DE102019217359A1

DE102019217359A1 - Labyrinthdichtvorrichtung

Info

Publication number: DE102019217359A1
Application number: DE102019217359.4A
Authority: DE
Inventors: Andrea Serafini
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-05-20
Also published as: US20200158179A1; IT201800010424A1; CN111197657A

Abstract

Eine Dichtvorrichtung (50) für eine Lagereinheit (30) mit einem rotierbaren Abschnitt (51),einem stationären Abschnitt (52), zumindest einer Dichtlippe (53, 54), die an dem stationären Abschnitt (52) zum Kontaktieren des rotierbaren Abschnitts (51) befestigt ist und eine vorgegebene Dicke (S) hat, und einem Sieb (55, 63), das eine Labyrinthdichtung mit dem stationären Abschnitt (52) bildet und eine axiale Länge (L1, L2) mit Abmessungen hat, die größer sind als die Abmessungen der Dicke (S) der zumindest einen Dichtlippe (53, 54) und die kleiner sind als ein nicht ganzzahliges Vielfaches (M) der Dicke (S) der zumindest einen Dichtlippe (53, 54); wobei das nicht ganzzahlige Vielfache (M) gleich 1,75 ist.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kassettendichtvorrichtung mit innovativen charakteristischen Eigenschaften und ist beabsichtigt, in Lagereinheiten eingesetzt zu werden. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, für Radnarbenanordnungen von Kraftfahrzeugen geeignet, wobei die Anordnungen mit einer Lagereinheit versehen sind. Diese Anwendungen umfassen sowohl den Fall, bei dem der Außenring des Lagers rotiert, während der Innenring des Lagers feststeht, als auch den entgegengesetzten Fall, bei dem der Innenring rotiert und der Außenring feststeht. Diese Erfindung ist, vorteilhafterweise, aber nicht ausschließlich, auf eine Lagereinheit mit einer Doppelreihe von Kugeln anwendbar.
Stand der Technik
Wie bekannt ist, werden Lagereinheiten im Allgemeinen Verunreinigungen verschiedener Arten, wie beispielsweise suspendierte, partikelförmige Materie und/oder Teilchen in einer Lösung, ausgesetzt. Daher müssen Lagereinheiten, einschließlich jener, die einen Teil einer Radnarbenanordnung von Kraftfahrzeugen bilden, mit geeigneten Dichtvorrichtungen versehen werden.
Ein Beispiel einer Dichtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist in 2 gezeigt, welche ein Detail einer Lagereinheit für eine Radnarbenanordnung zeigt. Das Detail zeigt in schematischer Form die Hauptkomponenten der Lagereinheit relativ zu einer Rotationsachse Z, nämlich den stationären, radial äußeren Ring 1, den rotierenden, radial inneren Ring 2 und einen Wälzkörper 3.
Die Dichtvorrichtung 4 ist eine Kassettendichtung, die aus zwei Teilen besteht und die einen rotierbaren Abschnitt 5 aufweist, der an dem radial inneren Ring 2 befestigt ist, und einen stationären Abschnitt 6 aufweist, der an dem radial äußeren Ring 1 befestigt ist. Gemäß diesem Stand der Technik umfasst der stationäre Abschnitt 6 der Dichtung 4 ein Paar von Lippen 7, 8, die aus einem elastomerischen Material hergestellt sind und Kontakt mit dem rotierbaren Abschnitt herstellen und eine Innendichtung der Lagereinheit sicherstellen. Wie aus den in der Figur gezeigten Pfeilen gesehen werden kann, setzt diese Lösung die Kanten der äußersten Lippe dem Wasser und den Verunreinigungen aus, welche in die Dichtvorrichtung durch die Lücke, die zwischen dem rotierbaren Abschnitt und dem stationären Abschnitt vorliegt, eindringen können.
Um diesen Nachteil auszuräumen, wurde eine andere bekannte Lösung implementiert und wird der 3 gezeigt. Diese Figur zeigt das gleiche Detail der Lagereinheit und verwendet die gleichen Bezugszeichen wie jene in 2. Gemäß diesem weiteren Stand der Technik ist die Dichtvorrichtung 4 und insbesondere ihr rotierbarer Abschnitt 5 mit einem Sieb 9 versehen, das eine Art von Labyrinth bildet.
Das Labyrinth schützt die äußere Lippe der Dichtvorrichtung zweifellos besser vor dem direkten Fluss von Wasser und Verunreinigungen. Gleichzeitig werden jedoch die Verunreinigungen, die es nichts desto trotz schaffen, einzudringen, daran gehindert, herauszufließen, und sammeln sich in der Zone, die durch „c“ bezeichnet ist. Beide Wirkungen, die erste Positive und die zweite Negative, werden verstärkt, wenn sich die Länge des Siebs 9 vergrößert.
Daher hat diese weitere bekannte Lösung eine unerwünschte Wirkung, dass sich Schlamm im Inneren ansammelt, den das ebenfalls vorliegende Wasser nicht entfernen kann, wobei der Nachteil die Lebensdauer der Radnarbenanordnung reduziert, was in einem schnelleren Verschleiß der Lippen resultiert und den Betrieb der gesamten Lagereinheit negativ beeinflusst.
Weitere bekannte Lösungen der Labyrinthdichtvorrichtungen haben den Nachteil, dass sie die Ausgestaltung der Lippen benachteiligen und insbesondere ihre radiale Ausdehnung beschränken, da diese labyrinthartigen Lösungen einen signifikant großen Platz an radialem Raum benötigen.
Es gibt daher den Bedarf, eine Kassettendichtvorrichtung auszugestalten, welche nicht die voranstehend genannten Nachteile hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kassettendichtvorrichtung, beispielsweise für eine Lagereinheit einer Radnarbenanordnung bereitzustellen, wobei die Vorrichtung sowohl mit einer Siebfunktion bezüglich externer Verunreinigungen als auch mit einer geometrischen Form versehen ist, welche den Abfluss von wenngleich beschränktem Fluss der Verunreinigungen bevorzugt, in die Dichtvorrichtung eingedrungen sind.
Einerseits soll die neue Lösung mit einem Sieb versehen sein, das eine Labyrinthfunktion zum Schützen der Dichtung vor einem direkten Fluss von Wasser und Verunreinigungen hat, der in Richtung der Außenseite der Radnarbenanordnung gerichtet ist.
Andererseits soll die Labyrinthlösung derart ausgestaltet sein, dass Wasser und Verunreinigungen, welche in die Dichtvorrichtung eingedrungen sind, nicht am Herausfließen gehindert werden und für diesen Zweck muss die Größe des Siebs mit einer Labyrinthfunktion derart optimiert werden, dass die Länge des Labyrinths ausreichend klein ist. Auf diese Weise kann das Wasser leicht jeglichen Schlamm wegwaschen, der sich innerhalb ansammelt oder am schlimmsten die Ansammlung von nur einer vernachlässigbaren Menge von Schlamm erlauben.
Vorteilhafterweise kann die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf eine mit einem Encoder versehene Dichtvorrichtung angewendet werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Dichtvorrichtung gemäß den charakteristischen Merkmalen beschrieben, die in dem angehängten, abhängigen Anspruch angegeben ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Radnarbenanordnung mit einer Lagereinheit beschrieben, die mit der Dichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Weiter bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden gemäß den charakteristischen Merkmalen beschrieben, die in den angehängten, abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, die eine Anzahl von nicht einschränkenden Beispielen von Ausführungsformen zeigen, in welchen:

1 eine partielle Schnittansicht einer Radnarbenanordnung ist, die mit einer Dichtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
2 ein Detail einer Kassendichtvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist;
3 ein Detail einer Kassettendichtung gemäß einem weiteren Stand der Technik ist,
4 ein Detail einer Kassettendichtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
5 ein Detail einer Kassettendichtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

Ausführliche Beschreibung
Als rein nicht-einschränkendes Beispiel wird nun die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine Radnarbenanordnung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die mit einer Lagereinheit mit einer Dichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist.
Mit Bezug auf 1 wird eine Radnarbenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Figur zeigt ein Detail der beispielhaft dargestellten Konfiguration.
Die Anordnung 10 hat eine zentrale Rotationsachse X und umfasst eine Nabe 20, die bevorzugt, aber nicht notwendigerweise stationär ist und eine Lagereinheit 30, die wiederum aufweist:

- einen radial äußeren Ring 31, der bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, rotierbar ist;
- einen radial inneren Ring (20), der durch die Nabe 20 festgelegt ist;
- einen weiteren stationären, radial inneren Ring 34, der auf der und einstückig mit der Nabe 20 befestigt ist;
- zwei Reihen von Wälzkörpern 32, 33, in diesem Beispiel Kugeln, die zwischen dem radial äußeren Ring 31 und den radial inneren Ringen 20 und 34 angeordnet sind, und
- zwei Käfige 39 und 40, um die Wälzkörper der Reihen von Wälzkörpern 32, 33 in Position zu halten.

In der gesamten vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Orientierungen, wie beispielsweise „radial“ und „axial“ angeben, verstanden, sich auf die Mittelachse der Rotation X der Lagereinheit 30 zu beziehen. Ausdrücke, wie beispielsweise „axial außen“ und „axial innen“ bezeichnen stattdessen den zusammengebauten Zustand der Radnabeneinheit und bezeichnen in speziellen Fällen bevorzugt eine Radseite bzw. eine Seite, die der Radseite gegenüberliegt.
Der radial äußere Ring 31 ist mit zwei entsprechenden radial äußeren Laufbahnen 31' versehen, während die radial inneren Ringe 20, 34 mit entsprechenden radial inneren Laufbahnen 20', 34' versehen sind, die erlauben, dass die Reihe von axial äußeren Wälzkörpern 32, die zwischen dem radial äußeren Ring 31 und der Nabe 20 angeordnet sind, und die Reihe der axial inneren Wälzkörper 33 zwischen dem radial äußeren Ring 31 und dem radial inneren Ring 34 rollen. Der einfachen Darstellung halber werden die Bezugszeichen 32, 33 verwendet, um sowohl einzelne Kugeln als auch Reihen von Kugeln zu bezeichnen. Wiederum der Einfachheit halber kann der Begriff „Kugel“ beispielsweise in der vorliegenden Beschreibung und in den angefügten Zeichnungen anstelle des allgemeineren Begriffs „Wälzkörper“ (und ebenso werden die gleichen Bezugszeichen verwendet) verwendet werden. Die Radnabenanordnung 10 ist mit zumindest einer Kassettendichtvorrichtung 50 versehen, beispielsweise einer Vorrichtung, die an der axial äußeren Seite der Lagereinheit befestigt ist.
Mit Bezug auf 4 kann die Dichtvorrichtung 50 eine Kassettendichtung sein, die aus zwei Teilen besteht und einen rotierbaren Abschnitt 51, der an dem radial inneren Ring 34 befestigt ist, und einen stationären Abschnitt 52, der an dem radial äußeren Ring 31 befestigt ist, aufweist. Der stationäre Abschnitt 52 der Dichtvorrichtung 50 umfasst ein Paar von Lippen 53, 54, welche aus einem elastomerischen Material hergestellt sind, und einen Kontakt mit dem rotierbaren Abschnitt herstellen und eine Innendichtung des Lagers sicherstellen. Die Dichtvorrichtung 50 könnte auch, zusätzlich zu oder anstelle der innersten axialen Lippe, eine radiale Dichtlippe (nicht in den Figuren gezeigt) aufweisen. In jedem Fall ist zu verstehen, dass die Ausgestaltung, die Anordnung und die Anzahl der Dichtlippen sich ändern kann, ohne dadurch vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Dichtvorrichtung 50 und insbesondere ihr rotierbarer Abschnitt 51 ist in dem radial äußeren Abschnitt mit Bezug auf den rotierbaren Abschnitt mit einem Sieb 55 versehen, das eine Labyrinthdichtung zwischen dem rotierbaren Abschnitt 51 und dem stationären Abschnitt 52 der Dichtvorrichtung 50 bildet. Die axiale Abmessung Y des Siebs 55 ist jedoch derart optimiert, dass die Länge des Labyrinths ausreichend reduziert ist. Auf diese Weise kann das Wasser einfach jeglichen Schlamm wegwaschen, der sich im Inneren ansammelt, oder im schlimmsten Fall ermöglichen, dass die Ansammlung eine vernachlässigbare Menge von Schlamm ist. Insbesondere haben die ausgeführten Experimente gezeigt, dass ein guter Kompromiss zwischen der Funktion der Barriere gegen externe Verunreinigungen und der Funktion des Erlaubens des Abflusses der Verunreinigungen, die sich in der Dichtvorrichtung angesammelt haben, erlangt wird, wenn die axiale Länge L1 des Siebs 55 Abmessungen hat, die größer sind als die Abmessungen der Dicke S der Lippe 53, 54 und die kleiner sind als ein nicht ganzzahliges Vielfaches M der Dicke S der Lippen 53, 54, das gleich 1,75 ist.
Mit anderen Worten sollte die axiale Länge L1 des Siebs 55 innerhalb eines Bereiches liegen, der sich von dem Wert der Dicke der Lippe 53, 54 zu dem um 75% erhöhten Wert variiert.
Ein besserer und dazu bevorzugter Kompromiss wird erlangt, wenn die axiale Länge L1 Abmessungen hat, die größer sind als die Abmessungen der Dicke S der Lippe 53, 54 und die kleiner als sind ein nicht ganzzahliges Vielfaches M der Dicke S der Lippen 53, 54, das gleich zu 1,50 ist, nämlich wenn die axiale Länge L1 des Siebs 55 innerhalb eines Bereiches liegt, der von dem Wert der Dicke der Lippe 53, 54 zu dem um 50% erhöhten Wert variiert.
Noch bevorzugter könnte die axiale Länge L1 des Siebs 55 Abmessungen haben, die größer sind als die Abmessungen der Dicke S der Lippe 53, 54 und die kleiner sind als ein nicht ganzzahliges Vielfaches M der Dicke S der Lippen 53, 54, das in diesem Fall gleich 1,25 ist. Mit anderen Worten sollte die axiale Länge 1 des Siebs 55 innerhalb eines Bereichs liegen, der von dem Wert der Dicke der Lippe 53, 54 zu dem um 25 % erhöhten Wert variiert.
Mit Bezug auf die 5 kann vorteilhafterweise die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf eine Dichtvorrichtung 50 angewendet werden, die mit einem Encoder 60 versehen ist. Der Encoder ist in der Form einer ringförmigen Scheibe 61, die aus Plastik oder magnetisiertem Gummi hergestellt ist, und umfasst einen Metalleinsatz 62 mit einer Dicke zwischen 0,6 und 0,8 mm, der eine strukturelle Funktion hat und fest mit dem Plastik oder dem magnetisierten Gummiabschnitt, beispielsweise mittels Klebens, verbunden ist. Der Metalleinsatz 62 ist kraftschlüssig an dem radial inneren Ring 34 der Lagereinheit fest verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Metalleinsatz des Encoders mit einem Sieb 63 in der radial äußeren Position mit Bezug auf den Einsatz 62 versehen, der (vollständig in der gleichen Weise wie in der vorherigen Lösung) eine Labyrinthdichtung mit dem stationären Abschnitt 51 der Dichtvorrichtung 50 bildet. Die axiale Abmessung L2 des Siebs 63 ist, gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls derart optimiert, dass die Länge des Labyrinths ausreichend reduziert ist.
Offensichtlich bestätigten die gleichen Experimente die gleichen Ergebnisse, die mit der Lösung gemäß der 4 (ohne Encoder) erlangt wurden. Zusammenfassend wird ein guter Kompromiss zwischen der Barrierefunktion gegen äußere Verunreinigungen und der Funktion des Erlaubens eines Abflusses der Verunreinigungen, die sich innerhalb der Dichtvorrichtung angesammelt haben, erreicht, wenn die axiale Länge L2 des Siebs 63 Abmessungen hat, die größer sind als die Abmessungen der Dicke S der Lippe 53, 54 und die kleiner sind als ein nicht ganzzahliges Vielfaches M der Dicke S der Lippe 53, 54, das gleich 1,75 ist.
Ein besserer und daher bevorzugter Kompromiss wird erlangt, wenn die axiale Länge L2 des Siebs 63 Abmessungen hat, die größer sind als die Abmessungen der Dicke S der Lippe 53, 54 und die kleiner sind als das nicht ganzzahlige Vielfache M der Dicke S der Lippen 53, 54, das gleich 1,0 ist.
Noch bevorzugter könnte die axiale Länge L2 des Siebs 63 Abmessungen haben, die größer sind als die Abmessungen der Dicke S der Lippe 53, 54 und die kleiner sind als das nicht ganzzahlige Vielfache der Dicke S der Lippe 53, 54, das in diesem Fall gleich 1,25 ist.
Zusätzlich zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sollte verstanden werden, dass verschiedene weitere Varianten möglich sind. Es sollte auch verstanden werden, dass die Ausführungsformen nur Beispiele sind und weder den Gegenstand der Erfindung noch ihre Anwendungen noch mögliche Konfigurationen beschränken. Hingegen sollte verstanden werden, obwohl die voranstehend gegebene Beschreibung den Fachmann ermöglicht, die vorliegende Erfindung zumindest in einem ihrer Konfigurationsbeispiele zu implementieren, dass verschiedene Variationen der beschriebenen Komponenten möglich sind, ohne dadurch vom Umfang der Erfindung, wie er durch die angefügten Ansprüche, wörtlich interpretiert und/oder in Übereinstimmung mit ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist, abzuweichen.

Claims

Dichtvorrichtung (50) für eine Lagereinheit (30), wobei die Dichtvorrichtung (50) aufweist: - einen rotierbaren Abschnitt (51), - einen stationären Abschnitt (52), - zumindest eine Dichtlippe (53, 54), die an dem stationären Abschnitt (52) zum Kontaktieren des rotierbaren Abschnitts (51) befestigt ist und eine vorgegebene Dicke (S) hat, und - ein Sieb (55, 63), das eine Labyrinthdichtung mit dem stationären Abschnitt (52) bildet; wobei die Dichtvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das Sieb (55, 63) eine axiale Länge (L1, L2) mit Abmessungen hat, die größer sind als die Abmessungen der Dicke (S) der zumindest einen Dichtlippe (53, 54) und die kleiner sind als ein nicht ganzzahliges Vielfaches (M) der Dicke (S) der zumindest einen Dichtlippe (53, 54); wobei das nicht ganzzahlige Vielfache (M) gleich 1,75 ist.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 1, wobei das nicht ganzzahlige Vielfache (M) gleich 1,50 ist.
Dichtvorrichtung (50) gemäß Anspruch 2, wobei das nicht ganzzahlige Vielfache (M) gleich 1,25 ist.
Dichtvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierbare Abschnitt (51) der Dichtvorrichtung (50) mit dem Sieb (55) in einer radial äußeren Position versehen ist.
Dichtvorrichtung (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Encoder (60), der mit einem Metalleinsatz (62) und dem Sieb (63) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (63) mit dem Metalleinsatz (62) in einer radial äußeren Position fest verbunden ist.
Lagereinheit (30), die mit einer Dichtvorrichtung (50) gemäß einem der vorherigen Ansprüche versehen ist.
Radnarbenanordnung (10) für Kraftfahrzeuge, die eine Nabe (20) und eine Lagereinheit (30) gemäß Anspruch 6 aufweist.