DE102016208683A1

DE102016208683A1 - Lageranordnung mit einer Labyrinthdichtung mit Pumpwirkung

Info

Publication number: DE102016208683A1
Application number: DE102016208683.9A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Conley
Original assignee: Lincoln Industrial Corp
Current assignee: Lincoln Industrial Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2016-12-01
Also published as: US9677618B2; US20160348725A1

Abstract

Lageranordnung mit einem Gehäuse mit einem Innenraum, einer Öffnung, und einer nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche. Die Anordnung umfasst ein Lager und eine Welle, die in dem Lager für eine Rotation um eine Mittelachse befestigt ist. Die Anordnung umfasst eine Dichtung, die axial zwischen dem Innenraum und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in das Gehäuse einzutreten und das Lager zu beschädigen. Die Dichtung hat eine Lagerseite, eine Öffnungsseite, und eine Spaltfläche, die einer zugehörigen Fläche gegenüberliegt, die entweder eine nach außen zeigende Fläche der Welle oder die nach innen zeigende Dichtungsbefestigungsfläche des Gehäuses ist. Die Spaltfläche ist von der zugehörigen Fläche über einen Freiraumspalt beabstandet. Die Breite des Freiraumspalts vergrößert sich von der Lagerseite zu der Öffnungsseite, um ein Fluid in dem Freiraumspalt aus dem Innenraum weg zu leiten, wenn die Welle rotiert.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft Lageranordnungen mit Labyrinthdichtungen und genauer eine Lageranordnung mit einer Labyrinthdichtung, die eine Verunreinigung abführt.
Konventionelle Lageranordnungen umfassen ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angebrachtes Lager, und eine Welle, die in dem Lager angebracht ist, um relativ zu dem Gehäuse zu rotieren. Dichtungen sind zwischen dem Gehäuse und der Welle vorgesehen, um Verunreinigungen von außerhalb des Gehäuses daran zu hindern, in das Gehäuse zu treten und das Lager zu beschädigen. Wie von den Fachleuten erkannt wird, treten zwischen der Dichtung und entweder der Welle oder dem Gehäuse Relativbewegungen auf, die einen Verschleiß verursachen. Um den Dichtungsverschleiß zu reduzieren, ist die Dichtung entweder in das Gehäuse oder auf die Welle gepresst und ein kleiner Spalt ist zu dem anderen Element vorgesehen. Beispielsweise ist, wenn die Dichtung an einen in dem Gehäuse ausgebildeten Sitz eingepresst ist, ein kleiner Freiraumspalt zwischen der Dichtung und der Welle vorgesehen, so dass die Dichtung und die Welle nicht in direktem Kontakt sind, wenn sich die Welle in der Dichtung dreht. Dieses reduziert einen Dichtungsverschleiß und vergrößert die Lebensdauer der Lageranordnung.
Schmiermittel ist in das Gehäuse der Lageranordnung eingebracht, um Verschleiß und Reibung zwischen den sich bewegenden Teilen zu reduzieren. Während des Betriebs ist das Schmiermittel in dem Gehäuse unter Druck gesetzt, um die Verunreinigungen daran zu hindern, in das Gehäuse durch den Freiraumspalt einzutreten, wo die Verunreinigungen das Lager beschädigen könnten und die Lebensdauer der Lageranordnung reduzieren können. Dennoch kann unter manchen Bedingungen der Schmiermitteldruck fallen, wodurch den Verunreinigungen erlaubt wird, durch den Freiraumspalt in das Gehäuse einzutreten, das Lager zu beschädigen und die Lebensdauer der Lageranordnung signifikant zu reduzieren. Es gibt somit einen Bedarf für eine kontaktlose Dichtung (das heißt, eine Dichtung, die einen Freiraumspalt aufweist), die Verunreinigungen aus dem Freiraumspalt abführt, egal welcher Schmiermitteldruck in dem Gehäuse ist.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt umfasst die Lageranordnung ein Gehäuse mit einem Innenraum, das dazu ausgelegt ist, mit einer Schmiermittelquelle verbunden zu sein, einer Öffnung, die sich von dem Innenraum zu einem Außenraum des Gehäuses erstreckt, einer nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche, und einem nach innen zeigenden Lagersitz. Die Lageranordnung umfasst ebenfalls ein Lager, das in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist und eine Mittelachse hat. Das Lager umfasst einen Außenring, der in dem nach innen zeigenden Lagersitz des Gehäuses angebracht ist, und einen Innenring, der an der Mittelachse zentriert ist und frei in dem Außenring drehbar ist. Weiterhin umfasst die Lageranordnung eine Welle, die an dem Innenring des Lagers angebracht ist, um sich mit dem Innenring um die Mittelachse des Lagers zu drehen. Die Welle hat eine radial nach außen zeigende Fläche, die sich entlang der Welle von dem Innenraum durch die Öffnung zu dem Außenraum des Gehäuses erstreckt. Zusätzlich umfasst die Lageranordnung eine Dichtung, die um die nach radial außen zeigende Fläche der Welle herum angebracht ist, und axial entlang der Welle zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum des Gehäuses einzutreten und das Lager zu beschädigen. Die Dichtung umfasst einen ringförmigen Körper mit einer dem Lager zugewandten Lagerseite und einer der Lagerseite gegenüber liegenden Öffnungsseite. Die Dichtung umfasst auch eine Spaltfläche, die einer zugehörigen Fläche zugewandt ist. Die zugehörige Fläche ist entweder die radial nach außen zeigende Fläche der Welle oder die nach innen zeigende Dichtungsbefestigungsfläche des Gehäuses. Die Spaltfläche ist von der zugehörigen Fläche durch einen Freiraumspalt, der eine vorgegebene axial variierende Breite hat, beabstandet. Die Breite des Freiraumspalts vergrößert sich von der Lagerseite zu der Öffnungsseite, um ein Fluid in dem Freiraumspalt aus dem Innenraum weg zu leiten, wenn sich die Welle relativ zu dem Gehäuse dreht.
In einem anderen Aspekt umfasst die Lageranordnung ein Gehäuse mit einem Innenraum, das dazu ausgelegt ist, mit einer Schmiermittelquelle verbunden zu sein, einer Öffnung, die sich von dem Innenraum zu einem Außenraum des Gehäuses erstreckt, einer nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche, und einem nach innen zeigenden Lagersitz. Die Lageranordnung umfasst auch ein Lager, das in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist und eine Mittelachse hat. Das Lager umfasst einen Außenring, der an dem nach innen zeigenden Lagersitz des Gehäuses befestigt ist, und einen Innenring, der an der Mittelachse zentriert ist, und frei zu dem Außenring drehbar ist. Weiterhin umfasst die Lageranordnung eine Welle, die an dem Innenring des Lagers für eine Rotation mit dem Innenring um die Mittelachse des Lagers befestigt ist. Die Welle hat eine radial nach außen zeigende Fläche, die sich entlang der Welle von dem Innenraum durch die Öffnung in den Außenraum des Gehäuses erstreckt. Zusätzlich umfasst die Lageranordnung eine Dichtung, die um die radial nach außen zeigende Fläche der Welle herum befestigt ist, und die axial entlang der Welle zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum des Gehäuses einzutreten und das Lager zu beschädigen. Die Dichtung umfasst einen ringförmigen Körper mit einer dem Lager zugewandten Lagerseite und einer Öffnungsseite, die der Lagerseite gegenüber liegt. Die Dichtung umfasst auch eine Spaltfläche, die der radial nach außen zeigenden Fläche der Welle zugewandt ist. Die Spaltfläche ist von der radial nach außen zeigenden Fläche der Welle durch einen Freiraumspalt mit einer vorgegebene axial variierenden Breite beabstandet. Die Breite des Freiraumspalts vergrößerst sich von der Lagerseite zu der Öffnungsseite, um ein Fluid in dem Freiraumspalt aus dem Innenraum weg zu leiten, wenn sich die Welle relativ zu dem Gehäuse dreht.
In einem anderen Aspekt umfasst die Lageranordnung ein Gehäuse mit einem Innenraum, das dazu ausgelegt ist, mit einer Schmiermittelquelle verbunden zu sein, einer Öffnung, die sich von dem Innenraum zu einem Außenraum des Gehäuses erstreckt, einer nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche, und einem nach innen zeigenden Lagersitz. Die Lageranordnung umfasst auch ein Lager, das in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist und eine Mittelachse hat. Das Lager umfasst einen Außenring, der an dem nach innen zeigenden Lagersitz des Gehäuses befestigt ist, und einen Innenring, der an der Mittelachse zentriert ist, und frei zu dem Außenring drehbar ist. Weiterhin umfasst die Lageranordnung eine Welle, die an dem Innenring des Lagers für eine Rotation mit dem Innenring um die Mittelachse des Lagers befestigt ist. Die Welle hat eine radial nach außen gerichtete Fläche, die sich entlang des Schafts von dem Innenraum durch die Öffnung in den Außenraum des Gehäuses erstreckt. Zusätzlich umfasst die Lageranordnung eine Dichtung, die um die radial nach außen zeigende Fläche der Welle herum befestigt ist, und die axial entlang der Welle zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum des Gehäuses einzutreten und das Lager zu beschädigen. Die Dichtung umfasst einen ringförmigen Körper mit einer dem Lager zugewandten Lagerseite und eine Öffnungsseite, die der Lagerseite gegenüber liegt. Die Dichtung umfasst auch eine Spaltfläche, die der radial nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche des Gehäuses zugewandt ist. Die Spaltfläche ist von der nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche durch einen Freiraumspalt mit einer vorgegebenen axial variierenden Breite beabstandet. Die Breite des Freiraumspalts vergrößert sich von der Lagerseite zu der Öffnungsseite, um ein Fluid in dem Freiraumspalt aus dem Innenraum weg zu leiten, wenn sich die Welle relativ zu dem Gehäuse dreht.
Andere Objekte und Merkmale werden teilweise im Folgenden aufgezeigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine fragmentarische Perspektive einer Lageranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ist eine aufgeteilte Perspektive der Lageranordnung aus 1;
3 ist ein Querschnitt durch die Lageranordnung aus 1;
4 ist eine Perspektive einer Labyrinthdichtung der Lageranordnung aus 1;
5 ist ein Querschnittsaufriss der Dichtung der Lageranordnung aus 1;
6 ist ein Detail eines Teils aus 3;
7 ist eine schematische fragmentarische Querschnittsansicht, die Kräfte, die auf ein Fluid in einem Spalt zwischen einer Welle der Lageranordnung und der Dichtung wirken, darstellt;
8 ist eine fragmentarische Perspektive einer Lageranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
9 ist ein Querschnitt durch die Lageranordnung aus 8;
10 ist ein Querschnittsaufriss der Dichtung der Lageranordnung aus 8;
11 ist ein Detail eines Teils aus 9;
12 ist eine schematische fragmentarische Querschnittsansicht, die Kräfte, die auf ein Fluid in einem Spalt zwischen der Dichtung und einem Gehäuse der Lageranordnung aus 8 wirken, illustriert; und
13 ist ein Detail eines Teils aus 9.
Durchweg durch die Zeichnungen kennzeichnen korrespondierende Bezugszeichen korrespondierende Teile.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezugnehmend auf die 1 bis 3 wird eine Lageranordnung im Allgemeinen in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Lageranordnung 10 umfasst ein Gehäuse 12, das ein Lager 14 trägt (beispielsweise ein doppelreihiges Pendelrollenlager). Das Gehäuse 12 ist in geeigneter Weise dazu ausgebildet, in einem mechanischen Gerät (nicht gezeigt) angebracht zu sein, um eine Welle 16 für eine Drehung zu lagern. Die Welle 16 ist in dem Lager 14 angebracht, um relativ zu dem Gehäuse 12 zu rotieren. Ein freies Ende der Welle 16 erstreckt sich durch eine Öffnung 18 in dem Gehäuse 12, um operativ mit einem sich drehenden Teil in dem mechanischen Gerät verbunden zu sein. Eine Labyrinthdichtung 20 ist an der Welle 16 anliegend an der Öffnung 18 angeordnet, um Verunreinigungen daran zu hindern, in das Gehäuse 12 durch die Öffnung einzutreten und das Lager 14 zu beschädigen. Wie weiter unter erklärt werden wird, verhindert die Dichtung 20 effektiv einen Eintritt von Verunreinigungen in das Gehäuse 12, in dem eine Pumpkraft erzeugt wird, die die Verunreinigungen in Richtung eines Außenraums des Gehäuses treibt.
Das Gehäuse 12 ist dazu ausgeformt und angeordnet, in dem mechanischen Gerät angebracht zu sein, wobei das Gehäuse im Wesentlichen das Wälzlager 14 in einem geschützten Innenraum 30 umschließt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 12 eine zweiteilige Anordnung mit einem Lager umschließenden Element 32 und einem Wellen aufnehmenden Element 34. Das Lager umschließende Element 32 und das Wellen aufnehmende Element 34 sind aus einem geeigneten Metall oder einem anderen Material hergestellt. Das Wellen aufnehmende Element 34 ist an dem Lager umschließenden Element 32 befestigt, um das Gehäuse zu bilden. Genauer gesagt liegt ein sich nach außen erstreckender Flanschteil des Wellen aufnehmenden Elements 34 an einer Stirnfläche des das Lager umschließenden Elements 32 an. Das Lager umschließende Element 32 umfasst ein Paar von Befestigungsfüßen 36, die dazu ausgelegt sind, die Lageranordnung 10 an dem mechanischen Gerät anzubringen, wobei das Gehäuse 12 ein feststehender Teil ist. Auch wenn das dargestellte Gehäuse eine zweiteilige Konstruktion ist, ist selbstverständlich, dass andere Konfigurationen verwendet werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen werden jedoch geeignete Lageranordnungsgehäuse einen Innenraum zum Aufnehmen eines Lagers und eine Wellenöffnung zum Aufnehmen einer drehbaren Welle definieren.
Das Gehäuse 12 definiert den Innenraum 30, der derart bemaßt und angeordnet ist, um das Lager 14 aufzunehmen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel definiert das Lager umschließende Element 32 des Gehäuses 12 einen nach radial innen zeigenden Lagersitz 40 zum Halten des Lagers 14 und zum Verhindern, dass es sich transversal zu einer Mittelachse A des Lagers bewegt. Das Wellen aufnehmende Element 36 umfasst einen axial nach rückwärts zeigenden Lagersitz 42, der dazu ausgelegt ist, mit dem Lager 14 in Eingriff zu gehen und das Lager daran zu hindern, sich axial in dem Gehäuse in Richtung der Öffnung 18 zu bewegen. Der Innenraum 30 ist in fluidischer Kommunikation mit einer Schmiermittelquelle (nicht gezeigt), wodurch Schmiermittel in dem Lager 14 bereitgestellt ist. Das dargestellte Lager umschließende Element 32 hat einen Einlass 44 zum Empfangen des Schmiermittels. In manchen Ausführungsbeispielen ist der Einlass 44 dazu ausgelegt, mit einem automatischen Schmiersystem verbunden zu werden, das periodisch Schmiermittel an den Innenraum 30 des Gehäuses 12 liefert, um das Lager 14 zu schmieren. Der Innenraum 30 des Gehäuses 12 ist im Wesentlichen mit Schmiermittel während des Betriebs befüllt, um einen Verschleiß an dem Lager zu minimieren. Wie weiter unten im Detail diskutiert werden wird, kann das Schmiermittel mit Druck beaufschlagt sein, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum 30 durch die Öffnung 18 einzutreten.
Die Öffnung 18 in dem Gehäuse 12 erstreckt sich zwischen dem Innenraum 30 und dem Außenraum des Gehäuses. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel definiert das Wellen aufnehmende Element 34 die Öffnung 18. Die Öffnung 18 ist derart bemaßt und ausgebildet, dass sie einen Teil einer Welle 16 aufnehmen kann und einen kleinen Freiraum bereitstellt, um der Welle zu erlauben, frei in der Öffnung zu rotieren. In manchen Ausführungsbeispielen ist der Freiraum zwischen Gehäuse 12 und Welle 16 minimiert, um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass Verunreinigungen in den Innenraum 30 treten. Das Wellen aufnehmende Element 34 des dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst einen sich axial erstreckenden Kragen 46, der einen größeren Durchmesserteil der Welle außerhalb des Innenraums umgibt. Ein kleiner Freiraum ist zwischen dem Kragen 46 und der Welle 16 bereitgestellt, um weiterhin zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Innenraum 30 treten.
Das Gehäuse 12 ist dazu ausgelegt, eine Labyrinthdichtung neben der Öffnung 18 zwischen dem Innenraum 30 und dem Außenraum des Gehäuses anzubringen. Das Gehäuse 12 definiert eine radial nach innen zeigende Dichtungsbefestigungsfläche 50, die dazu bemaßt ist, die Dichtung 20 aufzunehmen und sie an einer geeigneten Stelle relativ zu der Wellenöffnung 18 zu befestigen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel definiert das Wellen aufnehmende Element 34 des Gehäuses 12 die Dichtungsbefestigungsfläche 50, aber in anderen Ausführungsbeispielen kann die Dichtungsbefestigungsfläche durch andere Teile des Gehäuses definiert sein, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Das Lager 14 lagert die Welle 16 für eine Rotation relativ zu dem Gehäuse 12. Das Lager 14 umfasst einen Außenring 52, der an dem nach innen zeigenden Lagersitz 40 angebracht ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Außenring 52 auch in Eingriff mit dem nach rückwärts zeigenden Lagersitz 42, um das Lager 14 axial in dem Gehäuse 12 zu positionieren. Ein Innenring 54, der an einer Mittelachse A des Lagers 14 zentriert ist, dreht sich frei in dem Außenring 52. Der Innenring 54 ist ein ringförmiger Körper, der sich um die Welle 16 herum erstreckt. Der Innenring 54 ist an der Welle 16 für eine gemeinsame Rotation mit der Welle befestigt. Das Lager 14 umfasst mehrere Wälzkörper 56, die zwischen den Ringen 52, 54 angeordnet sind. Wenn der Innenring 54 sich in dem Außenring 56 um die Mittelachse A des Lagers 14 dreht, rollen die Wälzkörper 56 entlang der nach innen zeigenden Fläche des Außenrings und der nach außen zeigenden Fläche des Innenrings, um eine freie Rotation zwischen den Ringen zu ermöglichen. Die Wälzkörper 56 sind vorzugsweise dazu ausgelegt und angeordnet, den Innenring 54 daran zu hindern, sich parallel zu der Mittelachse A relativ zu dem Außenring 52 zu bewegen. Auch wenn das dargestellte Lager 14 ein doppelreihiges Pendelrollenlager ist, erkennen die Fachleute, dass andere Arten von Lagern verwendet werden können, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Welle 16 erstreckt sich durch die Öffnung 18 in dem Gehäuse 20, aber kontaktiert das Gehäuse nicht. Die Welle 16 hat eine nach radial außen zeigende Fläche 58, die sich entlang der Welle von dem Innenraum 30 des Gehäuses 12 in den Außenraum des Gehäuses erstreckt. Die nach außen zeigende Fläche 58 der Welle 16 liegt einer radial nach innen zeigenden Fläche des Wellen aufnehmenden Elements 34 gegenüber, wenn sich die Welle durch die Wellenöffnung 18 erstreckt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die nach außen zeigende Fläche 58 der Welle 16 eine Ringfläche, die im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse des Lagers 14 orientiert ist. Die Welle 16 erstreckt sich durch die Labyrinthdichtung 20 ohne die Dichtung zu kontaktieren. Wie weiter unten mit größerem Detail diskutiert wird, ist die radial nach außen zeigende Fläche 58 von der Labyrinthdichtung 20 derart beabstandet, dass ein Fluid zwischen der Dichtung und der Welle nach außen von dem Innenraum 30 weg und in Richtung des Außenraums des Gehäuses 12 geleitet wird. Ein erster Endteil 60 der Welle 16 ist in dem Gehäuse 12 aufgenommen und ein gegenüber liegender zweiter oder freier Endteil 62 der Welle erstreckt sich aus dem Gehäuse 12 durch den Kragen 46. Der freie Endteil 62 ist dazu ausgelegt, mit einem sich drehenden Teil eines mechanischen Geräts, in welchem die Lageranordnung 10 eingebaut ist, verbunden zu werden.
Die Welle 16 ist in dem Lager 14 für eine Rotation relativ zu dem Gehäuse 12 um die Mittelachse A des Lagers 14 eingebaut. In manchen Ausführungsbeispielen ist der Innenring 54 des Lagers 14 auf die Welle 16 aufgepresst, so dass die Welle gemeinsam mit dem Innenring um die Mittelachse rotiert. Weiterhin ist in manchen Ausführungsbeispielen die Welle dazu ausgelegt, mit einer Geschwindigkeit im Bereich von ungefähr 50 rpm bis ungefähr 2.000 rpm zu rotieren, aber die Welle kann auch mit andern Geschwindigkeiten rotieren, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Die Labyrinthdichtung 20 ist an der nach außen zeigenden Fläche 58 der Welle 16 befestigt und axial zwischen dem Innenraum 30 des Gehäuses 12 und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum einzutreten und das Lager 14 zu beschädigen. Die Dichtung 20 umfasst einen ringförmigen Körper mit einer Lagerseite 70, die dem Lager 14 und dem Innenraum 30 des Gehäuses 12 zugewandt ist, die dem Lager gegenüber liegend zugewandt ist, wenn die Dichtung in der Lageranordnung 10 eingebaut ist. Die Dichtung 20 umfasst auch eine Spaltfläche 74, die der radial nach außen zeigenden Fläche 58 der Welle 16 zugewandt ist, und einen Freiraumspalt 76 zwischen der Welle und der Dichtung definiert. Wie weiter unten mit größerem Detail diskutiert werden wird, ist die Spaltfläche 74 der Dichtung relativ zu der radial nach außen zeigenden Fläche 58 der Welle 16 orientiert, um Schmiermittel in dem Spalt zwischen der Welle und der Dichtung aus dem Innenraum 30 weg und in Richtung des Außenraums des Gehäuses 12 zu leiten, wenn sich die Welle dreht. Die Dichtung 20 ist an dem Gehäuse 12 angebracht (beispielsweise über Presspassung) und kontaktiert die Welle 16 nicht. Demnach ist die Dichtung 20 eine kontaktlose Dichtung.
Bezugnehmend auf die 4 und 5 ist die Dichtung 20 ein einteiliger ringförmiger Metallkörper. Dennoch können andere Materialien und Konstruktionen ebenfalls verwendet werden, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Dichtung 20 umfasst eine Endwandung 78, die sich radial von einem Innenende des ringförmigen Körpers zu einem Außenende des ringförmigen Körpers erstreckt. Die Endwandung 78 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Richtung der Öffnungsseite 72 der Dichtung 20 orientiert. Eine ringförmige Innenwandung 80 erstreckt sich axial in Richtung des Innenraums 30 von dem inneren Ende der Endwandung 78, und eine ringförmige Außenwandung 82 erstreckt sich axial in Richtung des Innenraums von dem äußeren Ende der Endwandung. Zusammen definieren die Endwandung 78, Innenwandung 80 und Außenwandung 82 einen ringförmigen Raum 84 in der Dichtung 20, der die Innenwandung von der Außenwandung beabstandet. Der ringförmige Raum 84 erstreckt sich axial auf der Lagerseite 70 der Dichtung 20, so dass die Lagerseite der Dichtung eine ringförmige Öffnung hat. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Außenwandung 82 an der Dichtungsbefestigungsfläche 50 festgelegt, und die Innenwandung definiert die Spaltfläche 74.
Bezugnehmen auf 6 ist die Innenwandung 80 der Dichtung 20, die zumindest teilweise die Spaltfläche 74 definiert, derart angeordnet, dass die Spaltfläche abschüssig nach radial außen von der Lagerseite 70 zu der Öffnungsseite 72 ist. Die geneigte Spaltfläche 74 definiert einen Freiraumspalt 76, der eine axial sich ändernde Breite hat. Die dargestellte Spaltfläche 74 ist mit einem Winkel α im Bereich von ungefähr 1,3° bis ungefähr 5,0° relativ zu der Mittelachse A des Lagers 14 geneigt. In manchen Ausführungsbeispielen ist die Spaltfläche 76 mit einem Winkel α von ungefähr 1,35° relativ zu der Mittelachse des Lagers 14 geneigt. Es wird geglaubt, dass die Spaltfläche auch mit anderen Winkeln relativ zu der Mittelachse geneigt sein kann, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Breite des Freiraumspalts 76 erhöht sich von der Lagerseite 70 der Dichtung 20 zu der Öffnungsseite 72 der Dichtung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Freiraumspalt 76 an der Öffnungsseite 72 der Dichtung 20 eine Breite von ungefähr 0,02 inch. Der Freiraumspalt 76 hat an der Lagerseite 70 der Dichtung 20 eine Breite von ungefähr 0,01 inch. In anderen Ausführungsbeispielen wird angenommen, dass der Freiraumspalt 76 unterschiedliche Dimensionen aufweisen kann, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise hat in manchen Ausführungsbeispielen der Freiraumspalt 76 an der Lagerseite 70 der Dichtung 20 eine Breite im Bereich von ungefähr 0,005 inch bis ungefähr 0,025 inch. In manchen anderen Ausführungsbeispielen hat der Freiraumspalt 76 an der Öffnungsseite 72 der Dichtung eine Breite in einem Bereich von ungefähr 0,010 inch bis ungefähr 0,050 inch. Es ist vorhergesehen, dass in manchen Ausführungsbeispielen das Verhältnis der Lagerspaltbreite von der Öffnungsseite zu der Lagerseite größer ist als ungefähr 2:1 und insbesondere ungefähr 2:1 ist.
Bezugnehmend auf 7 ist die Dichtung 20 im Gebrauch dazu ausgelegt, eine rein axiale Kraft zu erzeugen, die ein Fluid in dem Freiraumspalt 76 nach außen in einer Pumprichtung P in Richtung des Außenraums des Gehäuses 12 pumpt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel rotiert die Welle 16 in dem Gehäuse 12 in eine Drehrichtung R. Üblicherweise setzt ein Schmiermittelsystem ein Schmiermittel in dem Innenraum 30 des Gehäuses 12 unter Druck, so dass das Schmiermittel den Freiraumspalt 76 zwischen der Dichtung 20 und der Welle 16 ausfüllt. Wenn die Welle 16 rotiert, verbleibt die Dichtung 20 drehfest, wodurch eine bewegende Bewegungsgrenzbedingung an der nach radial außen zeigenden Fläche 58 der Welle erzeugt wird und eine Nicht-Bewegungsgrenzbedingung an der Spaltfläche 74. Ein Geschwindigkeitsgradient bildet sich in dem Fluid quer über die Breite des Freiraumspalts 76 aus, der von der Grenze an der Welle 16, an dem die Fluidgeschwindigkeit der Geschwindigkeit der Welle entspricht, bis zu der Grenze an der Dichtung 20, an der die Fluidgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich Null ist, reicht. Dieser Geschwindigkeitsgradient erzeugt eine Scherspannung in dem Fluid, die dazu tendiert, eine Kraft F1 an den Grenzflächen in einer Richtungsnormalen zu jeder Grenzfläche zu übermitteln. Da die äußere Spaltfläche 74 geneigt ist, umfasst die resultierende Kraft F2 eine axiale Komponente, die in die Pumprichtung P gerichtet ist. Auch wenn die Spaltfläche 74 nur leicht relativ zu der Mittelachse des Lagers 14 geneigt ist, sind die resultierenden Kräfte F2 auf das Schmiermittel ausreichend, um das Schmiermittel in die Pumprichtung P zu pumpen, da die Welle 16 sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit dreht. Irgendwelche Verunreinigungen, die in dem Freiraumspalt 76 vorhanden sind, werden mit dem Schmiermittel in die Pumprichtung P weg von dem Innenraum 30 gepumpt.
Bezugnehmend auf die 8 bis 11 wird ein anderes Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung im Allgemeinen mit den Bezugszeichen 110 gekennzeichnet. Die Lageranordnung 110 ist im Wesentlichen ähnlich zu der Lageranordnung 10 bis auf die Unterschiede, die teilweise offensichtlich und teilweise weiter unten aufgegeben sind. Merkmale der Lageranordnung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels, die mit Merkmalen der Lageranordnung 10 des ersten Ausführungsbeispiels korrespondieren, sind mit ähnlichen Bezugszeichen plus 100 angegeben. Ähnlich wie die Lageranordnung 10 umfasst die Lageranordnung 110 ein Gehäuse 112, das ein Wälzlager 114 und eine Welle 116, die sich durch eine Öffnung 118 in dem Gehäuse erstreckt und in dem Wälzlager 114 für eine Drehung relativ zu dem Gehäuse befestigt ist, lagert. Während die Lageranordnung 10 eine Labyrinthdichtung 20 umfasst, die in Presspassung mit der Dichtungsbefestigungsfläche 50 des Gehäuses ist und einen Freiraumspalt 76 zwischen der Spaltfläche 74 der Dichtung und der nach radial außen zeigenden Fläche 58 der Welle 16 hat (das heißt, die Dichtung 20 ist im Gehäuse befestigt), umfasst die Lageranordnung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels eine primäre Labyrinthdichtung 120, die an der radial nach außen zeigenden Fläche 158 der Welle 116 (beispielsweise über Presspassung) befestigt ist, und einen Freiraumspalt 176 zwischen einer nach außen zeigenden Spaltfläche 174 und einer nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche 150 des Gehäuses 112 hat. Das bedeutet, dass die Dichtung 120 des zweiten Ausführungsbeispiels eine wellenmontierte Dichtung ist. Weiterhin umfasst die Lageranordnung 110 eine sekundäre Labyrinthdichtung 220, die im Wesentlichen ähnlich zu der Labyrinthdichtung 20 der Lageranordnung 10 ist. Die Labyrinthdichtung 220 ist an einer Dichtungsbefestigungsfläche 250 befestigt, die von dem Gehäuse 112 derart definiert ist, dass die Dichtung einen Freiraumspalt 276 zwischen einer nach innen zeigenden Spaltfläche 274 und der nach außen zeigenden Fläche 158 der Welle 116 bildet. Das bedeutet, dass die Dichtung 220 eine gehäusemontierte Dichtung ist. Obwohl die dargestellte Lageranordnung 110 primäre und sekundäre Dichtungen 120, 220 verwendet, erkennen die Fachleute, dass die Lageranordnung eine einzelne Dichtung verwenden kann, die an der Welle angebracht ist und eine Spaltfläche hat, die einen Freiraumspalt zu einer nach innen zeigenden Fläche des Gehäuses definiert, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Das Lageranordnungsgehäuse 112 ist ähnlich dem Lageranordnungsgehäuse 12 konstruiert. Wie das Gehäuse 12 umfasst das Gehäuse 112 ein Lager umschließendes Element 132 und ein Wellen aufnehmendes Element 134, die einen Innenraum 130 definieren, der dazu ausgelegt ist, fluidisch mit einer Schmiermittelquelle (beispielsweise einem automatischen Schmiersystem) verbunden zu sein. Das Lager umschließende Element 132 definiert einen nach innen zeigenden Lagersitz 140, der dazu ausgelegt ist, das Lager 114 in dem Innenraum 130 des Gehäuses 112 zu befestigen. Das Wellen aufnehmende Element 134 des Gehäuses 112 definiert eine Öffnung 118, die sich von dem Innenraum 130 zu dem Außenraum des Gehäuses erstreckt. Das Wellen aufnehmende Element 134 umfasst einen sich axial erstreckenden Kragen 146, der sich um einen vergrößerten Durchmesserteil der Welle 116 erstreckt. Der Kragen 146 stellt eine erste nach innen zeigende Dichtungsbefestigungsfläche 150 bereit, die die primäre Labyrinthdichtung 120 aufnimmt. Das Wellen aufnehmende Element 134 umfasst auch einen sich nach radial innen erstreckenden Teil, der eine zweite nach innen zeigende Dichtungsbefestigungsfläche 250 zum Aufnehmen der sekundären Labyrinthdichtung 220 aufweist.
Das Lager 114 ist in dem Innenraum 130 des Gehäuses 112 angeordnet, um die Welle 116 für eine Drehung um eine Mittelachse A' des Lagers zu lagern. Wie das Lager 14 umfasst das Lager 114 einen Außenring 152, der auf dem nach innen zeigenden Lagersitz 140 des Gehäuses 112 befestigt ist (beispielsweise über Presspassung). Das Lager 114 umfasst auch einen Innenring, der in dem Außenring 152 angeordnet ist und der an der Mittelachse A' des Lagers zentriert ist. Der Innenring 154 dreht sich frei in dem Außenring. Der Innenring 154 ist an der Welle 116 für eine gemeinsame Rotation mit der Welle befestigt (beispielsweise über Presspassung). Wie das Lager 14 des ersten Ausführungsbeispiels ist das Lager 114 des zweiten Ausführungsbeispiels ein doppelreihiges Pendelrollenlager mit Paaren von Wälzkörpern 156, die umfänglich um den Ringspalt zwischen dem Innenring 154 und dem Außenring 152 verteilt sind. Die Wälzkörper 156 rollen entlang der nach innen zeigenden Fläche des Außenrings 154 und der nach außen zeigende Fläche des Innenrings 154, um eine im Wesentlichen freie Rotation des Innenrings relativ zu dem Außenring zu ermöglichen.
Die Welle 116 ist in dem Innenring 154 für eine Rotation mit dem Innenring um die Mittelachse A' des Wälzlagers 114 befestigt. Die Welle 116 umfasst eine radial nach außen zeigende Fläche 158, die sich durch die Wellenöffnung 118 in dem Gehäuse von dem Innenraum 130 zu dem Außenraum des Gehäuses erstreckt. Die Welle 116 ist dazu bemaßt, die primäre Labyrinthdichtung 120 auf der radial nach außen zeigenden Fläche 158 für eine gemeinsame Rotation mit der Welle um die Mittelachse A' des Lagers 114 zu befestigen. Die Welle 116 ist weiterhin dazu bemaßt, in der zweiten Labyrinthdichtung 220 derart aufgenommen zu werden, dass die radial nach außen zeigende Fläche 158 der Welle von der Spaltfläche 274 beabstandet ist.
Die primäre Labyrinthdichtung 120 ist um die radial nach außen zeigende Fläche 158 der Welle 116 herum angebracht und axial zwischen dem Innenraum 130 des Gehäuses 112 und dem Außenraum des Gehäuses positioniert, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum einzutreten und das Lager 114 zu beschädigen. Die Dichtung 120 umfasst einen ringförmigen Körper mit einer Lagerseite 170, die in Richtung des Lagers 114 und in Richtung des Innenraums 130 zeigt und einer Öffnungsseite 172, die von dem Lager weg zeigt, wenn die Dichtung in der Lageranordnung 110 eingebaut ist. Die Dichtung 120 umfasst auch eine radial nach außen zeigende Spaltfläche 174, die der nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche 150 des Gehäuses 112 zugewandt ist und einen Freiraumspalt 176 zwischen dem Gehäuse und der Dichtung definiert. Wie in größerem Detail weiter unten diskutiert werden wird, ist die Spaltfläche 174 der primären Labyrinthdichtung 120 relativ zu der nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche 150 des Gehäuses 112 positioniert, um das Fluid in den Freiraumspalt 176 in Richtung des Außenraums des Gehäuses zu leiten, wenn sich die Welle 116 und die Dichtung zusammen in dem Gehäuse drehen. Die Dichtung 120 ist auf der Welle 116 angebracht und kontaktiert das Gehäuse 120 nicht. Demnach ist die Dichtung 120 eine kontaktlose Dichtung.
Bezugnehmend auf 10 hat die primäre Labyrinthdichtung 120 einen einteiligen ringförmigen Körper aus Metall. Es ist vorhergesehen, dass andere Materialien und Konstruktionen ebenfalls verwendet werden können, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die dargestellte Dichtung 120 umfasst eine Endwandung 178, die sich radial von einem inneren Ende des ringförmigen Körpers zu einem äußeren Ende des ringförmigen Körpers erstreckt. Die Endwandung 178 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Lagerseite 170 der Dichtung 120 angeordnet. Eine ringförmige Innenwandung 180 erstreckt sich axial von dem radial inneren Ende der Endwandung 178, und eine ringförmige äußere Wandung 182 erstreckt sich axial von dem radial äußeren Ende der Endwandung. Zusammen definieren die Endwandung 178, die Innenwandung 180 und die Außenwandung 182 einen ringförmigen Raum 184 in der Dichtung 120. Der Ringraum 184 trennt die Innenwandung 180 von der Außenwandung 182. Der Ringraum 184 erstreckt sich axial von der Öffnungsseite 172 der Dichtung 120 derart, dass die Öffnungsseite der Dichtung eine ringförmige Öffnung zu dem Ringraum aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Innenwandung 180 der Dichtung 120 an der nach radial außen zeigenden Fläche der Welle 116 festgelegt, und die äußere Wandung 182 definiert die Spaltfläche 174.
Bezugnehmend auf 11 definiert in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die äußere Wandung 182 der Dichtung 120 die Spaltfläche 174. Die äußere Wandung 182 ist derart orientiert, dass sich die Spaltfläche 174 nach radial innen von der Lagerseite 170 zu der Öffnungsseite 172 neigt. Die geneigte Spaltfläche 174 definiert einen Freiraumspalt 176, der eine axial variierende Breite hat. Die dargestellte Spaltfläche 174 ist in einem Winkel β von ungefähr 1,35° relativ zu der Mittelachse A' des Lagers 114 geneigt, aber die Spaltfläche 174 kann auch mit anderen Winkeln geneigt sein, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann in manchen Ausführungsbeispielen die Spaltfläche 174 mit einem Winkel β relativ zu der Mittelachse A' des Lagers 114 in einem Bereich von ungefähr 1,3° bis ungefähr 5,0° geneigt sein
Die Breite des Freiraumspalts 176 vergrößert sich in axialer Richtung ausgehend von der Lagerseite 170 der Dichtung 120 zu der Öffnungsseite 172 der Dichtung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Freiraumspalt 176 an der Öffnungsseite 172 der Dichtung 120 eine Breite von ungefähr 0,02 inch. Der Freiraumspalt 176 an der Lagerseite 170 der Dichtung 120 hat eine Breite von ungefähr 0,01 inch. Es ist vorhergesehen, dass der Freiraumspalt 176 andere Breiten haben kann, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise hat in manchen Ausführungsbeispielen der Freiraumspalt 176 an der Lagerseite 170 der Dichtung 120 eine Breite im Bereich von ungefähr 0,005 inch bis ungefähr 0,025 inch. Weiterhin hat in manchen Ausführungsbeispielen der Freiraumspalt 176 an der Öffnungsseite 172 der Dichtung eine Breite im Bereich von ungefähr 0,010 inch bis ungefähr 0,050 inch.
Bezugnehmend auf 12 ist die Dichtung 120 dazu ausgelegt, eine rein axiale Pumpkraft im Gebrauch zu erzeugen, die das Fluid in dem Freiraumspalt 176 axial in Richtung des Außenraums des Gehäuses 112 in eine Pumprichtung P' pumpt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel dreht sich die Welle 116 in dem Gehäuse 112 in einer Drehrichtung R'. Schmiermittel für den Innenraum 130 des Gehäuses 112 füllt den Freiraumspalt 176 zwischen der Dichtung 120 und der Welle 116. Wenn sich die Welle 116 dreht, dreht sich die Dichtung 120 mit der Welle und das Gehäuse 112 bleibt drehfest, was eine Bewegungsgrenzbedingung an der radial nach außen zeigenden Spaltfläche 174 und eine Nicht-Bewegungsgrenzbedingung an der Dichtungsbefestigungsfläche 150 erzeugt. Ein Geschwindigkeitsgradient bildet sich in dem Fluid quer über die Breite des Freiraumspalts 176 aus, der von der Grenze an der nach außen zeigenden Spaltfläche 174 der Dichtung 120, bei dem die Fluidgeschwindigkeit der Geschwindigkeit der Spaltfläche entspricht, bis zu der Grenze an der Dichtungsbefestigungsfläche 150 des Gehäuses 112, an der die Fluidgeschwindigkeit Null ist, reicht. Der Geschwindigkeitsgradient erzeugt eine Scherbelastung in dem Fluid. Die Scherbelastung in dem Fluid vermittelt eine Kraft F3 auf das Fluid in einer Richtung normal zu der geneigten Spaltfläche 176. Die axiale Komponente der Kraft F3, die normal zu der Spaltfläche 175 ist, drückt das Schmiermittel in die Pumprichtung P'. Auch wenn die Spaltfläche 174 nur leicht angewinkelt relativ zu der Mittelachse des Lagers 114 ist, ist der Nettoeffekt auf das Schmiermittel stark genug, um in die Pumprichtung zu pumpen, da sich die Welle 116 mit einer relativ hohen Geschwindigkeit dreht. Verunreinigungen in dem Freiraumspalt 176 werden mit dem Schmiermittel in die Pumprichtung P' weg von dem Innenraum 30 gepumpt.
Bezugnehmend auf 13 umfasst die dargestellte Lageranordnung 110 nicht nur die primäre Labyrinthdichtung 120 sondern auch eine zweite Labyrinthdichtung 220 für eine zusätzliche Abdichtung. Die zweite Labyrinthdichtung 220 ist in ihrer Konstruktion und Funktion im Wesentlichen ähnlich zu der Labyrinthdichtung 20 der Lageranordnung 10. Wie die Dichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels ist die sekundäre Dichtung 220 eine kontaktlose Dichtung, die an dem Gehäuse 112 befestigt ist und von der Welle 116 beabstandet ist. Wie die Dichtung 20 des ersten Ausführungsbeispiels ist die sekundäre Dichtung 220 axial zwischen dem Innenraum 130 und dem Außenraum des Gehäuses 112 derart angeordnet, dass sie die Welle 116 umgibt. Darüber hinaus ist die sekundäre Dichtung 220 an einer Dichtungsbefestigungsfläche 250 des Gehäuses 112 befestigt und in ihrer Position relativ zu dem Gehäuse festgelegt. Die Dichtung 220 umfasst eine nach innen zeigende Spaltfläche 274, die der radial nach außen zeigenden Fläche 158 der Welle 116 gegenüber liegt, und die den Freiraumspalt 276 definiert. Die Spaltfläche 274 neigt sich nach radial außen von der Lagerseite 270 der Dichtung 220 zu der Öffnungsseite 272 der Dichtung. Die Spaltfläche 274 ist relativ zu der Mittelachse A' des Lagers 114 angewinkelt. Der Freiraumspalt 276 ist an der Öffnungsseite 272 der Dichtung 220 breiter als an der Lagerseite 170 der Dichtung. Der Freiraumspalt 276 kann die gleichen Abmessungen wie der Freiraumspalt 76 der Lageranordnung 10 aufweisen.
Im Gebrauch ist die sekundäre Labyrinthdichtung 220 dazu ausgelegt, Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum 130 des Gehäuses 112 einzutreten und das Lager 114 zu beschädigen. Wie die Dichtung 20 der Lageranordnung 10 des ersten Ausführungsbeispiels, pumpt die relative Bewegung zwischen der nach radial außen zeigenden Fläche 158 der Welle und der Spaltfläche 274 der Dichtung 220 das Schmiermittel und die Verunreinigungen, die darin enthalten sind, weg von dem Innenraum 130, wenn sich die Welle 116 in dem Gehäuse 112 dreht. In der dargestellten Lageranordnung 110 fungiert die Dichtung 220 als eine sekundäre Dichtung, die in Reihe mit der primären Dichtung 120 angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum 130 einzutreten. Verunreinigungen, die die Pumpaktion der primären Dichtung 120 überwinden, um durch den Freiraumspalt 176 durchzugehen, werden aus dem Innenraum 130 durch die sekundäre Dichtung 220 weggeleitet. Demnach ist die Kombination aus erster Labyrinthdichtung 120 und zweiter Labyrinthdichtung 220, die in Reihe angeordnet sind, dazu gedacht, einen zusätzlichen Schutz gegen den Eintritt von Verunreinigungen in den Innenraum 130 bereitzustellen, als mit einer der Dichtungen alleine. Es ist in Erwägung gezogen, dass mehr als zwei Labyrinthdichtungen zwischen einem Innenraum des Lageranordnungsgehäuses und einem Außenraum der Lageranordnung in Reihe angeordnet sein können, um eine zusätzliche Abdichtung des Innenraums bereitzustellen. Darüber hinaus ist, auch wenn das dargestellt Ausführungsbeispiel eine wellenmontierte Dichtung 120 und eine gehäusemontierte Dichtung 220 verwendet, vorhergesehen, dass andere Ausführungsbeispiele zwei oder mehr wellenmontierte Dichtungen oder zwei oder mehr gehäusemontierte Dichtungen verwenden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Gleichermaßen können in anderen Ausführungsbeispielen die gehäusemontierte Dichtung näher an dem Außenraum des Gehäuses als die wellenmontierte Dichtung angeordnet sein, ohne von dem Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Im Hinblick auf das Vorhergehende kann gesehen werden, dass eine oder mehrere Labyrinthdichtungen relativ einfacher Konstruktion verwendet werden können, um die Wellenöffnung der Lageranordnung um eine Welle abzudichten.
Durch das Verwenden einer Labyrinthdichtung, die eine geneigte Spaltfläche aufweist, die an einem Ende nahe dem Außenraum des Lageranordnungsgehäuses breiter und an einem Ende näher an dem Innenraum der Lageranordnung enger ist, kann eine Lageranordnung ausgebildet sein, die Schmiermittel von dem Innenraum der Lageranordnung wegpumpt, auch wenn der Innenraum der Lageranordnung nicht optimal unter Druck gesetzt ist. Weiterhin pumpt (das heißt zwingt oder drückt) die geneigte Spaltfläche Schmiermittel durch den Freiraumspalt und weg von dem Innenraum der Lageranordnung, um Schmiermittel aus dem Innenraum auszubringen, was ermöglicht, dass frisches Schmiermittel den Innenraum während einem nachfolgenden Schmierzyklus eintritt. Darüber hinaus verhindert die Pumpwirkung der Labyrinthdichtung der vorliegenden Erfindung, dass Verunreinigungen von außerhalb des Gehäuses in den Freiraumspalt eintreten, um zu verhindern, dass die Verunreinigung in den Innenraum wandert und das Lager beschädigt. Demnach reduziert die Labyrinthdichtung eine Möglichkeit der Lagerbeschädigung aufgrund von Verunreinigung und verlängert die Lagerlebensdauer.
Die Spaltfläche der Labyrinthdichtung kann eine radial nach außen zeigende Fläche sein, die von einer gegenüberliegenden Fläche eines Lagergehäuses beabstandet ist, oder eine radial nach innen zeigenden Fläche sein, die von der gegenüberliegenden Fläche einer drehbaren Welle der Lageranordnung beabstandet ist. In jedem Fall ist die relative Orientierung und Position der Spaltfläche und der gegenüberliegenden Fläche dazu ausgelegt, Schmiermittel in dem Freiraumspalt von dem Innenraum der Lageranordnung wegzupumpen, wenn die Welle rotiert, wodurch ein Eintritt von Verunreinigungen in den Innenraum verhindert wird, wo sie vielleicht das Lager beschädigen.
Nachdem die Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist es klar, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne von dem Rahmen der Erfindung, der in den anhängigen Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Beim Einführen von Elementen der vorliegenden Erfindung oder von bevorzugten Ausführungsbeispielen davon sind die Artikel „ein”, „eine”, „der” und „besagte” dazu gedacht zu meinen, dass es eines oder mehrere Elemente gibt. Die Begriffe „umfassend”, „aufzeigend”, und „haben” sind dazu gedacht, inklusive zu sein und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente, andere als die aufgelisteten Elemente, geben kann.
Da verschiedene Änderungen in den obigen Konstruktionen, Produkten und Verfahren gemacht werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass alle Gegenstände, die in der obigen Beschreibung beinhaltet und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, als illustrativ und nicht in begrenzender Weise interpretiert werden sollen.

Claims

Eine Lageranordnung mit: einem Gehäuse mit einem Innenraum, der dazu ausgelegt ist, mit einer Schmiermittelquelle verbunden zu werden, einer Öffnung, die sich von dem Innenraum zu einem Außenraum des Gehäuses erstreckt, einer nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche, und einem nach innen zeigenden Lagersitz; einem Lager, das in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, und eine Mittelachse aufweist, wobei das Lager einen Außenring aufweist, der an dem nach innen zeigenden Lagersitz des Gehäuses befestigt ist, und einen Innenring, der an der Mittelachse zentriert ist und frei in dem Außenring drehbar ist; einer Welle, die an dem Innenring des Lagers für eine Rotation mit dem Innenring um die Mittelachse des Lagers befestigt ist, wobei die Welle eine nach radial außen zeigende Fläche aufweist, die sich entlang der Welle von dem Innenraum durch die Öffnung in den Außenraum des Gehäuses erstreckt; und einer Dichtung, die um die radial nach außen zeigende Fläche der Welle herum befestigt ist und axial entlang der Welle zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum des Gehäuses einzutreten und das Lager zu beschädigen, wobei die Dichtung einen ringförmigen Körper mit einer Lagerseite, die dem Lager zugewandt ist, und einer Öffnungsseite, die der Lagerseite gegenüberliegt, aufweist, wobei die Dichtung weiterhin eine Spaltfläche aufweist, die einer zugehörigen Fläche zugewandt ist, die aus der radial nach außen zeigenden Fläche der Welle oder der nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche des Gehäuses besteht, wobei die Spaltfläche, von der zugehörigen Fläche über einen Freiraumspalt beabstandet ist, der eine vorbestimmte axial variierende Breite aufweist, wobei die Breite des Freiraumspalts sich von der Lagerseite zu der Öffnungsseite vergrößert, um ein Fluid in dem Freiraumspalt weg von dem Innenraum zu leiten, wenn die Welle relativ zu dem Gehäuse rotiert.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei zumindest eines von: die Spaltfläche in einem Winkel in einem Bereich von ungefähr 1,3° bis und ungefähr 5,0° relativ zu der Mittelachse geneigt ist; die Spaltfläche in einem Winkel von ungefähr 1,35° relativ zu der Mittelachse geneigt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei zumindest eines von: der Freiraumspalt an der Öffnungsseite der Dichtung eine Breite im Bereich von ungefähr 0,010 inch bis ungefähr 0,050 inch hat, und der Freiraumspalt an der Lagerseite der Dichtung eine Breite im Bereich von ungefähr 0,005 inch bis ungefähr 0,025 inch hat; und der Freiraumspalt an der Öffnungsseite eine Breite von ungefähr 0,02 inch hat, und der Freiraumspalt an der Lagerseite eine Breite von ungefähr 0,01 inch hat.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei zumindest eines von: die Dichtung ein Metall umfasst; und die Welle dazu ausgelegt ist, mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von ungefähr 50 rpm bis ungefähr 2.000 rpm zu rotieren.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung eine Endwandung aufweist, die sich von einem inneren Ende zu einem äußeren Ende erstreckt, eine Innenwandung aufweist, die sich axial von dem inneren Ende der Endwandung erstreckt, und eine Außenwandung aufweist, die sich axial von dem äußeren Ende der Endwandung erstreckt, wobei die Außenwandung von der Innenwandung durch einen Ringraum beabstandet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 5, wobei die Endwandung der Dichtung an der Öffnungsseite der Dichtung angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei eines von: die Spaltfläche der Dichtung der radial nach außen zeigenden Fläche der Welle zugewandt ist; und die Spaltfläche der Dichtung der radial nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche des Gehäuses zugewandt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung eine erste Dichtung ist, und die Lageranordnung weiterhin eine zweite Dichtung aufweist, die um die nach radial außen zeigenden Fläche der Welle herum angebracht ist, die axial von der ersten Dichtung beabstandet ist, und die axial entlang der Welle zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum des Gehäuses einzutreten und das Lager zu beschädigen, wobei die zweite Dichtung einen ringförmigen Körper aufweist mit einer Lagerseite, die dem Lager zugewandt ist, und einer Öffnungsseite, die der Lagerseite gegenüberliegt, wobei die zweite Dichtung eine Spaltfläche aufweist, die einer zweiten zugehörigen Fläche zugewandt ist, die aus der radial nach außen zeigenden Fläche der Welle oder der radial nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche des Gehäuses besteht, wobei die Spaltfläche von der zweiten zugehörigen Fläche durch einen Freiraumspalt beabstandet ist, der eine vorgegebene axial variierende Breite aufweist, wobei die Breite des Freiraumspalts sich von der Lagerseite zu der Öffnungsseite vergrößert, um ein Fluid in dem Freiraumspalt aus dem Innenraum weg zu leiten, wenn sich die Welle relativ zu dem Gehäuse dreht.
Lageranordnung nach Anspruch 8, wobei die Spaltfläche der ersten Dichtung der radial nach außen zeigenden Fläche der Welle zugewandt ist, und die Spaltfläche der zweiten Dichtung der radial nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche des Gehäuses zugewandt ist.
Eine Lageranordnung mit: einem Gehäuse mit einem Innenraum, der dazu ausgelegt ist, mit einer Schmiermittelquelle verbunden zu werden, einer Öffnung, die sich von dem Innenraum zu einem Außenraum des Gehäuses erstreckt, einer nach innen zeigenden Dichtungsbefestigungsfläche, und einem nach innen zeigenden Lagersitz; einem Lager, das in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, und eine Mittelachse aufweist, wobei das Lager einen Außenring aufweist, der an dem nach innen zeigenden Lagersitz des Gehäuses befestigt ist, und einen Innenring, der an der Mittelachse zentriert ist und frei in dem Außenring drehbar ist; einer Welle, die an dem Innenring des Lagers für eine Rotation mit dem Innenring um die Mittelachse des Lagers befestigt ist, wobei die Welle eine nach radial außen zeigende Fläche aufweist, die sich entlang der Welle von dem Innenraum durch die Öffnung in den Außenraum des Gehäuses erstreckt; und einer Dichtung, die um die radial nach außen zeigende Fläche der Welle herum befestigt ist, und axial entlang der Welle zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenraum des Gehäuses angeordnet ist, um Verunreinigungen daran zu hindern, in den Innenraum des Gehäuses einzutreten und das Lager zu beschädigen, wobei die Dichtung einen ringförmigen Körper mit einer Lagerseite, die dem Lager zugewandt ist, und einer Öffnungsseite, die der Lagerseite gegenüberliegt, aufweist, wobei die Dichtung weiterhin eine Spaltfläche aufweist, die der nach radial außen zeigenden Fläche der Welle zugewandt ist, wobei die Spaltfläche, von der nach radial außen zeigenden Fläche der Welle über einen Freiraumspalt beabstandet ist, der eine vorbestimmte axial variierende Breite aufweist, wobei die Breite des Freiraumspalts sich von der Lagerseite zu der Öffnungsseite vergrößert, um ein Fluid in dem Freiraumspalt weg von dem Innenraum zu leiten, wenn die Welle relativ zu dem Gehäuse rotiert.