DE102017113391A1

DE102017113391A1 - Dichtungsanordnung und Laufring sowie Dichtungsanordnung mit diesem

Info

Publication number: DE102017113391A1
Application number: DE102017113391.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Käbe; Holger Mildenberger; Thomas Stöhr; Yuan Yao
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-12-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung (02) zur Abdichtung eines Raumes (03) zwischen einem radial außen liegenden Maschinenelement (04) und einem radial innen liegenden Maschinenelement (06), die eine gemeinsame Rotationsachse (07) aufweisen. Die Dichtungsanordnung (02) umfasst ein an dem außen liegenden Maschinenelement (04) anbringbares Dichtelement (09), welches sich radial erstreckt und einen radial verlaufenden Dichtelementschenkel (13) aufweist. Weiterhin umfasst die Dichtungsanordnung (02) einen an dem innen liegenden rotierbaren Maschinenelement (06) drehfest anbringbaren Laufring (11), welcher zumindest teilweise elastisch bzw. gummiert ausgebildet ist und eine sich axial erstreckende Dichtlippe (16) aufweist.
Erfindungsgemäß teilt sich die Dichtlippe (16) in ihrer Erstreckungsrichtung in einem gemeinsamen Übergangsbereich (17) in eine Primärdichtlippe (18) und in eine Kraftlippe (19) auf. Die Primärdichtlippe (18) liegt während des Stillstands der Maschinenelemente (04, 06) an einer axial außen liegenden Dichtfläche (14) des Dichtelementschenkels (13) dichtend an. Mit zunehmender Drehzahl des radial innen liegenden Maschinenelements (06) wirkt aufgrund wirkender Fliehkräfte eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Primärdichtlippe (18), was zu einer verringerten Flächenpressung führt oder ein Abheben der Primärdichtlippe (18) von dem Dichtelementschenkel (13) bewirkt. Die Kraftlippe (19) erhöht während der Rotation aufgrund der wirkenden Fliehkräfte die auf die Primärdichtlippe (18) radial nach außen gerichtete Kraft. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Laufring (11), der eine geteilte Dichtlippe (16) aufweist sowie eine Dichtungsanordnung (02) mit dem Laufring (11).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung. Die Erfindung betrifft außerdem einen Laufring. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung mit dem Laufring. Ebenso betrifft die Erfindung eine Lageranordnung mit einer der Dichtungsanordnungen.
Hintergrund der Erfindung
In der DE 10 2011 077 729 A1 wird eine Wälzlagerdichtung mit Elastomer basierter Vordichtung beschrieben. Die Dichtungsanordnung ist insbesondere eine Kassettendichtung mit einem Trägerring mit mindestens einer Dichtlippe und einem Abdeckring. Die Dichtlippe bildet einen ständig schleifenden Dichtkontakt an dem Abdeckring. Weiterhin weist der an einem radial ausgerichteten Trägerringteil angeordnete elastische Teil einen axialen Überstand auf, der ein radiales Endstück des Abdeckrings zumindest teilweise abdeckt. Der Überstand übernimmt teilweise die Dichtfunktion.
Die DE 10 2010 015 200 A1 beschreibt eine Kassettendichtung mit einer Dichtscheibe und einer Schleuderscheibe, die beide L-förmig ausgebildet sind. Die Dichtscheibe weist mindestens eine elastische Dichtlippe auf, die mit der Schleuderscheibe in Kontakt steht. Weiterhin ist der axiale Profilschenkel der Schleuderscheibe, welcher fest an einem Lagerring angeordnet ist, mit einem zusätzlichen Stabilisierungsring befestigt.
Aus der DE 10 2008 030 710 A1 ist eine Kassettendichtung bekannt, die zwischen zwei rotierbaren und koaxial angeordneten Elementen einer Baugruppe angeordnet ist. Die Kassettendichtung umfasst eine Dichtscheibe und eine Schleuderscheibe, die beide im Wesentlichen L-förmige Querschnitte aufweisen. Die Dichtscheibe umfasst mindestens eine Dichtlippe, die mit der Schleuderscheibe in Kontakt steht. Weiterhin umfasst die Schleuderscheibe eine Dichtlippe, welche bei Stillstand oder niedrigen Drehzahlen des Elements an der Dichtscheibe anliegt. Ab einer definierten Drehzahl hebt sich die axial ausgerichtete Dichtlippe der Schleuderscheibe aufgrund wirkender Fliehkräfte von der Dichtscheibe in radialer Richtung ab. Bei axialer Verlagerung des Elements auf der die Schleuderscheibe angeordnet ist, liegt die Dichtlippe der Schleuderscheibe entweder nicht mehr an der Dichtscheibe an oder sie kommt an dem Element, an dem die Dichtscheibe angeordnet ist, zum Anliegen. Somit kann bei einer axialen Verschiebung bzw. einem Lagerspiel keine Abdichtung gegenüber einem Medium gewährleistet werden oder es besteht eine zu hohe Flächenpressung, die zu hoher Reibleistung mit einhergehender Erwärmung und Verschleiß führt.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine Dichtungsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche eine geringe Reibleistung aufweist und die Dichtheit bei axialen Verlagerungen im Lager gewährleistet.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Dichtungsanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch einen Laufring gemäß Anspruch 2 und durch eine Lageranordnung gemäß dem Anspruch 10.
Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung dient der Abdichtung eines Raumes gegenüber einem Medium. Der Raum ist zwischen einem radial außen liegenden Maschinenelement und einem radial innen liegenden Maschinenelement aufgespannt, die um eine gemeinsame Rotationsachse rotierbar sind. Die Dichtungsanordnung umfasst ein an dem außen liegenden Maschinenelement mittelbar oder unmittelbar anbringbares Dichtelement, welches sich radial erstreckt. Das Dichtelement weist einen Dichtelementschenkel auf, der sich radial erstreckt. Weiterhin umfasst die Dichtungsanordnung einen an dem innen liegenden rotierbaren Maschinenelement drehfest anbringbaren Laufring. Der Laufring ist zumindest teilweise elastisch bzw. teilweise gummiert ausgebildet. Das Dichtelement und der Laufring sind vorzugsweise beabstandet zueinander angeordnet. Der sich bevorzugt radial erstreckende Laufring weist an einer dem Dichtelement gegenüberliegenden Seite eine Dichtlippe auf. Die Dichtlippe erstreckt sich axial in Richtung des Dichtelements. Die Dichtlippe teilt sich in ihrer Erstreckungsrichtung in einem gemeinsamen Übergangsbereich in eine Primärdichtlippe und eine Kraftlippe auf. Die Primärdichtlippe liegt während des Stillstands der Maschinenelemente an einer axial außen liegenden Dichtfläche des Dichtelementschenkels des Dichtelements dichtend an. Mit zunehmender Drehzahl des radial innen liegenden Maschinenelements wirkt eine radial nach außen gerichtete Kraft aufgrund der durch die Rotation bestehenden Zentrifugalkraft / Fliehkraft auf die Primärdichtlippe. Infolgedessen weist die Primärdichtlippe eine verringerte Flächenpressung am Dichtelementschenkel auf oder hebt von diesem ab. Während der Rotation des radial innen liegenden Maschinenelements wirkt auf die Kraftlippe ebenfalls eine Fliehkraft. Da die Kraftlippe und die Primärdichtlippe gemeinsam an der Dichtlippe aufgehangen sind, wirkt die Kraftlippe auf die Primärdichtlippe radial nach außen kraftverstärkend. Demnach wird eine durch das elastische Material bestehende radial nach innen gerichtete Kraft reduziert.
Bevorzugt ist der Dichtelementschenkel in Richtung der Dichtlippe ausgerichtet und zur Rotationsachse hin geneigt.
Der erfindungsgemäße Laufring kann in ein Lager zum Abdichten eines Raumes gegenüber einem Medium eingebaut werden. Der Laufring weist eine Rotationsachse auf, um die er rotierbar ist. Weiterhin ist der Laufring zumindest abschnittsweise elastisch ausgebildet und weist eine sich axial erstreckende Dichtlippe auf. Die Dichtlippe teilt sich in ihrer Erstreckungsrichtung in einem gemeinsamen Übergangsbereich in eine Primärdichtlippe und in eine Kraftlippe auf. Die Primärdichtlippe und die Kraftlippe verlaufen in einem spitzen Winkel zueinander. Eine radial nach außen gerichtete auf die Kraftlippe wirkende Kraft wird teilweise auf die Primärdichtlippe übertragen, um diese ebenfalls radial in derselben Richtung wie die Kraftlippe zu schwenken.
Bevorzugt geht die Dichtlippe in ihrer Erstreckungsrichtung nach etwa einem Drittel ihrer Gesamterstreckung in die Primärdichtlippe und in die Kraftlippe über. Alternativ bevorzugt geht die Dichtlippe in ihrer Erstreckungsrichtung im Bereich zwischen einem Drittel und der Hälfte ihrer Gesamterstreckung in die Primärdichtlippe und in die Kraftlippe über. Besonders bevorzugt geht die Dichtlippe in ihrer Erstreckungsrichtung im Bereich zwischen einem Drittel und der Hälfte ihrer Gesamterstreckung in die Primärdichtlippe und in die Kraftlippe über.
Bei Rotation des Laufrings um die Rotationsachse wirkt auf die Lippen eine Fliehkraft. Somit wirkt die Kraftlippe über eine gemeinsame Aufhängung der Lippen an der Dichtlippe, welche im Übergangsbereich befindlich ist, an der Primärdichtlippe fliehkraftverstärkend.
Im Sinne dieser Erfindung ist ein Laufring ein Dichtungselement.
Der Laufring erstreckt sich bevorzugt radial, wobei die sich axial erstreckende Dichtlippe an diesem angeordnet ist. Bevorzugt ist eine Anbindungsstelle zwischen dem axial verlaufenden Teil des Laufrings und der Dichtlippe zwischen 0,2 mm und 0,7 mm breit. Besonders bevorzugt ist die Anbindungsstelle zwischen 0,3 mm und 0,6 mm breit. Die Dichtlippen bestehen bevorzugt aus einem Elastomer.
Bevorzugt weist die Kraftlippe einen konischen Querschnitt auf, dessen schmales Ende an der Dichtlippe angeordnet ist. Der konische Querschnitt führt zu einer Massenverlagerung zum Ende der Kraftlippe hin, sodass die radial nach außen gerichtete auf die Kraftlippe wirkende Kraft verstärkt wird. Die konische Form der Kraftlippe verhindert, dass die Primärdichtlippe und die Kraftlippe während der Rotation aneinander anliegen. Insbesondere wird eine tangentiale Einschränkung der Primärdichtlippe verhindert.
Vorzugsweise erstreckt sich die Kraftlippe axial weiter als die Primärdichtlippe, sodass die Kraftlippe bevorzugt die anderthalbfache Länge der Primärdichtlippe aufweist. Alternativ bevorzugt weist die Kraftlippe die doppelte Länge der Primärdichtlippe auf. Die Gestaltung der Dichtlippe sowie der Lippen ist in deren Ausführung, insbesondere in Form, Länge und Gewicht, variabel.
Bevorzugt beträgt der zwischen der Primärdichtlippe und der Kraftlippe aufgespannte spitze Winkel zwischen 5° und 45° (eingeschlossen). Besonders bevorzugt beträgt der Winkel zwischen Primärdichtlippe und Kraftlippe zwischen 7° und 25°.
In einer Ausführungsform weist der Laufring eine Armierung auf. Bevorzugt besteht die Armierung aus einem Metall, sodass sie auch als Trägerblech bezeichnet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die o.g. Dichtungsanordnung einen Laufring auf, der entsprechend einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Dichtungsanordnung einen Trägerring, der sich axial erstreckt. Der Trägerring ist an dem radial außen liegenden Maschinenelement anbringbar. Weiterhin umfasst die Dichtungsanordnung das Dichtelement, das vorzugsweise aus einem Metall besteht und an dem Trägerring drehfest befestigt ist. Das Dichtelement weist vorzugsweise einen etwa U-förmigen Querschnitt mit einem radial außen liegenden und einem radial innen liegenden Dichtelementschenkel auf. Die Dichtelementschenkel erstrecken sich axial. Vorzugsweise liegt das Dichtelement mittels dem dem Trägerring naheliegenden bzw. dem radial außen liegenden Dichtelementschenkel an. Weiterhin umfasst die Dichtungsanordnung einen Laufring, der an dem radial innen liegenden rotierbaren Maschinenelement befestigt wird. Der Laufring ist zumindest teilweise elastisch ausgebildet. Bevorzugt besteht der elastische Teil des Laufrings aus einem Elastomer.
In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform weist der Laufring eine elastische Dichtlippe auf, die axial ausgerichtet ist und sich durchgehend erstreckt. Diese alternative Dichtlippe ist nicht weiter unterteilt.
Die durchgehende oder die teilweise geteilte Dichtlippe erstreckt sich in den U-förmigen Querschnitt des Dichtelements. Während des Stillstands der Maschinenelemente liegt die Dichtlippe zumindest teilweise dichtend an dem radial innen liegenden Dichtelementschenkel an, wobei die Dichtlippe insbesondere an einer radial außen liegenden Dichtfläche des radial innen liegenden Dichtelementschenkels dichtend anliegt. Mit zunehmender Drehzahl des innen liegenden Maschinenelements, auf dem der Laufring angeordnet ist, verringert sich die Flächenpressung der Dichtlippe an dem Dichtelement aufgrund einer durch wirkende Fliehkräfte einwirkende radial nach außen gerichtete Kraft, welche die Dichtlippe radial nach außen treibt. Die auf die Dichtlippe wirkende radial nach außen gerichtete Kraft bewirkt die gegenüber dem radial innen liegenden Dichtelementschenkel verringerte Flächenpressung. Ab einer vorbestimmten Drehzahl des innen liegenden Maschinenelements ist die radial nach außen gerichtete Kraft größer als die durch die Dichtlippe im statischen Zustand auf das Dichtelement aufgebrachte Flächenpressung, sodass die Dichtlippe abhebt und eine zum radial innen liegenden Dichtelementschenkel beabstandete Position einnimmt. Die Dichtfläche des radial innen liegenden Dichtelementschenkels, an dem die Dichtlippe anliegt, steigt gegenüber der Rotationsachse in einem Winkel zwischen 5° und 35° in Richtung zum freien Ende der Dichtlippe hin an. Der Winkel ist so gewählt, dass die Dichtlippe des Laufrings im Stillstand an dem Dichtelementschenkel dichtend anliegt. Die Abdichtung durch die Dichtungsanordnung ist somit fliehkraftgeregelt.
Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung hat den Vorteil, dass durch die Fliehkraftregelung die Flächenpressung bzw. Kontaktpressung zwischen dem Laufring und dem Dichtelement entsprechend der Drehzahl des radial inneren Maschinenelements regelbar ist und dadurch Reibung und damit einhergehende Reibwärme und Lagertemperaturerhöhungen verringert werden. Die Dichtungsanordnung führt somit zu einer verbesserten Energiebilanz. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Verschleiß der Dichtungsbauteile aufgrund der geringeren Reibung verringert wird. Insbesondere wird der Verschleiß am axialen Ende der Dichtlippe verringert.
Die Dichtlippe oder die Primärdichtlippe ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie gegenüber der Rotationsachse in einem Winkel zwischen 10° und -10° geneigt ist, wobei sie beim Stillstand der Maschinenelemente an der radial außen liegenden Dichtfläche des radial innen liegenden Dichtelementschenkels anliegt. Durch den bevorzugten Winkel ist ein Abheben der Dichtlippe bzw. der Dichtlippenteile, während der Rotation des radial innen liegenden Maschinenelements, von dem radial innenliegenden Dichtelementschenkel gesichert.
Während des Stillstands der Maschinenelemente zueinander liegt die Dichtlippe oder die Primärdichtlippe bevorzugt mit einer Fläche an dem Dichtelementschenkel an, die in ihrer Ausdehnung maximal der Hälfte und minimal einem Viertel der Erstreckung der Dichtlippe entspricht. Demnach weist die Dichtlippe mit der Dichtfläche ein nennenswertes Überdeckungsmaß auf.
Besonders bevorzugt steigt die Dichtfläche des radial innen liegenden Dichtelementschenkels gegenüber der Rotationsachse in einem Winkel zwischen 10° und 20° in Richtung zum freien Ende der Dichtlippe hin an. Durch diesen besonders bevorzugten Winkel kann das größtmögliche Axialspiel im Lager kompensiert werden, welches beispielsweise beim Einbau der Dichtungsanordnung in ein Lager entsteht, wobei die Dichtwirkung auch während des Stillstands der Maschinenelemente bestehen bleibt. Zudem kann durch den besonders bevorzugten Winkel, während der Rotation des radial inneren Maschinenelements, die durch die Fliehkraft bestehende Kraft derart auf die Dichtlippe wirken, dass sich diese von dem radial inneren Dichtelementschenkel abhebt.
Vorzugsweise liegt die Dichtlippe oder die Primärdichtlippe auch während einer geringen Drehzahl des radial innen liegenden Maschinenelements, beispielsweise bis zu 1/3 oder 1/2 der jeweils für die Anordnung geltenden Maximaldrehzahl, an dem Dichtelement dichtend an.
Bevorzugt ist das Dichtelement unmittelbar an dem Trägerring drehfest befestigt. Alternativ bevorzugt liegt das Dichtelement mittelbar drehfest an dem Trägerring an. Der Trägerring besteht bevorzugt aus einem nicht elastischen Material. Bevorzugt ist der Trägerring aus einem Metall. Der Trägerring und das Dichtelement bilden gemeinsam den statischen Dichtungsteil, der bevorzugt zweiteilig ausgebildet ist.
Bevorzugt weist der Laufring eine Armierung mit L-förmigem Querschnitt auf, wobei sich ein Laufringschenkel axial und der andere Laufringschenkel radial erstreckt. Der elastische Teil des Laufrings ist vorzugsweise um bzw. an dem radialen Laufringschenkel angeordnet. Insbesondere ist die Dichtlippe an dem radialen Laufringschenkel angeordnet.
Das bevorzugt U-förmige Dichtelement ist zum Laufring hin geöffnet, sodass die Dichtelementschenkel im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse liegen und zumindest ein Ende eines Dichtelementschenkels sich zum Laufring hin erstreckt, insbesondere in Richtung des radialen Laufringschenkels.
In einer Ausführungsform weist der radial innen liegende Dichtelementschenkel ein in Richtung des radial innen liegenden Maschinenelements abgewinkeltes Endstück auf, sodass dessen Ende parallel zur Rotationsachse liegt.
Zwischen dem radial innen liegenden Dichtelementschenkel und dem radial innen liegenden Maschinenelement befindet sich vorzugsweise der axiale Laufringschenkel. Vorzugsweise besteht zwischen dem Ende des radial innen liegenden Dichtelementschenkels und dem axialen Laufringschenkel ein erster Spalt. Ebenso besteht vorzugsweise zwischen dem Trägerring, dem daran angeordneten Dichtelementschenkel und dem radialen Laufringschenkel ein zweiter Spalt. Bevorzugt ist der zweite Spalt winklig ausgebildet, sodass er sich sowohl radial als auch axial erstreckt.
Ein Dichtungseingang der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung, der durch die Spalte gebildet wird, ist vorzugsweise labyrinthartig ausgebildet. Die Dichtungsanordnung weist bevorzugt mindestens einen Dichtungseingang auf der lagerabgewandten Seite und einen Dichtungseingang auf der lagerzugewandten Seite auf. Der erste und der zweite Spalt dienen dem Schutz vor eindringenden Medien, wie Wasser. Bevorzugt weisen die Spalte eine geringe Höhe auf, was zur Minimierung von Wassereintritt in das Lager führt.
In einer weiteren Ausführungsform ist an dem axialen Laufringschenkel eine weitere Dichtlippe angeordnet, die als Schutzlippe am gegenüberliegenden Dichtungseingang schützend und abdichtend wirkt.
Das Dichtelement, der Trägerring und der Laufring bilden zusammen eine Kassettendichtung.
Bevorzugt weist die Dichtungsanordnung mindestens eine Fettfüllung auf. Vorzugsweise ist das Fett in einem Raum, der durch den Laufring mit der Dichtlippe sowie dem Dichtelement aufgespannt ist, eingebracht. Alternativ bevorzugt ist das Fett in einen Raum, der durch den Laufring mit der Schutzlippe sowie dem Dichtelement aufgespannt ist, eingebracht. Besonders bevorzugt ist das Fett mindesten in die beiden zuvor beschriebenen durch die Dichtlippe und die Schutzlippe aufgespannten Räume eingebracht. Durch einbringen von Öl in die Räume wird die Gefahr des Eintritts von Wasser in das Lager verringert.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst eine Dichtungsanordnung, die als Kassettendichtung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Lageranordnung als ein Bahn-Radsatzlager ausgebildet. Sie umfasst weiterhin ein radial außen liegendes Maschinenelement und ein radial innen liegendes Maschinenelement, die gemeinsam um eine Rotationsachse angeordnet sind und um diese rotierbar sind. Zwischen den beiden Maschinenelementen ist ein Raum aufgespannt. Die die Dichtungsanordnung, welche zwischen den Maschinenelementen angeordnet ist, dient der Abdichtung des Raumes gegenüber einem Medium. Die Dichtungsanordnung entspricht der zuvor beschriebenen Dichtungsanordnung sowie deren Ausführungsformen.
Das radial innen liegende Maschinenelement ist vorzugsweise ein Innenring oder eine Welle und das radial außen liegende Maschinenelement ist bevorzugt ein Außenring oder ein Gehäuse.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Lageranordnung mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung und einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laufrings,
2 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrings,
3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Lageranordnung mit der Dichtungsanordnung,
4 eine Schnittansicht eines Details der in 3 gezeigten Dichtungsanordnung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Schnittansicht einer Lageranordnung 01 mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 02. Die Dichtungsanordnung 02 dient der Abdichtung eines Lagerraumes 03 zwischen einem Außenring 04 (3) und einem Innenring 06. Die beiden Maschinenelemente, nämlich der Außenring 04 (3) und der Innenring 06, weisen eine gemeinsame Rotationsachse 07 auf. Die Dichtungsanordnung 02 umfasst ein Dichtelement 09 sowie eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laufrings 11.
Das Dichtelement 09 ist an dem Außenring 04 (3) drehfest befestigt und weist eine vorwiegend axiale Erstreckung auf. Das metallische Dichtelement 09 weist zumindest einen Dichtelementschenkel 13 auf. Der Dichtelementschenkel 13 ist auf der axialen Seite des Dichtelements 09 hin zum Innenring 06 angeordnet und ist demnach radial innen liegend ausgebildet. Der Dichtelementschenkel 13 weist eine radial außen liegende Dichtfläche 14 auf. Weiterhin ist der Dichtelementschenkel 13 gegenüber der Rotationsachse 07 in Richtung des Laufrings 11 geneigt. Der geneigte radial innen liegende Dichtelementschenkel 13 ist an seinem Ende abgewinkelt ausgebildet.
Der Laufring 11 ist drehfest an dem Innenring 06 angebracht. Der Laufring erstreckt sich im Wesentlich in radialer Richtung. Ein Teil des Laufrings 11 besteht aus einer L-förmigen Armierung 15, ein weiterer Teil ist elastisch ausgebildet und umfasst insbesondere eine Dichtlippe 16. Die Armierung 15 ist unmittelbar an dem Innenring 06 angebracht. Die Dichtlippe 16 erstreckt sich axial in Richtung des Dichtelements 09 und ist teilweise geteilt ausgebildet. In ihrer Erstreckungsrichtung teilt sich die Dichtlippe 16 in einem gemeinsamen Übergangsbereich 17 in eine Primärdichtlippe 18 und in eine Kraftlippe 19. Zwischen der Primärdichtlippe 18 und der Kraftlippe 19 besteht ein spitzer Winkel α₁ , der etwa 5° bis 45° beträgt. Während des Stillstands des Innenrings 06 liegt die Primärdichtlippe 18 dichtend an der Dichtfläche 14 des Dichtelementschenkels 13 an. Bei Rotation des Innenrings 06 mit dem Laufring 11 wirken Fliehkräfte. Mit zunehmender Drehzahl des Innenrings 06 wirkt aufgrund der Fliehkräfte eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Primärdichtlippe 18. Durch die radial nach außen gerichtete Kraft an der Primärdichtlippe 18 entsteht eine gegenüber dem Dichtelementschenkel 13 verringerte Flächenpressung oder ein Abheben der Primärdichtlippe 18 von dem Dichtelementschenkel 13. Während der Rotation des Innenrings 06 wird aufgrund der wirkenden Fliehkräfte die auf die Primärdichtlippe 18 wirkende radial nach außen gerichtete Kraft mittels der Kraftlippe 19 erhöht. Zwischen dem axial verlaufenden Teil des Laufrings 11 und der Dichtlippe 16 besteht eine Anbindungsstelle, die zwischen 0,2 mm und 0,7 mm breit ist.
Zur Erhöhung der kraftverstärkenden Wirkung der Kraftlippe 19 ist diese konisch ausgebildet, wobei der breite Teil am Ende der Kraftlippe 19 ausgebildet ist. Ein weiterer Vorteil der konischen Kraftlippe 19 ist, dass diese bei auftretenden Kräften die Primärdichtlippe 18 tangential nicht einschränkt.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 02 ist, dass Reibleistungen zwischen der Dichtlippe 16 und dem Dichtelement 09 minimiert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 02 ist, dass ein axial auftretendes Lagerspiel kompensiert werden kann und die Abdichtung bestehen bleibt.
2 zeigt eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrings 11. Zunächst gleicht der Laufring 11 dem in 1 gezeigten Laufring 11. Abweichend zu diesem, weist der in 2 gezeigte Laufring 11 eine weitere Dichtlippe auf, die als Schutzlippe 21 dient. Die Schutzlippe 21 ist abgewinkelt ausgebildet. Die Schutzlippe wirkt zusätzlich statisch dichtend.
Ein weiterer Unterschied zu der in 1 gezeigte Ausführungsform ist, dass der in 2 gezeigte Laufring 11 einen L-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die Armierung 15 ebenfalls L-förmig ausgebildet ist und teilweise von dem Elastomer umgeben ist. Der Laufring 11 weist demnach einen axialen Laufringschenkel 22 und einen radialen Laufringschenkel 23 auf.
3 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Lageranordnung 01 mit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 02. Die Dichtungsanordnung 02 umfasst den Trägerring 08, das Dichtelement 09 sowie den Laufring 11.
Der Trägerring 08 ist an dem Außenring 04 drehfest befestigt und weist eine axiale Erstreckung auf. Der Trägerring 08 ist S-förmig abgewinkelt, wobei sich das Ende des Trägerrings 08 weiterhin axial erstreckt.
An dem Trägerring 08 ist das Dichtelement 09 befestigt, das aus einem Metall besteht. Das Dichtelement 09 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei sich ein radial außen liegender Dichtelementschenkel 24 und der radial innen liegende Dichtelementschenkel 13 axial erstrecken. Der radial innen liegende Dichtelementschenkel 13 weist die radial außen liegende Dichtfläche 14 auf.
Der Laufring 11 ist drehfest an dem Innenring 06 angebracht. Der Laufring 11 weist im Wesentlichen einen L-förmigen Querschnitt auf, wobei sich ein erster Laufringschenkel 22 axial erstreckt und ein zweiter Laufringschenkel 23 sich radial erstreckt. Ein Teil des Laufrings 11 besteht aus der L-förmigen Armierung 15, ein weiterer Teil ist elastisch ausgebildet und umfasst insbesondere die Dichtlippe 16. Die Dichtlippe 16 erstreckt sich axial in den U-förmigen Querschnitt des Dichtelements 09 und ist gegenüber der Rotationsachse 07 in einem Winkel α₂ (4) zwischen +10° und -10° abgewinkelt. Während des Stillstands der Maschinenelemente 04, 06 liegt die Dichtlippe 16 an der Dichtfläche 14 des radial innen liegenden Dichtelementschenkels 13 dichtend an, wobei eine Flächenpressung besteht. Mit zunehmender Drehzahl des rotierbaren Innenrings 06 mit dem daran angeordneten Laufring 11 wirkt aufgrund wirkender Fliehkräfte eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Dichtlippe 16, was zu einer verringerten Flächenpressung führt oder ein Abheben der Dichtlippe 16 von dem radial innen liegenden Dichtelementschenkel 13 bewirkt. Somit ist die Dichtheit im Lager während des Stillstands gewährleistet und während der Rotation wird durch das Abheben der Dichtlippe 16 eine überhöhte Lagererwärmung durch zu hohe Reibleistung vermieden, da die Reibung verringert wird.
Um die Funktion während des Stillstands und während der Rotation der Maschinenelemente 04, 06 zu gewährleisten, ist der radial innen liegende Dichtelementschenkel 13 mit der Dichtfläche 14 gegenüber der Rotationsachse 07 in einem Winkel α₃ (4) zwischen 5° und 35°in Richtung zum freien Ende der Dichtlippe 16 geneigt. Vorteilhafterweise liegt der Neigungswinkel α₃ ( 4) zwischen +10° und +20° gegenüber der Rotationsachse 07. Die Dichtlippe 16 liegt während des Stillstands mit einer Fläche an der Dichtfläche 14 an, die maximal der Hälfte und minimal einem Viertel der Erstreckung der Dichtlippe 16 entspricht.
Der Laufring 11 weist eine Schutzlippe 21 auf. Die Schutzlippe 21 erstreckt sich axial in den U-förmigen Querschnitt des Dichtelements 09 und bildet mit diesem ein Labyrinth zur besseren Abdichtung aus. Die Schutzlippe 21 liegt beabstandet zu der Dichtlippe 16, wobei die Schutzlippe 21 radial außen liegend an dem Laufring 11 angeordnet ist. Die Schutzlippe 21 ist abgewinkelt ausgebildet.
Um die Dichtheit gegenüber beispielsweise Wasser zu erhöhen, ist die Dichtungsanordnung 02 labyrinthartig ausgebildet. An ihrer lagerzugewandten Seite weist die Dichtungsanordnung 02 einen ersten Spalt 26 auf, der radial zwischen dem Ende des radial innen liegenden Dichtelementschenkels 13 und dem axialen Laufringschenkel 22 aufgespannt ist. Der geneigte radial innen liegende Dichtelementschenkel 13 ist an seinem Ende abgewinkelt ausgebildet, sodass eine Endfläche 27 parallel und beabstandet zu dem axialen Laufringschenkel 22 liegt. Zwischen den Enden des Trägerrings 08, des radial außen liegenden Dichtelementschenkels 24 und dem Laufring 11 weist die Dichtungsanordnung 02 an ihrer lagerabgewandten Seite einen zweiten Spalt 28 auf, der abgewinkelt ausgebildet ist. Weiterhin weist die Dichtungsanordnung 02 Fettfüllungen 29 auf, die der Abdichtung gegen Wasser dienen. Die Fettfüllungen 29 sind zum einen in einen Raum zwischen radial außen liegendem Dichtelementschenkel 24, Laufring 11 und Schutzlippe 21 und zum anderen in einen Raum zwischen radial innen liegendem Dichtelementschenkel 13, Laufring 11 und Dichtlippe 16 eingebracht.
4 zeigt ein Detail der in 3 gezeigten Dichtungsanordnung 02. Der Ausschnitt zeigt den radial innen liegenden Dichtelementschenkel 13 des Dichtelements 09 sowie die Dichtlippe 16, welche an dem Laufring 11 angeordnet ist. Weiterhin sind in 4 ein zwischen der Dichtlippe 16 und der Rotationsachse (nicht gezeigt) aufgespannter Winkel α₂ sowie ein Neigungswinkel α₃ des Dichtelementschenkels 13 gegenüber der Rotationsachse (nicht gezeigt) gezeigt. Weiterhin ist dargestellt, wie die Dichtlippe 16 an der radial außen liegenden Dichtfläche 14 des radial innen liegenden Dichtelementschenkels 13 im Stillstand dichtend anliegt.
Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 02 ist, dass ein axial auftretendes Lagerspiel kompensiert werden kann und die Abdichtung bestehen bleibt sowie Reibleistungen minimiert werden.
Bezugszeichenliste

01: Lageranordnung
02: Dichtungsanordnung
03: Lagerraum
04: Außenring
05: -
06: Innenring
07: Rotationsachse
08: Trägerring
09: Dichtelement
10: -
11: Laufring
12: -
13: radial innen liegender Dichtelementschenkel
14: Dichtfläche
15: Armierung
16: Dichtlippe
17: Übergangsbereich
18: Primärdichtlippe
19: Kraftlippe
20: -
21: Schutzlippe
22: axialer Laufringschenkel
23: radialer Laufringschenkel
24: radial außen liegender Dichtelementschenkel
25: -
26: erster Spalt
27: Dichtelementendfläche
28: zweiter Spalt
29: Fettfüllung
α₁: aufgespannter Winkel
α₂: Neigungswinkel der Dichtlippe 19
α₃: Neigungswinkel des radial innen liegenden Dichtelementschenkels 13

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011077729 A1 [0002]
DE 102010015200 A1 [0003]
DE 102008030710 A1 [0004]

Claims

Dichtungsanordnung (02) zur Abdichtung eines Raumes (03) zwischen einem radial außen liegenden Maschinenelement (04) und einem radial innen liegenden Maschinenelement (06), die um eine gemeinsame Rotationsachse (07) angeordnet sind, umfassend: - ein an dem außen liegenden Maschinenelement (04) anbringbares Dichtelement (09), welches sich radial erstreckt, und einen radial verlaufenden Dichtelementschenkel (13) aufweist, - einen an dem innen liegenden rotierbaren Maschinenelement (06) drehfest anbringbaren Laufring (11), welcher zumindest teilweise elastisch ausgebildet ist und eine sich axial erstreckende Dichtlippe (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (16) sich in ihrer Erstreckungsrichtung in einem gemeinsamen Übergangsbereich (17) in eine Primärdichtlippe (18) und in eine Kraftlippe (19) aufteilt, wobei - die Primärdichtlippe (18) während des Stillstands der Maschinenelemente (04, 06) an einer axial außen liegenden Dichtfläche (14) des Dichtelementschenkels (13) dichtend anliegt; - mit zunehmender Drehzahl des radial innen liegenden Maschinenelements (06) aufgrund wirkender Fliehkräfte eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Primärdichtlippe (18) einwirkt, die zu einer gegenüber dem Dichtelementschenkel (13) verringerten Flächenpressung führt oder ein Abheben der Primärdichtlippe (18) von dem Dichtelementschenkel (13) bewirkt; - die Kraftlippe (19) während der Rotation des radial innen liegenden Maschinenelements (06) aufgrund der wirkenden Fliehkräfte die auf die Primärdichtlippe (18) radial nach außen wirkende Kraft über den gemeinsamen Übergangsbereich (17) erhöht.
Laufring (11) zum Einbau in ein Lager, wobei der Laufring (11) eine Rotationsachse (07) sowie eine sich axial erstreckende Dichtlippe (16) aufweist und zumindest abschnittsweise elastisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichtlippe (16) in ihrer Erstreckungsrichtung ab einem gemeinsamen Übergangsbereich (17) in eine Primärdichtlippe (18) und in eine Kraftlippe (19) aufteilt, die in einem spitzen Winkel zueinander verlaufen, und wobei eine radial nach außen gerichtete auf die Kraftlippe (19) einwirkende Kraft teilweise auf die Primärdichtlippe (18) übertragen wird, um diese ebenfalls radial in derselben Richtung wie die Kraftlippe (19) zu schwenken.
Laufring (11) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftlippe (19) einen konischen Querschnitt aufweist, wobei das schmalere Ende an der Dichtlippe (16) im Übergangsbereich (17) angeordnet ist.
Laufring (11) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftlippe (19) sich axial weiter als die Primärdichtlippe (18) erstreckt.
Laufring (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kraftlippe (19) und der Primärlippe (18) ein Winkel von 5° bis 45° aufgespannt ist.
Laufring (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem axial verlaufenden Teil des Laufrings und der Dichtlippe eine Anbindungsstelle besteht, die zwischen 0,2 mm und 0,7 mm breit ist.
Laufring (11) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (11) eine Armierung (15) aufweist.
Dichtungsanordnung (02) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (11) dem Laufring (11) gemäß Anspruch 2 entspricht.
Dichtungsanordnung (02) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung einen Trägerring (08) umfasst, der an dem äußeren Maschinenelement (04) angebracht ist und an dem das Dichtelement (09) befestigt ist.
Lageranordnung (01), insbesondere ausgebildet als ein Bahn-Radsatzlager, mit einem radial außen liegenden Maschinenelement (04) und einem radial innen liegenden Maschinenelement (06), wobei die beiden Maschinenelemente (04, 06) um eine gemeinsame Rotationsachse (07) angeordnet sind und einen Raum (03) aufspannen, wobei die Lageranordnung (01) eine Dichtungsanordnung (02) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 8 umfasst, die zwischen den Maschinenelementen (04, 06) angeordnet ist und den Raum (03) gegen ein Medium abdichtet.