-
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, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert angeordnet sind, wobei das Wälzlager ferner eine Dichtung aufweist, die zwischen dem Innenring und dem Außenring sich in radialer Richtung erstreckend angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Dichtung für eine Wälzlageranordnung.
-
Wälzlageranordnungen besitzen üblicherweise Dichtungen, um ein Eindringen von Schmutz oder ein Austreten von Schmiermittel zu verhindern. Liegen diese Dichtungen an einem rotierenden Bauteil einer Wälzlageanordnung dichtend an, so erzeugt dies einen Reibungsverlust.
-
Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes eine Wälzlageranordnung und eine Dichtung hierfür bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Dichtigkeit und Reibungsarmut optimiert ist.
-
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, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert angeordnet sind, wobei das Wälzlager ferner eine Dichtung aufweist, die zwischen dem Innenring und dem Außenring sich in radialer Richtung erstreckend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine kreisbogenförmige Dichtungsfeder aufweist, deren Umfangslänge mittels eines elektromagnetischen Aktuators so veränderbar ist, dass der Lippendruck wenigstens einer Dichtlippe der Dichtung auf den Innenring (3) einstellbar ist.
-
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Dichtung für eine Wälzlageranordnung nach Anspruch 8.
-
Hierdurch kann eine Dichtung und eine Wälzlageranordnung bereitgestellt werden, die hinsichtlich ihrer Dichtwirkung dynamisch angepasst und gesteuert werden kann. Da bei höheren Geschwindigkeiten die dissipierte Leistung durch die Reibung der Dichtung proportional höher ist als bei geringeren Umdrehungsgeschwindigkeiten, kann beispielsweise bei höheren Geschwindigkeiten ein geringerer Lippendruck eingestellt werden, währen bei geringeren Umdrehungsgeschwindigkeiten der Lippendruck zur Realisierung einer möglichst guten Dichtwirkung erhöht werden kann.
-
Die Steuerung des Lippendrucks kann durch elektromagnetische Aktuatoren erfolgen, beispielsweise mittels Erregung vom Mikroinduktoren, die je nach der verwendeten Federgröße mit smd-Spulen oder mit Elektromagneten ausgebildet sein können. Diese elektromagnetischen Aktuatoren verändern die „Umfangslänge“ der Dichtungsfeder, d.h. sie verändern den Umfang, den die Dichtungsfeder um die Dichtlippe bildet.
-
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
-
Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu übertragen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, 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.
-
Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende 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, wo-bei 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.
-
Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei 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.
-
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.
-
Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig 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 einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
-
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.
-
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.
-
Ein Wälzlager kann eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern. Hierzu können die eingesetzten Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen versehen sein, die an einem Bauteil des Wälzlagers anliegen können. Diese sind derart ausgelegt, dass sie zum einen möglichst über die gesamte Lebensdauer das Lager abdichten, andererseits die Reibung durch die anliegende Dichtung nicht zu hoch ist.
-
Die Dichtlippe ist das schleifende Element einer Dichtung und besteht meistens aus elastischen Materialien. Dichtlippen können an den Armierungen befestigt sein, um beim Defekt der Dichtlippen einen schnellen Austausch zu ermöglichen. Die Dichtlippe bildet in der Regel die einzige bewegliche Abdichtung, und vom deren Funktionieren hängt demnach die Abdichtwirkung und damit die Funktionssicherheit des Lagers ab.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtungsfeder als Spiralbogenfeder ausgebildet ist.
-
Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass das Wälzlager eine Mehrzahl von elektromagnetischen Aktuatoren aufweist.
-
In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der elektromagnetische Aktuator im bestromten Zustand eine Veränderung des Durchmessers der Dichtungsfeder gegenüber dem unbestromten Zustand bewirkt.
-
Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der elektromagnetische Aktuator im bestromten Zustand eine Vergrößerung des Durchmessers der Dichtungsfeder bewirkt.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevorzugt sein, dass der elektromagnetische Aktuator im bestromten Zustand eine Verkleinerung des Durchmessers der Dichtungsfeder bewirkt
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der elektromagnetische Aktuator mit einer Steuereinheit elektrisch verbunden ist, wobei die von er Steuereinheit an den elektromagnetischen Aktuator übermittelten Steuersignale eine Veränderung des Durchmessers der Dichtungsfeder in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit der Welle und/oder der Umgebungsfeuchte bewirken.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren 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. Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Wälzlagers mit einer Dichtung, und
- 2 eine erste Ausführungsform einer Dichtung in einer perspektivischen Ansicht.
-
Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und einem Käfig 6, wobei der Innenring 3 eine Innenringlaufbahn 7 aufweist und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8 aufweist, und die Wälzkörper 5 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert angeordnet sind. Das Wälzlager 2 besitzt ferner eine Dichtung 9, die zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 sich in radialer Richtung erstreckend angeordnet ist. Die Dichtung 9 weist eine kreisbogenförmige Dichtungsfeder 10 auf, die sich in einem umfänglich in der Dichtung 9 verlaufenden Aufnahmekanal 13 angeordnet ist. Die Dichtungsfeder 10 ist im gezeigten Beispiel an dem innringseitigen radialen inneren Durchmesser der Dichtung 9 angeordnet.
-
Dies wird an der Detailansicht der 2 weiter erläutert. 2 zeigt die aus der 1 bekannte Dichtung 9 in einer perspektivischen Freistellung. Die Dichtung besitzt eine innenringseitig ausgebildete Dichtlippe 12, die an dem Innenring 3 anliegt. Die Dichtungsfeder 10 ist in dem Detailausschnitt gut zu erkennen.
-
Die Umfangslänge der Dichtungsfeder 10 ist mittels eines elektromagnetischen Aktuators 11 so veränderbar ist, dass der Lippendruck der Dichtlippe 12 der Dichtung 9 auf eine Welle oder auf den Innenring 3 einstellbar ist. Die Dichtungsfeder 10 als Spiralbogenfeder ausgebildet ist und überstreicht in etwa 360°, so dass die Dichtungsfeder 10 einen geschlossenen Kreisring bildet. Die Enden der Dichtungsfeder 10 sind mit dem elektromagnetischen Aktuator 11 verbunden.
-
Der elektromagnetische Aktuator 11 kann im bestromten Zustand eine Veränderung des Durchmessers der Dichtungsfeder 10 gegenüber dem unbestromten Zustand bewirken, indem der die Enden der Dichtungsfeder 10 auseinanderdrückt oder zusammenzieht. Ein Zusammenziehen der Enden der Dichtungsfeder 10 durch den elektromagnetischen Aktuator 11 bewirkt eine Verringerung des Durchmessers der Dichtungsfeder 10, während ein Auseinanderdrücken der Enden eine Vergrößerung des Durchmessers der Dichtungsfeder 10 bewirkt.
-
Um im unbestromten Zustand, beispielsweise bei einem Stromausfall, eine möglichst geringe Reibung der Dichtung 9 zu realisieren, kann der elektromagnetische Aktuator 11 so konfiguriert sein, dass im bestromten Zustand eine Vergrößerung des Durchmessers der Dichtungsfeder 10 bewirkt ist, indem der Aktuator 11 in eine Betriebsstellung überführt wird, in der er die Enden der Dichtungsfeder 10 auseinanderdrückt.
-
Soll hingegen im unbestromten Zustand eine maximale Dichtwirkung der Dichtung 9 sicher gestellt sein, so kann der kann der elektromagnetische Aktuator 11 so konfiguriert sein, dass im bestromten Zustand eine Verkleinerung des Durchmessers der Dichtungsfeder 10 bewirkt ist, indem der Aktuator 11 in eine Betriebsstellung überführt wird, in der er die Enden der Dichtungsfeder 10 zusammenzieht.
-
Die 2 zeigt ferner, dass das Wälzlager 2 eine Mehrzahl von elektromagnetischen Aktuatoren 11 aufweisen kann, was mit dem zweiten Detailausschnitt angedeutet ist.
-
Der elektromagnetische Aktuator 11 ist zylinderförmig ausgeformt und im Inneren der spiralfederförmigen Dichtungsfeder 10 angeordnet. Der Aktuator 11 besitzt einen ebenfalls zylinderförmigen Kolben der durch elektromagnetischen Krafteinfluss linearbeweglich in einem zylinderförmigen Aktuatorgehäuse geführt ist. Das eine distale Ende des Aktuatorgehäuses ist mit einem Ende der Dichtungsfeder 10 verbunden während das andere Ende der Dichtungsfeder 10 mit dem Kolben des Aktuators 11 gekoppelt ist.
-
Der elektromagnetische Aktuator 11 kann insbesondere auch mit einer nicht dargestellten Steuereinheit elektrisch verbunden sein, wobei die von der Steuereinheit an den elektromagnetischen Aktuator 11 übermittelten Steuersignale eine Veränderung des Durchmessers der Dichtungsfeder 10 beispielsweise in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit der Welle und/oder der Umgebungsfeuchte bewirken.
-
Selbstverständlich ist es auch möglich, die gezeigte Dichtung 9 nicht nur zur dynamischen Abdichtung eines Wälzlagers 2 zu verwenden, sondern auch zur Abdichtung von rotierenden Wellen ganz allgemein.
-
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.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- Dichtung
- 10
- Dichtungsfeder
- 11
- elektromagnetischer Aktuator
- 12
- Dichtlippe
- 13
- Aufnahmekanal
