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Die Erfindung betrifft ein Radialwälzlager mit einem konzentrisch zu seiner Längsmittelachse angeordneten Innenring und einem diesen koaxial umgebenden Außenring, wobei der Innenring eine nach radial außen gerichtete Innenringlaufbahn und der Außenring eine radial nach innen gerichtete Außenringlaufbahn aufweist, auf denen Wälzkörper abrollen, und bei dem im Bereich zumindest eines axialen Endes des Außenrings an diesem eine Dichtscheibe befestigt ist, welche mit deren radial inneren Ende unter Schaffung eines kreisförmigen Dichtspaltes einen radialen Abstand zum Innenring einhält.
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Für viele industrielle Anwendungen, wie zum Beispiel für Rotorlagerungen in Elektromotoren oder dergleichen, bieten abgedichtete Wälzlager signifikante Vorteile hinsichtlich der Wartungsintensität und der Standzeit. Bei derartigen Wälzlagern kommen kreisringförmige, metallische Dichtscheiben zum Einsatz, die üblicherweise an den beiden axialen Außenseiten des Außenrings des Wälzlagers mittels geeigneter Sicherungsmittel befestigt sind. Diese Dichtscheiben wirken zur Erzielung der gewünschten Abdichtwirkung unter Schaffung jeweils eines Dichtspalts berührungslos mit axial außen ausgebildeten Dichtnuten des Innenrings zusammen.
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Bei den bekannten Ausführungsformen derartiger Wälzlager verlaufen die Nutgründe der Dichtnuten stets parallel zur Längsmittelachse des Wälzlagers beziehungsweise zu dessen Rotationsachse, wodurch insbesondere ein unerwünschtes Eindringen von Fremdpartikeln in das Innere des Radialwälzlagers erleichtert wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit einem verbesserten Dichtnutdesign zur Optimierung der Abdichtwirkung vorzustellen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der Innenring im Bereich des Dichtspaltes eine unter einem Winkel nach radial außen gerichtete Außenumfangsfläche aufweist.
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Hierdurch wird das Eindringen von Kontaminationen in den Innenraum des Wälzlagers verhindert, die unter einem von dem genannten Winkel verschiedenen Winkeln auf den Dichtspalt auftreffen, wodurch sich die Abdichtungswirkung insgesamt erhöht. Außerdem bewirkt die neue Geometrie des Dichtspalts, dass in den Bereich des jeweiligen Dichtspalts vorgedrungene Fremdpartikel wieder aktiv aus diesen heraus befördert werden. Infolgedessen lässt sich die Gebrauchsdauer eines solchen Radialwälzlagers merklich verlängern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Winkel einen Wert zwischen 5° und 15°, vorzugsweise von etwa 10° aufweist. Infolgedessen ergibt sich eine optimale Abdichtungswirkung der Dichtspalte.
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Vorzugsweise weist der Dichtspalt jeweils eine näherungsweise trapezförmige Axialschnittgeometrie auf. Hierdurch wird erreicht, dass bis in den Dichtspalt des Radialwälzlagers vorgedrungene Fremdpartikel bei rotierendem Innenring aktiv durch eine infolge der geneigten Außenumfangsflächen des Innenrings hervorgerufene, axial auswärts gerichtete Bewegung wieder aus dem betroffenen Dichtspalt heraus befördert werden.
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Eine andere günstige Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine Dichtscheibe mit einem metallischen Material gebildet ist und mittels eines Sicherungselements in einer axial benachbart zur Außenringlaufbahn ausgebildeten Ringnut befestigt ist. Hierdurch ist eine leichte Montage und Demontage der Dichtscheibe möglich, wobei zugleich eine zuverlässige Lagefixierung an dem Außenring des Radialwälzlagers gewährleistet ist. Alternativ dazu kann die Dichtscheibe aus einem Verbundmaterial hergestellt sein, welches aus einem metallischen Material und einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer besteht.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In der Zeichnung zeigt
- 1 einen prinzipiellen Längsschnitt durch ein bekanntes Radialwälzlager, und
- 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Radialwälzlager.
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Das in 1 dargestellte herkömmliche Radialwälzlager 10 weist einen rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 12 ausgebildeten Innenring 14 auf, der koaxial von einem Außenring 16 umgeben ist. Zwischen einer Innenringlaufbahn 18 des Innenrings 14 und einer Außenringlaufbahn 20 des Außenrings 16 sind hier exemplarisch kugelförmige Wälzkörper 22 angeordnet, welche auf den Laufbahnen 18, 20 der beiden Lagerringe 14, 16 abrollen. Die Innenringlaufbahn 18 und die Außenringlaufbahn 20 sind hierzu jeweils hohlkehlartig ausgebildet. Die Wälzkörper 22 sind vorzugsweise umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandet in einem Kä24 in bekannter Weise aufgenommen.
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Beiderseits der Innenringlaufbahn 18 ist nahe einer ersten axialen Stirnfläche 30 des Innenrings 14 eine erste Dichtnut 32 und nahe einer zweiten axialen Stirnfläche 34 des Innenrings 14 eine zweite Dichtnut 36 ausgebildet. Die beiden Dichtnuten 32, 36 sind radial innen jeweils durch einen parallel zur Längsmittelachse 12 verlaufenden Nutgrund 38, 40 begrenzt, welche jeweils durch einen axialen Endabschnitt des Innenrings 14 gebildet sind. Die beiden Nutgründe 38, 40 sind in Richtung zur Innenringlaufbahn 18 jeweils von einer unter einem Winkel α von weniger als 90° zur Längsmittelachse 12 geneigten, also schräg stehenden Nutwand 42, 44 begrenzt. Dadurch sind die beiden Dichtnuten 32, 36 in Richtung zum Lagerinnenraum 68 angeschrägt offen.
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Beiderseits der Außenringlaufbahn 20 ist jeweils eine kreisringförmige Dichtscheibe 46, 48 mit dem Außenring 16 verbunden. Eine zylindrische Innenkante 50 der ersten Dichtscheibe 46 und eine zylindrische Innenkante 52 der zweiten Dichtscheibe 48 begrenzen die beiden Dichtnuten 32, 36 nach radial außen und bilden so zusammen jeweils einen ringförmigen Dichtspalt 54, 56.
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Aufgrund der erläuterten geometrischen Ausbildung der beiden Dichtnuten 32, 36 kann ein sich dem Radialwälzlager 10 zum Beispiel in etwa parallel zur Längsmittelachse 12 sowie auf radialer Höhe zum Dichtspalt 56 annähernder Fremdpartikel 60, wie mit dem Richtungspfeil 62 angedeutet, bis in die Dichtnut 36 vordringen. Dasselbe gilt für die gegenüberliegende Dichtnut 32. Auf dem Nutgrund 40 der zweiten Dichtnut 36 hat sich bereits ein weiterer Fremdpartikel 64 abgesetzt, der von dort aus, wie mit dem weiteren Richtungspfeil 66 angedeutet, aufgrund der im Betrieb des Wälzlagers radial auswärts wirkenden Fliehkraft in Verbindung mit dem achsparallelen beziehungsweise horizontalen Verlauf des Nutgrunds 40 leicht bis in einen Lagerinnenraum 68 gelangen kann. Von dort kann dieser Fremdpartikel 64 bis zur Innenringlaufbahn 18, bis zur Außenringlaufbahn 20 oder bis zum Kä24 mit den darin geführten Wälzkörpern 22 vordringen, wo er Schäden anrichten oder zumindest die wirkenden Reibungskräfte erhöhen kann.
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Als Fremdpartikel 60, 64, 72 beziehungsweise Fremdkörper werden im Kontext der Beschreibung insbesondere Schmutzteilchen aller Art, mineralische Partikel (Sand), organische Teilchen, metallischer Abrieb und so weiter mit einer räumlichen Ausdehnung von deutlich weniger als 1,0 mm Größe verstanden, wobei die Formgebung im Allgemeinen geometrisch unregelmäßig ist.
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Eine größere Anzahl der Fremdpartikel, die im Betrieb nicht unter dem speziellen Winkel von 0° in Bezug zur Längsmittelachse 12 auf einen der beiden Dichtspalte 54, 56 treffen wird, was hier beispielsweise mit einem weiteren Fremdpartikel 72 mit dem Richtungspfeil 74 angedeutet ist, gelangen ebenfalls nahezu direkt bis in den Lagerinnenraum 68 des Radialwälzlagers 10 und führt dort ebenso wie der zuvor beschriebene Fremdpartikel 64 zu einem stark erhöhten mechanischen Verschleiß. Entsprechendes gilt für in Fluiden mitgeführte Fremdpartikel. Gegenüber niedrigviskosen Fluiden ist die Abdichtungswirkung der Dichtspalte 54, 56 des Radialwälzlagers 10 prinzipbedingt begrenzt. Demzufolge ist das aus dem Stand der Technik bekannte Radialwälzlager 10 vergleichsweise anfällig für das unerwünschte Eindringen von Fremdpartikeln aus einer äußeren Umgebung 76 des Radialwälzlagers 10 in den Lagerinnenraum 68.
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2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Radialwälzlager 80, welches die Merkmale der Erfindung aufweist. Dieses Radialwälzlager 80 weist einen rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 82 ausgebildeten Innenring 84 auf, der koaxial von einem Außenring 86 umgeben ist. Zwischen einer konvexen Innenringlaufbahn 88 und einer gleichfalls konvexen Außenringlaufbahn 90 sind kugelförmige Wälzkörpern 92 angeordnet, welche auf den genannten Laufbahnen 88, 90 abrollen. Die Wälzkörper 92 sind in einem Kä94 umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandet geführt und zusammen mit diesem Kä94 in einem Lagerinnenraum 96 des Radialwälzlagers 80 aufgenommen.
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Im Bereich eines ersten axialen Endes 98 des Außenrings 86 ist eine erste kreisringförmige Dichtscheibe 100 befestigt und im Bereich eines zweiten axialen Endes 102 des Außenrings 86 ist eine zweite kreisringförmige Dichtscheibe 104 fixiert. Die beiden Dichtscheiben 100, 104 sind in einer jeweils zugeordneten, umlaufenden Ringnut 106, 108 aufgenommen, die spiegelbildlich zu einer Hochachse 110 des Radialwälzlagers 80 in den axialen Enden 98, 102 des Außenrings 86 eingebracht sind. Die Lagesicherung der beiden Dichtscheiben 100, 104 in den Ringnuten 106, 108 des Außenrings 86 erfolgt mittels eines ersten und eines zweiten Sicherungselements 112, 114. Das erste Sicherungselement 112 ist radial außen in einer ersten Sicherungsringnut 116 eingesetzt, während das zweite Sicherungselement 114 in einer zweiten Sicherungsringnut 118 aufgenommen ist. Die beiden Sicherungselemente 112, 114 können beispielsweise als elastischer Innensicherungsring aus einem Federstahl oder dergleichen realisiert sein.
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Ein erstes radiales inneres Ende 120 der ersten Dichtscheibe 100 verfügt über eine näherungsweise rechteckförmige Querschnittsgeometrie und verläuft in einem mittleren radialen Abstand RA zu dem Innenring 84 unter Schaffung eines ersten Dichtspaltes 122, der eine annähernd trapezförmige Axialschnittgeometrie aufweist. Erfindungsgemäß ist eine erste, axial außenliegende Außenumfangsfläche 124 des Innenrings 84 unter einem Winkel β in Bezug zur Längsmittelachse 82 radial nach außen gerichtet geneigt, weshalb die erste Außenumfangsfläche 124 in Richtung zu der Hochachse 110 nach radial innen abfällt. Der Winkel β liegt hierbei in einem Intervall zwischen 5° und 15° jeweils einschließlich der Intervallgrenzen. Besonders bevorzugt beträgt der Winkel β ca. 10°.
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Aufgrund des spiegelsymmetrischen Aufbaus des Radialwälzlagers 80 in Bezug zu der Hochachse 110 verfügt die zweite Dichtscheibe 104 ebenfalls über ein zweites radiales inneres Ende 126, welches in dem mittleren Radialabstand von RA unter Schaffung eines zweiten Dichtspaltes 128 zu dem Innenring 84 verläuft. Eine zweite axial außenliegende Außenumfangsfläche 130 des Innenrings 84 verläuft wiederum unter dem Winkel β einwärts geneigt in Bezug zu der Längsmittelachse 82 beziehungsweise zur Drehachse des Radialwälzlagers 80. Die Neigungen der beiden Außenumfangsflächen 124, 130 verlaufen aufgrund der Symmetrie in Bezug zur Hochachse 110 demzufolge entgegengesetzt, demzufolge fällt auch die zweite schräge Außenumfangsflächen 130 nach axial innen radial einwärts ab.
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Der Innenring 84 des Radialwälzlagers 80 verfügt ferner über eine erste und eine zweite Außenstirnfläche 136, 138, wobei an der ersten Außenstirnfläche 136 eine erste Außenkante 140 und entsprechend an der zweiten Außenstirnfläche 138 eine zweite Außenkante 142 ausgebildet ist.
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Ein Fremdpartikel 148, der zum Beispiel parallel zu der Längsmittelachse 82 im Bereich der zweiten Außenkante 142 auf den Innenring 84 auftrifft, prallt von der zweiten Außenkante 142 des Innenrings 84 ab und wird aufgrund der vom rotierenden Innenring 84 ausgehenden Fliehkraft in Richtung des senkrecht zur Längsmittelachse 82 verlaufenden Richtungspfeils 150 radial nach außen in die äußere Umgebung 152 des Radialwälzlagers 80 geschleudert, so dass dieser dann nicht mehr bis in den Lagerinnenraum 96 vordringen kann.
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Ein weiterer exemplarischer Fremdpartikel 154, der sich im Bereich des Dichtspalts 128 radial oberhalb der zweiten Außenumfangsfläche 130 des Innenrings 84 befindet, wird wegen der von der Schrägstellung der zweiten Außenumfangsfläche 130 erzeugten und auf den Fremdpartikel 154 wirkenden horizontalen Fliehkraftkomponente in Verbindung mit der senkrecht zur Längsmittelachse 82 angreifenden vertikalen Fliehkraftkomponente in Richtung des Richtungspfeils 156 zuverlässig aus dem zweiten Dichtspalt 128 des Radialwälzlagers 80 heraus befördert. Dieselben Überlegungen gelten wegen des spiegelsymmetrischen Aufbaus des Radialwälzlagers 80 in Bezug zu seiner Hochachse 110 auch für Fremdpartikel im Bereich des ersten Dichtspalts 122 des Radialwälzlagers 80.
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An die erste axial endseitige Außenumfangsfläche 124 des Innenrings 84 schließt nach axial innen gesehen eine erste Innenstirnfläche 160 in etwa rechtwinklig an. Ebenso schließt sich an die zweite axial endseitige Außenumfangsfläche 130 des Innenrings 84 eine zweite Innenstirnfläche 162 gleichfalls annähernd rechtwinklig an. Der Winkel γ zwischen den beiden Innenstirnflächen 160, 162 und der Hochachse 110 entspricht somit jeweils in etwa dem Winkel β von hier vorzugsweise 10°. Hiervon abweichende und/oder unabhängig voneinander bemessene Werte der Winkel β, γ sind gleichfalls möglich.
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Im Ergebnis ergibt sich im Vergleich zu dem bekannten Radialwälzlager gemäß 1 eine hervorragende Abdichtungswirkung bei einem zugleich konstruktiv vergleichsweise einfachen Aufbau der beiden Dichtspalte 122, 128 des erfindungsgemäßen Radialwälzlagers 80.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Radialwälzlager (Stand der Technik)
- 12
- Längsmittelachse
- 14
- Innenring
- 16
- Außenring
- 18
- Innenringlaufbahn
- 20
- Außenringlaufbahn
- 22
- Wälzkörper
- 24
- Käfig
- 30
- Erste Stirnfläche des Innenrings 14
- 32
- Erste Dichtnut
- 34
- Zweite Stirnfläche des Innenrings 14
- 36
- Zweite Dichtnut
- 38
- Nutgrund der ersten Dichtnut
- 40
- Nutgrund der zweiten Dichtnut
- 42
- Nutwand der ersten Dichtnut
- 44
- Nutwand der zweiten Dichtnut
- 46
- Erste Dichtscheibe
- 48
- Zweite Dichtscheibe
- 50
- Innenkante der ersten Dichtscheibe
- 52
- Innenkante der zweiten Dichtscheibe
- 54
- Erster Dichtspalt
- 56
- Zweiter Dichtspalt
- 60
- Fremdpartikel
- 62
- Richtungspfeil
- 64
- Fremdpartikel
- 66
- Richtungspfeil
- 68
- Lagerinnenraum
- 72
- Fremdpartikel
- 74
- Richtungspfeil
- 76
- Umgebung
- 80
- Radialwälzlager (erfindungsgemäß)
- 82
- Längsmittelachse
- 84
- Innenring
- 86
- Außenring
- 88
- Innenringlaufbahn
- 90
- Außenringlaufbahn
- 92
- Wälzkörper
- 94
- Käfig
- 96
- Lagerinnenraum
- 98
- Erstes axiales Ende des Außenrings 86
- 100
- Erste Dichtscheibe
- 102
- Zweites axiales Ende des Außenrings 86
- 104
- Zweite Dichtscheibe
- 106
- Erste Ringnut
- 108
- Zweite Ringnut
- 110
- Hochachse
- 112
- Erstes Sicherungselement
- 114
- Zweites Sicherungselement
- 116
- Erste Sicherungsringnut
- 118
- Zweite Sicherungsringnut
- 120
- Erstes radial inneres Ende
- 122
- Erster Dichtspalt
- 124
- Erste Außenumfangsfläche des Innenrings 84
- 126
- Zweites radiales inneres Ende
- 128
- Zweiter Dichtspalt
- 130
- Zweite Außenumfangsfläche Innenring des Innenrings 84
- 136
- Erste Außenstirnfläche des Innenrings 84
- 138
- Zweite Außenstirnfläche des Innenrings 84
- 140
- Erste Außenkante der Außenstirnfläche
- 142
- Zweite Außenkante der Außenstirnfläche
- 148
- Fremdpartikel
- 150
- Richtungspfeil
- 152
- Umgebung
- 154
- Fremdpartikel
- 156
- Richtungspfeil
- 160
- Erste Innenstirnfläche
- 162
- Zweite Innenstirnfläche
- RA
- Radialer Abstand
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- γ
- Winkel
