DE102017101492A1

DE102017101492A1 - Dichtungsanordnung einer Wälzlagerung mit vorgespannten statischen Dichtsitzen

Info

Publication number: DE102017101492A1
Application number: DE102017101492.6A
Authority: DE
Inventors: Simon Brähler; Andreas Kaiser
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2018-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (1) zur statischen Abdichtung einer Wälzlagerung, die als Kassettendichtung aufgebaut ist, bestehend aus einem drehfixierten, als Winkelring ausgebildeten Trägerelement (2), das wenigstens bereichsweise von einer elastischen Dichtstruktur (17) umschlossen ist, die zumindest über eine elastische Dichtlippe (18, 19) einen Dichtkontakt zu einem rotierenden Schleuderring (3) herstellt. Ein äußerer Abschnitt (5) des Trägerelementes (2) ist über einen Presssitz in einer Aufnahme (7) eingesetzt und ein endseitiger, radial nach außen gerichteter, umlaufender Bord (9) des Trägerelementes (2) überdeckt im Einbauzustand eine kreisringförmige Stirnseite (10) der Wälzlagerung. Vor einer Montage verläuft zumindest der äußere Abschnitt (5) des Trägerelementes (2) unter einem Vorhaltewinkel (α) gegenüber einer Längsachse (20) der Wälzlagerung radial nach außen abgewinkelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine als Kassettendichtung aufgebaute Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer Wälzlagerung, wobei die Dichtungsanordnung ein drehfixiertes, als Winkelring ausgebildetes Trägerelement umfasst, das wenigstens bereichsweise von einer elastischen Dichtstruktur umschlossen ist, die zumindest über eine elastische Dichtlippe einen Dichtkontakt zu einem rotierenden Schleuderring herstellt, wobei ein zylindrischer Abschnitt des Winkelblechrings über einen Presssitz eingesetzt ist.
Dichtungsanordnungen sind dazu vorgesehen, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen in Wälzlagerungen zu unterbinden. Bei Kassettendichtungen werden sogenannte, auch Winkelblechringe genannte Trägerelemente verwendet, die form- und passgenau unmittelbar einem Lagerring innen- oder außenseitig oder mittelbar einer Umgebungskonstruktion des Lagerrings zugeordnet sind. Zur Erzielung einer hohen, die Lebensdauer der Wälzlagerung unmittelbar beeinflussenden Dichtungsgüte ist es erforderlich, die Trägerelemente exakt einzusetzen.
Aus der DE 196 14 649 A1 ist zur Abdichtung von einem Wälzlagerinnenraum eines für Fahrzeuge bestimmten Radlagers eine als Kassettendichtung ausgeführte Dichtungsanordnung bekannt. Die Kassettendichtung umfasst ein Trägerelement sowie einen Schleuderring, die relativ zueinander beweglich sind. Im Längsschnitt sind beide Bauelemente L-artig geformt, wobei der axial außenliegende Schleuderring mehrere Dichtlippen aufweist. Das drehstarre, am äußeren Lagerring befestigte Trägerelement bildet Anlaufflächen für die Dichtlippen.
In der DE 10 2005 061 168 A1 ist als Dichtungsanordnung eine Kassettendichtung für eine als Schrägkugellager ausgebildete Wälzlagerung gezeigt. Diese schließt einen am Innenring fixierten, rotierenden und als Winkelring ausgebildeten Schleuderring ein. An dem äußeren Lagerring ist das Trägerelement positioniert, dessen Dichtlippen an Laufflächen des Schleuderrings abgestützt sind. Zur verbesserten Abdichtung ist zwischen dem Schleuderring und dem inneren Lagerring ein Dichtmittel vorgesehen.
Die EP 1 898 132 A1 offenbart weitere Kassettendichtungen, die als Dichtungsanordnung für Radlageranwendungen bestimmt sind, die sich im Wesentlichen durch die Anordnung von unterschiedlich ausgebildeten Dichtlippen unterscheiden. Übereinstimmend sind an dem axial äußeren Schleuderring Dichtlippen abgestützt, die dem Trägerelement zugeordnet sind, das drehstarr mit dem äußeren Lagerring verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Bauart weiterzuentwickeln, um mittels einfacher und kostengünstiger Maßnahmen die Haltefunktion zu verbessern sowie einen Korrosionsschutz zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.
Der erfindungsgemäße Aufbau der Dichtungsanordnung umfasst als Trägerelement einen Winkelblechring mit einem endseitig, radial nach außen gerichteten, im Einbauzustand eine kreisringförmige Stirnseite der Wälzlagerung abdeckenden umlaufenden Bord. Vor dem Einbau bzw. vor der Montage verläuft zumindest ein radial äußerer Abschnitt des Trägerelementes unter einem Vorhaltewinkel gegenüber einer Längsachse der Wälzlagerung radial nach außen geneigt.
Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ist das Trägerelement vorteilhaft mit einer erhöhten Vorspannung eingepresst zur Erzielung einer verbesserten Haltefunktion. Durch den Vorhaltewinkel des äußeren Abschnitts des weitestgehend L- förmigen Trägerelementes stellt sich im Bereich der metallischen Pressverbindung gegenüber einem äußeren Lagerring oder einem Gehäuse ein gewünschter verbesserter, radial statischer Presssitz ein. Nach der Montage, in der Endlage des Trägerelementes bewirkt der nach außen unter dem Vorhaltewinkel schräg oder geneigt bzw. abgewinkelt zu einer Längsachse der Wälzlagerung verlaufende Abschnitt eine erhöhte Anpresskraft und folglich eine sichere Position des Trägerelementes. Ergänzend zu der optimierten Haltefunktion des Trägerelementes stellt sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme aufgrund des endseitigen Bordes ein verlängerter, die Dichtqualität verbessernder Dichtsitz ein. Dabei ist das Trägerelement bevorzugt vollständig fugenfrei in der Aufnahme des Lagerrings oder eines Gehäuses eingesetzt, so dass sich eine verbesserte Abdichtung einstellt und der Innenraum der Wälzlagerung dauerhaft vor eindringenden Verunreinigungen wie Schmutzpartikeln oder Wasser geschützt ist.
Weiterhin überdeckt der endseitig an der Außenkontur befindliche umlaufende Bord des Trägerelementes im Einbauzustand eine kreisringförmige Stirnseite der Wälzlagerung. Dabei bietet es sich an, dass der Bord neben der Stirnseite des Lagerrings ergänzend zumindest bereichsweise eine den Lagerring umschließende Umgebungskonstruktion stirnseitig abdeckt. Somit besteht die Möglichkeit, dass sich der Bord beispielsweise radial soweit erstreckt, um auch ein die Wälzlagerung aufnehmendes Gehäuse stirnseitig abzudecken und einen erweiterten Sichtschutz zu gewährleisten. Beispielsweise kann damit ein aus einem Gusswerkstoff hergestellter, lokal korrodierter Radträger einer Radaufhängung von einem Fahrzeug stirnseitig abgedeckt werden. Vorteilhaft ermöglicht der Bord folglich eines aus einem korrosionsgeschützten Werkstoff hergestellten Trägerelementes einen wirksamen Sichtschutz von freien Stirnflächen der Wälzlagerung.
Dabei ist das erfindungsgemäß gestaltete Trägerelement, das sich durch eine verbesserte Haltefunktion und einen wirksamen Korrosionsschutz auszeichnet, mit einfachen Mitteln kostengünstig realisierbar. Vorteilhaft kann damit ein Kostenanstieg der Kassettendichtung vermieden werden. Außerdem ist eine das Trägerelement gemäß der Erfindung einschließende Kassettendichtung bzw. Dichtungsanordnung gegen eine Dichtungsanordnung nach dem Stand der Technik austauschbar, ohne dass bauraumbedingte Veränderungen an der Konstruktion der Wälzlagerung oder deren Umgebungskonstruktion erforderlich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ergänzend auch der endseitige, radial nach außen gerichtete umlaufende Bord des Trägerelementes im nicht eingebauten Zustand geneigt ist. Dazu ist der Bord mit einem Vorhaltewinkel zu dem ersten abgewinkelten äußeren Abschnitt und gleichzeitig in Richtung des Gehäuses geneigt. Im eingebauten Zustand führt der ergänzende, axial statische Sitz des einen Anschlag bildenden Bordes zu einer genauen Positionierung und zur Lagefixierung des Trägerelementes. Weiterhin kann mit dieser Maßnahme gleichzeitig die Abdichtung zwischen dem Trägerelement und dessen Aufnahme weiter gesteigert werden.
Für die zwei geneigt bzw. abgewinkelt verlaufenden Abschnitte im Bereich der Außenkontur des Trägerelementes, die abgewandt zu der Längsachse der Wälzlagerung bzw. zum Gehäuse verlaufen, ist erfindungsgemäß ein übereinstimmender Vorhaltewinkel zwischen > 0° bis < 20° vorgesehen. Über den Vorhaltewinkel ist die Anpresskraft des Trägerelementes an der Stirnfläche der Lagerung unmittelbar beeinflussbar. Ein optimaler Haltewinkel kann beispielsweise unter Berücksichtigung des verwendeten Werkstoffs und der Materialstärke des Trägerelementes bestimmt werden.
Die Dichtungsanordnung mit einem integrierten erfindungsgemäßen Trägerelement ist bevorzugt für Radlagerungen von Fahrzeugen aller denkbaren Ausführungsformen bestimmt. Das betrifft u.a. zweireihige und vierreihige Radlagersätze mit Rollen oder Kugeln als Wälzkörper, insbesondere in Schrägrollen- oder Schrägkugellagerausführung. Das Trägerelement ist dabei einem ortsfest positionierten Lagerring, Gehäuse oder einem Radträger zugeordnet. Der rotierende Schleuderring ist mittelbar über einen Lagerring mit einer Welle oder einer Radnabe verbunden.
Erfindungsgemäß ist ein korrosionsgeschütztes Trägerelement in der als Kassettendichtung ausgeführten Dichtungsanordnung integriert. Dazu eignet sich beispielsweise ein aus einem normalen Blech hergestelltes Trägerelement, mit dem eine verbesserte Abdichtung erreichbar ist. Weiterhin kann ein beschichtetes, bevorzugt verzinktes Stahlblech oder ein aus Edelstahl hergestelltes Trägerelement eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schließt das Trägerelement eine mehrere Dichtlippen umfassende Dichtstruktur ein, die dem Schleuderring der Kassettendichtung zugeordnet und axial oder radial ausgerichtet sind. Die aus einem elastischen Dichtwerkstoff bestehende Dichtstruktur ist stoffschlüssig, vorzugsweise mittels Vulkanisation, an dem Trägerelement fixiert. Der Dichtwerkstoff kann erfindungsgemäß speziell gestaltet bzw. geformt werden und dichtend an Bauteilen der Umgebungskonstruktion des Trägerelementes abgestützt sein, um den Innenraum der Wälzlagerung wirksam abzudichten. Bevorzugt schließt die Dichtstruktur zumindest eine, bevorzugt mehrere am Schleuderring abgestützte Dichtlippen ein.
Vorzugsweise wird das Trägerelement auf der Innenseite, einer zu dem Ringkanal der Dichtungsanordnung weisenden Seite ganzflächig von der elastischen Dichtstruktur abgedeckt. Alternativ oder ergänzend dazu bietet es sich an, dass das eine Armierung bildende Trägerelement nahezu allseitig bis auf die zylindrische Außenkontur von der Dichtstruktur umschlossen ist. Dabei umschließt die Dichtstruktur auch den endseitigen nach außen gerichteten umlaufenden Bord des Trägerelementes, die im Einbauzustand einen Ringspalt zwischen der Stirnseite des Lagerrings und dem Bord ausfüllt und damit die Abdichtung verbessert und gleichzeitig die Stirnfläche des Gehäuses und oder des Lagerrings abdeckt. Für ein gummiertes, bzw. mittels einer Dichtstruktur überzogenes Trägerelement ist kein gegen Korrosion geschütztes Blech oder Blech aus rostfreiem Stahl erforderlich.
Als Werkstoff für die elastische Dichtstruktur des Trägerelementes ist erfindungsgemäß bevorzugt ein gummiartiges Elastomer vorgesehen wie beispielsweise NBR (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) oder EPM (Ethylen-Propylen-Copolymer). Diese Kunststoffe zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit aus, wobei deren Dauerelastizität über ein Temperaturspektrum von - 40° bis + 110° nahezu unverändert bleibt.
Die übereinstimmend L-förmig gestalteten Bauteile, das Trägerelement sowie der Schleuderring, werden bevorzugt mittels eines spanlosen Umformverfahrens aus einem normalen Stahlblech, einem beschichteten Stahlblech oder einem Edelstahlblech hergestellt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Figuren zu entnehmen, die bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen und die nachfolgend beschrieben werden, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es zeigen:

1: eine als Kassettendichtung aufgebaute, für eine Wälzlagerung bestimmte Dichtungsanordnung im eingebauten Zustand;
2: die Kassettendichtung gemäß 1 im nicht eingebauten Zustand;
3: die einer Radlagerung zugeordnete Kassettendichtung gemäß der 1.

Die 1 zeigt in einem Halbschnitt eine als Kassettendichtung aufgebaute Dichtungsanordnung 1, die einer Wälzlagerung bekannten Aufbaus zugeordnet ist. Die Dichtungsanordnung 1 umfasst zwei L-förmig gestaltete Bauteile, ein Trägerelement 2 sowie einen Schleuderring 3, die gemeinsam einen weitestgehend rechteckförmigen Ringkanal 4 begrenzen. Das Trägerelement 2 ist über einen zylindrischen Abschnitt 5 ortsfest mittels Presssitz 6 in einer Aufnahme 7 eines drehstarren Gehäuses 8 lagefixiert. Stirnseitig schließt sich an den Abschnitt 5 des Trägerelementes 2 ein radial nach außen zeigender, umlaufender Bord 9 an, der an einer Stirnseite 10 des Gehäuses 8 abgestützt ist. Über zwei statische Sitze ist das Trägerelement 2 an dem drehstarren Gehäuse 8 positioniert. Der Presssitz 6 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 5 des Trägerelementes 2 und der Aufnahme 7 im Gehäuse 8 bildet einen radial ausgerichteten statischen Sitz. Zwischen dem umlaufenden Bord 9 des Trägerelementes 2 und der Stirnseite 10 stellt sich ein axial ausgerichteter statischer Sitz ein. Das Trägerelement 2 bildet weiterhin einen radial nach innen zu einer Welle 11 ausgerichteten Schenkel 12, der über einen im Winkel von 45° verlaufenden Bereich 13 mit dem Abschnitt 5 in Verbindung steht. Der Schleuderring 3 ist über einen ersten Schenkel 14 an der im Betriebszustand rotierenden Welle 11 kraftschlüssig befestigt. Ein zweiter rechtwinkelig zur Welle 11 ausgerichteter Schenkel 15 des Schleuderrings 3 ist unter Einhaltung eines Ringspaltes 16 bis an eine Innenkontur von dem Abschnitt 5 des Trägerelementes 2 geführt. Eine von dem Schleuderring 3 abgewandte Seite des Trägerelementes 2 einschließlich eines Endbereichs von dem Schenkel 12 sind ganzflächig von einer Dichtstruktur 17 umschlossen. Die aus einem elastischen Dichtwerkstoff gebildete Dichtstruktur 17 schließt zwei Dichtlippen 18, 19 ein, wobei die Dichtlippe 18 an dem Schenkel 14 und die Dichtlippe 19 an dem Schenkel 15 des Schleuderrings 3 abgestützt ist.
Die 2 und 3 zeigen ergänzende Darstellungen der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung oder veranschaulichen eine alternative Ausführungsform, wobei für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Die nachfolgenden Beschreibungen sind weitestgehend auf unterschiedliche Ausgestaltungen beschränkt.
In der 2 ist die Dichtungsanordnung 1 im nicht eingebauten Zustand gezeigt. Dabei ist der Abschnitt 5 des Trägerelementes 2 unter einem Vorhaltewinkel α gegenüber einer Längsachse 20 der Dichtungsanordnung 1 bzw. der Wälzlagerung schräg nach oben abgewinkelt. Außerdem ist der endseitige Bord 9 des Trägerelementes 2 gegenüber dessen Abschnitt 5 unter einem einen Abstandswinkel γ von 90° vergrößernden Vorhaltewinkel β in Richtung des Gehäuses 8 geneigt. Während der Montage, bei einer axialen Verschiebung des Trägerelementes 2 in die Aufnahme 7 wird sowohl der Abschnitt 5 als auch der Bord 9 elastisch verformt. In der Endlage ist der Abschnitt 7 konzentrisch zu der Längsachse 20 und der Bord 9 rechtwinkelig zu dem Abschnitt 7 ausgerichtet.
Die 3 zeigt die einer Radlagerung zugeordnete Dichtungsanordnung 1, wobei das Trägerelement 2 abweichend zu der 1 in einem äußeren Lagerring 21 der ansonsten nicht gezeigten Wälzlagerung eingepresst ist. Der Lagerring 21 wiederum ist in einem ein Gehäuse bildenden Radträger 22 von dem Fahrwerk (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs aufgenommen. Weiterhin ist das Trägerelement 2 im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 auf der zum Ringkanal 4 zeigenden Seite von der Dichtstruktur 17 überzogen, die weiterhin den Bord 9 vollständig umschließt. Damit überdeckt der Bord 9 einschließlich der zugehörigen Dichtstruktur 17 sowohl die Stirnseite 24 des Lagerrings 21 als auch die Stirnseite 23 des Radträgers 22 und bewirkt damit einen vollständigen Sichtschutz dieser Stirnflächen.
Bezugszeichenliste

1: Dichtungsanordnung
2: Trägerelement
3: Schleuderring
4: Ringkanal
5: Abschnitt
6: Presssitz
7: Aufnahme
8: Gehäuse
9: Bord
10: Stirnseite
11: Welle
12: Schenkel
13: Bereich
14: Schenkel
15: Schenkel
16: Ringspalt
17: Dichtstruktur
18: Dichtlippe
19: Dichtlippe
20: Längsachse
21: Lagerring
22: Radträger
23: Stirnseite
24: Stirnseite
α: Vorhaltewinkel
β: Vorhaltewinkel
γ: Abstandswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19614649 A1 [0003]
DE 102005061168 A1 [0004]
EP 1898132 A1 [0005]

Claims

Dichtungsanordnung zur statischen Abdichtung einer Wälzlagerung, die als eine Kassettendichtung aufgebaut ist, bestehend aus einem drehfixierten, als Winkelring ausgebildeten Trägerelement (2), das wenigstens bereichsweise von einer elastischen Dichtstruktur (17) umschlossen ist, die zumindest über eine elastische Dichtlippe (18, 19) einen Dichtkontakt zu einem rotierenden Schleuderring (3) herstellt, wobei ein äußerer Abschnitt (5) des Trägerelementes (2) über einen Presssitz in einer Aufnahme (7) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein endseitiger radial nach außen gerichteter, umlaufender Bord (9) des Trägerelementes (2) im Einbauzustand eine kreisringförmige Stirnseite (10, 23, 24) der Wälzlagerung abdeckt, wobei vor einer Montage zumindest der äußere Abschnitt (5) des Trägerelementes (2) unter einem Vorhaltewinkel (α) gegenüber einer Längsachse (20) der Wälzlagerung radial nach außen abgewinkelt verläuft.
Dichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige, radial nach außen gerichtete Bord (9) des Trägerelementes (2) im nicht eingebauten Zustand unter einem Vorhaltewinkel (β) in Richtung des Gehäuses (8) geneigt ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass übereinstimmende Winkel zwischen > 0° bis < 20° für die Vorhaltewinkel (α; β) des Trägerelementes (2) vorgesehen sind.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (1) für eine Radlagerung eines Fahrzeugs bestimmt ist, wobei das Trägerelement (2) unmittelbar oder mittelbar einem Radträger (22) und der Schleuderring (3) einer Welle (11) oder Radnabe zugeordnet ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Blechwerkstoff hergestelltes Trägerelement (2) eingesetzt ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Edelstahlblech hergestelltes Trägerelement (2) eingesetzt ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstruktur (17) mehrere dem Trägerelement (2) zugeordnete Dichtlippen (18, 19) einschließt, die in unterschiedlichen Zonen an dem Schleuderring (3) abgestützt sind.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Dichtstruktur (17) eine zu einem Ringkanal (4) der Dichtungsanordnung (1) ausgerichtete Seite des Trägerelementes (2) vollständig abdeckt.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige radial nach außen gerichtete Bord (9) des Trägerelementes (2) von einer elastischen Dichtstruktur (17) umschlossen ist.
Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleuderring (3) sowie das Trägerelement (2) weitestgehend L-förmig gestaltet und mittels eines spanlosen Umformverfahrens aus einem biegsamen Blechwerkstoff hergestellt sind.