-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsanordnung für ein Radlager.
-
Da die Räder eines Kraftfahrzeuges nahezu ungeschützt wechselnden Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, ist eine entsprechende Abdichtung dieser Radlager notwendig. Dabei sind einem Wälzlager der Radlagerung eine oder mehrere Dichtungen vorgeschaltet, um ein Eindringen von Schmutz und/oder Flüssigkeiten in den Bereich des Wälzlagers zu verhindern, in dem sich die Wälzkörper befinden. Die Dichtungsanordnung weist in der Regel einen oder mehrere Metallträger auf, welche von einem Polymer, insbesondere von einem Elastomer umspritzt sind. Dabei ist ein Dichtspalt zwischen einem mit dem Rad drehenden ersten Metallträger und einem karosseriefesten zweiten Metallträger ausgebildet. Dieser Dichtspalt kann in Form einer Labyrinthdichtung ausgebildet sein, um das Eindringen von Schmutz und Flüssigkeit in das Radlager zu erschweren und ein Herausfördern von bereits in die Dichtungsanordnung eingedrungenem Schmutz oder Wasser zu verbessern.
-
Aus der
DE 10 2013 212 073 A1 ist eine Radlagerung bekannt, bei der ein Rad eines Kraftfahrzeuges auf einem Radträger befestigbar ist, der über eine doppelreihige Wälzlagereinheit drehbar gegenüber dem Kraftfahrzeug gelagert ist. Dabei ist auf einer Radnabe der Radlagerung ein doppelreihiges Wälzlager angeordnet, welches einen Hohlraum zwischen der ersten Reihe Wälzkörper und der zweiten Reihe Wälzkörper aufweist. Durch Temperaturschwankungen, beispielsweise durch eine betriebsbedingte Erwärmung der Radlagerung, können in diesem Hohlraum Unterdrucksituationen entstehen. Dieser Unterdruck kann bei einem gedichteten Wälzlager zu einem erheblichen Anstieg des Reibwertes an der Dichtung und einem damit verbundenen Mehrverbrauch des Kraftfahrzeugs führen. Zusätzlich können durch die höhere Reibung die Dichtungen schneller verschleißen, wobei es zu einem Wassereintritt in das Wälzlager und letztendlich zu einem Ausfall des Wälzlagers kommen kann. Dabei ist die Ausgestaltung der Dichtungsanordnung des Radlagers durch die Gestaltungsmöglichkeiten an den Trägerblechen der Dichtungsanordnung begrenzt. Die Druckschrift
DE 11 2012 001 375 T2 offenbart ein Wälzlager mit einem Dichtungsring zwischen Innen- und Außenring, wobei der Dichtungsring aus einem glasfaserverstärkten Kunstharz ausgebildet ist. Aus der Druckschrift
DE 103 58 876 A1 ist eine Dichtung für ein Wälzlager, mit einem Dichtungsträger und darauf angebrachten Dichtlippen bekannt.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Ausführungsform der Dichtungsanordnung vorzuschlagen und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsanordnung für ein Radlager gelöst, welche ein mit einem ersten Lagerring des Radlagers verbundenes erstes Trägerelement und ein mit dem zweiten Lagerring verbundenes zweites Trägerelement aufweist, wobei an zumindest einem der Trägerelemente ein Dichtelement ausgebildet ist, und wobei zumindest eines der Trägerelemente aus einem Organoblech hergestellt ist, umfassend folgende Schritte:
- - Einlegen von Verstärkungselementen (10) in ein Spritzgusswerkzeug (28), wobei die Verstärkungselemente (10) verformt und mit einem thermoplastischen Matrixmaterial (9) umspritzt werden, sodass ein Organoblech (8) entsteht,
- - Anspritzen eines Dichtelements (7, 17), einer Funktionseinheit und/oder von Versteifungsrippen (18) an das Organoblech (8),
- - Entformen das Organoblechs (8) aus dem Spritzgusswerkzeug (28).
-
Organobleche sind Faser-Matrix-Halbzeuge. Sie bestehen aus einem Fasergewebe oder einem Fasergelege, die in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet sind. Die Vorteile einer thermoplastischen Matrix liegen in der Warmumformfähigkeit der Halbzeuge und den daraus resultierenden kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zu konventionellen duroplastischen Faserverbundwerkstoffen. Dies ist besonders in der Automobilindustrie mit ihren kurzen Prozesszeiten von hohem Interesse. Häufig verwendete Faserwerkstoffe sind Glas, Aramid und Kohlenstoff (Carbon). Bei Geweben und Gelegen können die Fasern auch rechtwinklig zueinander verlaufen, sodass die mechanischen Eigenschaften von Organoblech wie Steifigkeit, Festigkeit und Wärmeausdehnung besser als bei ihren metallischen Vorbildern definiert werden können. Im Gegensatz zu Metallblechen ist das Zug- und Druckverhalten, sowie andere mechanische und thermische Eigenschaften, nicht isotrop. Zudem sind Organobleche deutlich leichter als vergleichbare metallische Bleche. Durch ein Organoblech als Trägerelement ist eine höhere Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Dichtungsauslegung möglich. Insbesondere können Funktionselemente wie Sensoren oder Dichtelemente direkt an dem Organoblech angebracht oder durch eine Umspritzung mit diesem verbunden werden. Somit können leichte, mehrstufige Dichtungssysteme entwickelt werden. Zudem sind Organobleche korrosionsbeständig, sodass sie gerade in Bereichen, die starken Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, gegenüber Metallblechen deutliche Vorteile bieten. Durch die höhere Gestaltungsfreiheit können Dichtungssysteme realisiert werden, welche eine hervorragende Dichteigenschaft mit einer Reduzierung der Reibmomente kombinieren.
-
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist eine besonders schnelle und kostengünstige Herstellung eines Trägerelementes einer Dichtungsanordnung möglich. Dabei kann die Fertigung in einem einzigen Prozessschritt bzw. mit einem einzigen Werkzeug erfolgen, wobei das thermische Umformen des Organoblechs und das Anspritzen eines Dichtelements, eines Funktionselements und/oder eines Versteifungselements in dem gleichen Werkzeug erfolgen. Dies ist kostengünstiger als eine mehrstufige Blechverarbeitung eines Metallblechs. Zudem ist der Fertigungsprozess energetisch günstiger, da Metalle eine höhere Formgebungstemperatur aus der Schmelze haben und zur Herstellung der entsprechenden Metallbleche viel Energie benötigt wird. Alternativ kann in einem ersten Prozessschritt das Organoblech hergestellt werden und das Dichtelement in einem zweiten Spritzgussprozess oder einem Pressprozess an das Organoblech angeformt oder mit dem Organoblech verbunden werden.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind Verbesserungen und Weiterentwicklungen der im unabhängigen Anspruch aufgeführten Dichtungsanordnung für ein Radlager möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Organoblech nach der Umspritzung mit dem thermoplastischen Matrixmaterial aus einem ersten Spritzgusswerkzeug entnommen und in ein Elastomerspritzgusswerkzeug oder zum Aufpressen eines Dichtelements in ein Presswerkzeug eingelegt, wobei das Dichtelement mit dem Organoblech in einem separaten Prozessschritt verbunden wird.
-
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Organoblech bei einem zweistufigen Prozess vor dem Einlegen in das Spritzgusswerkzeug zum Anspritzen eines Dichtelements aus einem Elastomermaterial auf eine Prozesstemperatur von 50°C - 250°C, bevorzugt von 150°C - 200°C, aufgeheizt wird. Durch ein entsprechendes Vorheizen kann die Prozesszeit im Fertigungsprozess verkürzt werden.
-
Zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass ein Haftvermittler oder Primer auf das Organoblech aufgetragen wird, bevor das Dichtelement an das Organoblech angespritzt wird. Durch einen Haftvermittler oder Primer kann die Haftung zwischen dem Elastomermaterial des Dichtelements und dem Organoblech verstärkt werden, wodurch die Belastbarkeit des Bauteils gesteigert wird.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Organoblech ein thermoplastisches Matrixmaterial aufweist, in welches Verstärkungselemente eingebettet sind. Als thermoplastisches Matrixmaterial eignen sich insbesondere Polyamide, Polyketone oder Polyetherketone zur Herstellung eines Organobleches. Die Vorteile einer thermoplastischen Matrix liegen in der Warmumformfähigkeit der Halbzeuge und den daraus resultierenden kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zu konventionellen duroplastischen Faserverbundwerkstoffen.
-
Bevorzugt ist dabei, wenn die Verstärkungselemente Glasfasern oder Kohlenstofffasern aufweisen. Durch entsprechende Fasereinlagerungen in das Matrixmaterial kann die mechanische Festigkeit der Organobleche stark gesteigert werden, sodass die Organobleche den Festigkeitsbereich von metallischen Blechen erreichen. Dabei sind die Organobleche leichter als entsprechende Aluminiumbleche und deutlich leichter als entsprechende Stahlbleche.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Verstärkungselemente in Form von Fasergelegen, Fasergewebe, Fasergeflecht oder Fasermatten ausgebildet sind. Somit können die Zug- und Druckfestigkeit entsprechend der Verlaufsrichtung der Fasern gesteigert werden, sodass ein nicht isotroper Werkstoff entsteht. Alternativ kann durch eine entsprechende Anordnung von Fasern in unterschiedlichen Richtungen ein quasi-isotropes Organoblech hergestellt werden, welches in allen Richtungen hohe Zug- und Druckfestigkeiten aufweist. Dadurch können die Gestaltungsmöglichkeiten für die Dichtungsanordnung nochmals vergrößert werden, insbesondere wenn eine gezielte Stärkung in eine Belastungsrichtung gewünscht ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auf das Organoblech ein Dichtelement aus einem Elastomer, thermoplastischen Elastomer oder thermoplastischen Vulkanisat aufgepresst oder mittels eines Spritzgussverfahrens mit dem Organoblech verbunden ist. Geeignete Werkstoffe für ein solches Dichtelement sind insbesondere die Elastomere NBR, FKM, HNBR, ACM, sowie als thermoplastische Elastomere bzw. thermoplastische Vulkanisate TPU, TPA, TPV sowie weitere geeignete Werkstoffe aus diesen Werkstoffgruppen.
-
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Organoblech durch eine oder mehrere Versteifungsrippen verstärkt ist. Durch Versteifungsrippen können sowohl die Biegesteifigkeit des Organoblechs erhöht werden, als auch weitere Trägerflächen für zusätzliche Dichtelemente ausgebildet werden. Dadurch wird die Gestaltungsmöglichkeit für eine Dichtungsanordnung weiter vergrößert.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an zumindest einem der Trägerelemente eine Mehrzahl von Funktionsrippen ausgebildet ist oder eine Funktionseinheit, insbesondere ein Sensor, an dem Trägerelement angeordnet ist, welche von einem Kunststoff stoffschlüssig umspritzt ist. Dadurch kann eine Funktionseinheit, insbesondere ein Sensor, auf einfache Art und Weise stoffschlüssig mit dem Trägerelement verbunden werden, wodurch zusätzliche Prozessschritte entfallen können. Dadurch können die Fertigungskosten weiter reduziert werden.
-
Da gerade Radlager besonders stark äußeren Witterungseinflüssen sowie Spritzwasser ausgesetzt sind, ist eine Abdichtung des Radlagers bei gleichzeitig geringer Reibung wünschenswert. Durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung mit einem Organoblech als Trägerelement kann dies erreicht werden, insbesondere wird die Korrosionsgefahr des Trägerelements ausgeschlossen, da ein Organoblech nicht rostet. Zudem kann gegenüber einer Dichtungsanordnung mit einem Stahlblech Gewicht eingespart werden, wodurch der Verbrauch des Kraftfahrzeugs und somit die CO2-Emissionen reduziert werden können.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung für ein Radlager;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung für ein Radlager;
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung für ein Radlager; und
- 4 ein Verfahrensschaubild zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung für ein Radlager.
-
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 4 für ein Radlager 1 dargestellt. Das Radlager 1 umfasst einen ersten Lagerring 2, vorzugsweise den Außenring des Radlagers 1, und einen zweiten Lagerring 3, vorzugsweise den Innenring des Radlagers 1. Zwischen dem ersten Lagerring 2 und dem zweiten Lagerring 3 ist die Dichtungsanordnung 4 ausgebildet, welche ein erstes Trägerelement 5 aufweist, welches mit dem zweiten Lagerring 3 verbunden ist und ein zweites Trägerelement 6, welches mit dem ersten Lagerring 2 verbunden ist. Das erste Trägerelement 5 trägt ein Dichtelement 17. Das Dichtelement 17 ist vorzugsweise aus einem Elastomer hergestellt und stoffschlüssig mit dem ersten Trägerelement 5 verbunden. Das erste Trägerelement 5 weist einen ersten Abschnitt 21 auf, welcher im Wesentlichen parallel zu den Lagerringen 2, 3 verläuft und mit dem zweiten Lagerring 3 in Kontakt steht. Das erste Trägerelement 5 weist ferner einen zweiten Abschnitt 22 auf, welcher im Wesentlichen senkrecht zu den Lagerringen 2, 3 verläuft. Das zweite Trägerelement 6 weist einen ersten Abschnitt 23 auf, welcher im Wesentlichen parallel zu den Lagerringen 2, 3 verläuft und mit dem ersten Lagerring 2 in Kontakt steht. Das zweite Trägerelement 6 weist ferner einen zweiten Abschnitt 24 auf, welcher im Wesentlichen senkrecht zu den Lagerringen 2, 3 verläuft. Das zweite Trägerelement 6 trägt ein Dichtelement 7, wobei an einem dem zweiten Lagerring 3 zugewandten Ende des zweiten Trägerelements 6 eine Dichtlippe 25 ausgebildet ist. Das erste Trägerelement 5 und das zweite Trägerelement 6 sind dabei als Organobleche 8 ausgeführt. Organobleche 8 sind Faser-Matrix-Halbzeuge. Sie bestehen aus einem Fasergelege 13, einem Fasergewebe 14, einem Fasergeflecht 15 oder aus Fasermatten 16, die in ein thermoplastisches Matrixmaterial 9 eingebettet sind. Die Vorteile eines thermoplastischen Matrixmaterials 9 liegen in der Warmumformfähigkeit der Halbzeuge und den daraus resultierenden kürzeren Prozesszeiten im Vergleich zu konventionellen duroplastischen Faserverbundwerkstoffen. Dabei sind in das Matrixmaterial 9 Verstärkungselemente 10 in Form von Glasfasern 11, Kohlenstofffasern 12 oder Aramidfasern eingebettet. Bei Fasergeweben 14 und Fasergelegen 13 können die Fasern 11, 12 auch rechtwinklig zueinander verlaufen, sodass die mechanischen Eigenschaften von Organoblech 8 wie Steifigkeit, Festigkeit und Wärmeausdehnung besser als bei ihren metallischen Vorbildern definiert werden können. Im Gegensatz zu Metallblechen sind das Zug- und Druckverhalten, sowie andere mechanische und thermische Eigenschaften, nicht isotrop. Zudem sind Organobleche 8 deutlich leichter als vergleichbare metallische Bleche.
-
Zwischen dem ersten Trägerelement 5 und dem zweiten Trägerelement 6 ist ein Dichtungskanal 20 nach Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet. Die Dichtlippe 25 des Dichtelements 7 liegt an dem ersten, parallel zu den Lagerringen 2, 3 verlaufenden Abschnitt 21 des ersten Trägerelements 5 oder an dem zweiten Lagerring 3 an. An zumindest einem der Trägerelemente 5, 6 können zusätzliche Versteifungsrippen 18 ausgebildet sein, welche durch eine einfache thermische Umformung des Organoblechs 8 hergestellt werden können. Ferner kann an dem ersten Trägerelement 5 eine Funktionseinheit, insbesondere ein Sensor, besonders bevorzugt ein Drehzahlsensor zur Erfassung der Raddrehzahl, angeordnet sein, welcher durch einen Umspritzungsprozess stoffschlüssig mit dem Trägerelement 5 verbunden werden kann.
-
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 4 für ein Radlager 1 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, trägt bei diesem Ausführungsbeispiel das erste Trägerelement 5 kein Dichtelement 17. Die Dichtungsanordnung 4 weist lediglich ein Dichtelement 7 auf, welches an dem zweiten Trägerelement 6 ausgebildet ist. Zudem ist der Dichtungskanal 20 bei diesem Ausführungsbeispiel nicht nach Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet, sondern weist eine Fangtasche auf, welche an dem Dichtelement 7 ausgebildet ist.
-
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 4 für ein Radlager 1 gezeigt. Dabei ist anstelle des zweiten Lagerrings 3 ein Flansch 29 in Form eines gebogenen Winkels mit zwei Flügeln vorgesehen, welche in einem Winkel von 90° zueinander ausgebildet sind. Der Flansch 29 trägt ein erstes Trägerelement 5, welches als Organoblech 8 ausgebildet ist und mit einer ersten Kontaktfläche an dem einen Flügel des Flansches 29 und mit einer zweiten Kontaktfläche an dem anderen Flügel des Flansches 29 anliegt. Dabei ist zwischen dem Trägerelement 5 und dem ersten Lagerring 2 ein Dichtungskanal 20 ausgebildet, welcher das Eindringen von Schmutz und Wasser in das Radlager 1 verhindern soll. Ferner weist auch diese Ausführungsform eine Fangtasche auf, welche bereits durch den Dichtungskanal 20 in die Dichtungsanordnung eingedrungenen Schmutz auffangen soll und vor einem Weitertransport in Richtung des Wälzlagers des Radlagers 1 stoppen soll. An dem ersten Lagerring 2 ist ein zweites Trägerelement 6 mit einem Dichtelement 7 und einer Dichtlippe 25 ausgebildet, welche an dem ersten Trägerelement 5 oder direkt an dem Flansch 29 anliegt. Dabei ist das erste Trägerelement 5 als Organoblech 8 ausgebildet.
-
In 4 ist ein Verfahrensschaubild zum Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Dichtungsanordnung 4 für ein Radlager 1 gezeigt. Dabei wird ein Organoblech 8 in einem Prozessschritt <100> aus einem Vorratsbehälter 26 entnommen und in einen Ofen 27 zum Aufheizen gelegt. Dabei wird das Organoblech 8 vorzugsweise in dem Ofen 27 in einem Verfahrensschritt <110> auf eine Temperatur von 50°C - 250°C, bevorzugt von 150°C - 200°C, aufgeheizt. In einem Verfahrensschritt <120> wird das aufgeheizte Organoblech 8 aus dem Ofen 27 entnommen und in ein Werkzeug 28 eingelegt. In diesem Werkzeug 28 wird das Organoblech 8 in einem Verfahrensschritt <130> durch thermisches Umformen in die Form eines der Trägerelemente 5, 6 gebracht. In einem weiteren Verfahrensschritt <140> wird ein Dichtelement 7, 17, eine Funktionseinheit oder eine Versteifungsrippe 18 an das Organoblech 8 angespritzt und mit diesem stoffschlüssig verbunden. In einem anschließenden Verfahrensschritt <150> wird das Organoblech 8 dann aus dem Werkzeug 28 entnommen und das fertige Bauteil entnommen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Radlager
- 2
- erster Lagerring
- 3
- zweiter Lagerring
- 4
- Dichtungsanordnung
- 5
- erstes Trägerelement
- 6
- zweites Trägerelement
- 7
- Dichtelement
- 8
- Organoblech
- 9
- Matrixmaterial
- 10
- Verstärkungselement
- 11
- Glasfaser
- 12
- Kohlenstofffaser
- 13
- Fasergelege
- 14
- Fasergewebe
- 15
- Fasergeflecht
- 16
- Fasermatten
- 17
- Dichtelement
- 18
- Versteifungsrippen
- 20
- Dichtungskanal
- 21
- Erster Abschnitt
- 22
- Zweiter Abschnitt
- 23
- Erster Abschnitt
- 24
- Zweiter Abschnitt
- 25
- Dichtlippe
- 26
- Vorratsbehälter
- 27
- Ofen
- 28
- Werkzeug
- 29
- Flansch
