähnten vorbestimmten Parameter, auch die Bedingung (1) erfüllt. Zusätzlich kann der Widerstandswert von der Dichtungslippe überprüft werden, indem die Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe gemessen wird.
  • Daraus kann die Schlußfolgerung gezogen werden, daß der Widerstand, welcher auf die Dichtungslippe wirkt, gering ist, wenn die Wärmeerzeugungstemperatur reduziert wird, und daß das Dichtungselement gemäß den Proben B bis H eine längere Lebensdauer erreicht.
  • 6 ist ein Diagramm, welches die Relationen der Reduzierungsrate des Drehmoments, der Reduzierungsrate der Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe und des arithmetischen Mittelwerts der Rauheit Ra, basierend auf dem experimentellen Ergebnis von 5, angibt. Die vertikale Achse in dem Diagramm von 6 zeigt die Reduzierungsrate des Drehmoments und die Reduzierungsrate der Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe an, und die horizontale Achse gibt den gemessenen arithmetischen Mittelwert der Rauheit Ra (μm) an.
  • Anhand des Diagramms ist zu erkennen, daß das Drehmoment und die Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe von der Probe A, verglichen mit den Proben B bis H, welche oberflächenbehandelt sind, nicht reduziert sind, wohingegen die Proben B bis H ein hervorragendes Leistungsvermögen bei der Reduzierung des Drehmoments und der Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe zeigen.
  • Wie oben erwähnt, wurde herausgefunden, daß dann, wenn die behandelte Oberfläche des Anschlagelementes für den gleitfähigen Kontakt derart behandelt ist, daß sie den oben erwähnten vorbestimmten Parameter erfüllt, das Drehmoment und die Wärmeerzeugungstemperatur von der Dichtungslippe reduziert werden können. Wenn die oben erwähnte Bedingung (1) erfüllt wird, kann ferner die oben erwähnte Reduzierungswirkung wirksamer und beständiger erzielt werden.
    • 1
    Lagereinheit
    6
    Dichtungsvorrichtung
    7
    Anschlagelemente
    73
    Behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt
    8
    Dichtungselement
    80
    Kernelement
    82
    Dichtungslippe
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • - JIS B0601-1994 [0041]
    • - JIS B0601-1994 [0070]

Claims (4)

  1. Dichtungsvorrichtung (6) zum Abdichten eines Zwischenraumes (S) zwischen zwei Elementen (4, 33), welche sich konzentrisch zueinander und in Relation zueinander drehen, die folgendes aufweist: ein Kernelement (80), welches in ein Element (4) von den zwei Elementen fest eingesetzt ist; ein Metall-Anschlagelement (7), das in das andere Element (33) von den zwei Elementen fest eingesetzt ist; und ein elastisches Dichtungselement (81), welches fest mit dem Kernelement (80) verbunden ist und eine Dichtungslippe (82) hat, welche mit dem Anschlagelement (7) in einem elastischen und gleitfähigen Kontakt steht, wobei das Anschlagelement (7) eine behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt (73) mit der Dichtungslippe (82) hat und mittels einer Oberflächenbehandlung hergestellt ist, welche durch die folgenden Parameter bestimmt ist: der arithmetische Mittelwert der Rauheit Ra ist im Bereich von 0,5 μm bis 1,5 μm; der quadratische Mittelwert der Rauheit Rq ist im Bereich von 0,6 μm bis 2,0 μm; das mittlere Oberflächenfehler-Intervall Sm ist im Bereich von 0,05 mm bis 0,17 mm; und die Peak-Anzahl Pc (50%) ist im Bereich von 20 bis 60.
  2. Dichtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 1, bei welcher die behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt (73) derart bestimmt ist, daß ein Fehler zwischen einem Wert A, welcher durch den mathematischen Ausdruck A = 0,8642 Rq – 0,5078 Sm – 0,0012 Pc + 0,0516berechnet ist, und einem gemessenen Wert des Wertes Ra die Bedingung erfüllt, daß der Fehler zwischen dem berechneten Wert A und dem gemessenen Wert von (A – Ra)/Ra·100 (%) eine Fehlerverteilung hat, die beim Messen in beliebigen Richtungen erhalten wird, welche innerhalb von +/–7% bei statistischer Betrachtung von 3σ liegt.
  3. Dichtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das eine Element ein stationäres Seitenelement (4) ist und das andere Element ein rotierendes Seitenelement (33) ist, wobei das Anschlagelement (7) einen einsetzbaren zylindrischen Bereich (71), welcher in das umlaufende Seitenelement (33) einsetzbar ist, und einen Randbereich (72) aufweist, welcher sich in radialer Richtung des Anschlagelements (7) von einem Ende von der Außenseite relativ zu einem Teil des abzudichtenden einsetzbaren zylindrischen Bereiches (71) erstreckt, wobei ein Abstimmungsrad (9), welches mit einer Vielzahl von N-Polen und S-Polen magnetisiert ist, integral an einer gegenüberliegenden Fläche (74) von der behandelten Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt (73) auf eine solche Art und Weise befestigt ist, daß die N-Pole und S-Pole entlang seiner Umfangsrichtung abwechselnd ausgerichtet sind, und wobei die behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt (73) des Anschlagelements (7) durch eine Oberflächenbehandlung gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist, nachdem das Abstimmungsrad (9) an der gegenüberliegenden Seite von der behandelten Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt (73) angebracht worden ist.
  4. Dichtungsvorrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das eine Element ein stationäres Seitenelement (4) ist und ist das andere Element ein rotierendes Seitenelement (33) ist, wobei das Anschlagelement (7) einen einsetzbaren zylindrischen Bereich (71), welcher in das umlaufende Seitenelement (33) einsetzbar ist, und einen Randbereich (72) aufweist, welcher sich in radialer Richtung des Anschlagelements (7) von einem Ende von der Außenseite relativ zu einem Teil des abzudichtenden einsetzbaren zylindrischen Bereiches (71) erstreckt, wobei ein Abstimmungsrad (9), welches mit einer Vielzahl von N-Polen und S-Polen magnetisiert ist, integral an einer gegenüberliegenden Fläche (74) von der behandelten Oberfläche zum gleitfähigen Kontakt (73) auf eine solche Art und Weise befestigt ist, daß die N-Pole und S-Pole entlang seiner Umfangsrichtung abwechselnd ausgerichtet sind, und wobei die behandelte Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt (73) des Anschlagelements (7) durch eine Oberflächenbehandlung gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist, nachdem ein Klebemittel auf die gesamte Oberfläche von dem Anschlagelement (7) aufgebracht ist und die andere Oberfläche, mit Ausnahme der behandelten Oberfläche für den gleitfähigen Kontakt, abgedeckt ist, die Abdeckung danach entfernt worden ist, und das Abstimmungsrad (9) danach integral an dem Anschlagelement (7) angebracht worden ist.
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