DE102010055178A1

DE102010055178A1 - Gedichtete Lageranordnung mit semipermeabler Elastomer-Membran

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Publication number: DE102010055178A1
Application number: DE201010055178
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Hidde Axel R Dr-Ing De
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-06-21

Abstract

Vorgestellt wird eine gedichtete Lageranordnung mit einer semipermeablen Elastomer-Membran – insbesondere ein gedichtetes Wälzlager mit einem durch eine semipermeable Elastomer-Membran abgeschlossenen freien Volumen. Lageranordnungen sind Maschinenelemente in einem tribologischen System, die sich bewegende Teile an einem bestimmten Ort oder auf einer vorgegebenen Bahnlinie führen und den auftretenden Kräften gewachsen sein sollen; angesprochen sind Gleitlager und vorzugsweise Wälzlager, da hier die vorgestellte Problemlösung eher greift. Wälzlager – wie auch Gleitlager – übertragen Kräfte zwischen relative zueinander bewegten Maschinenteilen und führen diese. Durch Zwischenschalten von Wälzkörpern wird das Gleiten durch ein Rollen mit kleinem Gleitanteil – dem Wälzen – ersetzt. Es werden Dichtelemente für eine Lageranordnung mit Wälzkörpern oder Rollelementen empfohlen, die äußere und innere Lagerringe und eine Vielzahl von Wälzkörpern oder Rollelementen innerhalb eines ringförmigen Raums dazwischen aufweist, wobei zwischen den an beidseitigen Enden, in axialem Abstand voneinander angebrachten Dichtelementen ein freies Volumen bleibt, welches zur Kondenswasseraufnahme neigt, die bekanntermaßen durch rasche Temperaturwechsel bei gegebener Feuchte und gegebenem Druck besonders gefördert wird. Daher wird vorgeschlagen, die Lageranordnung – bezogen auf das derzeit abgedichtete freie Volumen – semipermeabel mittels einer Membran derart zu öffnen, daß – ausgehend von einem zweischichtig mit Elastomer beschichteten metallischen oder Hartkunststoff-Verstärkungsteil hergestellten, im wesentlichen kreisringförmigen Dichtelement – dieses an den dichten Kreisringflächen mit Öffnungen versehen wird, die in einem weiteren Arbeitsgang mit einer semipermeablen Elastomer-Membran durch mehrkomponentiges Spritzen überzogen werden, so daß das hinter der Membran liegende freie Volumen flüssigkeitsgedichtet, aber für einen Gasdurchgang geöffnet ist, um so im freien Volumen der Lageranordnung eingeschlossene Flüssigkeiten in gasförmigem Zustand entweichen zu lassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine gedichtete Lageranordnung mit einer semipermeablen Elastomer-Membran – insbesondere ein gedichtetes Wälzlager mit einem durch eine semipermeable Elastomer-Membran abgeschlossenen freien Volumen.
Lageranordnungen sind Maschinenelemente in einem tribologischen System, die sich bewegende Teile an einem bestimmten Ort oder auf einer vorgegebenen Bahnlinie führen und den auftretenden Kräften gewachsen sein sollen; angesprochen sind Gleitlager und vorzugsweise Wälzlager, da hier die vorgestellte Problemlösung eher greift. Wälzlager – wie auch Gleitlager – übertragen Kräfte zwischen relative zueinander bewegten Maschinenteilen und führen diese. Durch Zwischenschalten von Wälzkörpern wird das Gleiten durch ein Rollen mit kleinem Gleitanteil – dem Wälzen – ersetzt.
In allen Wälzlagern bewegen sich kugel- oder rollenförmige Wälzkörper – wie Kugel (bei Kugellagern) oder Zylinderrolle, Nadelrolle, Kegelrolle oder Pendelrolle (bei Rollenlagern) – meistens von einem Käfig geführt auf Laufbahnen hoher Festigkeit, Oberflächengüte und Formtreue, die in den Innenring und den Außenring des Lagers oder in die anschließenden Bauteile eingearbeitet sind.
Rillenkugellager sind am vielseitigsten einsetzbar, da sie besonders kostengünstig herstellbar und leicht verfügbar sind, als Einzellager sowohl Radial- als auch Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmen, hohe Drehzahlen bei geringen Laufgeräuschen haben können, geringe Ansprüche an die Schmierung stellen und den Schmierstoff wenig beanspruchen. Rillenkugellager werden in großen Stückzahlen auch als befettete und abgedichtete Einheiten hergestellt. Die Standardausführung besitzt keine Einfüllnuten und hat daher beidseitig gleich hohe axiale Tragfähigkeit, allerdings mit weniger Kugeln. Sie nimmt auch geringe Kippmomente auf; für hohe radiale Belastungen gibt es zweireihige Lager. Rillenkugellager sind nicht zerlegbar.
Kugel- und Rollenlager werden entsprechend ihrer Wälzkörpergeometrie voneinander unterschieden. Rollen können als Zylinderabschnitte, als Kegelstümpfe oder als symmetrische oder asymmetrische Tonnen mit Kreisbogenprofil geformt sein. Im unbelasteten Zustand ergibt sich für das Rollenlager eine Linienberührung, während das Kugellager – da der Kugelradius kleiner als die Laufbahnkrümmungsradien ist – eine Punktberührung aufweist. Infolge größerer Berührflächen bei Belastung durch elastische Verformung nehmen Rollenlager bei gleicher Werkstoffbeanspruchung höhere Kräfte auf. Um die bei Linienberührung unvermeidlichen Spannungsspitzen an den Enden abzubauen, erhielten Zylinderrollen zu den Stirnflächen hin ballige Übergangszonen; heute werden für Zylinder- und Kegelrollen leicht konvexe logarithmische Profile bevorzugt. Sphärische Rollen haben – ähnlich Kugellagern – einen geringfügig kleineren Profilkrümmungsradius als ihre Laufbahnen. Da Rollen anders als Kugeln eine definierte Rotationsachse haben, muß durch Maßnahmen ein Schräglauf verhindert werden. Rollen werden zwischen zwei Borden mit Spiel geführt – Zylinderrollenlager – an einem festen Bord oder an einem losen Führungsring mit Spannführung – Kegelrollenlager, Pendelrollenlager – vorwiegend durch den Käfig – Nadellager – oder durch Reibungskräfte zwischen Rollen und Laufbahnen – Pendelrollenlager, Toroidallager.
Wälzlager werden nach Bauarten unterschieden in Lager für

– rotierende Bewegungen
– ausschließlich oder überwiegend radiale Belastung
– ausschließlich oder überwiegend axiale Belastung
– radiale und axiale Belastungen-Schräglager
– lineare Bewegungen.

Wälzlagerkäfige haben je nach Lagerbauart unterschiedliche Aufgaben

– Weiterleitung von Massen- und Schlupfkräften
– Verhinderung der unmittelbaren Berührung von Wälzkörpern
– gleichmäßige Verteilung der Wälzkörper bei teilgefüllten Lagern – Rillenkugellager
– Führung von Wälzkörpern.

Lageranordnungen – gleich welcher Art – umfassen nicht nur die Lager, sondern auch die unmittelbar daran anschließenden Bauteile. Neben Wellen und Gehäusen, vor allem auch Dichtungen, deren Funktion von ausschlaggebender Bedeutung für die Sauberkeit des Schmierstoffs ist, welche Auswirkungen auf die Ermüdungslebensdauer hat. Lageranordnung und Abdichtung sind als System zu verstehen; die Gestaltung der Abdichtung und die Wahl der Dichtung bestimmen die angestrebte Lebensdauer. Wälzlager müssen gegen das Eindringen von festen und flüssigen Verunreinigungen geschützt werden, sonst droht Korrosion, Verschleiß und keine Dauerwälzfestigkeit. Aktive Dichtelemente werden daher bei Fettschmierung bevorzugt nach außen fördernd eingebaut; dabei genügt die Stauwirkung sich nicht berührender Dichtungsteile, um genügend Schmierstoff im Lager zu halten. Oft reichen berührungsfreie Dichtungen aus; wirksamer sind berührende Dichtungen, am besten mit vorgeschaltetem Labyrinth.
Bei Ölschmierung sollte das Öl im Lagergehäuse gehalten werden; gefordert sind aktive Dichtelemente, die nach innen fördern. Je nach Ölstand im Lager genügen auch Labyrinthdichtungen oder berührende Dichtungen, wie Zusatzdichtungen oder zusätzliche äußere Schutzlippen, die in ihren ausgeprägten Kammern ein dichtendes Fettreservoir beinhalten.
Berührende Dichtungen sind Filzringe, Radialwellendichtringe, Dichtscheiben und Gleitringdichtungen aus unterschiedlichen oder zusammengesetzten Werkstoffen mit und ohne äußeren Dichtlippen. Sie arbeiten nach einer Einlaufzeit verschleißfrei, solange eine mikroelastohydrodynamische Schmierung vorliegt und der Werkstoff nicht altert oder die Kontaktflächen durch Ölkohlebildung beschädigt werden. Gängig sind metallverstärkte Dichtscheiben mit Dichtlippen aus Nitrit-Butadien-Kautschuken (NBR), Fluorkautschuke (FKM) oder Polytetrafluorethylen (PTFE); dem Abbau der Anpreßkraft durch bleibende Formänderung kann durch den Einsatz von Metallfedern entgegengewirkt werden.
Nicht berührende Dichtungen sind integrierte Deckscheiben, äußere Labyrinthe, Z-Lamellen und federnde Dichtscheiben – Nilos-Ringe sind nach Einlaufverschleiß berührungsfrei; sie erlauben wegen der geringeren Reibungsverluste höhere Drehzahlen. Äußere Labyrinthe, Z-Lamellen und Radialwellendichtringe fördern je nach Einbaurichtung – Pumprichtung vom kleinen zum großen Kontaktwinkel – aktiv nach innen oder außen.
Die Wälzlagerschmierung durch Fette, Öle und Festschmierstoffe erfüllen im Wälzlager die Aufgaben

– Verhinderung oder Verminderung von Verschleiß an Kontaktgleitstellen
– Abbau von Spannungsspitzen und Reibungsschubspannungen an der Oberfläche der Wälzkontakte
– Korrosionsschutz
– Kühlung, in dem Öle die Abfuhr von Verlustleistung aus dem Lager bei ausreichender Durchströmung unterstützen.

Voraussetzung zur Erfüllung der ersten beiden Aufgaben ist die Trennung der metallischen Oberflächen durch einen hydrodynamischen Flüssigkeitsfilm oder eine schützende Reaktionsschicht. Bei der hydrodynamischen Schmierfilmbildung sind bei Punkt- und Linienberührung die elastischen Verformungen wesentlich – genannt elastohydrodynamische Schmierung. Die Schmierfilmausbildung muß die Oberflächenrauhigkeiten übersteigen und ist abhängig von Betriebstemperatur, Druck und kinematischer Viskosität des Schmierstoffs.
Schmierfette sind feste oder halbflüssige Produkte einer Dispersion aus einem eindickenden Stoff in einem flüssigen Schmierstoff. Durch Abgabe einer hinreichenden Menge von flüssigem Schmierstoff durch langsame Separation sollen sie Reibung und Verschleiß über weite Temperaturbereiche und über lange Zeiträume verhindern. Gleichzeitig dienen sie der Abdichtung gegen Wasser und Fremdpartikel. Fette bestehen aus Metall- und Alkaliseifen als Verdicker – der zudem als Ölspeicher dient – und einem Grundöl. Fettschmierung ist die Standardlösung für die meisten aller Wälzlageranwendungen – eine Minimalmengenschmierung mit sehr geringen Reibungsverlusten. Die Fettauswahl ist von verschiedenen Kriterien wie

– Betriebsbedingungen
– Forderungen an Laufeigenschaften
– Einbauverhältnissen
– Wartung
– Umweltverhältnisse

– einer Spritzwasserumgebung der Einsatz von wasserabweisendem Fett wie Kalziumseifenfett und bei
– einer Kondenswasserbildung der Einsatz von emulgierendem Fett wie Natron- oder Lithiumseifenfett

Zusammenfassend wird festgestellt, daß

– die – im wesentlichen – Wälzlager nach Befettung ein nicht von bewegten Teilen überstrichenes freies Volumen von ca. 70% aufweisen,
– sich in dem Volumen anwendungsbezogen Kondenswasser bildet und
– versucht wird, durch Einsatz emulgierender Fette wie Natron- oder Lithiumseifenfett der Kondenswasserbildung durch Wasseraufnahme entgegenzuwirken. Der Einsatz von wasserabweisendem Fett wie Kalziumseifenfett – zu prüfen ist noch die Verträglichkeit mit anderen Fettsorten – schützt bei guter Fettung zwar vorübergehend die sich relativ zueinander bewegenden Teile der Lageranordnung vor eingedrungenem Wasser, jedoch befindet sich das Medium noch in dem oben dargestellten freien Volumen des dichten Lagers und wird wegen Nichtaustritt einen Beitrag zur vorzeitigen Korrosion und Zerstörung des Lagers leisten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit wird daher vorgeschlagen, die Lageranordnung – bezogen auf das derzeit abgedichtete freie Volumen – semipermeabel mittels einer Membran zu öffnen – d. h. die Membran stellt für flüssige Medien – wie Spritzwasser – eine absolute Sperre dar und läßt Stoffe in gasförmigem Zustand – wie Kondenswasser als feuchte Luft – passieren – um so – wie auch immer gebildete – im freien Volumen des Lagers eingeschlossene Flüssigkeiten in gasförmigem Zustand entweichen zu lassen.
Die Elastomer-Membran der erfinderischen Neuheit besteht vorzugsweise aus einem Kautschukwerkstoff – wie z. B. Silikon-Kautschuk – mit guten Gas- und Wasserdampf-Durchgangszahlen, welche im 2K oder 3K (Komponenten)-Spritzverfahren direkt mit einem Entlüftungsorgan zu einem Be- und Entlüftungsventil verarbeitet wird. Auf Grund einer geforderten Formgebung der Elastomer-Membran und der Shore-Härte des Materials kommt es zum Einsatz eines z. B. fingerartigen/sternförmigen oder ringförmigen Trägers, der als Bestand- oder Einlegeteil mit dem Kautschukwerkstoff umspritzt wird.
Alle Kunststoff-Werkstoffe sind für Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten viel oder wenig durchlässig; die Durchlässigkeit wird auch als Permeation oder Permeabilität bezeichnet, die Rohlösung oder das Feed wird der Membran zugeführt, durch die Membran gelangt das Konzentrat oder das Permeat, die differente Restmenge von Rohlösung und Konzentrat ist das Retentat. Wichtig sind besonders die Durchlässigkeit für Wasserdampf, Gase und Dämpfe für Flüssigkeiten. Hohe oder niedrige Durchlässigkeiten von Kunststoff-Folien/-Membranen für bestimmte Stoffe können dabei je nach Anwendungsgebiet gefordert oder unerwünscht sein.
Gemäß der vorliegenden erfinderischen Neuheit soll dem Wasser Luft – im wesentlichen bestehend aus ca. 78% Stickstoff (N2), ca. 21% Sauerstoff (O₂) und ca. 0,04% Kohlendioxid (CO₂) und Wasserdampf, gemessen in relativer Feuchte – entzogen werden; die Relation des Durchgangs bei Kunststoffen für N₂:O₂:CO₂ ist etwa 1: 4:16. Ein anderes Beispiel betrifft die Durchlässigkeit von Wasserdampf zur Verhinderung von Kondensatbildung in Gehäusen steuer- und regeltechnischer Anlagen. Bei fast allen Kunststoff-Folien – mit Ausnahme von Cellulosehydrat (CH), Handelsname Cellophan oder Zellglas – verringert sich die Durchlässigkeit mit der Dicke. Die Membran-Durchlässigkeit von Gas wird gemäß der Prüfnorm DIN 53 380 in der Einheit [cm³/m² × d × bar] und die von Wasserdampf gemäß Prüfnorm DIN 53 122 in der Einheit [g/m² × d] gemessen. Größenordnungen sind für Kautschuk, 50 Shore Harte, 20°C Temperatur

– für die Gasdurchlässigkeit ca. 600 cm³ × mm/(m² × h × bar); d. h. Menge Luft, gemessen in cm³, die pro Stunde bei einer Druckdifferenz von 1 bar eine Membran von 1 m² Fläche und 1 mm Dicke durchdringt
– für die Wasserdampfdurchlässigkeit ca. 40 g × mm/(m² × d); d. h. Masse Wasserdampf in g, die in 24 Stunden eine Membran von 1 m² Fläche und 1 mm Dicke durchdringt.

Hydrophobe Kunststoffe nehmen keinen Wasserdampf auf, somit besteht auch kein Einfluß auf die Gaspermeation; hydrophile Kunststoffe können beträchtliche Mengen an Wasserdampf absorbieren, wodurch sich eine Vergrößerung des Gasdurchgangs einstellt.
Bei gleichem Gesamtdruck inner- und außerhalb zweier membrangetrennter Räume lassen sich drei Gasdurchgangsmechanismen durch Kunststoffe beschreiben, wie

1. Durchgang durch porenfreie Kunststoffschichten infolge Lösungsdiffusion bei a) und b) außerhalb der Poren im die Poren umschließenden Kunststoff (Permeation, Normalfall)
2. Durchgang durch größere Poren und Fehlstellen infolge Fick'scher Diffusion a) wobei die Poren die gesamte Membrandicke durchdringen, wie offenporiger Schaum oder Perforierungen oder poröse Membranen b) wobei die Poren sich innerhalb der Membran befinden, wie geschlossenporiger Schaum oder poröse Membranen (Durchmesser der Poren > freie Weglänge der Gasmoleküle)
3. Durchgang durch Mikroporen infolge Knudsen-Diffusion a) wie bei mikroporösen Membranen b) in den eingeschlossenen Poren wie bei mikroporösen Membranen (Porendurchmesser < freie Weglänge der Gasmoleküle)

Bei Gesamtdruckunterschied zwischen den Räumen stellt sich ein
zu 1. die Lösungsdiffusion
zu 2. eine Poiseuille-Strömung an die Stelle der Fick'schen Diffusion; führt in relativ kurzer Zeit (Sekunden bis Tage) zu Druckausgleich (DA)
zu 3. die Knudsen-Diffusion.
Die Gasdiffusion beim Gasdurchgang durch Mikroporen ist nicht temperaturabhängig.
Die Durchgangsmechanismen für Wasserdampf entsprechen denen des Gasdurchgangs. Bei sehr hohen Wassergehalten kann in den Poren wegen der Kapillarkondensation zusätzlich ein Kapillarwasserzug als Transportmechanismus auftreten. Bei der Lösungsdiffusion beim Durchgang von Gasen steigt der Gasdurchgang linear mit dem Partialdruckunterschied des durchgehenden Gases an, was aufgrund der häufig nichtlinear mit dem Partialdruck des Wasserdampfs ansteigenden Sorption von Elastomer-Membranen beim Wasserdampf nicht gilt; eine lineare Umrechnung beim treibenden Gefälle des Wasserdampf-Partialdrucks – oder der relativen Feuchte – ist nicht zulässig.
Neben einer recht groben mechanischen Perforation birgt die Lasertechnologie die Möglichkeit, eine dem jeweiligen Anwendungszweck gezielt angepaßte Mikroperforation einer Folie oder einer Membran zu verleihen. Dabei wird die Lochgröße und die Anzahl der Löcher so dimensioniert, daß Luftzirkulation möglich ist, Feuchtigkeit jedoch zurückgehalten wird. Weitere Verfahren sind die Nadeltechnologie und das Flammperforieren. Dabei zeichnet sich der Laser durch kleinere Löcher aus, die durch einen Mikroschmelzrand einreißgesichert sind. Außerdem arbeitet der Laser berührungslos und prozeßsicher bei hohen Bahngeschwindigkeiten, entgegen der Bruchgefahr bei Nadeln.
Eine Änderung der Relation des Gasdurchgangs ist nur durch Einbringen von Poren in die Folien/Membranen möglich und um die Durchgängigkeit gezielt beeinflussen zu können, sowohl hinsichtlich des Volumens als auch im Verhältnis der Gase untereinander. Die Durchlässigkeit setzt sich aus der Lösungsdiffusion der Folie/Membran und der Fick'schen oder Knudsen-Diffusion der Mikroporen zusammen und der Gesamtdurchgang und die Relation der Durchgänge werden durch gezielte Auswahl beider Einflüsse bestimmt. Eine Mikroperforation läßt sich durch Einmischen von feinsten mineralischen Füllstoffen mit molekularen Diffusionskanälen im Partikel oder an der Kontaktstelle Partikel/Kunststoff erzielen, die sich auch durch Recken der Folie beeinflussen läßt (Verpackung/Gehäuse mit kontrollierter Atmosphäre – Controlled Atmosphere Package [CAP]/Housing [CAH]).
Im folgenden wird der Stand der Technik von gedichteten Lagern mit einer semipermeablen Elastomer-Membran – insbesondere von gedichteten Wälzlagern mit einem durch eine semipermeable Elastomer-Membran abgeschlossenen freien Volumen gewürdigt; gemäß dem Stand der Technik sind, je nach Anwendungsbezug, eine Vielzahl von Typen von Elastomer-Membranventilen für die Be- und Entlüftung von Lagern im Einsatz.
Die französische Patentanmeldung FR 850 245 /internationale Anmeldung WO 2009/090 120 /deutsche Veröffentlichung DE 11 2009 000 106 stellt eine Dichtung und ein Wälzlager vor, das eine solche Dichtung aufweist. Die Dichtung ist vorgesehen zur Montage zwischen zwei relativ zueinander drehenden Elementen – insbesondere dem Außen- und dem Innenring eines Wälzlagers – wobei die Dichtung Dichtbereiche aufweist, die geeignet sind, eine statische Dichtung mit z. B. dem Aussenring und eine dynamische Dichtung mit z. B. dem Innenring aufzubauen, wobei der dynamische Dichtbereich eine erste und eine zweite Dichtlippe aufweist, wobei die erste Dichtlippe einen fluidreaktiven Überzug besitzt, und die eine so gebildete Ringkammer begrenzen, die mit Schmiermittel befüllbar ist, und die Dichtung derart ausgebildet ist, daß sie während des Kontakts mit einem Fluid mit wenigstens dem dynamischen Dichtbereich eine Bewegung der Lippen wenigstens in der Radialrichtung in Richtung des zugeordneten Rings erlaubt, um einen Kontakt mit diesem Ring zu erhalten.
Die Dichtbereiche sind durch einen Einsatz oder ein Gestell in Form einer relativ steifen Ringscheibe verbunden, auf welcher ein Dichtelement bestehend aus Nitril-Kautschuk (NBR) oder einem anderen Elastomer überspritzt oder aufvulkanisiert ist. An jeder der gegenüberliegenden Flanken des Wälzlagers befindet sich radialsymmetrisch eine solche ringförmige Dichtung, um den radialen Raum zu dichten, der zwischen dem Außen- und dem Innenring besteht; eine Belüftung ist nicht vorgesehen.
Mit der italienischen Patentschrift IT TO 970 648 /europäischen Patentschrift EP 892 471 /deutsche Übersetzung DE 698 08 191 wird eine Wälzlagereinheit – insbesondere für die Nabe eines Fahrzeugsrads vorgestellt, die mit zumindest einer Dichtungsvorrichtung versehen ist, welche den ringförmigen Zwischenraum zwischen der radial äußeren Laufbahn und der radial inneren Laufbahn des Lagers verschließt und die elektrostatische Entladung durch das Lager derart ermöglicht, daß ein ringförmiger Einsatz mit einer elektrostatisch leitfähigen V-förmigen Dichtlippe so umspritzt wird, daß die Lippe gegen einen zweiten ringförmigen Einsatz Kammern bildet, wobei eine Kammer mit elektrisch leitendem Fett und die andere mit Schmierfett gefüllt ist und die Dichtheit durch einen in der V-förmigen Lippe geführten Federring verstärkt wird.
Durch den spiegelsymmetrischen Aufbau des Tandemkugellagers mit beidseitigen leitfähigen Dichtungseinrichtungen ist ein Gasaustausch mit den innenliegenden Hohlräumen des Lagers nicht gegeben.
Eine Vielzahl von Patentanmeldungen – wie hier beispielhaft die japanische Basisanmeldung JP 5 784 097 /europäische Anmeldung EP 864 770 /deutsche Übersetzung DE 698 00 162 – beschäftigen sich mit der Gestaltung von Dichtungen für Wälzlager – insbesondere die Ausführung der Dichtlippen nach Anzahl, Formgebung und Material, wie die ca. 65 vorwiegend japanischen Anmeldungen unter ”Rolling Bearing with Seal” – wie z. B. die Anmeldungen JP 2010 106 953 , JP 2009 220 103 oder JP 2006 320 984 , bzw. die ca. 14 vorwiegend japanischen Anmeldungen unter ”Seal Device for Rolling Bearing” – wie z. B. die Anmeldungen JP 2009 185 858 , JP 2008 157 371 oder JP 2008 121 820 , hauptsächlich Dichteinrichtungen für Radlager der Automobilindustrie betreffend.
In der europäischen Anmeldung EP 753 679 wird ein Wälzlager vorgestellt, wo die innere Dichtlippe der Dichteinrichtung auf der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Bereichs des Gegenrings gleitet und in radialer Richtung nach außen deformiert ist.
Die europäische Anmeldung EP 495 323 offenbart ein Wälzlager mit einer Dichteinrichtung, wobei die äußere und die mittlere Dichtlippe des Dichtelements an einem gegenringartigen Element gleiten, während die innere Dichtlippe einen kleinen Freiraum mit der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Bereichs des Gegenrings bildet; eine ähnliche Struktur wird in der amerikanischen Anmeldung US 4 819 949 offenbart.
Die japanische Patentveröffentlichung JP 252 140 umfaßt eine Dichteinrichtung unter Einbeziehung eines radial äußeren und eines radial inneren Dichtrings – je mit Verstärkungselementen ausgebildet, welche zwischen einem Außenring und einem Innenring eines Lagers angeordnet ist. Der radial äußere Dichtring ist mit dem Außenring fest verbunden und trägt ein Dichtelement mit ein oder zwei Dichtlippen, deren Spitzenenden mit der Oberfläche des Verstärkungselements des radial inneren Dichtrings in gleitender Verbindung steht. Und umgekehrt ist der radial innere Dichtring mit dem Innenring fest verbunden und trägt ein Dichtelement mit ein oder zwei Dichtlippen, deren Spitzenenden mit der Oberfläche des Verstärkungselements des radial äußeren Dichtrings in gleitender Verbindung steht.
In einer weiteren Dichtanordnung für Lager zeigt die Veröffentlichung JP 2 146 221 einen Innenring mit einem abgewinkelten Verstärkungsmetall sowie einen Außenring mit einem ebenfalls abgewinkelten zweiten Verstärkungsmetall und mit dem ersten einen rechteckigen Ringspalt bildend, wobei der zweite Verstärkungsring ein handförmiges Dichtelement umfaßt, dessen Spitzenenden der drei fingerartigen Dichtlippen auf der Innenfläche des ersten Verstärkungsrings dichtend gleiten.
Eine weitere Offenbarung JP 3 121 224 weist eine Innenring- und Außenring-Anordnung mit L-förmigen Verstärkungsringen wie vorangegangen auf, jedoch prägt das am Verstärkungsring des Außenrings angebrachte Dichtelement drei anders gelagerte fingerartige Dichtlippen aus.
Eine Reihe von Verbesserungen verschiedener Art an den zuletzt genannten Anmeldungen JP 252 140 , JP 2 146 221 und JP 3 121 224 führen dann zur der oben genannten japanischen Anmeldung JP 5 784 097 /europäische Anmeldung EP 864 770 /deutsche Übersetzung DE 698 00 162 . Bei der erstgenannten Veröffentlichung ergeben sich Schwierigkeiten bei der Herstellung im Hinblick auf eine Erhöhung der Kosten der gesamten Dichteinrichtung. Bei der zweiten Veröffentlichung stellt sich eine Verbesserung derart ein, wenn die innere Dichtlippe ”stumpfer” gestaltet wird, da sie jetzt beim Zusammenbau ”umschlägt”. Bei der dritten Veröffentlichung ist der sich bildende Schmierfilm zu gering und läßt hohe Reibverluste zwischen den Dichtlippen des Dichtelements und dem Verstärkungsmetall des Innenrings befürchten. Die Einarbeitung dieser Verbesserungen führt zu einem neu gestalteten fingerartigen Dichtelement; allen bisherigen Veröffentlichungen haben gemein, daß sie möglichst dicht schließen und keinen Austausch gasförmiger Medien berücksichtigen.
Gemäß der japanischen Patentanmeldung JP 752 496 /europäische Anmeldung EP 785 368 /deutsche Übersetzung DE 697 17 687 wird eine Dichteinrichtung für eine Wälzlagerung vorgestellt, die aus einem inneren und einem äußeren Dichtring besteht, je gebildet aus einem mit einem elastischen Element überspritzten Verstärkungsmetall mit je V-förmigen Dichtlippen am nicht befestigten Ende. Während der innere Dichtring fest mit dem feststehenden Innenring verbunden ist und gegen den Außenring und den äußeren Dichtring dichtet, ist der äußere Dichtring parallel zum inneren angeordnet, jedoch gegen den stehenden Innenring dichtend am drehenden Außenring befestigt.
Die Anordnung ist speziell für Radlager von Fahrzeugen vorgesehen und soll spritzwasserdicht sein.
Die amerikanische Patentschrift US 366 355 /deutsche Offenlegung DE 195 47 741 stellt eine Dichtung für ein Wälzlager vor, dessen Innen- und/oder Außenring an deren axialem Ende je eine axiale Dichtnut besitzen. Das metallverstärkte Dichtelement weist einen Ring aus einem elastomeren Material mit einer Vielzahl von umfangsmäßig periodisch angeordneten, sich radial erstreckenden Vorsprüngen auf, die einstückig an einem äußeren oder inneren Umfang des Dichtelements angeformt sind. Die Vorsprünge sind so gestaltet, daß sie einen Fest- oder Preßsitz in radialer Richtung zwecks Abdichtung in bezug auf eine Bodenwand und eine äußere Seitenwand der Dichtnut schaffen. Vorzugsweise spannt der radiale Festsitz des Dichtelements dieses axial gegen eine innere Seitenwand der Dichtnut vor. Das C-förmige, nach innen gerichtete Dichtelement weist einen elastomeren Teil und einen metallischen Verstärkungsteil im einstückigen dichten Verbund auf, wobei der elastomere Teil an seinem inneren Durchmesser eine Dichtungslippe aufweist oder eine andere herkömmliche Gestaltung, wie z. B. eine Labyrinth-Dichtung.
Weitergehende neuere Anmeldungen haben dann noch eine Funktionserweiterung der Dichteinrichtung des Radlagers dahingehend zum Inhalt, daß im Rahmen des Dichtungsvergusses der Sensor und Aktor einer Dekodiereinrichtung Berücksichtigung dahingehend findet, daß ein Kranz alternierend angeordneter Permanentmagnete im Verbund mit dem drehenden Teil des Lagers stehen und über eine statisch angebrachte Sensorik Bewegungsabläufe des Radlagers sensorisch erfaßt und als elektrische Signale zur Verarbeitung – z. B. dem Motormanagement – weitergeleitet werden. Dies betrifft z. B. die Anmeldungen JP 2009 185 965 , JP 2007 192 383 , JP 2002 372 499 , FR 9 609 324 oder FR 8 900 649 .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine gedichtete Lageranordnung mit einer semipermeablen Elastomer-Membran – insbesondere ein gedichtetes Wälzlager mit einem durch eine semipermeable Elastomer-Membran abgeschlossenen freien Volumen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug. Ziel ist der Aufbau einer gedichteten Lageranordnung mit einer semipermeablen Elastomer-Membran – insbesondere ein gedichtetes Wälzlager mit einem durch eine semipermeable Elastomer-Membran abgeschlossenen freien Volumen.
In Lageranordnungen mit Wälzkörpern oder Rollelementen sind diese Elemente in einem ringförmigen Raum zwischen äußeren und inneren Lagerringen reibungsmindernd angeordnet. Im allgemeinen werden Abdichtungseinrichtungen an den axialen Enden solcher Lageranordnungen vorgesehen, um Schmiermittel innerhalb der Lageranordnung zu halten und Fremdkörper vom Eindringen in die Anordnung fernzuhalten, wo sie eine Beschädigung von Wälzkörpern und Rollelementen oder von Laufbahnringen verursachen können. Üblicherweise sind solche Abdichtungseinrichtungen an einem Lagerring gehalten und drehen sich mit diesem Lagerring – auch statischer Dichtbereich genannt – und sind mit dem anderen Lagerring in Eingriff bringbar, um eine Abdichtung zu bewirken – auch dynamischer Dichtbereich genannt.
Bei einigen Abdichtungsanordnungen nach dem Stand der Technik wird ein im wesentlichen starres elastomeres – oft auch als zweischichtig mit Elastomer beschichtetes metallisches oder Hartkunststoff-Verstärkungsteil hergestelltes – Dichtelement in eine ringförmige Dichtnut in einem Lagerring eingebaut. Die Dichtnut kann eine V-förmige oder andere geometrische Form aufweisende Nut an einem axialen Ende des Lagerrings sein. Durch radiales, nach innen Zusammendrücken eines kontinuierlichen Umfangs der Abdichtungseinrichtung wird das Dichtelement über eine Haltefläche hinweg in der Dichtnut installiert. Auf Grund seiner Elastizität dehnt sich das Dichtelement in der Dichtnut radial nach außen aus und bewirkt eine Abdichtung mit dem Lagerring. Um Verspannungen und/oder Undichtigkeiten der Abdichtungseinrichtung mit dem Lagerring zu vermeiden, ist auf Maßhaltigkeit zwischen dem Umfang des Dichtelements und den Abmessungen von Lagerring und Ringnut zu achten. An dieser Stelle wird auch vorgeschlagen, an der Umfangslinie der Abdichtungseinrichtung kurze Einschnitte oder Einkerbungen vorzunehmen, um die spannungsfreie Einführung des Dichtelements zu gewährleisten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden Dichtelemente für eine Lageranordnung mit Wälzkörpern oder Rollelementen empfohlen, die äußere und innere Lagerringe und eine Vielzahl von Wälzkörpern oder Rollelementen innerhalb eines ringförmigen Raums dazwischen aufweist, wobei zwischen den an beidseitigen Enden, in axialem Abstand voneinander angebrachten Dichtelementen ein freies Volumen bleibt, welches zur Kondenswasseraufnahme neigt, die bekanntermaßen durch rasche Temperaturwechsel bei gegebener Feuchte und gegebenem Druck besonders gefördert wird.
Daher wird gemäß einer vorteilhaften Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit vorgeschlagen, die Lageranordnung – bezogen auf das derzeit abgedichtete freie Volumen – semipermeabel mittels einer Membran derart zu öffnen, daß – ausgehend von einem zweischichtig mit Elastomer beschichteten metallischen oder Hartkunststoff-Verstärkungsteil hergestellten, im wesentlichen kreisringförmigen Dichtelement – dieses an den dichten Kreisringflächen mit Öffnungen versehen wird, die in einem weiteren Arbeitsgang mit einer semipermeablen Elastomer-Membran durch zweikomponentiges Spritzen überzogen werden, so daß das hinter der Membran liegende freie Volumen flüssigkeitsgedichtet, aber für einen Gasdurchgang geöffnet ist – d. h. die Membran stellt für flüssige Medien – wie Spritzwasser – eine absolute Sperre dar und läßt Stoffe in gasförmigem Zustand – wie Kondenswasser als feuchte Luft – passieren – um so – wie auch immer gebildete – im freien Volumen des Lagers eingeschlossene Flüssigkeiten in gasförmigem Zustand entweichen zu lassen.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnungen von Ausführungsbeispielen weiter verdeutlicht. Es zeigen
1 Lageranordnung, zusammengebaut, geschnitten
2 Abdichtungseinrichtung, Detail, Schnitt
3 Lageranordnung mit Abdichtungseinrichtung, abgenommen
4 Abdichtungseinrichtung, Draufsicht.
Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird fortgesetzt anhand der Erläuterung der Figuren.
Wie aus 1 ersichtlich, sind in Lageranordnungen 1‚ 2, 3 mit Wälzkörpern oder Rollelementen 33 diese Elemente in einem ringförmigen Raum 50 zwischen äußeren 32 und inneren Lagerringen 31, die eine gemeinsame Achse 49 haben, reibungsmindernd in Laufbahnen 43, 44 geführt und durch einen Käfig 34 in Umfangsrichtung gehalten angeordnet. Im allgemeinen werden Abdichtungseinrichtungen 6 an den axialen Enden 41, 42 solcher Lageranordnungen vorgesehen; üblicherweise sind solche Abdichtungseinrichtungen an einem Lagerring 31, 32 in einer Dichtnut 52 gehalten und drehen sich mit diesem Lagerring – auch statischer Dichtbereich 62 genannt – und sind mit dem anderen Lagerring 31, 32 mittels einer Eindrehung 57, 58 in Eingriff bringbar, um eine Abdichtung zu bewirken – auch dynamischer Dichtbereich 63 genannt. Wälzkörper oder Rollelemente können Kugeln sein – wie dargestellt – oder sie können konische, sphärische oder zylindrische Rollen verschiedener Art sein.
Die ringförmige Dichtnut 52 nach 2 ist innerhalb der radial inneren Oberfläche des Außenlagerrings 32 an einem axialen Ende 42 vorgesehen und besteht im wesentlichen durch eine radiale innere Seitenwand 54, eine gekrümmte Bodenwand 55, eine geneigte äußere Seitenwand 56 und eine axiale Haltefläche 53. Die Flächen bilden mit dem Dichtring 61 den statischen Dichtbereich 62. Im Querschnitt bilden diese definierten Oberflächen eine durchgehende Umrißlinie; die im wesentlichen radiale innere Seitenwand kann einen Winkel aufweisen, um eine Formschräge zu bilden. Der Innenlagerring 31 weist an seiner radial äußeren Oberfläche eine geneigte Eindrehung 57 auf, die in eine konvex konische Eindrehung 58 übergeht. Die geneigte Eindrehung erstreckt sich von ihrem axialen Ende 41 axial nach innen und radial nach außen – ähnlich einer Rampe – und bildet mit den Dichtlippen 71 des Dichtrings 61 des Dichtelements 6 den dynamischen Dichtbereich 63. Bei Einsatz anderer Dichtungsarten, wie z. B. einer Labyrinth-Dichtung, können auch andere geometrische Gestaltungen des dynamischen Dichtbereichs gewählt werden. Auch ist die Zuordnung des statischen Dichtbereichs 62 zum Innenlagerring 31 und des dynamischen Dichtbereichs 63 zum Außenlagerring 32 möglich, wie es die mögliche Abdichtungseinrichtung 6 mit mehreren, entgegengesetzt angeordneten Dichtringen 61 fordert.
Gemäß dem Stand der Technik wird bei einigen Abdichtungsanordnungen 6 ein im wesentlichen starrer elastomerer – oft auch als zweischichtig mit Elastomer beschichteter metallischer oder aus einem Hartkunststoff als Verstärkungsteil hergestellter – Dichtring 61 in eine ringförmige Dichtnut 52 in einem Lagerring 31, 32 eingebaut. Die Dichtnut des statischen Dichtbereichs 62 kann eine etwa V-förmige oder andere geometrische Form aufweisende Nut an einem axialen Ende des Lagerrings sein. Durch radiales, nach innen Zusammendrücken eines kontinuierlichen Umfangs der Abdichtungseinrichtung wird der Dichtring 61 über eine Haltefläche 53 hinweg in der Dichtnut montiert. An dieser Stelle wird auch vorgeschlagen, an der Umfangslinie der Abdichtungseinrichtung 61 kurze Einschnitte oder Einkerbungen vorzunehmen, um die spannungsfreie Einführung und Lage des Dichtelements zu gewährleisten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Dichtelemente 6 für eine Lageranordnung 1 mit Wälzkörpern oder Rollelementen 33 empfohlen, die äußere 32 und innere Lagerringe 31 und eine Vielzahl von Wälzkörpern oder Rollelementen innerhalb eines ringförmigen Raums 50 dazwischen aufweist, wobei zwischen den an beidseitigen Enden 41, 42, in axialem Abstand 48 voneinander angebrachten Dichtelementen ein freies Volumen 51 bleibt, welches u. a. zur Kondenswasseraufnahme neigt.
3 zeigt die Lageranordnung 1, 2, 3 mit abgenommenen Abdichtungseinrichtungen 6. Der Dichtring 61 weist einen elastomeren Teil 1 64 und einen verstärkenden metallischen oder Hartkunststoff-Teil 65 auf, dessen Querschnitt etwa C-förmig bzw. konvex vom Wälzkörper 33 weg verlaufen kann. Der Elastomer-Teil 1 erstreckt sich im Bereich des statischen Dichtbereichs 62 z. B. vorn äußeren Umfang des Verstärkungsteils axial und radial nach außen als im wesentlichen radiale Oberfläche 66 und Rampenfläche 67, dann axial nach außen als zylindrischer Abschnitt 68 und gekerbter Abschnitt 69 und insgesamt als statischer Dichtbereich 62 der geometrischen Form der ringförmigen Dichtnut 52 folgend, bevor er in eine flache, der verstärkenden Fläche 65 parallele radiale Oberfläche 70 übergeht, so daß die Dichtnut 52 für den Elastomer-Teil 1 in diesem statischen Bereich – nicht zuletzt durch die Haltefläche 53 – einen Fest- oder Preßsitz in radialer Richtung einnimmt. Der gekerbte Abschnitt 69 des Elastomer-Teils 1 kontaktiert mit der Haltefläche 53 des Außenlagerrings 32. Der Elastomer-Teil 1 deckt nicht von innen, die zum Wälzkörper gerichtete verstärkende Fläche 65 ab, die Freiraum für Wälzkörper 33 und Käfig 34 bildet. Der Elstomer-Teil 1 64 kann an seinem Innendurchmesser im dynamischen Dichtbereich 63 x-ausgeprägte Dichtungslippen 71 aufweisen, die auch eine andere herkömmliche Gestaltung – wie eine Labyrinth-Dichtung – haben können und die mit der geneigten Eindrehung 57 des Innenlagerrings 31 dicht kontaktieren. Der Dichtring 61 weist in radialem Abstand des freien Volumens 51 des ringförmigen Raums 50 Durchbrüche 72 im Verstärkungsteil 65 auf, die mit einer semipermeablen Elastomer-Membran 2 73 überzogen oder dicht abgedeckt, den flüssigkeitsdichten Gaskanal für das freie Volumen bildet. Die geometrische Flächengestaltung des Durchbruchs 72 ist der Geometrie des Dichtrings 61 angepaßt; die Größe des Durchbruchs ist durch das semipermeable Membranmaterial, dessen Dicke, durch Klimadaten und das Permeat parametriert. Elastomer-Teil 1 64 und Elastomer-Membran 2 73 können im 2K-Verfahren kunststoffgespritzt werden.
4 zeigt die Abdichtungseinrichtung 6 von 2 und 3, wie sie in axialer Richtung zu sehen ist. Der Dichtring 61 ist gekennzeichnet durch einen statischen Dichtbereich 62, der sich an der Stelle der festen Einspannung des Dichtrings durch Fest- oder Preßsitz 66, ..., 70 in radialer Richtung in einer ringförmigen Dichtnut 52 an den stirnseitigen Enden 41, 42 des Innenlager- 31 oder Außenlagerrings 32 ergibt; dies kann den inneren oder äußeren Durchmesser des Dichtrings betreffen. Eine entsprechende Gestaltung des dynamischen Dichtbereichs 63 mit innenliegender Dichtlippe 71 erfährt der Dichtring als Pendant zum statischen Dichtbereich 62. Der Aufbau des Dichtrings besteht aus einem Elastomer-Teil 1 64, welches durch ein dichtes kreisringförmiges Metall- oder Hartkunststoff-Teil 65 verstärkt wird. Weiterhin zeichnet sich der Dichtring der erfinderischen Neuheit durch Durchbrüche 72 in radialer Höhe zum freien Volumen 51 des ringförmigen Raums 50 aus. Diese keiner geometrischen Zwangsform unterliegenden Durchbrüche bilden mit einer semipermeablen Elastomer-Membran 2 73 versehen, den flüssigkeitsdichten Gaskanal für das freie Volumen des ringförmigen Raums. Die Membran kann im 2K-Verfahren mit dem Elastomer-Teil 1 64 und dem Verstärkungsteil 65 einstückig kunststoffgespritzt sein oder als vorgefertigt gespritztes Einlegeteil mit dem Verstärkungs- und dem Elastomer-Teil 1 dicht gefügt sein. Die Durchlässigkeit des so gebildeten Gaskanals für das Permeat ist vom eingesetzten Membran-Werkstoff und dessen Dicke, von den klimatischen Umgebungsverhältnissen sowie der Durchtrittsfläche der Durchbrüche abhängig. Da die Membran-Gasdurchlässigkeit sich umgekehrt proportional zur Materialdicke verhält, weist die Elastomer-Membran 2 Folienstärke auf. Um diese Membran zu verarbeiten, entweder spritztechnisch oder als Foliant aufzubringen, müssen die Lochabstände der Durchbrüche verkleinert oder die Durchbrüche mit einem Gitter als Träger versehen oder ein vorgefertigt gespritztes Einlegeteil als Folienträger vorbereitet werden. Gemäß der Figur wurde der Durchbruch 72 mit einer Anzahl unterschiedlicher Gitter- und Trägerstrukturen 74 dargestellt, die je nach ausgewählter Membran und ausgewähltem -verfahren als Stütze zum Einsatz kommen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist als Einlege- und/oder Spritzteil auch ein sandwichartiger Aufbau aus einem grobdurchlässigen und einem feindurchlässigen Membran-Werkstoff vorstellbar.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Elastomer-Membranwerkstoff mittels eines Trägersiebs zu rakeln und Metall- oder Kunststoffsieb mit Membran-Werkstoff als Einlegeteil zu verbauen oder zu umspritzen.
Eine weitere Ausprägung der Erfindung sieht vor, daß es sich bei dem Membranträger um ein besonders flach bauendes gelagertes Teil zur Aufnahme des Elastomers handelt.
Ein weiterer Anwendungsbezug der erfinderischen Neuheit ist durch eine Mehrfach-Anordnung von Dichtringen gegeben, wobei die Dichtbereiche gleichgerichtet, gegenläufig oder labyrinthartig angeordnet sind.
Eine weitere Ausprägungsform der erfinderischen Neuheit ist dadurch gegeben, daß auf die einseitig statisch gelagerten Dichtringe durch eine z. B. außen aufgespannte Ringfeder mechanischer Druck auf den dynamischen Dichtbereich ausgeübt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Elastomer-Membran in einer Mehrfach-Anordnung von Dichtringen semipermeabel wirkend installiert.
Gemäß einer weiteren Ausprägung sind die einen labyrinthartigen Gaskanal bildenden semipermeablen trägerlosen oder -behafteten Membran-Durchbrüche in einer Mehrfach-Dichtringanordnung um einen Drehwinkel gegeneinander versetzt.
Besonders temperaturabhängigen Reinigungsprozessen unterliegende Lageranordnungen sind von der Kondenswasserbildung im freien Volumen betroffen und profitieren von den oben vorgestellten Lösungen im besonderen. Bei der Auswahl des Membran-Werkstoffs ist unbedingt Applikation und Umfeld zu berücksichtigen.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche; die zahlreichen Möglichkeiten und Vorteile der Ausgestaltung der Erfindung spiegeln sich in der Anzahl der Schutzrechtsansprüche wider.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Wälzlager
3: Radiallager
31: Innenlagerring
32: Außenlagerring
33: Wälzkörper, Rollelement, Kugel, Rolle
34: Käfig, Lagerhalter
35: Bohrungsdurchmesser Innenring
36: Manteldurchmesser Außenring
37: Schulterdurchmesser Innenring
38: Schulterdurchmesser Außenring
39: Ringnut (nicht dargestellt)
40: Sprengring (nicht dargestellt)
41: Stirnseite Innenring
42: Stirnseite Außenring
43: Laufbahn Innenring
44: Laufbahn Außenring
45: Kantenabstand Innenring
46: Kantenabstand Außenring
47: Lagerdurchmesser, mittlerer
48: Gesamtbreite Lager
49: Achse, zentral
50: Raum, ringförmig
51: Volumen, frei
52: Haltenut Dichtung, Dichtnut, ringförmig, Ringnut
53: Haltefläche
54: Seitenwand, innen
55: Bodenwand
56: Seitenwand, außen
57: Eindrehung, geneigt
58: Eindrehung, konisch
6: Abdichtungseinrichtung, Dichtelement
61: Dichtring
62: Dichtbereich, statisch
63: Dichtbereich, dynamisch
64: Elastomer-Teil 1
65: Verstärkungsteil
66: Oberfläche, radial
67: Rampenfläche
68: Abschnitt, zylindrisch
69: Abschnitt, gekerbt
70: Oberfläche, radial, parallel
71: Dichtlippe
72: Durchbruch
73: Elastomer-Membran 2, semipermeabel
74: Geflecht, Gitter, Sieb, Stütze, Träger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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IT 970648 TO [0030]
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JP 2002372499 [0042]
FR 9609324 [0042]
FR 8900649 [0042]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53 380 [0019]
DIN 53 122 [0019]

Claims

Gedichtete Lageranordnung (1) mit einer semipermeablen Elastomer-Membran – insbesondere ein gedichtetes Wälzlager (2) mit einem durch eine semipermeable Elastomer-Membran abgeschlossenen freien Volumen – welche äußere (32) und innere Lagerringe (31) und dazwischen eine Vielzahl von in Laufbahnen (43, 44) sich bewegende, durch Lagerhalter (34) geführte Wälzkörper (33) innerhalb eines ringförmigen Raumes (50) besitzt, wobei einer der Lagerringe (31, 32) eine ringförmige Dichtnut (52) an einem axialen Ende (41, 42) hat, wobei die Dichtnut eine innere Seitenwand (54), eine Bodenwand (55), eine äußere Seitenwand (56) sowie eine Haltefläche (53) hat und mit einem dicht eingelassenen Dichtelement (6) den statischen Dichtbereich (62) bildet, und der andere Lagerring (32, 31) eine ringförmige, konische und geneigte Eindrehung (57, 58) hat und mit dem mittels Dichtlippen (71) dicht eingelassenen Dichtelement (6) den dynamischen Dichtbereich (63) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß – die Abdichtungseinrichtung (6) aus kreisförmigen Dichtringen (61) beiderseits der axialen Enden der Lagerringe (31, 32) besteht – der Dichtring (61) aus einem elastomeren Material 1 (64) besteht und einen äußeren und einen inneren Umfang hat – der Dichtring (61) in axialer Richtung einen sandwichartigen Aufbau mit einem Verstärkungsteil (65) besitzt – der zwischen den Lagerringen (31, 32) und den bestückten Dichtringen (61) befindliche ringförmige Raum (50) ein freies Volumen (51) aufweist – die Dichtringe (61) in radialer Höhe des freien Volumens (51) Durchbrüche (72) haben – die Durchbrüche (72) je durch eine atmende Elastomer-Membran 2 (73) semipermeabel verschlossen sind und einen Gaskanal bilden.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomer-Membran 2 (73) im Bereich der Dichtring-Durchbrüche (72) durch ein Geflecht, Gitter oder Träger (74) gestützt ist.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomer-Membran 2 (73) im 2K oder xK (Komponenten)-Kunststoff-Spritzverfahren (x > 2) aufgebracht oder als fertig gespritztes oder als Träger/Membranfolie-Einlegeteil dicht gefügt ist.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (74) für die Elastomer-Membran 2 (73) aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtring-Durchbrüche (72) gebohrt, gestanzt, gefräst und/oder gelasert und/oder Teil eines Kunststoff-Spritzwerkzeugs sind.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomer-Membran 2 (73) und der Träger (74) ein sandwichartiger Aufbau aus unterschiedlich porösen Membran-Werkstoffen ist mindestens einer semipermeablen Schicht beinhaltend.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungseinrichtung (6) durch eine in axialer Richtung ausgedehnte Mehrfach-Anordnung von Dichtringen (61) gegeben ist, mit gleichseitig, entgegengerichtet oder labyrinthartig angeordneten statischen (62) und dynamischen Dichtbereichen (63).
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomer-Membran 2 (73) in einer Mehrfach-Anordnung von Dichtringen (61) semipermeabel einen Gaskanal bildend installiert ist.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die einseitig, im statischen Dichtbereich (62) gelagerten Dichtringe (61) durch eine aufgespannte Ringfeder mechanischer Druck auf den dynamischen Dichtbereich (63) ausgeübt wird.
Lageranordnung (1) mit einer Elastomer-Membran nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Gaskanal bildenden semipermeablen trägerlosen oder -behafteten Membran-Durchbrüche (72, 73, 74) in einer Mehrfach-Dichtringanordnung (61) nicht in einer Flucht liegen, sondern um einen Drehwinkel gegeneinander versetzt sind.