DE102010054409A1

DE102010054409A1 - Dichteinrichtung und Drehlager mit dieser

Info

Publication number: DE102010054409A1
Application number: DE201010054409
Authority: DE
Inventors: Darius Dlugai; Tilman ULRICH; Sven Hager
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-06-14
Also published as: CN103261758A; CN103261758B; US20130322791A1; US9062776B2; WO2012080027A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichteinrichtung (1) für zwei aufeinander gelagerte und gegeneinander verlagerbare Bauteile (4, 5) insbesondere eines Drehlagers (2) mit einem stationär an einem der Bauteile (4) angeordneten Elastomerteil (7) mit zumindest einer gegenüber einer Gegendichtfläche (9, 10) des anderen Bauteils (5) dichtenden Dichtfläche (11, 12). Um den Verschleiß und Reibungswiderstände der Dichteinrichtung (1) zu verringern, ist zumindest eine Dichtfläche (11) gegenüber der Gegendichtfläche (9) bezüglich ihrer Anpresskraft von außen steuerbar angeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Dichteinrichtung für zwei aufeinander gelagerte und gegeneinander verlagerbare Bauteile insbesondere eines Drehlagers mit einem stationär an einem der Bauteile angeordneten Elastomerteil mit zumindest einer gegenüber einer Gegendichtfläche des anderen Bauteils dichtenden Dichtfläche.
Hintergrund der Erfindung
Gattungsgemäße Dichteinrichtungen sind beispielsweise in Drehlagern wie Wälzlagern vorgesehen, um einen Schmiermittelraum gegen austretendes Schmiermittel und in diese eintretende Verschmutzungen zu schützen. Hierzu ist zwischen einem drehenden Bauteil und einem nicht drehenden Bauteil an deren Stirnseiten die gattungsgemäße Dichteinrichtung angebracht. Die DE 10 2005 035 027 A1 zeigt eine derartige Dichteinrichtung, bei der ein Elastomerteil mittels axial und radial gegen entsprechende Gegendichtflächen vorgespannte Dichtflächen wie Dichtlippen einen dynamischen Dichtkontakt ausbildet. Durch die eingestellte Vorspannkraft stellt sich an den Dichtlippen Verschleiß ein, der über Lebensdauer durch Bereitstellung von Übermaßen vorgehalten werden muss, so dass zumindest im neuwertigen Zustand eine erhöhte Anpresskraft resultiert. Die Anpresskraft macht sich wiederum negativ bei der Reibung der Dichteinrichtung und damit der Baueinheit wie Drehlager, Axialführung und dergleichen negativ bemerkbar, so dass Verlustleistungen der Baueinheit mit gesteigertem Energieverbrauch auftreten.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist daher die Weiterbildung einer Dichteinrichtung und einer Baueinheit mit dieser in der Weise, dass der Verschleiß der Dichteinrichtung und deren Verlustleistung erniedrigt werden kann.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wir durch eine Dichteinrichtung für zwei aufeinander gelagerte und gegeneinander verlagerbare Bauteile mit einem stationär an einem der Bauteile angeordneten Elastomerteil mit zumindest einer gegenüber einer Gegendichtfläche des anderen Bauteils dichtenden Dichtfläche gelöst, wobei die Dichtfläche bezüglich ihrer Anpresskraft gegenüber der Gegendichtfläche von außen steuerbar ist.
Die aufeinander gelagerten Bauteile mit der Dichteinrichtung bilden dabei eine Baueinheit, bei der die beiden Bauteile während einer axialen und/oder drehenden Verlagerung gegeneinander mittels der Dichteinrichtung abgedichtet sind. Die Baueinheit kann demzufolge als Linearführungseinheit, Drehlager und dergleichen vorgesehen sein. Ein Drehlager kann ein Gleit- oder Wälzlager sein, wobei das Drehlager eine Welle-/Gehäuseverbindung, bei der eine Welle mittels einer Wälz- oder Gleitlagerung verdrehbar und gegebenenfalls axial verlagerbar in dem Gehäuse angeordnet ist, oder aus zumindest einem Innenring und zumindest einem Außenring gebildet sein kann, an deren Laufflächen zumindest ein Satz Wälzkörper abwälzt oder eine entsprechende Gleitschicht vorgesehen ist. Derartige Bauteile zur Bildung der Baueinheit nehmen die Dichteinrichtung auf, indem an einem der Bauteile, bevorzugt an einem nicht drehenden beziehungsweise nicht verlagerten Bauteil das Elastomerteil mit der Dichtfläche aufgenommen ist, während das andere, bevorzugt drehende beziehungsweise verlagerte Bauteil die entsprechende Gegendichtfläche zur Ausbildung eines dynamischen Dichtkontakts mit der Dichtfläche aufweist.
Durch die von außen steuerbare, auf die Gegendichtfläche einwirkende Anpresskraft kann beispielsweise über Lebensdauer, die Betriebstemperatur oder dergleichen eine einstellbare Anlage der Dichtfläche des Elastomerteils an der Gegendichtfläche erzielt werden, wodurch sich Verschleiß und Verlustleistung optimieren lassen Beispielsweise kann eine berührungsfreie Stellung eingestellt sein, die erst unter entsprechend angelegter Anpresskraft eine Dichtwirkung ausübt, sobald diese gefordert wird.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken wird die Anpresskraft in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel aufgebracht, indem das Elastomerteil gegen ein Stützteil abgestützt ist und radial innerhalb des Stützteils ein mit einem beheizbaren Wachskörper befüllter, auf die zumindest eine Dichtfläche einwirkender Hohlkörper vorgesehen ist. Durch die temperaturabhängige Volumenbeanspruchung des verflüssigbaren Wachskörpers wird die Dichtfläche wie Dichtlippe von außen durch entsprechende Wahl der Heizleistung mit einer steuerbaren Anpresskraft gegen die Gegendichtfläche gedrückt. Die Anwendung der Anpresskraft kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Steuereinheit vorgegeben werden, in der die Temperatur anhand einer entsprechenden Formel, Kennlinien oder Kennfeldern für eine entsprechende Volumenausdehnung des Wachskörpers ermittelt wird und ein Heizelement in dem mit dem Wachskörper befüllten Hohlraum entsprechend beheizt wird. Dabei kann die Anpresskraft direkt der Abstützkraft des Elastomerteils an dem Stützteil gegengerichtet sein oder mittels einer Schleppkraft aufgebracht werden, indem durch Verlagern oder Verkippen des Elastomerteils bei einer dem Stützteil gegengerichteten Verlagerung des Elastomerteils die Dichtfläche mit der Gegendichtfläche von der Anpresskraft wie Schleppkraft abhängig in Anlagekontakt gebracht oder gehalten wird.
Die Herstellung der Dichteinrichtung kann in der Weise erfolgen, dass der Hohlkörper einteilig mit dem Elastomerteil verbunden ist. Hierbei können entsprechende Kunststoffbearbeitungsverfahren wie Spritzgussverfahren beispielsweise als Mehrkomponentenspritzverfahren angewendet werden. Alternativ kann das Elastomerteil entsprechend profiliert sein, so dass der Hohlkörper in mehrteiliger Ausführung der Dichteinrichtung eingelegt werden kann. Das Elastomerteil kann im Weiteren durch entsprechende Blechteile gestützt sein, wobei das Elastomerteil an entsprechende Blechteile angespritzt sein kann. Die Blechteile können dabei positioniert an dem Bauteil aufgenommen, beispielsweise verpresst oder verstemmt sein.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist zur Bildung einer Dichteinrichtung für ein Drehlager das Elastomerteil ringförmig ausgestaltet. Das Elastomerteil kann dabei jeweils zumindest eine radiale und/oder axiale Dichtfläche beispielsweise in Form einer Dichtlippe ausbilden. Zumindest eine dieser Dichtflächen kann von einem mit einem beheizbaren Wachskörper befüllten Hohlkörper beaufschlagt und damit mit steuerbarer Anpresskraft vorgesehen werden. Zur Abstützung des Hohlkörpers kann ein am Außenumfang des Hohlkörpers angeordnetes, ringförmiges Stützteil vorgesehen sein, das schwimmend angeordnet oder an dem Elastomerteil, einem mit diesem verbundenen Blechteil wie Trägerteil oder an dem nicht drehenden Laufring des Drehlagers befestigt oder abgestützt sein kann. Vorteilhaft kann weiterhin sein, wenn das Trägerteil und das Stützteil einteilig ausgebildet sind.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Drehlager mit zumindest zwei als Innen- und Außenringe ausgebildeten, um eine gemeinsame Achse gegeneinander verdrehbaren Bauteilen und einer zwischen diesen wirksam angeordneten Dichteinrichtung wie beschrieben gelöst.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Teilschnitt durch eine Dichteinrichtung mit einteilig mit einem Elastomerteil verbundenen Hohlkörper,
2 einen Teilschnitt durch eine der Dichteinrichtung der 1 ähnlichen Dichteinrichtung mit getrennt ausgebildetem Elastomerteil und Hohlkörper
und
3 einen Teilschnitt durch eine Dichteinrichtung mit axial dichtender Dichtfläche.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die 1 zeigt einen Teilschnitt eines um eine Drehachse 3 angeordneten Drehlagers 2 mit der Dichteinrichtung 1, die zwischen den gegeneinander um die Drehachse 3 gegeneinander verdrehbaren Bauteile 4, 5 wie Außenring und Innenring. Jeweils eine Dichteinrichtung 1 kann beidseitig an den Stirnseiten des Drehlagers 2 angeordnet sein, um einen von den Bauteilen 4, 5 und den Dichteinrichtungen 1 eingeschlossenen, nicht dargestellten Schmiermittelraum zu begrenzen, der zumindest teilweise mit Schmiermittel zur Schmierung von zwischen den Bauteilen angeordneten und an Laufflächen dieser abwälzenden Wälzkörpern zu begrenzen und ein Austreten von Schmiermittel und eine Verschmutzung dieses Schmiermittelraums durch eindringenden Schmutz und Feuchtigkeit zu verhindern.
An dem stehenden Bauteil 4 ist mittels des Trägerteils 6 das Elastomerteil 7 aufgenommen, an dem die gegenüber dem an dem drehenden Bauteil 5 befestigten Trägerteil 8 mit den Gegendichtflächen 9, 10 umlaufende Dichtflächen 11, 12 zur Ausbildung eines dynamischen Dichtkontakts vorgesehen sind und die einerseits als radial dichtende Dichtlippe 13 und als axial dichtende Dichtlippe 14 ausgebildet sind.
Zur Ausbildung einer von außen steuerbaren Anpresskraft der Dichtfläche 11 gegenüber der Gegendichtfläche 9 ist einteilig mit dem Elastomerteil 7 der Hohlkörper 15 verbunden. Dieser ist torusförmig ausgebildet und nimmt in sich den Wachskörper 16 auf, der mittels des ebenfalls in dem Hohlkörper 15 aufgenommenen Heizelements 17 über die Zuleitung 19 einer nicht dargestellten Steuer- und Stromversorgungseinrichtung erwärmbar ist. Der Außenumfang des Hohlkörpers 15 ist mittels des ringförmigen, beispielsweise aus Blech oder Kunststoff hergestellten Stützteils 18 abgestützt.
Wird der Wachskörper 16 durch das Heizelement 17 erwärmt, verflüssigt sich dieser und erhöht temperaturabhängig – also abhängig von der durch das Heizelement 17 eingebrachten Wärmeenergie – sein Volumen, wodurch der elastische Hohlkörper 15 sich an dem Stützteil 18 abstützend in Richtung der Gegendichtfläche 9 verlagert, wodurch die Dichtfläche 11 mit einer entsprechend erhöhten Anpresskraft gegen die Gegendichtfläche 9 gepresst wird. Wird die Anpresskraft bei erkaltetem Wachskörper 16 minimal eingestellt oder zur reibungsfreien Ausgestaltung des Dichtkontakts ein geringes Spiel zwischen Dichtfläche 11 und Gegendichtfläche 9 eingestellt, kann mit zunehmender Erwärmung des Wachskörpers 16 die Anpresskraft kontinuierlich gesteigert werden.
2 zeigt die Dichteinrichtung 1a im Teilschnitt, die gegenüber der Dichteinrichtung 1 der 1 in folgenden Punkten abgeändert ist: Der Hohlkörper 15a mit dem Wachskörper 16a und dem Heizelement 17a ist getrennt von dem Elastomerteil 7a ausgebildet, so dass diese getrennt voneinander in der Dichteinrichtung 1a montiert werden können. Der Außenumfang des Hohlkörpers 15a ist flach ausgebildet und von dem Ringteil 20 umgeben, das sich radial an dem Stützteil 18a abstützt. Das Stützteil 18a ist einteilig in das Trägerteil 6a des Elastomerteils 7a integriert. Hierzu ist das Trägerteil 6a an dessen Innenumfang axial umgelegt.
3 zeigt die Dichteinrichtung 1b im Teilschnitt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Steuerung der Anpresskraft der axial wirksamen Dichtfläche 12b gegenüber der Gegendichtfläche 10b vorgesehen. Die Anordnung des Hohlkörpers 15b erfolgt entsprechend dem Hohlkörper 15 der 1. Die Verlagerung des Hohlkörpers 15b bei Volumenausdehnung durch Beheizung des Wachskörpers 16b mittels des Heizelements 17b ist entsprechend durch das ringförmige Stützteil 18b unterbunden, so dass bei Erwärmung der Hohlkörper nach radial innen ausweicht. Infolgedessen drückt der Hohlkörper 15b auf das Elastomerteil 7b, an dessen Innenumfang die nach radial außen mit axialer Vorspannung gegen die Gegendichtfläche 10b gedrückte, die Dichtfläche 12b enthaltende Dichtlippe 14b angeordnet ist. Werden die Bereiche radial innerhalb des Hohlkörpers 15b des Elastomerteils 7b durch den Hohlkörper 15b bei einer Erwärmung des Wachskörpers 16b nach radial innen verlagert, verdreht sich die Dichtlippe 14b um einen ringförmigen Verdrehbereich 21, so dass die Dichtlippe 14b mit höherer Anpresskraft gegen die Gegenreibfläche 10b gedrückt wird.
Bezugszeichenliste

1: Dichteinrichtung
1a: Dichteinrichtung
1b: Dichteinrichtung
2: Drehlager
3: Drehachse
4: Bauteil
5: Bauteil
6: Trägerteil
6a: Trägerteil
7: Elastomerteil
7a: Elastomerteil
7b: Elastomerteil
8: Trägerteil
9: Gegendichtfläche
10: Gegendichtfläche
10b: Gegendichtfläche
11: Dichtfläche
12: Dichtfläche
12b: Dichtfläche
13: Dichtlippe
14: Dichtlippe
14b: Dichtlippe
15: Hohlkörper
15a: Hohlkörper
15b: Hohlkörper
16: Wachskörper
16a: Wachskörper
16b: Wachskörper
17: Heizelement
17a: Heizelement
17b: Heizelement
18: Stützteil
18a: Stützteil
18b: Stützteil
19: Zuleitung
20: Ringteil
21: Verdrehbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005035027 A1 [0002]

Claims

Dichteinrichtung (1, 1a, 1b) für zwei aufeinander gelagerte und gegeneinander verlagerbare Bauteile (4, 5) mit einem stationär an einem der Bauteile (4) angeordneten Elastomerteil (7, 7a, 7b) mit zumindest einer gegenüber einer Gegendichtfläche (9, 10, 10b) des anderen Bauteils (5) dichtenden Dichtfläche (11, 12, 12b), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Dichtfläche (11, 12b) bezüglich ihrer Anpresskraft gegenüber der Gegendichtfläche (9, 10b) von außen steuerbar ist.
Dichteinrichtung (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerteil (7, 7a, 7b) gegen ein Stützteil (18, 18a, 18b) abgestützt ist und radial innerhalb des Stützteils (18, 18a, 18b) ein mit einem beheizbaren Wachskörper (16, 16a, 16b) befüllter, auf die zumindest eine Dichtfläche (11, 12b) einwirkender Hohlkörper (15, 15a, 15b) vorgesehen ist.
Dichteinrichtung (1, 1a, 1b) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wachskörper (16, 16a, 16b) mittels eines von außen entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie gesteuerten Heizelements (17, 17a, 17b) beheizt wird.
Dichteinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (15) einteilig mit dem Elastomerteil (7) verbunden ist.
Dichteinrichtung (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerteil (7, 7a, 7b) zur Abdichtung der ein Drehlager (2) bildenden Bauteile (4, 5) ringförmig ausgestaltet ist.
Dichteinrichtung (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Dichtflächen (11) radial gegenüber der Gegendichtfläche (9) abdichtet.
Dichteinrichtung (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Dichtflächen (12b) axial gegenüber der Gegendichtfläche (10b) abdichtet.
Dichteinrichtung (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (18, 18a, 18b) ringförmig um den Außenumfang des Hohlkörpers (15, 15a, 15b) gelegt ist.
Dichteinrichtung (1a) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (18a) einteilig in ein Trägerteil (6a) des Elastomerteils (7a) aufgenommen ist.
Drehlager (2) mit zumindest zwei als Innen- und Außenringe ausgebildeten, um eine gemeinsame Achse gegeneinander verdrehbaren Bauteilen (4, 5) und einer zwischen diesen wirksam angeordneten Dichteinrichtung (1, 1a, 1b) gemäß der Ansprüche 1 bis 9.