DE102014209234A1 - sealing arrangement - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Raumes (05) zwischen einem ersten Maschinenelement (02) und einem in Bezug zum ersten Maschinenelement (02) drehbaren zweiten Maschinenelement, wobei erstes und zweites Maschinenelement (002, 03) konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Dichtungsanordnung umfasst eine sich in radiale Richtung über den abzudichtenden Raum (05) erstreckende Dichtungsscheibe (08) mit einem ersten Endbereich (09), welcher in einem umlaufenden ersten Einstichbereich (10) des ersten Maschinenelements (02) festgelegt ist, und einen am zweiten Lagerring (03) angeordneten Dichtungsring (12) mit einem zumindest abschnittsweise am zweiten Maschinenelement (03) anliegenden Dichtungsrücken (14) und mindestens einer winklig zum Dichtungsrücken (14) ausgerichteten elastischen Dichtlippe (15) mit einer Dichtkante (17), wobei die Dichtkante (17) zumindest im Ruhezustand des zweiten Maschinenelements (03) an einem zweiten Endbereich (18) der Dichtungsscheibe (08) anliegt.The present invention relates to a sealing arrangement for sealing a space (05) between a first machine element (02) and a second machine element rotatable with respect to the first machine element (02), wherein first and second machine elements (002, 03) are arranged concentrically with one another. The sealing arrangement comprises a sealing disc (08) extending in the radial direction over the space (05) to be sealed, having a first end region (09) which is fixed in a circumferential first puncture region (10) of the first machine element (02) and one on the second Bearing ring (03) arranged sealing ring (12) with an at least partially on the second machine element (03) adjacent the sealing back (14) and at least one angularly to the seal back (14) aligned elastic sealing lip (15) having a sealing edge (17), wherein the sealing edge ( 17) bears against a second end region (18) of the sealing disc (08) at least when the second machine element (03) is at rest.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Raumes zwischen einem ersten und einem zweiten Maschinenelement, wobei erstes und zweites Maschinenelement konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Anordnung umfassend eine erstes und ein drehbares zweites Maschinenelement, welche konzentrisch zueinander angeordnet sind, sowie eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Raumes zwischen erstem und zweitem Maschinenelement. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung wird vorzugsweise bei Lagern, insbesondere bei Wälzlagern eingesetzt, wo sie zur Abdichtung des Wälzkörperraums dient. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung jedoch generell auch für Abdichtungen zwischen Maschinenelementen, wie beispielsweise zwischen einer Welle und einem Gehäuse, dienen. The present invention relates to a sealing arrangement for sealing a space between a first and a second machine element, wherein the first and second machine element are arranged concentrically with each other. The invention further relates to an arrangement comprising a first and a rotatable second machine element, which are arranged concentrically to one another, and a sealing arrangement for sealing a space between the first and second machine element. The seal assembly according to the invention is preferably used in bearings, in particular for rolling bearings, where it serves to seal the Wälzkörperraums. In addition, however, the seal assembly according to the invention may also generally be used for seals between machine elements, such as between a shaft and a housing.
Dichtungen für Wälzlager verhindern das Eindringen von festen Verunreinigungen und von Feuchtigkeit in das Wälzlager. Gleichzeitig sorgen sie dafür, dass das im Wälzlager vorhandene Schmiermittel im Wälzlager gehalten wird. Für die Abdichtung von Wälzlagern kommen sowohl berührungslose als auch berührende Dichtungen zum Einsatz. Die Wirkungsweise berührungsloser Dichtungen beruht auf der Dichtwirkung enger Spalte zwischen umlaufenden und stillstehenden Teilen. Berührungslose Dichtungen weisen praktisch keine Reibung und keinen Verschleiß auf und sind in der Regel unempfindlich gegen Beschädigungen durch feste Verunreinigungen. Ihre Dichtwirkung kann durch Einpressen von Schmierfett in den Dichtspalt verbessert werden. Berührende Dichtungen beruhen darauf, dass das Dichtelement – eine relativ schmale Dichtlippe oder Dichtfläche – mit einem bestimmten Anpressdruck an einer Dichtfläche anliegt und so Verunreinigungen oder Feuchtigkeit abhält bzw. den Austritt von Schmierstoff verhindert. Berührende Dichtungen dichten sehr zuverlässig ab, vor allem wenn bei entsprechender Oberflächenqualität der Dichtfläche und Schmierung der Dichtkante der Verschleiß gering ist. Ein Nachteil berührender Dichtungen ist die Reibung der Dichtung auf der Dichtfläche, die dadurch hervorgerufene Temperaturerhöhung und der auftretende Verschleiß. Berührende Dichtungen sind daher in der Regel nur bis zu bestimmten Umfangsgeschwindigkeiten verwendbar. Außerdem sind sie empfindlich gegen mechanische Beschädigungen, beispielsweise durch feste Fremdkörper. Um Beschädigungen durch Fremdkörper zu verhindern, wird häufig eine nicht berührende Dichtung einer berührenden Dichtung vorgeschaltet, um grobe Verunreinigungen von der berührenden Dichtung fernzuhalten. Rolling bearing seals prevent the ingress of solid contaminants and moisture into the rolling bearing. At the same time, they ensure that the lubricant in the rolling bearing is held in the rolling bearing. Both non-contact and contact seals are used for the sealing of rolling bearings. The mode of operation of non-contact seals is based on the sealing effect of narrow gaps between rotating and stationary parts. Non-contact seals have virtually no friction and no wear and are usually insensitive to damage from solid contaminants. Their sealing effect can be improved by injecting grease into the sealing gap. Touching seals are based on the fact that the sealing element - a relatively narrow sealing lip or sealing surface - with a certain contact pressure is applied to a sealing surface and thus prevents contamination or moisture or prevents the escape of lubricant. Touching seals seal very reliably, especially if the wear is low with the appropriate surface quality of the sealing surface and lubrication of the sealing edge. A disadvantage of contacting seals is the friction of the seal on the sealing surface, the resulting increase in temperature and the wear occurring. Touching seals are therefore usually usable only up to certain peripheral speeds. In addition, they are sensitive to mechanical damage, such as solid foreign matter. To prevent damage from foreign objects, a non-contacting seal is often placed in front of a contacting seal to keep out gross contaminants from the contacting seal.
Die
Die
In der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Reibungsverluste von Dichtungsanordnungen, welche zur Abdichtung eines Raumes zwischen einem ersten Maschinenelement und einem in Bezug zum ersten Maschinenelement drehbaren zweiten Maschinenelement dienen, zu reduzieren, wobei weiterhin zumindest im Ruhezustand des zweiten Maschinenelements eine berührende Dichtung zu realisieren ist. Insbesondere soll eine Anordnung umfassend ein erstes Maschinenelement und ein in Bezug zum ersten Maschinenelement drehbares zweites Maschinenelement sowie eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Raumes zwischen den beiden Maschinenelementen zur Verfügung gestellt werden.The object of the present invention is to reduce the frictional losses of sealing arrangements which serve to seal a space between a first machine element and a second machine element rotatable with respect to the first machine element, further to realize a contacting seal at least in the resting state of the second machine element is. In particular, an arrangement comprising a first machine element and a relation to the first machine element rotatable second machine element and a sealing arrangement for sealing a space between the two machine elements are provided.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgab dient eine Dichtungsanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1. To solve the object of the invention is a seal assembly according to the appended claim. 1
Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung dient zur Abdichtung eines Raumes zwischen einem ersten Maschinenelement und einem in Bezug zum ersten Maschinenelement drehbaren zweiten Maschinenelement, wobei erstes und zweites Maschinenelement konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Dichtungsanordnung beinhaltet eine sich in radialer Richtung über den abzudichtenden Raum erstreckende Dichtungsscheibe mit einem ersten Endbereich, welcher in einem umlaufenden ersten Einstichbereich am ersten Maschinenelement festgelegt ist. Ein weiterer Bestandteil der Dichtungsanordnung ist ein am zweiten Maschinenelement angeordneter Dichtungsring mit einem zumindest abschnittsweise am zweiten Maschinenelement anliegenden Dichtungsrücken und mindestens einer winklig zum Dichtungsrücken ausgerichteten elastischen Dichtlippe mit einer Dichtkante. Die Dichtkante liegt zumindest im Ruhezustand des zweiten Maschinenelements an einem zweiten Endbereich der Dichtungsscheibe an.The sealing arrangement according to the invention serves to seal a space between a first machine element and a second machine element which can be rotated relative to the first machine element, wherein the first and second machine elements are arranged concentrically with one another. The sealing arrangement includes a sealing disk extending in a radial direction over the space to be sealed, having a first end region which is fixed in a circumferential first recess region on the first machine element. Another component of the sealing arrangement is a sealing ring arranged on the second machine element with a sealing back resting against the second machine element at least in sections and at least one elastic sealing lip aligned at an angle to the sealing back with a sealing edge. At least in the idle state of the second machine element, the sealing edge bears against a second end region of the sealing disk.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die erfindungsgemäß gewählte Konstruktion des Dichtungsrings in Kombination mit einer herkömmlich als Spaltdichtung verwendeten Dichtungsscheibe mit steigernder Drehzahl die Anpresskraft der Dichtkante aufgrund der wirkenden Fliehkraft reduziert wird. Die Dichtlippe kann auch derart realisiert werden, dass sie ab einer vorbestimmten Drehzahl von der Dichtfläche abhebt und berührungslos arbeitet. Auf diese Weise kann insbesondere bei Betriebsphasen mit höheren Drehzahlen, welche üblicherweise bei berührenden Dichtungen zu hohen Reibungsverlusten führen, der Verlustleistung durch Dichtungsreibung entgegengewirkt werden. An essential advantage of the solution according to the invention is that the contact pressure of the sealing edge due to the centrifugal force acting is reduced by the inventively chosen construction of the sealing ring in combination with a sealing disc conventionally used as a gap seal with increasing speed. The sealing lip can also be realized in such a way that it lifts off from the sealing surface at a predetermined speed and operates without contact. In this way, especially at operating phases with higher speeds, which usually lead to high friction losses in contact seals, the power loss can be counteracted by seal friction.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtungsring innerhalb eines umlaufenden zweiten Einstichbereichs des zweiten Maschinenelements angeordnet. Auf diese Weise kann der Dichtungsring aufwandsarm und genau am zweiten Maschinenelement positioniert werden. According to a preferred embodiment, the sealing ring is arranged within a circumferential second recess region of the second machine element. In this way, the sealing ring with little effort and can be accurately positioned on the second machine element.
Von Vorteil ist es, wenn der Dichtungsring durch ein Federelement in Richtung des zweiten Maschinenelements vorbelastet ist. Mittels Federelement kann der Dichtungsring am zweiten Maschinenelement gesichert werden, um ein Herauslösen bzw. Verschieben des Dichtungsrings zu verhindern. It is advantageous if the sealing ring is preloaded by a spring element in the direction of the second machine element. By means of spring element, the sealing ring can be secured to the second machine element, in order to prevent a detachment or displacement of the sealing ring.
Der Dichtungsring weist vorzugsweise einen der Dichtlippe gegenüberliegenden, sich winklig zum Dichtungsrücken erstreckenden Endbereich auf. Dieser Endbereich liegt zumindest abschnittsweise am zweiten Maschinenelement an. Endbereich und Dichtungsrücken schließen nach einer bevorzugten Ausführung einen rechten Winkel ein. The sealing ring preferably has an end region opposite the sealing lip and extending at an angle to the seal back. This end region abuts the second machine element at least in sections. End portion and sealing back include a right angle in a preferred embodiment.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Dichtungsring mit einer Armierung auszustatten, an welcher ein die Dichtlippe umfassender Elastomerkörper stoffschlüssig befestigt ist. Die Armierung liegt zumindest abschnittsweise am zweiten Lagerring an. Durch die Armierung kann eine Verformung des Dichtungsrings durch im Betrieb auftretende Kräfte wirksam vermieden werden. Die Armierung besteht vorzugsweise aus Blech. Die Armierung weist vorzugsweise einen der Dichtlippe gegenüberliegenden, sich winklig zum Dichtungsrücken erstreckenden Endbereich auf. Der Endbereich der Armierung und der Dichtungsrücken schließen nach einer bevorzugten Ausführung einen rechten Winkel ein. Der Endbereich der Armierung kann des Weiteren einen sich in Richtung Dichtungskante erstreckenden Randbereich aufweisen. Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Spalt bzw. eine hydrodynamische Förderwirkung in Kombination mit einem Spalt realisiert werden. It has proven to be expedient to equip the sealing ring with a reinforcement, to which a sealing lip comprehensive elastomer body is firmly bonded. The reinforcement is at least partially on the second bearing ring. As a result of the reinforcement, deformation of the sealing ring by forces occurring during operation can be effectively avoided. The reinforcement is preferably made of sheet metal. The reinforcement preferably has an end region opposite the sealing lip and extending at an angle to the seal back. The end region of the reinforcement and the sealing back include a right angle in a preferred embodiment. The end region of the reinforcement can furthermore have an edge region extending in the direction of the sealing edge. In this way, an additional gap or a hydrodynamic conveying effect can be realized in combination with a gap.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Dichtungsring im Bereich der Dichtlippe eine Materialverstärkung auf. Durch die auf diese Weise im Bereich der Dichtlippe zur Verfügung stehende zusätzliche Masse entstehen im laufenden Betrieb des zweiten Lagerrings höhere Fliehkräfte, welche dafür sorgen, dass die Anpresskraft der Dichtkante im Vergleich zu einer gleichartigen Realisierung ohne Materialverstärkung früher reduziert wird bzw. die Dichtkante früher von der Dichtfläche abhebt. Die wirksamen Fliehkräfte können alternativ auch beeinflusst werden, indem der Abstand der Dichtkante zum Dichtungsrücken verändert wird. Durch eine Vergrößerung dieses Abstandes wird der wirksame Hebelarm der Fliehkraft größer. Hieraus ergibt sich eine größere Verformung bei gleicher Fliehkraft. Ebenso besteht die Möglichkeit die Dicke des Dichtungsrings zu modifizieren.In an advantageous embodiment, the sealing ring in the region of the sealing lip on a material reinforcement. Through the additional mass available in this way in the area of the sealing lip, higher centrifugal forces occur during operation of the second bearing ring, which ensure that the contact force of the sealing edge is reduced earlier without reinforcing the material or the sealing edge is earlier the sealing surface lifts. The effective centrifugal forces can alternatively also be influenced by changing the distance between the sealing edge and the back of the seal. By increasing this distance, the effective lever arm of the centrifugal force becomes larger. This results in a larger deformation with the same centrifugal force. It is also possible to modify the thickness of the sealing ring.
Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform weist der Dichtungsring zwei winklig zueinander ausgerichtete elastische Dichtlippen mit jeweils einer Dichtkante auf. Zwischen einer der beiden Dichtkanten und zweitem Endbereich der Dichtungsscheibe besteht im Ruhezustand des zweiten Maschinenelements ein Spalt. Durch die zusätzliche zweite Dichtlippe kann die Anpresskraft der anliegenden Dichtkante bei sich drehendem zweitem Maschinenelement aufgrund der höheren Fliehkraftwirkung reduziert werden. Der Spalt zwischen der im Ruhezustand nicht anliegenden Dichtkante und dem zweiten Endbereich der Dichtungsscheibe verkleinert sich unter Drehzahleinfluss, wodurch trotz reduzierter Anpresskraft bzw. trotz Abheben der im Ruhezustand anliegenden Dichtkante vom zweiten Endbereich der Dichtungsscheibe eine hohe Dichtwirkung sichergestellt werden kann. According to a further expedient embodiment, the sealing ring on two angularly aligned elastic sealing lips, each having a sealing edge. Between one of the two sealing edges and the second end region of the sealing disc there is a gap in the resting state of the second machine element. Due to the additional second sealing lip, the contact pressure of the adjacent sealing edge can be reduced when the second machine element rotates due to the higher centrifugal force effect. The gap between the non-resting in the resting state sealing edge and the second end portion of the sealing washer decreases in terms of speed of rotation, whereby a high sealing effect can be ensured despite reduced contact force and despite lifting the resting edge adjacent sealing edge of the second end portion of the gasket.
Der Dichtungsring kann vorzugsweise eine zusätzliche dritte elastische Dichtlippe mit einer dritten Dichtkante aufweisen. Die dritte Dichtlippe liegt hierbei der ersten und zweiten Dichtlippe gegenüber. Die dritte Dichtkante liegt zumindest im Ruhezustand des zweiten Maschinenelements am zweiten Endbereich der Dichtungsscheibe an. Durch Verwendung einer zusätzlichen dritten Dichtkante kann die Dichtwirkung weiter erhöht werden. The sealing ring may preferably have an additional third elastic sealing lip with a third sealing edge. The third sealing lip is in this case the first and second sealing lip opposite. At least when the second machine element is at rest, the third sealing edge bears against the second end region of the sealing disk. By using an additional third sealing edge, the sealing effect can be further increased.
Der zweite Endbereich der Dichtungsscheibe ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform in Richtung des abzudichtenden Raums abgewinkelt.The second end region of the sealing disc is angled according to an advantageous embodiment in the direction of the space to be sealed.
Die Dichtungsanordnung am erfindungsgemäßen Wälzlager kann sowohl zur axialen als auch zur radialen Abdichtung des abzudichtenden Raumes dienen. The seal arrangement on the rolling bearing according to the invention can serve both for axial and radial sealing of the space to be sealed.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient weiterhin eine Anordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 9. Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein erstes Maschinenelement und ein in Bezug zum ersten Maschinenelement drehbares zweites Maschinenelement, welche konzentrisch zueinander angeordnet sind, sowie eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Raumes zwischen erstem und zweitem Maschinenelement. The arrangement according to the invention also comprises a first machine element and a second machine element rotatable relative to the first machine element, which are arranged concentrically with one another, and a sealing arrangement for sealing a space between the first and second machine element.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind erstes und zweites Maschinenelement Lagerringe eines Wälzlagers. Der abzudichtende Raum wäre bei dieser Ausführung der zur Aufnahme von Wälzkörpern dienende Innenraum. Die oben beschriebene Wirkung der Fliehkraft zur Reibungsreduzierung wirkt insbesondere bei Ausführungen mit drehendem Lagerinnenring. Die Dichtungsanordnung kann darüber hinaus aber auch in andere Lagertypen eingebaut werden.According to a particularly preferred embodiment, first and second machine element are bearing rings of a roller bearing. The space to be sealed would be in this embodiment serving for receiving rolling interior. The above-described effect of the centrifugal force to reduce friction acts especially in designs with rotating bearing inner ring. The seal assembly can also be installed in other types of bearings beyond.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:
Ein weiterer Bestandteil der Dichtungsanordnung
Durch die erfindungsgemäß gewählte Konstruktion des Dichtungsrings
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Wälzlager roller bearing
- 0202
- erster Lagerring first bearing ring
- 0303
- zweiter Lagerring second bearing ring
- 0404
- Wälzkörper rolling elements
- 0505
- Wälzkörperraum anti-friction
- 0606
- Käfig Cage
- 0707
- Dichtungsanordnung sealing arrangement
- 0808
- Dichtungsscheibe sealing washer
- 0909
- erster Endbereich der Dichtungsscheibe first end portion of the sealing washer
- 1010
- erster Einstichbereich first puncture area
- 1111
- 1212
- Dichtungsring sealing ring
- 1313
- zweiter Einstichbereich second puncture area
- 1414
- Dichtungsrücken seal back
- 1515
- erste Dichtlippe first sealing lip
- 1616
- 1717
- erste Dichtkante first sealing edge
- 1818
- zweiter Endbereich der Dichtungsscheibe second end region of the sealing washer
- 1919
- Endbereich des Dichtungsrings End portion of the sealing ring
- 2020
- Fase chamfer
- 2121
- 2222
- Armierung reinforcement
- 2323
- Elastomerkörper elastomer body
- 2424
- Spalt zwischen Innenring und Dichtungsring Gap between inner ring and sealing ring
- 2525
- Materialverstärkung material gain
- 2626
- 2727
- zweite Dichtlippe second sealing lip
- 2828
- zweite Dichtkante second sealing edge
- 2929
- Spalt zwischen Dichtungsscheibe und Dichtkante Gap between sealing washer and sealing edge
- 3030
- dritte Dichtlippe third sealing lip
- 3131
- dritte Dichtkante third sealing edge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102009012076 A1 [0005] DE 102009012076 A1 [0005]
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