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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei das Wälzlager ferner eine Dichtung aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Besondere Herausforderung an Wälzlager stellen landwirtschaftliche Anwendungen, wie zum Beispiel in landwirtschaftlichen Maschinen bzw. Fahrzeugen wie Traktoren. Aufgrund des befahrenen Untergrunds weisen derartige Anwendungsfälle sehr herausfordernde Belastungsprofile für Wälzlager auf. Gleichzeit kann das Eindringen von Schmutzstoffen in das Lager das Lager schädigen und zu einem vorzeitigen Funktionsversagen führen.
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Aufgabe der Erfindung
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager bereitzustellen, dass hinsichtlich seiner Betriebssicherheit und Standzeit verbessert ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei das Wälzlager ferner eine Dichtung aufweist, wobei die Dichtung einen gummielastischen Dichtungskörper mit einem V-förmigen Abschnitt aufweist, wobei innerhalb des V-förmigen Abschnitts eine umlaufende, kreisringförmige Dichtungsfeder anliegend angeordnet ist, so dass der gummielastische Dichtungskörper in radialer, in das Wälzlager hinein weisender Richtung federkraftbeaufschlagt ist, wobei der V-förmige Abschnitt sich mit seinem freien Ende einerseits an einem radialen Abschnitt einer im Wesentlichen L-förmigen Abdeckkappe abstützt, und der V-förmiger Abschnitt mit seiner Spitze andererseits an einem axialen Abschnitt der Abdeckkappe anliegt, wobei der axiale Abschnitt der Abdeckkappe drehfest mit dem Innenring verbunden ist, wobei der gummielastische Dichtungskörper ferner einen sich an den V-förmigen Abschnitt anschließenden radialen Dichtungsabschnitt aufweist, dessen freies Ende dichtend am Außenring anliegt, wobei die Abdeckkappe ferner an ihrem radialen Abschnitt einen Festkörperschmierstoff aufweist, welcher dichtend am Außenring anliegt.
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Durch diese Konfiguration wird eine besonders gute und auch unter schwierigen Betriebsbedingungen sichere Abdichtung für ein Wälzlager, bei gleichzeitig geringer Reibung bereitgestellt. Insbesondere wird der gummielastische Dichtungskörper vor einer möglichen Exposition mit festen oder fließfähigen Schmutzstoffen durch den dichtenden Festkörperschmierstoff geschützt, was die Betriebssicherheit und die Langlebigkeit der Wälzlageranordnung deutlich verbessert.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Wälzlager sind Lager, bei denen zwischen einem Innenring und einem Außenring rollende Körper den Reibungswiderstand verringern. Wälzlager dienen insbesondere der Fixierung von Achsen und Wellen, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen. Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers rollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering.
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Der Innenring kann insbesondere die vom Wälzlager aufzunehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Der Außenring kann insbesondere die das Wälzlager aufnehmende Lagerstelle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerstelle mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Bei einem Axialwälzlager übertragen die Wälzkörper die auf das Axialwälzlager wirkenden Kräfte zwischen den Laufscheiben. Rollenförmige Wälzkörper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet.
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Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Lagerkugeln und/oder die Rollenwälzkörper voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Lagerkugeln und/oder Rollenwälzkörper in einem gleichmäßigen Abstand zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Ein erfindungsgemäßes Wälzlager weist ferner eine Dichtung auf, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern.
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Unter einem Festkörperschmierstoff wird im Sinne dieser Anmeldung ein bei Raumtemperatur nicht fließfähiges, festes Material mit einer definierten Raumform verstanden, welches gegenüber Stahl einen trockenen Gleitreibungskoeffizienten von µ < 0,1 aufweist. Zwischen einem Festkörperschmierstoff und einem mit ihm in Bewegungskontakt stehenden Bauteil tritt vorrangig Festkörperreibung (auch Trockenreibung genannt) auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Festkörperschmierstoffes ist dieser aus einem selbstschmierenden Kunststoff geformt, insbesondere aus PTFE (Polytetrafluorethylen). Insbesondere kann ein Festkörperschmierstoff auch als Folie oder als eine Beschichtung ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Festkörperschmierstoff den Außenring an einem radial verlaufenden Flächenabschnitt des Außenrings kontaktiert.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Festkörperschmierstoff aus einem PTFE gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Wälzlager auch in Anwendungsfällen mit hohen Drehzahlen einsetzbar ist.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der radialen Abschnitt der Abdeckkappe eine Schulter aufweist, die sich in axialer, in das Wälzlager hineinweisender Richtung erstreckt und die Schulter so einen ersten radialen Abschnitt und einen zweiten radialen Abschnitt der Abdeckkappe definiert. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte federelastische Konfiguration der Abdeckkappe realisiert werden.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der erste radiale Abschnitt und der zweite radiale Abschnitt eine radiale Erstreckung besitzen, die ein Verhältnis [radiale Erstreckung erster Abschnitt : radiale Erstreckung zweiter Abschnitt] von 3:1 bis 7:1, besonders bevorzugt 4:1 bis 6:1, aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass die Abdeckkappe eine einheitliche Materialstärke zwischen 0,2 mm bis 1,2 mm, bevorzugt 0,4 mm bis 0,8 mm, aufweist, wobei das Blech eine im Wesentlichen einheitliche Materialstärke aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Abdeckkappe aus einem metallischen Material geformt ist, insbesondere aus Stahl.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Festkörperschmierstoff eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweist.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Außenring an der Anlagefläche des Festkörperschmierstoffs eine Oberflächenrauheit von Ra 4 bis 8, bevorzugt Ra 6,3, aufweist. Hierdurch lässt sich eine besonders gute Abdichtung bei gleichzeitig geringen Reibwerten und Wärmeentwicklung realisieren.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der Festkörperschmierstoff mittels einer in axialer Richtung wirkenden Federkraft von 0,1 N bis 10 N, bevorzugt 0,5 bis 5 N an dem Außenring federkraftbeaufschlagt anliegt, wodurch die Dichtwirkung und Reibungsminimierung weiter verbessert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Zeichnungen sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden. Die einzige 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht.
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Figurenliste
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- Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und einem Käfig 6. Der Innenring 3 weist eine Innenringlaufbahn 7 und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8 auf. Die Wälzkörper 5 sind zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet. Das Wälzlager 2 besitzt ferner eine Dichtung 9, wobei die Dichtung 9 einen gummielastischen Dichtungskörper 10 mit einem V-förmigen Abschnitt 11 aufweist. Innerhalb des V-förmigen Abschnitts 11 ist eine umlaufende, kreisringförmige Dichtungsfeder 12 so anliegend angeordnet, dass der gummielastische Dichtungskörper 10 in radialer, in das Wälzlager hinein weisender Richtung federkraftbeaufschlagt ist.
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Der V-förmige Abschnitt 11 stützt sich mit seinem freien Ende einerseits an einem radialen Abschnitt 13 einer im Wesentlichen L-förmigen Abdeckkappe 14 ab und der V-förmige Abschnitt 11 liegt mit seiner Spitze andererseits an einem axialen Abschnitt 15 der Abdeckkappe 14 an. Der axiale Abschnitt 15 der Abdeckkappe 14 ist drehfest mit dem Innenring 3 verbunden. Die in der 1 gezeigte Abdeckkappe 14 ist aus einem metallischen Material geformt ist, insbesondere aus Stahl.
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Der gummielastische Dichtungskörper 10 besitzt ferner einen sich an den V-förmigen Abschnitt 11 anschließenden radialen Dichtungsabschnitt 16, dessen freies Ende dichtend am Außenring 4 anliegt. Die Abdeckkappe 14 weist des Weiteren an ihrem radialen Abschnitt 13 einen Festkörperschmierstoff 17 auf, welcher dichtend am Außenring 4 anliegt und so insbesondere den gummielastischen Dichtungskörper 10 gegenüber der Umgebung des Wälzlagers 2 abdichtet. Der Festkörperschmierstoff 17 kontaktiert dazu den Außenring 4 an einem radial verlaufenden Flächenabschnitt des Außenrings 4. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Festkörperschmierstoff 17 aus einem PTFE gebildet. Der Festkörperschmierstoff 17 in dem Ausführungsbeispiel der 1 weist insbesondere eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 0,5 mm auf. Der Festkörperschmierstoff 17 liegt mittels einer in axialer Richtung wirkenden Federkraft von 0,1 N bis 10 N, bevorzugt 0,5 N bis 5 N an dem Außenring 4 federkraftbeaufschlagt an. Der Außenring 4 besitzt an der Anlagefläche des Festkörperschmierstoffs 17 eine Oberflächenrauheit von Ra 6,3.
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Die 1 zeigt ferner, dass der radiale Abschnitt 13 der Abdeckkappe 14 eine Schulter 18 aufweist, die sich in axialer, in das Wälzlager hineinweisender Richtung, erstreckt. Die Schulter 18 definiert so einen ersten radialen Abschnitt 19 und einen zweiten radialen Abschnitt 20 der Abdeckkappe 14.
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Der erste radiale Abschnitt 19 und der zweite radiale Abschnitt 20 besitzen eine radiale Erstreckung, die ein Verhältnis [radiale Erstreckung erster Abschnitt : radiale Erstreckung zweiter Abschnitt] von 3:1 bis 7:1, besonders bevorzugt 4:1 bis 6:1, aufweist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörpern
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- Dichtung
- 10
- gummielastischer Dichtungskörper
- 11
- V-förmiger Abschnitt
- 12
- Dichtungsfeder
- 13
- radialer Abschnitt
- 14
- Abdeckkappe
- 15
- axialer Abschnitt
- 16
- radialer Dichtungsabschnitt
- 17
- Festkörperschmierstoff
- 18
- Schulter
- 19
- erster radialer Abschnitt
- 20
- zweiter radialer Abschnitt
