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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine adaptive Dichtungsanordnung zur adaptiven Abdichtung eines ersten Maschinenelementes gegenüber einem zu dem ersten Maschinenelement rotierbaren zweiten Maschinenelement. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lageranordnung, welche die erfindungsgemäße adaptive Dichtungsanordnung umfasst.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Dichtung wird zwischen mindestens zwei Maschinenelementen eingesetzt, um ungewollte Stoffübergänge von einem Raum in einen anderen Raum zu begrenzen oder zu verhindern. So wird die Dichtung zur Abdichtung gegen äußere Einflüsse, wie beispielsweise Verschmutzung oder Spritzwasser, oder zur Aufrechterhaltung einer Schmierung durch eingebrachtes Fluid im Inneren eines abgegrenzten Raumes verwendet.
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Bei drehenden Wellen mit berührenden Radialdichtungen entstehen hohe Reibleistungen an der Stelle der Welle an der das Dichtungsbauteil berührend anliegt, insbesondere bei hohen Drehzahlen oder durch hohen Druck zur Aufrechterhaltung der Abdichtung. Deshalb wird das Dichtungsbauteil gemäß dem Stand der Technik so konstruiert, dass die Reibwärme möglichst gering gehalten wird. Um das zu erreichen, wird die gleitende Dichtfläche so schmal wie möglich ausgeführt. Trotz schmaler Dichtflächen können bei hohem Druck sehr hohe Reibleistungsdichten erzeugt werden, was eine Verbrennung der Dichtlippe zur Folge haben kann. Aus diesem Grund werden die maximalen Umlaufgeschwindigkeiten und die maximal Drücke für die einzelnen Elastomerdichtungen beschränkt. Auch werden Werkstoffe mit niedrigem Reibungskoeffizienten eingesetzt, bei denen eine geringe Reibleistungsdichte erzeugt wird. Dichtungen aus diesen Werkstoffen sind jedoch kostenintensiver.
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Es sind verschiedene adaptive Dichtungsanordnungen, bei denen der Grad der Dichtheit an gewünschte Bedingungen anpassbar ist, bekannt. Beispielsweise ist in der
DE 10 2007 045 819 B4 ein Verfahren zum Montieren einer radialen Wellendichtungsanordnung auf einer Welle beschrieben. Die montierte Dichtungsanordnung umfasst ein Formgedächtniselement, welches eine Vielzahl von Drähten mit unterschiedlichen Übergangstemperaturen umfasst. Das Formgedächtniselement befindet sich in Druckverbindung mit einem elastischen Dichtungskörper. Die Anpassung erfolgt somit temperaturabhängig.
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Aus der
DE 10 2012 216 271 A1 ist ein Dichtungselement für ein Lager bekannt, welches einen Dichtkörper mit einem Dichtungssitz und mit einer Dichtlippe umfasst. Eine Kontaktfläche ist zu einer Gegendichtflächenpressung temperaturabhängig einstellbar. Dabei kommen zwei Kunststoffe mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Einsatz.
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In der
DE 10 2008 017 306 A1 ist eine Dichtvorrichtung mit einer Dichteinheit, die ein elektroaktives Einstellelement aufweist, erläutert. Durch das elektroaktive Einstellelement kann eine Eigenschaft der Dichteinheit verändert werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine adaptive Dichtungsanordnung zur Verfügung zu stellen, bei der einerseits Verschleißerscheinungen durch Verminderung der Reibung reduziert sind und andererseits eine hohe Anpresskraft realisierbar ist. Weiterhin ist eine Lageranordnung mit einer solchen adaptiven Dichtungsanordnung bereitzustellen.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der genannten Aufgabe durch eine adaptive Dichtungsanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Lageranordnung gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9.
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Die erfindungsgemäße adaptive Dichtungsanordnung dient der adaptiven Abdichtung eines ersten Maschinenelementes gegenüber einem zu dem ersten Maschinenelement um eine Achse rotierbaren zweiten Maschinenelement. Die adaptive Dichtungsanordnung umfasst eine am ersten Maschinenelement bevorzugt dicht und rotationsfest zu befestigende erste Scheibe. Weiterhin umfasst die adaptive Dichtungsanordnung eine zweite Scheibe, die axial beabstandet zu der ersten Scheibe bevorzugt dicht und rotationsfest am zweiten Maschinenelement anzubringen ist. Beide Scheiben weisen jeweils eine Achse auf, die mit der oben beschriebenen Achse der Rotation zusammenfällt, sodass die Achsen identisch sind. Die erste und die zweite Scheibe weisen bevorzugt jeweils eine kreisringförmige Grundform als ein flacher Hohlzylinder auf. Eine der beiden Scheiben umfasst einen Permanentmagnet, welcher bevorzugt eine in Richtung der Achse ausgerichtete Magnetisierung aufweist und bevorzugt eine kreisförmige Grundform als ein Hohlzylinder aufweist. Die andere der beiden Scheiben umfasst mindestens eine elektrische Spule. Die mindestens eine elektrische Spule ist durch einen spiralförmig angelegten Leiter bzw. Leiterschleife gebildet, sodass sie mindestens eine Windung umfasst. Die mindestens eine elektrische Spule ist bevorzugt kurzgeschlossen oder zumindest mit einem elektrischen Widerstand belastet. Wenigstens eine der beiden Scheiben ist zumindest teilweise als eine elastische Dichtungsscheibe ausgestaltet, während die andere der beiden Scheiben als eine Dichtungsgegenkraftscheibe ausgebildet ist. Die elastische Dichtungsscheibe ist axial auslenkbar. Grundsätzlich kann die elastische Dichtungsscheibe diejenige der beiden Scheiben sein, welche den Permanentmagnet umfasst oder welche die mindestens eine Spule umfasst. Grundsätzlich kann die Dichtungsgegenkraftscheibe diejenige der beiden Scheiben sein, welche den Permanentmagnet umfasst oder welche die mindestens eine Spule umfasst.
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Der von der einen der beiden Scheiben umfasste Permanentmagnet durchsetzt mit seinem Magnetfeld die mindestens eine Spule der anderen der beiden Scheiben. Durch Rotation der beiden Scheiben zueinander kommt es zu einer Änderung des magnetischen Flusses in der mindestens einen Spule, weshalb eine elektrische Spannung in dieser induziert wird. Aufgrund der induzierten Spannung fließt in der vorzugsweise kurzgeschlossenen Spule ein Strom, sodass ein Elektromagnetfeld in der mindestens einen Spule erzeugt wird. Zwischen dem Magnetfeld des Permanentmagneten und dem Elektromagnetfeld der mindestens einen Spule bestehen je nach Polung anziehende oder abstoßende Magnetkräfte. Diese Magnetkräfte verformen erfindungsgemäß die elastische Dichtungsscheibe und lenken sie in axialer Richtung aus.
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Die Dichtungsscheibe liegt je nach Ausführungsform entweder im ausgelenkten Zustand oder im nicht ausgelenkten Zustand bevorzugt an einer Anlauffläche axial dichtend an. Die Anlauffläche ist bevorzugt an einer Anlaufscheibe ausgebildet, welche dicht an demjenigen der beiden Maschinenelemente anzubringen ist, an welchem auch die Dichtungsgegenkraftscheibe zu befestigten ist. Die Anlauffläche ist alternativ bevorzugt an der Dichtungsgegenkraftscheibe ausgebildet.
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Die Dichtungsscheibe ist je nach Ausführungsform entweder im ausgelenkten oder im nicht ausgelenkten Zustand bevorzugt axial von der Anlauffläche beabstandet, sodass keine dichtende Wirkung oder nur eine schwache dichtende Wirkung in dem jeweiligen Zustand erzielt wird.
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Somit ist die Dichtungsanordnung adaptiv, da sich die Dichtwirkung beim Wechsel von einem ruhenden Zustand in einen rotierenden Zustand, in welchem die beiden Scheiben zueinander rotieren, oder umgekehrt ebenfalls ändert.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird ausführungsformabhängig während der Rotation bzw. bei Stillstand die an der Dichtungsscheibe auftretende Reibung verhindert bzw. eine hohe Anpresskraft erzeugt. Die hohe Anpresskraft ermöglicht eine hohe Abdichtung, beispielsweise gegenüber extremen äußeren Einflüssen, wie einer Überflutung eines Radlagers. Des Weiteren verhindert die hohe Anpresskraft das Austreten eines Fluids aus dem System. Besteht hingegen eine aufgehobene Dichtwirkung, kann andererseits ein Fluid, beispielsweise zum Schmieren der Maschinenelemente, eingebracht werden. Außerdem besteht bei aufgehobener Dichtwirkung keine Reibung, weshalb auch Verschleiß vermieden wird. Somit ist die Dichtungsanordnung, speziell die Dichtungsscheibe, an den jeweilig herrschenden Betriebszustand angepasst. Die Anpassung der Dichtung ist in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit zwischen den beiden Maschinenelementen änderbar. Insbesondere die Anpresskraft ist abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit zwischen den beiden Maschinenelementen bzw. zwischen den beiden Scheiben.
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Für die Erfindung ist unerheblich, welches der beiden Maschinenelemente ruht, während das andere der beiden Maschinenelemente rotiert.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die erste Scheibe als die elastische Dichtungsscheibe ausgebildet, wobei die zweite Scheibe, d. h. die Dichtungsgegenkraftscheibe bevorzugt starr ist.
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Die drehfeste Befestigung der ersten Scheibe am ersten Maschinenelement ist bevorzugt durch einen Klemmsitz oder eine Verklebung gebildet.
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Die bevorzugt kreisringförmige Dichtungsscheibe weist einen elastischen Dichtungskörper auf, der bevorzugt aus einem Elastomer besteht. Der elastische Dichtungskörper bildet bevorzugt die äußere Form der Dichtungsscheibe.
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Die mindestens eine elektrische Spule ist bevorzugt in der Dichtungsscheibe angeordnet, sodass die bevorzugt starre Dichtungsgegenkraftscheibe den Permanentmagnet umfasst. Die mindestens eine elektrische Spule ist bevorzugt im elastischen Dichtungskörper der Dichtungsscheibe angeordnet.
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Die eine elektrische Spule bzw. die mehreren elektrischen Spulen sind bevorzugt jeweils von der Achse beabstandet angeordnet.
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Die mindestens eine elektrische Spule ist bevorzugt ein spiralförmig angelegter Leiter, der beispielsweise durch einen aufgewickelten metallischen Draht gebildet ist. Der Leiter kann auch durch eine spiralförmig angelegte Leiterbahn auf einer Leiterplatte realisiert sein. Der Leiter ist bevorzugt elektrisch isoliert. Die mindestens eine elektrische Spule umfasst mindestens eine Windung.
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Die eine elektrische Spule bzw. die mehreren elektrischen Spulen weisen bevorzugt jeweils eine Spulenachse auf, die parallel zur Achse ausgerichtet ist. Demzufolge ist die mindestens eine Spule dazu ausgebildet, ein Magnetfeld mit zwei Polen zu erzeugen, wobei eine die beiden Pole verbindende Gerade parallel zur Achse verläuft.
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Die Anzahl der elektrischen Spulen beträgt bevorzugt mindestens zwei und weiter bevorzugt mindestens vier. Die mehreren Spulen sind bevorzugt um die Achse herum gleichverteilt angeordnet.
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In der einen elektrischen Spule bzw. in den mehreren elektrischen Spulen ist bevorzugt jeweils ein ferromagnetischer Spulenkern angeordnet, der bevorzugt in der Spulenachse liegt. Bevorzugt ist der jeweilige Spulenkern ein Eisenkern, welcher bevorzugt die Form eines Zylinders oder eines Quaders aufweist. Der Spulenkern ist bevorzugt zusammen mit der jeweiligen elektrischen Spule im Elastomer des Dichtungskörpers eingebettet. Die mindestens eine elektrische Spule mit ihrem Spulenkern bildet einen Elektromagnet aus.
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Der elastische Dichtungskörper ist dazu ausgebildet, axial dichtend an der Anlauffläche zum Anliegen zu kommen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtungskörper dazu ausgebildet, axial dichtend an der jeweils anderen Scheibe, d. h. an der Dichtungsgegenkraftscheibe zum Anliegen zu kommen. Somit ist die Anlauffläche an derjenigen der beiden Scheiben ausgebildet, welche nicht die Dichtungsscheibe bildet. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtungskörper dazu ausgebildet, axial dichtend an der Anlaufscheibe zum Anliegen zu kommen.
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Erfindungsgemäß umfasst der elastische Dichtungskörper bevorzugt eine umlaufende Dichtlippe, die axial ausgerichtet ist und dazu ausgebildet ist, berührend an der Anlauffläche in axialer Richtung zum Anliegen zu kommen. Der Abstand zwischen der Dichtlippe und der Anlauffläche und/oder die Kraft, mit welcher die Dichtlippe auf die Anlauffläche gepresst wird, ändert sich, wenn die beiden Scheiben aus einem ruhenden in einen zueinander rotierenden Zustand oder umgekehrt wechseln.
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In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Dichtungsscheibe den Permanentmagnet, welcher bevorzugt im elastischen Dichtungskörper eingebettet ist.
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Erfindungsgemäß weist der Permanentmagnet, der bevorzugt ein Scheibenmagnet ist, eine Magnetisierung auf, bei welcher bevorzugt genau zwei Pole der Magnetisierung entlang der Achse der Rotation verteilt sind. Eine die beiden Pole verbindende Gerade liegt in dieser Achse oder zumindest parallel zu dieser Achse. Bevorzugt sind die beiden Pole auf den beiden Seitenflächen des Permanentmagnetes ausgebildet. Somit ist zumindest ein Teil der magnetischen Feldlinien parallel zur Achse angeordnet. Die Achse des Permanentmagneten, die Achsen der beiden Scheiben und die Achse der Rotation fallen zusammen, d. h. die genannten Achsen sind identisch. Die bereits genannten Richtungen und die im Weiteren genannten Richtungen, d. h. die axiale Richtung und die radiale Richtung sind auf die Achse der Rotation zwischen den beiden Maschinenelementen bezogen, wobei diese Achse auch die Achse des Permanentmagnetes und der beiden Scheiben bildet.
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Die ersten Scheibe und die zweiten Scheibe stehen sich bevorzugt axial beabstandet gegenüber, sodass die zwischen der mindestens einen elektrischen Spule und dem Permanentmagnet auftretenden Magnetkräfte parallel zu der Achse ausgerichtet sind.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist im elastischen Dichtungskörper eine sich um die Achse herum erstreckende Armierung integriert. Die Armierung dient der mechanischen Verstärkung des Dichtungskörpers; insbesondere für einen festen Sitz auf oder in dem jeweiligen der beiden Maschinenelemente. Bevorzugt besitzt die Armierung einen rechteckigen oder Lförmigen Querschnitt. Bevorzugt besteht die Armierung aus einem Metall.
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Die Dichtungsscheibe kann alternativ bevorzugt den Permanentmagnet umfassen, während die mindestens eine Spule in der bevorzugten starren Dichtungsgegenkraftscheibe integriert ist. Somit sind der Permanentmagnet und die elektrische Spule in den beiden Scheiben vertauschbar.
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Bei besonderen Ausführungsformen ist die Dichtungsgegenkraftscheibe als eine radiale Dichtung zur Abdichtung des ersten Maschinenelementes gegenüber dem zweiten Maschinenelement ausgebildet. Diese radiale Dichtung ist unabhängig von der durch die Dichtungsscheibe ausgebildeten axialen adaptiven Dichtung. Diese radiale Dichtung dichtet bevorzugt permanent. Die adaptive Eigenschaft der Dichtungsanordnung besteht dann darin, dass die permanent vorhandene radiale Dichtung temporär durch die axiale Dichtung ergänzt wird.
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Die erfindungsgemäße adaptive Dichtungsanordnung kann in verschiedene Lager, insbesondere in Wälzlager eingebaut werden. Einsatzbereiche der erfindungsgemäßen adaptiven Dichtungsanordnung sind beispielsweise in der Industrie, insbesondere in der Automobilindustrie, aber auch in der Medizintechnik oder bei Windkraftanlagen. Eine breite Einsatzspanne ist gegeben, da die adaptive Dichtungsanordnung in einer breiten Größenpalette ausgeführt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst ein erstes Maschinenelement und ein gegenüber dem ersten Maschinenelement um eine Achse rotierbares zweites Maschinenelement. Die Lageranordnung dient der Lagerung des ersten Maschinenelementes gegenüber dem zweiten Maschinenelement. Sie umfasst weiterhin die erfindungsgemäße adaptive Dichtungsanordnung. Die erste Scheibe ist dicht und drehfest am ersten Maschinenelement angebracht. Die zweite Scheibe ist axial beabstandet zur ersten Scheibe dicht und drehfest am zweiten Maschinenelement angebracht.
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Die Lageranordnung umfasst bevorzugt eine der beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen adaptiven Dichtungsanordnung. Bevorzugt weist die Lageranordnung auch solche Merkmale auf, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen adaptiven Dichtungsanordnung beschrieben sind.
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Die Lageranordnung ist dazu ausgebildet, dass bei einer Rotation zwischen den beiden Maschinenelementen die Dichtungsscheibe axial ausgelenkt wird, um von einem axial dichtenden in einen nicht dichtenden Zustand oder umgekehrt zu wechseln. Im dichtenden Zustand liegt die Dichtungsscheibe, insbesondere die Dichtlippe der Dichtungsscheibe, bevorzugt an der Anlauffläche axial dichtend an.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist die Dichtungsscheibe, insbesondere die Dichtlippe der Dichtungsscheibe, in einem ruhenden Zustand der Lageranordnung axial dichtend zwischen den beiden Maschinenelementen angeordnet, während bei einer Rotation zwischen den beiden Maschinenelementen die Dichtungsscheibe, insbesondere die Dichtlippe der Dichtungsscheibe, von einer dichtenden Anordnung entfernt ist.
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Bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist die Dichtungsscheibe, insbesondere die Dichtlippe der Dichtungsscheibe, bei einer Rotation zwischen den beiden Maschinenelementen axial dichtend zwischen den beiden Maschinenelementen angeordnet, während die Dichtungsscheibe, insbesondere die Dichtlippe der Dichtungsscheibe, in einem ruhenden Zustand der Lageranordnung von einer dichtenden Anordnung entfernt ist.
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Das erste Maschinenelement ist bevorzugt durch ein Gehäuse gebildet ist. Das zweite Maschinenelement ist bevorzugt durch eine Welle gebildet ist. Die Dichtungsscheibe sitzt dabei bevorzugt fest in einer Öffnung im Gehäuse. Die Öffnung weist bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Welle ist durch die Öffnung hindurchgeführt.
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Selbstverständlich kann auch das zweite Maschinenelement durch ein Gehäuse gebildet sein, während das erste Maschinenelement durch eine Welle gebildet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;
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2 eine Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung;
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3 eine Schnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung; und
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4 eine Schnittansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 01. Die Lageranordnung 01 umfasst ein ein erstes Maschinenelement bildendes Gehäuse 02, in welchem eine ein zweites Maschinenelement bildende Welle 03 um eine Achse 04 rotierbar gelagert ist. Die Achse 04 bildet somit die Achse der Rotation und ist auch eine mittlere Symmetrieachse der Welle 03.
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Die Lageranordnung 01 umfasst weiterhin eine in eine kreisrunde Öffnung 06 des Gehäuses 02 eingepresste kreisringförmige Dichtungsscheibe 07, welche die Welle 03 axial abdichtet. Die Dichtungsscheibe 07 sitzt drehfest und dicht im Gehäuse 02. Sie umfasst einen elastischen Dichtungskörper 08 aus einem Elastomer, welcher die äußere Form der Dichtungsscheibe 07 bestimmt.
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Die Dichtungsscheibe 07 dient der Abdichtung zwischen der Welle 03 und dem Gehäuse 02 und schützt einen Innenraum des Gehäuses 02 vor äußeren Einflüssen.
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In den Dichtungskörper 08 sind mindestens zwei elektrische Spulen 09 eingebettet. Des Weiteren umfasst die Lageranordnung 01 einer auf der Welle 03 drehfest sitzenden starren Magnetscheibe 11, die axial beabstandet zur Dichtungsscheibe 07 angeordnet ist. Die Magnetscheibe 11 ist permanent magnetisiert.
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Die Magnetscheibe 11 ist kreisringförmig ausgebildet und weist eine Magnetisierung auf, die in der Richtung der Achse 04 ausgerichtet ist. Diese axiale Magnetisierung besitzt genau zwei Pole, nämlich einen Nordpol N und einen Südpol S. Eine Gerade zur Verbindung der beiden Pole ist parallel zur Achse 04. Die beiden Pole befinden sich auf den beiden Seiten der Magnetscheibe 11.
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Der Dichtungskörper 08 der Dichtungsscheibe 07 verjüngt sich in einem Abschnitt, der berührend an einer in einem axialen Abstand auf der Welle 03 befestigten Anlaufscheibe 12 anliegt, wodurch eine seitliche Dichtlippe 13 ausgebildet ist. Die Dichtungsscheibe 07 liegt auf der Achse 04 zwischen der Magnetscheibe 11 und der Anlaufscheibe 12.
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Die beiden Spulen 09 sind in Umlaufrichtung um die Achse 04 herum gleichverteilt im Dichtungskörper 08 eingebettet. Die Spulen 09 weisen jeweils eine Spulenachse (nicht dargestellt) auf, die parallel zur Achse 04 liegt. Auf den Spulenachsen der Spulen 09 ist jeweils ein Spulenkern 14 platziert. Der Spulenkern 14 ist zusammen mit der jeweiligen elektrischen Spule 09 im Elastomer des Dichtungskörpers 08 eingebettet.
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Im Dichtungskörper 08 ist umlaufend um die Achse 04 eine Armierung 16 eingelassen, die einen rechteckigen oder L-förmigen Querschnitt aufweist. Die Armierung 16 besteht aus einem Metall. Die Armierung 16 stabilisiert den elastischen Dichtungskörper 08 und gewährleistet einen festen Sitz der Dichtungsscheibe 07 in der Öffnung 06 des Gehäuses 02.
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2 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung 01. Diese Ausführungsform gleicht zunächst der in 1 gezeigten Ausführungsform. Abweichend von der in 1 gezeigten Ausführungsform weist der elastische Dichtungskörper 08 beidseitig jeweils eine umlaufende Ausnehmung 17 auf, welche eine Materialschwächung des Dichtungskörpers 08 darstellt und somit zu einer erhöhten Beweglichkeit der Dichtlippe 12 in Richtung der Achse 04 führt.
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Die in 1 und 2 gezeigte Lageranordnung 01 ist dafür vorgesehen, dass die Welle 03 in dem Gehäuse 02 rotiert. Die auf der Welle 03 befestigte Magnetscheibe 11 rotiert zusammen mit der Welle 03 und durchsetzt mit ihrem Magnetfeld die in der Dichtungsscheibe 07 integrierten Spulen 09. Aufgrund der Rotation der Magnetscheibe 11 zu der Dichtungsscheibe 07 kommt es zu einer Änderung des magnetischen Flusses in den Spulen 09, weshalb jeweils eine Spannung in den Spulen 09 induziert wird. Aufgrund der induzierten Spannung in den kurzgeschlossenen Spulen 09 fließt ein Strom in den Spulen 09 und es wird jeweils ein Elektromagnetfeld erzeugt. Zwischen den Elektromagnetfeldern der Spulen 09 und dem Magnetfeld der Magnetscheibe 11 wechselwirken Magnetkräfte. Diese Magnetkräfte führen dazu, dass der flexible Dichtungskörper 08 insbesondere im Bereich seiner Dichtlippe 13 in der Richtung der Achse 04 ausgelenkt wird, da die starre Magnetscheibe 11 diesen Magnetkräften widersteht.
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In 1 und 2 weist die Magnetscheibe 11 einen Nordpol auf ihrer der Dichtungsscheibe 07 zugewandten Seite auf. Die Wicklungen der Spulen 09 sind so gestaltet, dass die durch die Rotation des Magnetfeldes der Magnetscheibe 11 erzeugten Elektromagnetfelder so ausgerichtet sind, dass sie auf der zur Magnetscheibe 11 ausgerichteten Seite der Dichtungsscheibe 07 auf der Spulenachse einen Südpol aufweisen. Es kommt somit zu anziehenden Kräften und zu einer axialen Auslenkung der Dichtlippe 13 in Richtung der Magnetscheibe 11. Somit liegt die Dichtlippe 13 während der Rotation der Magnetscheibe 11 nicht mehr axial dichtend an der Anlaufscheibe 12 an. Durch die Magnetkräfte wird die auf die Dichtlippe 13 wirkende Anpresskraft aufgehoben. Somit erfolgt eine adaptive abdichtende Wirkung, die u. a. durch die Anzahl der Spulen 09, deren Windungsanzahl und deren Material beeinflussbar ist. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung weist im Vergleich zum Stand der Technik eine erheblich verringerte Reibung an der Dichtlippe 13 auf.
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3 zeigt eine Schnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung 01. Diese Ausführungsform gleicht zunächst der in 2 gezeigten Ausführungsform. Abweichend von der in 2 gezeigten Ausführungsform fehlt die Anlaufscheibe 12. Die Dichtlippe 13 ist axial in Richtung der Magnetscheibe 11 ausgeformt. Die Magnetscheibe 11 weist einen Südpol auf ihrer zur Dichtungsscheibe 07 zugewandten Seite auf. Bei einer Rotation der Magnetscheibe 11 kommt es zu abstoßenden Magnetkräften und somit zu einer axialen Auslenkung der Dichtlippe 13 in einer Richtung von der Magnetscheibe 11 weg. Hierdurch liegt die Dichtlippe 13 nicht mehr dichtend an der Magnetscheibe 11 an.
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4 zeigt eine Schnittansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung 01. Diese Ausführungsform gleicht zunächst der in 3 gezeigten Ausführungsform. Abweichend von der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Magnetscheibe 11 eine umgekehrte Magnetisierungsrichtung auf, d. h., dass die Magnetscheibe 11 einen Nordpol auf ihrer zur Dichtungsscheibe 07 zugewandten Seite aufweist. Durch die Rotation der Magnetscheibe 11 werden Elektromagnetfelder in den Spulen 09 erzeugt, die so ausgerichtet sind, dass sie jeweils auf der zur Magnetscheibe 11 ausgerichteten Seite der Dichtungsscheibe 07 einen Südpol besitzen. Es kommt zu anziehenden Kräften und somit zu einer axialen Auslenkung der Dichtlippe 13 in Richtung der Magnetscheibe 11. Folglich kommt die Dichtlippe 13 zum axial dichtenden Anliegen an die Magnetscheibe 11. Die Dichtwirkung steigt mit der Drehgeschwindigkeit der Welle 03.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Lageranordnung
- 02
- Gehäuse
- 03
- Welle
- 04
- Achse
- 05
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- 06
- Öffnung
- 07
- Dichtungsscheibe
- 08
- Dichtungskörper
- 09
- Spule
- 10
-
- 11
- Magnetscheibe
- 12
- Anlaufscheibe
- 13
- Dichtlippe
- 14
- Spulenkern
- 15
-
- 16
- Armierung
- 17
- umlaufende Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007045819 B4 [0004]
- DE 102012216271 A1 [0005]
- DE 102008017306 A1 [0006]
