DE102016216641A1

DE102016216641A1 - Dichtungsvorrichtung für Wälzlagereinheit

Info

Publication number: DE102016216641A1
Application number: DE102016216641.7A
Authority: DE
Inventors: Marco Giovanni Francesco Capozzi; Christian Kogler
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2017-03-09
Also published as: US20170067511A1; CN106499734A; FR3040750A1; ITUB20153371A1; US9926979B2; FR3040750B1; CN106499734B

Abstract

Eine Dichtungsvorrichtung (1) für eine Lagereinheit (10), wobei die Einheit einen radial äußeren Ring (11), zwei Rollkörperkränze (12, 13) aufweist, die jeweils zwischen dem radial äußeren Ring (11) und einem Paar von radial inneren Ringen (14, 15) angeordnet sind. Die Dichtungsvorrichtung weist einen Abstandshalter (20), der mit mindestens einer ringförmigen Rille (21) versehen ist und konfiguriert ist, um zwischen den radial inneren Ringen (14, 15) der Lagereinheit (10) angeordnet zu werden, und eine Dichtung (30), die in der Rille (21) des Abstandshalters (20) untergebracht ist, auf, wobei die Dichtung (30) eine „U“-Form aufweist, die in ihrem Inneren ein Volumen definiert und konfiguriert ist, um in der ringförmigen Rille (21), mit der Konkavität (31) zur Symmetrieachse der Lagereinheit gerichtet, befestigt zu werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung für eine Wälzlagereinheit mit doppeltem Rollkörperkranz. Die Dichtungsvorrichtung ist zwischen den zwei Rollkörperkränzen untergebracht und verhindert die Verunreinigung des Fettes des Lagers durch Abfälle von fressendem Verschleiß, besser bekannt als „Fretting“. Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich für Lagereinheiten, die mit einem mittigen Abstandshalter versehen sind, und für Eisenbahnanwendungen, Off-Highway-Anwendungen, Industrieanwendungen oder für Systeme für erneuerbare Energien geeignet.
Dichtungsvorrichtungen zum Verhindern der Verunreinigung des Fettes der Lager durch Abfälle vom „Fretting“ sind nach dem Stand der Technik bereits bekannt. Das „Fretting“ tritt auf, wenn zwei metallische Körper, die in Kontakt und feststehend sind, dennoch Mikroverschiebungen untereinander ausgesetzt sind. Der daraus resultierende fressende Verschleiß setzt Abfälle von Eisenpulver frei, die das Fett verunreinigen können, das die Rollkörper und die jeweiligen Laufflächen des Lagers umgibt und schmiert. Es ist auch bekannt, dass, wenn die Abfälle durch „Fretting“ das Fett verunreinigen, die Lebensdauer des Lagers dadurch gefährdet ist und erheblich verkürzt wird. Und dies läuft natürlich den immer strengeren Spezifikationen der Wälzlager vollkommen zuwider, die den technischen und wirtschaftlichen Wert des Produktes erhöhen sollen und eine immer längere Lebensdauer fordern.
Verschiedene Versuche sind von den Herstellern von Wälzlagern vorgenommen worden, um diesen Nachteil zu beheben. Beispielsweise beschreibt das Dokument EP 1 600 349 A1 eine Lagereinheit, die auf einem Abstandshalter befestigt ist, der axial zwischen einem radial inneren Ring eines Lagers und einem Element angeordnet ist, das die axiale Vorspannung des inneren Ringes erzeugt; das Dokument JP 4338116 B2 beschreibt eine Vorrichtung gegen „Fretting“, die aus einem Polymerabstandshalter gebildet ist, der zwischen dem Paar von inneren Ringen des Lagers eingefügt ist; das Dokument JP 2008008424 A beschreibt eine Dichtung, die aus einem Abstandshalter gebildet ist, der aus drei Komponenten zusammengesetzt ist; schließlich beschreibt auch das Dokument JP 2007292230 A einen zusammengesetzten Abstandshalter. Die in den zitierten Dokumenten beschriebenen Lösungen haben jedoch hohe Produktionskosten und sind in manchen Fällen auch schwer zu montieren. Ferner wird bei der Verwendung eines Polymerabstandshalters der Axialspalt des Lagers unsicher und dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer des Lagers aus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache Dichtungsvorrichtung herzustellen, die in der Lage ist, zu verhindern, dass die Abfälle durch „Fretting“ ins Innere des Lagers, wo die Rollkörper angeordnet sind, gelangen können und das jeweilige Schmierfett verunreinigen können. Dies wird erreicht, indem eine Dichtung von besonderer Form – in Form eines umgekehrten „U“ – auf den mittigen Abstandshalter angebracht wird, der zwischen den zwei inneren Ringen angeordnet ist, wobei die Dichtung die Verunreinigung des Fettes durch die Abfälle vom „Fretting“ verhindert und gleichzeitig ein Volumen definiert, in dem diese Abfälle untergebracht werden können. Das technische Problem wird gelöst, indem einfach zwei Rillen an den Abstandshaltern erstellt werden, die normalerweise in den Anwendungen mit zwei radial inneren Ringen verwendet werden, und indem in den Rillen selbst die Dichtung angebracht wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird deshalb eine Dichtungsvorrichtung für eine Wälzlagereinheit beschrieben, die die Merkmale aufweist, die in dem beigefügten unabhängigen Anspruch aufgelistet sind.
Weitere bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nach den Merkmalen beschrieben, die in den beigefügten abhängigen Ansprüchen aufgelistet werden.
Die Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die einige nicht beschränkende Ausführungsbeispiele davon darstellen, in denen:
die 1 ein achssymmetrischer Querschnitt einer Lagereinheit ist, die mit der Dichtungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist,
die 2 ein Detail der Dichtung von 1 ist;
die 3 ein Detail der Rille des Abstandhalters ist, der die Dichtung von 2 aufnimmt;
die 4 ein anderes Detail des Abstandshalters mit einer Dichtung ist, die im Inneren der Rille des Abstandshalters montiert ist,
die 5 mehrere alternative Ausführungsformen der Dichtung von 2 zeigt;
die 6 mehrere alternative Ausführungsformen der Rille des Abstandshalters zeigt.
Unter jetziger Bezugnahme auf die 1 wird eine Lagereinheit nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in ihrer Gesamtheit mit 10 angegeben. Wie in der Einleitung gesagt, kann die Erfindung nicht nur auf die im Folgenden beschriebene Konfiguration sondern im Allgemeinen auf jede beliebige Lagereinheit, die mit mindestens zwei Rollkörperkränzen und mit einem mittigen Abstandshalter, der zwischen den radial inneren Ringen angebracht ist, angewendet werden.
In der gesamten vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verstehen sich die Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Ausrichtungen angeben, wie beispielsweise „radial“ und „axial“, als auf die mittlere Drehachse X der Lagereinheit 10 bezogen.
Die Lagereinheit 10 weist einen radial äußeren Ring 11 und zwei Rollkörperkränze 12, 13 auf, in diesem Fall Kegelrollen, die jeweils zwischen dem radial äußeren Ring 11 und den radial inneren Ringen 14, 15 angeordnet sind, die fest an einer Spindel F befestigt sind. Die vorliegende Erfindung kann sowohl auf Konfigurationen von Lagereinheiten mit drehbarem äußeren Ring und starren inneren Ringen oder auf Konfigurationen mit starrem äußeren Ring und drehbaren inneren Ringen angewendet werden. Zur Vereinfachung der grafischen Darstellung werden die Bezugszeichen 12 und 13 sowohl den einzelnen Kegelrollen als auch dem gesamten Rollenkranz zugewiesen. Auch hier wird im Bestreben einer Vereinfachung häufig der Begriff „Kegelrollen“ als Beispiel in der vorliegenden Beschreibung und in den beigefügten Zeichnungen anstelle des allgemeineren Begriffs „Rollkörper“ verwendet (und es werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet). Es ist immer zu verstehen, dass anstelle der Kegelrolle ein beliebiger anderer Rollkörper verwendet werden kann (beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen, Nadeln usw.).
Die Rollkörperkränze 12, 13 sind durch entsprechende Käfige 16, 17 (in dem Beispiel in der Figur der Käfig 16 für den Rollkörperkranz 12 und der Käfig 17 für den Rollkörperkranz 13) in Position gehalten und die gesamte Lagereinheit ist durch entsprechende Dichtungen 18, beispielsweise Lippendichtungen, nach außen versiegelt.
Die radial inneren Ringe sind durch einen Abstandshalter 20 in ihrer gegenseitigen axialen Position gehalten, der starr ist, wenn die inneren Ringe selbst auch starr sind, oder drehbar ist, wenn die inneren Ringe selbst auch drehbar sind. Insbesondere sind die inneren ringförmigen Flächen 14‘ und 15‘ der radial inneren Ringe 14, 15 mit den ringförmigen Flächen 20‘ des Abstandshalters 20 in Kontakt. Diese Flächen weisen theoretisch gesehen untereinander keine relativen Bewegungen auf. In der Praxis treten jedoch aufgrund der Lasten, die durch die Rollkörper auf die radial inneren Ringe übertragen werden, oftmals relative Mikroverschiebungen zwischen den Flächen und insbesondere relative Mikrodrehungen und/oder Mikrogleitungen zwischen den ringförmigen Flächen 14‘, 15“ der inneren Ringe gegenüber den ringförmigen Flächen 20‘ des Abstandshalters auf. Entsprechend und aus den gleichen Gründen können relative Mikrodrehungen auch zwischen den inneren zylindrischen Flächen 14”, 15” der inneren Ringe 14, 15 und der äußeren zylindrischen Fläche F‘ der Spindel F entstehen.
Derartige Mikroverschiebungen, die, wie bereits erwähnt, fressenden Verschleiß zwischen den Flächen in Kontakt verursachen, erzeugen das bekannte Phänomen des „Fretting“. Die Abfälle aus Metallpulver infolge dieses fressenden Verschleißes können sich dann frei innerhalb der Lagereinheit bewegen und betreffen dann insbesondere den Bereich der Rollkörper.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung und mit Bezug auf die 2–4 wird dieses Problem gelöst, indem eine Dichtungsvorrichtung 1 verwendet wird, die den Abstandshalter 20 und mindestens eine Dichtung 30 aufweist, die durch eine Form eines umgekehrten „U“ oder mit der Konkavität 31, die zur Achse X der Lagereinheit gerichtet ist, gekennzeichnet ist. Die Dichtung, die vorzugsweise aus Elastomermaterial ist, ist in einer ringförmigen Rille 21 des Abstandshalters 20 angeordnet. Offensichtlich wird es angemessen sein, zwei Rillen 21 in dem Abstandshalter einzurichten, die jeweils einem inneren Ring gegenüberliegen, und eine Dichtung 30 in jede Rille 21 unterzubringen.
Die Dichtung 30 ist insbesondere in der Lage, den Übergang der Abfälle durch das „Fretting“ von dem Bereich der Spindel zu jenem der Rollkörper zu blockieren. Eine bevorzugte Ausführungsform der Dichtung 30 ist jene, die in 2 angeführt ist, aber, wie nachstehend ausgeführt wird, sind andere Formen möglich, unbeschadet der Konfiguration mit umgekehrten „U“. Diese besondere Form ist in der Tat für einen doppelten Verwendungszweck erdacht worden: In der Tat blockiert die Dichtung nicht nur die Bewegung der Abfälle in Richtung des Inneren der Lagereinheit, sondern ist auch, dank der Konkavität 31, die zur Achse X des Lagers gerichtet ist, in der Lage, die Abfälle in ihrem Inneren zu sammeln. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Abfälle dennoch die inneren Ringe des Lagers beschädigen können.
Die Rille 21 des Abstandshalters kann vorteilhafterweise mit Eigenschaften versehen sein, die das Anbringen der Dichtung 30 und im Allgemeinen das Verhalten der Dichtungsvorrichtung verbessern. Insbesondere um Schwingungen der Dichtung 30 in der Rille 21 zu vermeiden, kann diese Letztere mit einer radial äußeren zylindrischen Fläche 21‘ versehen sein, die eine erhöhte Rauigkeit aufweist. Ferner ist die Rille vorzugsweise derart ausgebildet, dass zwischen den ringförmigen Flächen des Abstandshalters – die radial innere Fläche 20‘ und die radial äußere Fläche 20“ – eine Differenz 2d zwischen den jeweiligen Längen besteht. In anderen Worten muss sich ergeben, dass die radial äußere Fläche 20“ eine halbe Länge, die um die Höhe d niedriger ist, gegenüber der halben Länge der radial inneren Fläche 20‘ aufweist. Dies ermöglicht, den fressenden Verschleiß und die daraus resultierenden Abfälle durch Fretting zwischen den ringförmigen Flächen 20“ des Abstandshalters und den ringförmigen Flächen 14‘ und 15‘ der radial inneren Rillen des Lagers zu verhindern. Auf diese Weise wird das Phänomen des „Fretting“ in dem nachgelagerten Bereich der Dichtung 30 verhindert, wo die Dichtung selbst offensichtlich nicht wirksam sein könnte.
Ferner weist die Rille 21 vorteilhafterweise ein Verhältnis zwischen der Tiefe a und der Höhe b, das größer als eins ist, derart auf, um die Stabilität der Dichtung im Inneren der Rille während der Montage- und Transportvorgänge der Dichtungsvorrichtung zu verbessern.
Ferner muss die Höhenabmessung h der Dichtung 30 vorteilhafterweise niedriger als die Höhe b der Rille 21 sein, um einen Gang g in der Nähe der radial inneren zylindrischen Fläche 21“ der Rille 21 zu lassen, der den Abfällen durch „Fretting“ ermöglicht, in das innere Volumen der Dichtung 30 zu gelangen und es zu füllen.
Mit Bezug auf die 5 werden mehrere mögliche Ausführungsformen der Dichtung 130, 230, 330, 430, 530 gezeigt. Offensichtlich weisen die Ausführungsformen in jedem Fall eine Form der Dichtung mit umgekehrtem „U“ oder immer mit der Konkavität, die zur Achse X des Lagers gerichtet ist, auf. Insbesondere weist die Dichtung 130 eine asymmetrische Form der „Schenkel“ des „U“ auf, die einen geräumigen Gang t lässt (der zu dem zuvor definierten Gang g hinzukommt), der einen leichten Zugang der Abfälle zu dem Inneren des Volumens, das von der Konkavität der Dichtung definiert ist, ermöglicht. Die geneigten Abschnitte der „U“-Form, die gegenüber der radialen Richtung jeweilige Winkel α und β (von gleichem Wert und voneinander verschieden) definieren, ermöglichen hingegen eine leichtere Montage der Dichtung im Inneren der Rille des Abstandshalters. Die Dichtungen 230, 430, die nach einem umgekehrten, aber asymmetrischen „U“ gebildet sind, sowie die Dichtung 330, die eine besonders raue, äußere zylindrische Fläche 330‘ aufweist, sind besonders geeignet, um ihr Austreten aus der Rille des Abstandshalters zu verhindern. Schließlich weist die Dichtung 530 eine Konkavität in Form eines „Schlüssellochs“ auf und dies optimiert das innere Volumen und folglich die Menge an Abfällen, die enthalten sein kann.
Die 6 zeigt schließlich mehrere mögliche Ausführungsformen der Rille 121, 221, 321, 421, 521, 621. Auch für die Rillen wurde bei der Wahl des Entwurfs stets das Ziel verfolgt, Geometrien zu definieren, die die Montage begünstigen und das Austreten der Dichtung während der Montage selbst und dem nachfolgenden Transport verhindern können. Und dies wird erzielt, indem vor allem Rillen mit asymmetrischer Geometrie 221, 521, 621 verwendet werden oder indem ein Vorsprung 421‘ in der Konfiguration 421 vorgesehen wird. Jede Ausführungsform der Dichtung, sowohl die Konfiguration 30, die in 2 gezeigt wird, als auch jene, die in 5 gezeigt wird, kann in jeder beliebigen Ausführungsform der Rille, sowohl die Konfiguration 21 der 3–4 als auch die Konfigurationen der 6, verwendet werden. Es können ebenfalls Dichtungsformen und Rillenformen verwendet werden, die eine beliebige Kombination von Eigenschaften aufweisen, die aus den gezeigten Beispielen entnommen werden können.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung löst somit das Problem, das durch das „Fretting“ in den Wälzlagern verursacht wird, auf einfache und kostengünstige Weise: Es ist ausreichend, zwei Dichtungen zu den üblicherweise verwendeten Abstandshaltern hinzuzufügen, für die nur die weitere Bearbeitung der zwei Rillen erforderlich ist. Die Dichtungen sind mit der charakteristischen Form eines umgekehrten „U“ definiert worden, die gleichzeitig nicht nur den Durchgang der Abfälle durch „Fretting“ in Richtung des Bereichs der Rollkörper blockieren, sondern ein Volumen erstellen, das die Abfälle aufnehmen kann, wodurch verhindert wird, dass diese die wesentlichen Komponenten des Lagers beschädigen können. Die Dichtungen sind aus Elastomermaterial oder Kunststoff oder dergleichen derart hergestellt, um eventuelle Verformungen der inneren Ringe zu kompensieren.
Diese Lösung ermöglicht, die Betriebslebensdauer des Lagers zu erhöhen, ohne auf besondere Materialien zurückgreifen zu müssen, indem man im Gegenteil für den Abstandshalter eher Stähle verwendet, die kostengünstiger sind und höhere maschinelle Bearbeitbarkeit aufweisen. Abstandshalter, der auf diese Weise leicht bearbeitet werden kann, um den Axialspalt zu bestimmen und der mehrmals wiederverwendet werden kann, wobei nur das Austauschen der zwei Dichtungen erforderlich ist.
Es versteht sich, dass es zusätzlich zu den oben beschrieben Ausführungsformen der Erfindung zahlreiche weitere Varianten gibt. Es ist auch zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nur Beispiele sind und weder den Gegenstand der Erfindung noch ihre Anwendungen noch ihre möglichen Konfigurationen begrenzen. Im Gegenteil, obwohl die vorstehende Beschreibung dem Fachmann die Umsetzung der vorliegenden Erfindung mindestens nach einer ihrer als Beispiel dienenden Konfiguration ermöglicht, ist zu verstehen, dass zahlreiche Variationen der beschriebenen Komponenten vorstellbar sind, ohne dass dadurch über den Gegenstand der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, die wörtlich und/oder nach ihren rechtlichen Äquivalenten interpretiert werden, hinausgegangen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1600349 A1 [0003]
JP 4338116 B2 [0003]
JP 2008008424 A [0003]
JP 2007292230 A [0003]

Claims

Dichtungsvorrichtung (1) für eine Lagereinheit (10), wobei die Einheit einen radial äußeren Ring (11), zwei Rollkörperkränze (12, 13) aufweist, die jeweils zwischen dem radial äußeren Ring (11) und einem Paar von radial inneren Ringen (14, 15) angeordnet sind, wobei die Dichtungsvorrichtung Folgendes aufweist: – einen Abstandshalter (20), der mit mindestens einer ringförmigen Rille (21, 121, 221, 321, 421, 521, 621) versehen ist und konfiguriert ist, um zwischen den radial inneren Ringen (14, 15) der Lagereinheit (10) angeordnet zu werden, – mindestens eine Dichtung (30, 130, 230, 330, 430, 530), die in der mindestens einen Rille (21, 121, 221, 321, 421, 521, 621) des Abstandshalters (20) untergebracht ist, wobei die Dichtungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Dichtung (30, 130, 230, 330, 430, 530) eine „U“-Form aufweist, die in ihrem Inneren ein Volumen definiert und konfiguriert ist, um in der ringförmigen Rille (21, 121, 221, 321, 421, 521, 621) mit der Konkavität (31) zur Symmetrieachse der Lagereinheit gerichtet befestigt zu werden.
Dichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen den halben Längen einer radial äußeren ringförmigen Fläche (20“) des Abstandshalters und einer radial inneren ringförmigen Fläche (20‘) des Abstandshalters gleich einem vorbestimmten Wert (d) ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rille (21) ein Verhältnis zwischen der Tiefe (a) und der Höhe (b) von größer als eins aufweist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenabmessung (h) der Dichtung (30) niedriger als die Höhe (b) der Rille (21) ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Rille (21) mit einer radial äußeren und rauen zylindrischen Fläche (21‘) versehen ist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (130, 230, 430) die „U“-Form auf asymmetrische Weise erstellt aufweist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (330) eine raue äußere zylindrische Fläche (330‘) aufweist.
Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (530) eine Konkavität in Form eines „Schlüssellochs“ aufweist.
Lagereinheit (10), umfassend einen radial äußeren Ring (11), zwei Rollkörperkränze (12, 13), die jeweils zwischen dem radial äußeren Ring (11) und einem Paar von radial inneren Ringen (14, 15) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Dichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, die in einer mittigen Position zwischen den radial inneren Ringen (14, 15) angeordnet ist.