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Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit umfassend ein Radlager, mit einem Innenring mit Innenringlaufbahn, einem Außenring mit Außenringlaufbahn, und mit einer Mehrzahl von zwischen Innenring und Außenring in einem Schmiermittel bevorratenden Ringraum angeordneten, vorzugsweise in einem Käfig beabstandet gehaltenen, Wälzkörpern, einer zwischen Innenring und Außenring angeordneten Dichtung zur Abdichtung des Ringraums, wobei die Dichtung zumindest eine Dichtlippe aufweist, wobei die Dichtlippe mit einer Dichtfläche zur Abdichtung des Radlagers zusammenwirkt, sowie vorzugsweise mit einem ersten Flansch, der als integraler Bestandteil des Innenrings ausgebildet ist und/oder vorzugsweise einem zweiten Flansch, der als integraler Bestandteil des Außenrings ausgebildet ist.
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Radlager in Fahrzeugen dienen dazu, eine Rotation der Fahrzeugräder relativ zum Fahrgestell zu ermöglichen und müssen dabei radiale und axiale, auftretende Kräfte aufnehmen. Die radialen Kräfte können dabei durch das Eigengewicht des Fahrzeuges entstehen und die axialen Kräfte können durch seitliche Kräfte, beispielsweise bei der Kurvenfahrt eines Fahrzeuges entstehen. Für die Aufnahme von radialen und axialen Kräften bei der Radlagerung gibt es bereits eine Vielzahl verschiedener, aus dem Stand der Technik bekannter Radlagerkonfigurationen.
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Radlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings ab und haben die Aufgabe, die auf das Radlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Beim Drehen des Radlagers entsteht Reibung. Daher müssen die Wälzkörper mit Schmierstoffen, etwa Schmierfett oder Schmieröl, geschmiert werden, um das Radlager funktionsfähig zu halten. Die Radlager in modernen Fahrzeugen sind meistens so konstruiert, dass sie wartungsfrei sind, was üblicherweise mit einer Schmiermittel- bzw. Fettfüllung realisiert ist, die über die gesamte Lebensdauer des Radlagers eine ausreichende Schmierung der Wälzkörper gewährleistet.
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Damit kein Schmiermittel aus dem Radlager austreten oder Schmutzpartikel in das Lager eindringen können, sind entsprechende Dichtungselemente vorgesehen. Üblicherweise besitzen Dichtungen für Radlager mehrere Dichtlippen, die die Kontaktfläche zum drehenden Lagerring - je nach Ausführung also den Innenring oder den Außenring - abdichten. Bei deren Berührung entsteht Reibung, die zum einen notwendig ist um eine hinreichende Dichtheit zu gewährleisten, zum anderen jedoch unerwünscht ist, da sie die Radlagerreibung spürbar erhöht.
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Aus der
DE 10 2009 039 279 A1 ist eine Dichtungsvorrichtung bekannt, bei der das Drehmoment und die Wärmeerzeugungstemperatur reduziert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die mit der Dichtlippe der Dichtung zusammenwirkende Kontaktfläche entsprechend oberflächenbehandelt ist.
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Ein Käfig ist so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst gering gehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann aus einem Kunststoff oder Kunststoffkomposit oder aus Metall oder einem Metallkomposit geformt sein.
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Radlager, die an angetriebenen Achsen zum Einsatz kommen, sind im bzw. am Achsträger befestigt. Bei einfachen Lagertypen ist das Radlager typischer Weise mit seinem Außenring in den Achsträger eingepresst. Weiterentwicklungen von Radlagern zu sogenannten Radlagereinheiten oder Radlagermodulen können einen Flansch in Form eines Befestigungsflansches, etwa zur Befestigung an einem Achsträger, und/oder einen Flansch in Form eines Radnabenflansches, als integrale Bestandteile aufweisen.
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Radlager, die an nicht angetriebenen Achsen zum Einsatz kommen, sind in ihrer Funktion grundsätzlich identisch. Wesentlicher Unterschied ist, dass diese Radlager nicht von einer Antriebswelle angetrieben sind, sondern auf einem positionsfesten Achsträger angeordnet sind.
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Durch die unterschiedlichen Ausführungen kann sich sowohl der Außenring als auch der Innenring drehen - der jeweils andere Lagerring steht fest.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Radlagern und Radlagereinheiten bekannt. So sind verschiedenste Radlagertypen neuerer Bauart in den aktuellen Veröffentlichungen, wie Verkaufs- oder Technologieprospekten der Anmelderin beschrieben.
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In der Regel werden für Radlagereinheiten Schrägkugellager verwendet. Wenn die Lasten zu groß werden, wie etwa radiale Lasten bei Lastkraftwagen oder dergleichen, kommen Kegelrollenlagereinheiten zum Einsatz, welche allerdings zum einen eine im Vergleich erhöhte Reibung bei Geradeausfahrt zur Folge haben und welche zum anderen einen komplizierteren und teureren Fertigungsprozess bedingen.
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Bei dynamischen Elastomerdichtungen kann es schnell zu hohen Reibungsverlusten kommen, welche sich negativ auf das Ziel der CO2- Reduzierung auswirken. Daneben ergibt sich durch die sehr geringe Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Welle bzw. Laufring ein extrem hoher flächenbezogener Wärmeeintrag. Somit besteht die Gefahr, dass bei höheren Gleitgeschwindigkeiten das Elastomer thermisch geschädigt werden kann. Die Folgen sind Materialveränderung des Elastomer sowie ein erhöhter Verschleiß (ggf. durch Versprödung der Dichtlippen).
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Diese Folgen können somit zum Funktionsverlust (Dichtheit) der Dichtung beitragen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Radlager für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, welches eine reduzierte Reibung sowie eine erhöhte Sicherheit gegen ein Austreten von Schmiermittel gewährleistet.
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Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik soll das Reibmoment der Dichtung mittels Funktionalisierung der Oberfläche im Dichtkontakt (Einbringung von Mikrostrukturen und somit Verringerung der Kontaktfläche) auf ein Mindesmaß reduziert werden, ohne erhebliche Einbußen bzgl. der Dichtperformence hinnehmen zu müssen.
Die Erfindung ist von dem Gedanken getrieben Mikrostrukturen dafür direkt auf dem Laufring, der Dichtung (Elastomer) oder auch auf das Stanzwerkzeug (Laufring) oder in das Vulkanisationswerkzeug (Elastomerdichtung) zu applizieren.
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Dynamische Elastomerdichtungen werden haupsächlich im Mischreibungsgebiet mit einem hohen hydrodynamischen Traganteil oder im Bereich der Flüssigkeitsreibung betrieben. Durch die Rauheit der Oberfläche von Dichtlippe und Welle entsteht ein hydrodynamischer Spaltdruck und somit ein tragfähiger Schmierfilm. Die Reibung wird hauptsächlich durch die Anhaftung und Scherung des Schmiermediums an der Oberfläche dominiert. Aus diesem Grunde würde eine Funktionaliserung der Oberfläche im Dichtkontakt zur Reduzierung der Verlustleistung beitragen. Die Erfindung schlägt vor, definierte Mikrostrukturen (z.B. Näpfchenstruktur) in die Oberfläche des Dichtungswerkstoffes (direkt oder indirekt über das Vulkanisationswerkzeug) einzubringen, um den hydrodynamischen Spaltdruck und somit die Schmierspalthöhe zu vergrößern. Das Resultat ist eine Verminderung des Festkörpertraganteils und somit eine Reduzierung der Reibleistung. Im Gegenzug führt allerdings eine größere Schmierspalthöhe auch zu einer Erhöhung des Leckagerisikos, was natürlich nicht erwünscht ist. Um die ursprüngliche Dichtfunktion weiterhin gewährleisten zu können, sind weiterhin rückfördernde Mikrostrukturen vorgesehen. Aufgrund der jedoch nur geringen geometrischen Abmessungen solcher Mikrostrukturen, würde bereits geringer Verschleiß einen funktionsschädlichen Einfluss haben. Aus diesem Grunde ist zum Schutze (Verringerung des Strukturabtrages) solcher Mikrostrukturen ein Oberflächenbehandlungsverfahren in Form einer plasmapolymeren Beschichtung vorgesehen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Radlagereinheit mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1.
Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit umfassend ein Radlager, mit einem Innenring mit Innenringlaufbahn, einem Außenring mit Außenringlaufbahn, und mit einer Mehrzahl von zwischen Innenring und Außenring in einem Schmiermittel bevorratenden Ringraum angeordneten, vorzugsweise in einem Käfig beabstandet gehaltenen, Wälzkörpern, einer zwischen Innenring und Außenring angeordneten Dichtung zur Abdichtung des Ringraums, wobei die Dichtung zumindest eine Dichtlippe aufweist, wobei die Dichtlippe mit einer Dichtfläche zur Abdichtung des Radlagers zusammenwirkt, sowie vorzugsweise mit einem ersten Flansch, der als integraler Bestandteil des Innenrings ausgebildet ist und/oder vorzugsweise einem zweiten Flansch, der als integraler Bestandteil des Außenrings ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung weist die Dichtlippe oder die Dichtfläche Mikrostrukturen auf, die derart ausgebildet sind, dass einerseits die Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Dichtfläche im Vergleich zu einer Kontaktfläche ohne Mikrostrukturen reduziert wird, und dass anderseits eine Rückförderung von aus dem Ringraum austretendem Schmiermittel realisiert wird.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird zum einen durch die Verringerung der Kontaktfläche zwischen Dichtung und Laufbahn Reibung reduziert und wird zum anderen dem Austritt von Schmiermittel aus dem Innenraum des Radlagers wirksam entgegengewirkt und dafür gesorgt, dass das im Ringraum bevorratete Schmiermittel weiterhin an der Stelle innerhalb des Radlagers bevorratet bleibt, wo es zum Zwecke der Schmierung benötigt wird und die Wälzkörper entsprechend geschmiert werden. Durch die Mikrostrukturen in Dichtlippe oder Lauffläche wird ein Förderstrom entgegen der Austrittsrichtung erzeugt und so das Schmiermittel gehindert aus dem Ringraum herauszutreten.
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In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Mikrostrukturen unterschiedlicher Art ausgebildet, wobei eine erste Art von Mikrostruktur vorrangig die Kontaktfläche reduziert und wobei eine zweite Art von Mikrostruktur vorrangig die Rückförderung des Schmiermittels unterstützt.
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Mit Vorteil ist im Bereich vor der Dichtung, die den Ringraum abdichtet, eine dritte Art von Mikrostrukturen im Bereich des Radlagerinneren vorgesehen und derart ausgebildet, dass die Förderung von Wasser bzw. Schmutzwasser welches (beim Durchfahren von Pfützen oder bei Nässe allgemein) von außen in den Bereich vor die Dichtung gelangt ist, zurück nach außen erfolgt.
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Die Aufgabe wird in einer anderen Ausführung der Erfindung gelöst durch eine Radlagereinheit mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 3.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst Radlagereinheit ein Radlager, mit einem Innenring mit Innenringlaufbahn, einem Außenring mit Außenringlaufbahn, und mit einer Mehrzahl von zwischen Innenring und Außenring in einem Schmiermittel bevorratenden Ringraum angeordneten, vorzugsweise in einem Käfig beabstandet gehaltenen, Wälzkörpern, einer zwischen Innenring und Außenring angeordneten Dichtung zur Abdichtung des Ringraums, wobei die Dichtung zumindest eine Dichtlippe aufweist, wobei die Dichtlippe mit einer Dichtfläche zur Abdichtung des Radlagers zusammenwirkt.
Gemäß der Erfindung ist im Eingangsspalt des Radlagers ein Encoder angeordnet und weist der Encoder und/oder eine dem Encoder gegenüberliegende Oberfläche einer Schleuderscheibe eine ins Innere eines Eingangsspaltes gerichtete, Mikrostrukturen aufweisende, Oberfläche auf, wobei die Mikrostrukturen derart ausgebildet sind, dass im Vergleich zu einer Oberfläche ohne Mikrostrukturen die Förderung von Flüssigkeit in Richtung aus dem Eingangsspalt heraus unterstützt wird. Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau wird zuverlässig in den Ringspalt eines Radlagers eindringendes Wasser wieder ausgeleitet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung gemäß den beiden vorstehenden Ausführungsformen sind die Mikrostrukturen mit Vorteil oberflächenbehandelt, derart, dass ein Verschleiß durch Reibung reduziert ist, insbesondere weisen die Mikrostrukturen hierfür eine plasmapolymere Beschichtung auf.
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Bevorzugt weisen die Mikrostrukturen eine Tiefe von sieben bis neun Mikrometer, insbesondere acht Mikrometer, und einen Durchmesser von fünfundzwanzig bis fünfunddreißig Mikrometer, insbesondere dreißig Mikrometer, auf.
Hierdurch wird ein gutes Ergebnis mit Blick auf reduzierte Reibung und erforderliche Dichtheit im Radlager erzielt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Teil-Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit im Bereich der Dichtung zwischen Innenring und Außenring, bei der die Mikrostrukturen im Bereich der Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Schleuderscheibe auf der Schleuderscheibe ausgebildet sind,
- 2 weitere Beispiele für geometrische Formen von Laufringen oder Schleuderscheiben mit Kontaktflächen mit Mikrostrukturen gemäß der Erfindung,
- 3 bevorzugte Gestaltungen für die Struktur von Mikrostrukturen gemäß der Erfindung,
- 4 eine Teil-Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit im Bereich der Dichtung zwischen Innenring und Außenring, bei der die Mikrostrukturen im Bereich der Kontaktfläche zwischen Dichtlippe und Schleuderscheibe auf der Dichtlippe ausgebildet sind, und
- 5 eine Teil-Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit im Bereich der Dichtung zwischen Innenring und Außenring, bei der die Mikrostrukturen im Bereich einer Drehzahlerfassungseinrichtung mit Encoder ausgebildet sind.
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In 1 ist eine Teil-Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit 1 im Bereich der Dichtung 8 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 dargestellt. Hierbei sind Mikrostrukturen 11 im Bereich der Kontaktfläche zwischen Dichtlippe 9 und Schleuderscheibe 15 ausgebildet. Im dargestellten Beispiel sind die Mikrostrukturen 11 in bzw. auf der Schleuderscheibe 15 ausgebildet. Die zwischen Innenring 3 und Außenring 4 angeordnete Dichtung 8 dichtet einen Ringraum 5 ab, in dem Wälzkörper 7 in einem Käfig 6 beabstandet gehalten sind. Die Dichtung 8 ist gebildet durch ein auf einem nicht rostenden Trägerring angeordnetes elastisches gummiartiges Dichtelement mit ausgebildeter Dichtlippe 9 - hier mit zwei Dichtlippen 9. Die Schleuderscheibe 15 ist im Querschnitt gesehen U-förmig ausgebildet und derart angeordnet, dass sie mit den freien Schenkelenden in Richtung Ringraum 5 weist. Im gezeigten Beispiel weist die Schleuderscheibe 15 auf ihren Ring-Innenflächen, die in Kontakt mit der Dichtung 8 stehen, entsprechende umlaufende Bereiche mit Mikrostrukturen 11 auf.
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In 2 sind neben der in 1 gezeigten Querschnittsform einer Schleuderscheibe 15 drei weitere Beispiele für bevorzugte geometrische Querschnittsformen von Laufringen 3 oder Schleuderscheiben 15 mit Kontaktflächen mit Mikrostrukturen 11 gemäß der Erfindung gezeigt.
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3 zeigt bevorzugte Gestaltungen für die Struktur von Mikrostrukturen 11 gemäß der Erfindung. In den 3 a1 und 3 a2 sind kurze Bereiche geradlinger Balkenerhöhungen ausgebildet, wobei die einzelnen direkt benachbarten Balken beabstandet zueinander sind und jeweils rechtwinklig zueinander stehen. In den Figuren gemäß 3 b1 und 3 b2 sind eine Vielzahl von nahezu rechteckigen Ausnehmungen oder Erhöhungen gezeigt, die in schräg verlaufenden parallelen Geraden hintereinander angeordnet sind, wobei die Rechtecke benachbarter Geraden in Erstreckungsrichtung der parallelen Geraden versetzt zueinander angeordnet sind. Die 3 c1 und 3 c2 zeigen Strukturelemente von Mikrostrukturen 11 in Form von kreisförmigen Ausnehmungen/Erhebungen bzw. Kugelabschnitten, die entweder regelmäßig angeordnet sind derart, dass die Strukturelemente auf den Schnittpunkten von sich gitterförmig in einem rechten Winkel kreuzenden Geraden mit gleichen Abständen zueinander angeordnet sind oder das die Strukturelemente unterschiedlich beabstandet auf von im Wesentlichen parallel und gleichmäßig beabstandeten und schräg verlaufenden Geraden angeordnet sind. In den 3 d1 und 3 d2 sind Strukturelemente in Form von sichelförmigen Mondelementen, die ebenfalls auf parallelen Geraden und versetzt zueinander angeordnet sind. Schließlich zeigt 3 e1 und 3 e2 Strukturelemente bei denen Kleingruppen regelmäßig angeordneter Strukturelemente wiederum symmetrisch angeordnet sind.
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4 zeigt analog zu 1 eine Teil-Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit 1 im Bereich der Dichtung 8 zwischen Innenring 3 und Außenring 4, bei der die Mikrostrukturen 11 im Bereich der Kontaktfläche zwischen Dichtlippe 9 und Schleuderscheibe 15 auf der Dichtlippe 9 ausgebildet sind.
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In 5 ist eine Teil-Schnittdarstellung eines Teilbereichs einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit 1 im Bereich der Dichtung 8 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 gezeigt. Die Mikrostrukturen 11 sind dabei im Bereich einer Drehzahlerfassungseinrichtung mit Encoder 12 ausgebildet Der Encoder 14 ist im Eingangsspalt 14 des Radlagers 2 angeordnet. Die Mikrostrukturen 11 sind entweder auf dem Encoder 12 selbst und/oder auf der diesem gegenüberliegenden Oberfläche der Schleuderscheibe 15 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radlagereinheit
- 2
- Radlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Ringraum
- 6
- Käfig
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Dichtung
- 9
- Dichtlippe
- 10
- Dichtfläche
- 11
- Mikrostrukturen
- 12
- Encoder
- 14
- Eingangsspalt
- 15
- Schleuderscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009039279 A1 [0005]
