DE102020209474A1

DE102020209474A1 - Dichtvorrichtung

Info

Publication number: DE102020209474A1
Application number: DE102020209474.8A
Authority: DE
Inventors: Giorgio BARBERIS; Giorgia D'Amico; Fabio NOSENZO
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2021-02-11
Also published as: CN112324805A; IT201900013908A1; US20210040992A1

Abstract

Dichtvorrichtung (50) für eine Lagereinheit (30), wobei eine statische Komponente (70) mit einem geformten metallischen Träger (51), mit mehreren nicht-kontaktierenden Dichtlippen (53a, 53b) und mit zwei kontaktierenden Lippen (56, 57) versehen ist, und wobei eine dynamische Komponente (58) eine Labyrinthdichtung (60) mit einer zweiten Dichtlippe (53b) der nicht-kontaktierenden Dichtlippen (53a, 53b) definiert, wobei ein feststehender Spoiler (54) entlang der Labyrinthdichtung (60) angeordnet ist, um eine turbulente Bewegung in der Labyrinthdichtung (60) zu erzeugen, um eine vollständige Dichtwirkung bereitzustellen, die jeglichen Eintritt von Komponenten in die Lagereinheit (30) verhindert.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtvorrichtung mit innovativen Merkmalen, die sie mit einer verbesserten Dichtwirkung gegen Verunreinigungen bereitstellt. Solch eine Dichtvorrichtung wird an eine Lagereinheit angewendet. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich für Radnabenanordnungen von Kraftfahrzeugen geeignet, wobei die Anordnungen mit einer Lagereinheit versehen sind. Insbesondere sind die Lagereinheiten gemäß der Erfindung jene, in denen der Außenring des Lagers feststehend ist, während der Innenring des Lagers rotierbar ist. Diese Erfindung ist vorteilhafterweise, aber nicht ausschließlich auf einer Lagereinheit mit einer doppelten Reihe von Kugeln anwendbar.
Stand der Technik
Wie bekannt ist, sind Lagereinheiten im Allgemeinen Verunreinigungen von unterschiedlicher Art, wie bspw. Schlamm, Staub und suspendierte partikelförmige Materie oder Partikel in einer Lösung ausgesetzt und daher sind Lagerteile, einschließlich jener, die Teile der Radnabenanordnung für Kraftfahrzeuge bilden, mit Dichtvorrichtungen versehen, die sie vor dem Angriff der voranstehend genannten Verunreinigungen schützen. Dichtvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik bestehen, bspw. aus zweiteiligen Kassettendichtvorrichtungen, die einen rotierenden Teil, der an dem radialen Innenring montiert ist, und einen feststehenden Abschnitt aufweisen, der an dem radialen Außenring montiert ist. Gemäß dem Stand der Technik umfasst der feststehende Abschnitt der Dichtung eine oder mehrere aus einem elastomerischen Material hergestellte Lippen, die Kontakt mit dem rotierenden Abschnitt herstellen und eine Dichtwirkung hinsichtlich der Innenseite der Lagereinheit sicherstellen.
Sowohl während Straßenbetriebsbedingungen als auch während des Betriebs zum Validieren der Lagereinheit, ist es bekannt, um die Dichtleistung der Lagereinheit zu optimieren und gleichzeitig ein geringes Reibungsniveau sicherzustellen, Dichtvorrichtungen zu verwenden, die mit einem Schirm zum Schützen einer Apertur der Lagereinheit und mit einer nicht kontaktierenden Dichtlippe versehen sind, die in Richtung des Schirms gerichtet ist, um soweit wie möglich Schlamm und andere Verunreinigungen daran zu hindern, über die Dichtvorrichtung in die Lagereinheit einzudringen. Bei besonders kritischen Betriebsbedingungen konnte jedoch gesehen werden, wie die Dichtvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik Nachteile aufweisen, wie bspw. eine limitierte Dichtkapazität, und um diese Nachteile zu überwinden, war eine bekannte Lösung immer die des Erhöhens der Anzahl der Dichtlippen, um es schwieriger für jegliche Verunreinigungen zu machen, einzudringen. Diese Lösung macht jedoch die Herstellung der Dichtvorrichtung insbesondere sowohl hinsichtlich der Gestaltung als auch der Produktionskosten problematisch, obwohl sie die voranstehend genannten Nachteile löst, und führt ebenfalls zu einer Erhöhung des Reibungsdrehmoments mit negativen Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Lagereinheit.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Dichtvorrichtung bereitzustellen, die geeignet ist, während sie eine relativ einfache Gestaltung und Struktur behält, eine optimale Dichtwirkung auch in dem Fall von besonders kritischen Gebrauchsbedingungen sicherzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Dichtvorrichtung mit den charakteristischen Merkmalen bereitgestellt, die in den angehängten Ansprüchen angegeben sind.
Weitere bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden gemäß den charakteristischen Merkmalen beschrieben, die in den angehängten abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angefügte Figur beschrieben, die einen Querschnitt eines nicht beschränkenden Beispiels der Ausführungsform der Dichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Mit Bezug auf die angehängte Figur wird die Radnabenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung insgesamt durch 10 bezeichnet. Die Figur zeigt einen Ausschnitt der Konfiguration, die als Beispiel bereitgestellt wird.
Die Anordnung 10 hat eine zentrale Rotationsachse X und umfasst eine rotierende und geflanschte Nabe 20, nämlich eine Nabe, die mit einem Flansch 21 quer zu der Achse X versehen ist und eine Lagereinheit 30, die wiederum aufweist:

- einen feststehenden radialen Außenring 31;
- einen radialen Innenring 20, der durch die Nabe 20 definiert ist; und
- zwei Reihen von Wälzkörpern 32 (wobei nur eine von ihnen gezeigt ist), in diesem Fall Kugeln, die zwischen dem radialen Außenring 31 und dem radialen Innenring 20 angeordnet sind.

In der gesamten vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe und Ausdrücke, die Positionen und Orientierungen bezeichnen, wie bspw. „radial“ und „axial“ verstanden, sich auf die zentrale Rotationsachse X der Lagereinheit 30 zu beziehen. Ausdrücke, wie bspw. „axial außen“ und „axial innen“ beziehen sich stattdessen auf den zusammengebauten Zustand der Radnabenanordnung und in speziellen Fällen beziehen sie sich auf eine Radseite bzw. auf eine Seite, die der Radseite gegenüberliegt.
Die Radnabenanordnung 10 ist mit einer Dichtvorrichtung 50 versehen, die bevorzugt, aber nicht notwendigerweise eine zweiteilige Kassettendichtvorrichtung ist, die an der axialen Außenseite der Lagereinheit 30 zwischen dem Flansch 21 und dem radialen Außenring 31 montiert ist und eine statische Komponente 70, die an dem radialen Außenring 31 montiert ist, und eine dynamische Komponente 58 aufweist, nämlich eine rotierende Komponente, die an dem radialen Innenring 20 montiert ist.
Die statische Komponente 70 der Dichtvorrichtung 50 umfasst:

- einen geformten metallischen Träger 51, der gegen den radialen Außenring 31 und auch in der Apertur 82 montiert ist, die durch den Flansch 21 und durch den radialen Außenring 31 definiert ist und die im Allgemeinen einen Haupteintrittspunkt für jegliche Verunreinigungen, wie bspw. Schlamm, Staub und suspendierte und/oder aufgelöste Teilchenmaterie bildet, die, falls sie in die Lagereinheit 30 eindringen, den korrekten Betrieb davon negativ beeinflussen können;
- eine erste und zweite Deflektorlippe 53a und 53b, die aus einem elastomerischen Material hergestellt und an dem geformten metallischen Träger 51 mitgeformt sind, wobei die Lippe 53a im Wesentlichen auf der Außenseite der Apertur 82 zum anfänglichen Ablenken der Verunreinigungen in Richtung der Außenseite der Dichtvorrichtung 50 ist, während sich die Lippe 53b im Wesentlichen soweit über die gesamte Apertur 82 wie der Flansch 21 erstreckt, ohne in Kontakt mit ihm zu kommen; und
- ein Paar von Kontaktlippen 56, 57, die wiederum aus einem elastomerischen Material hergestellt sind und die den Kontakt mit der dynamischen Komponente 58 herstellen, wobei die Lippe 56 radial auf der Außenseite der Lippe 57 ist, um mit der dynamischen Komponente 58 ein inneres Volumen 59 zu definieren.

Die dynamische Komponente 58 ist durch einen geformten metallischen Schirm 58 definiert, der axial gegen den Flansch 21 montiert ist und zwei zylindrische röhrenförmige Abschnitte 81a und 81b aufweist, die sich von dem Flansch 21 in Richtung des radialen Au-ßenrings 31 erstrecken, wobei der zylindrische röhrenförmige Abschnitt 81a davon auf dem radialen Innenring 20 verzahnt ist, so dass der geformte metallische Schirm 58 schräg mit dem radialen Innenring 20 einstückig ist, während sich der zylindrische röhrenförmige Abschnitt 81b erstreckt, um axial die Apertur 82 zu bedecken und zusammen mit der Kontaktlippe 56 das innere Volumen 59 zu definieren.
Der Eintritt von Verunreinigungen in das innere Volumen 59 wird durch das Vorsehen einer Labyrinthdichtung 60 begrenzt, die im Wesentlichen durch die zweite Deflektorlippe 53b und durch den metallischen Schirm 58 definiert ist. Jedoch kann es sowohl während der Betriebsarbeitsbedingungen als auch während der Validationstests, die mit der Lagereinheit 30 ausgeführt werden, vorkommen, dass die Labyrinthdichtung 60, wie sie voranstehend beschrieben ist, insbesondere bei besonders kritischen Arbeitsbedingungen, ungeeignet ist, solche Verunreinigungen auf jeden Fall vollständig am Eintritt in das Volumen 59 zu hindern, und daher wird es mit einer Lösung, wie sie zum Beispiel bisher beschrieben ist, schwierig, die Labyrinthdichtung 60 undurchdringlich und das Volumen 59 leer zu halten, mit dem Risiko, dass die Leistungsfähigkeit der Lagereinheit 30 negativ beeinflusst wird.
Daher umfasst für die Zwecke des Verbesserns der Dichtkapazität der Dichtvorrichtung 50 die dynamische Komponente 58 ferner einen feststehenden Spoiler 54, der in Kombination mit dem voranstehend beschriebenen das neue Element gemäß der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform repräsentiert und an einem Ende des zylindrischen röhrenförmigen Abschnitts 81b entlang der Labyrinthdichtung 60 zwischen der zweiten Deflektorlippe 53b und dem Volumen 59 angeordnet ist. Der Spoiler 54 ist mit dem zylindrischen röhrenförmigen Abschnitt 51b befestigt und damit einstückig, aus dem er sich radial nach außen erstreckt, und ist um die Achse X zusammen mit dem metallischen Schirm 58 rotierbar, um eine turbulente Bewegung in der Labyrinthdichtung 60 zu erzeugen, sollte es irgendeine Verunreinigung in der Labyrinthdichtung 60 selbst geben, wodurch sie daran gehindert wird, in das innere Volumen 59 einzudringen.
Der Spoiler 54 hat eine radiale Länge, die zumindest eineinhalbmal die Abmessung der Dicke des zylindrischen röhrenförmigen Abschnitts 81b hat, und definiert im Inneren der Labyrinthdichtung 60:

- einen ersten Labyrinthabschnitt 60a in einer axialen Richtung zwischen dem zylindrischen röhrenförmigen Abschnitt 81b und der zweiten Deflektorlippe 53b,
- einen zweiten Labyrinthabschnitt 60b in der radialen Richtung, der zwischen dem Spoiler 54 und dem geformten metallischen Träger 51 angeordnet ist, und
- ein ringförmiges Verbindungsfenster 60c in einer axialen Richtung, das zwischen einem freien Ende des Spoilers 54 und der zweiten Deflektorlippe 53b angeordnet ist, um den ersten Labyrinthabschnitt 60a und den zweiten Labyrinthabschnitt 60b miteinander zu verbinden.

Der erste Labyrinthabschnitt 60a hat eine axiale Länge L1, um nicht nur eine schnelle Reduktion bei einer Geschwindigkeit der Verunreinigung entlang des ersten Labyrinthabschnitts 60a in Richtung des Fensters 60 zu verursachen, sondern auch die turbulente Bewegung zu fördern, die im Gegensatz dazu die Verunreinigung in Richtung der Außenseite des Labyrinths 60 drückt, was auch durch eine leichte Konizität der zweiten Deflektorlippe 53b erleichtert wird, wobei sich die Konizität in Richtung des Flansches 21 öffnet. Der zweite Labyrinthabschnitt 60b hat stattdessen eine axiale Breite L2, die bevorzugt so klein wie möglich ist, abhängig von den Spezifikationen der Dichtvorrichtung 50 und in jedem Fall nicht größer als eine radiale Breite L3 des Fensters 60c, das in jedem Fall den engsten Punkt der Labyrinthdichtung 60 repräsentiert.
Der Spoiler 54 wird erlangt, indem ein freies Ende des zylindrischen röhrenförmigen Abschnitts 81b radial nach außen übergefaltet wird, und repräsentiert eine technische Lösung, die zweifellos günstig ist, insbesondere, wenn man sie mit dem Gebrauch von jeglichen kontaktierenden und nicht-kontaktierenden Lippen zusätzlich zu den bereits vorhandenen und voranstehend beschriebenen vergleicht. Die einfache und kostengünstige Herstellung des Spoilers 54 ist nicht nur der einzige Vorteil dieser Lösung, da der Gebrauch des Spoilers 54 ebenfalls erlaubt, die Labyrinthdichtung 60 abhängig von der Art der Anwendung zu formen.
Zusammenfassend garantiert diese Lösung, die abhängig von den Kraftfahrzeuganwendungen in der besten Weise definiert ist, in dem Gebiet eine größere Effizienz aufgrund der verbesserten Dichtleistung, verhindert Korrosionsprobleme aufgrund des möglichen Eintritts von Verunreinigungen und führt nicht zu einer Erhöhung des Reibungsdrehmoments der Dichtvorrichtung 50, wodurch die Leistungsfähigkeit der Lagereinheit 30 verbessert wird.
Zusätzlich zu den Ausführungsformen der Erfindung, wie voranstehend beschrieben, ist zu verstehen, dass verschiedene andere Varianten existieren. Es ist auch zu verstehen, dass die Ausführungsformen rein als Beispiele gegeben werden und nicht die Aufgabe der Erfindung, noch ihre Anwendungen, noch mögliche Konfigurationen beschränken. Im Gegensatz ist zu verstehen, dass, obwohl die Beschreibung denjenigen mit Fachwissen ermöglicht, die vorliegende Erfindung gemäß zumindest einem Beispiel ihrer Konfigurationen zu implementieren, zahlreiche Variationen der beschriebenen Komponenten vorstellbar sind, ohne dadurch von der Aufgabe der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert ist, wörtlich und/oder gemäß ihrer legalen Äquivalente interpretiert ist, abzuweichen.

Claims

Dichtvorrichtung (50) für eine Lagereinheit (30), wobei die Dichtvorrichtung (50) aufweist: - eine dynamische Komponente (58), eine statische Komponente (70), die wiederum einen geformten metallischen Träger (51) und mehrere Dichtlippen (53a, 53b) aufweist, die keinen Kontakt mit der dynamischen Komponente (58) haben, und zwei Lippen (56, 57) aufweist, die Kontakt mit der dynamischen Komponente (58) haben, wobei eine zweite Dichtlippe (53b) der nicht-kontaktierenden Dichtlippen (53a, 53b) und die dynamische Komponente (58) eine Labyrinthdichtung (60) definieren, wobei die Dichtvorrichtung (50) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner einen feststehenden Spoiler (54) aufweist, der entlang der Labyrinthdichtung (60) angeordnet ist, um eine turbulente Bewegung in der Labyrinthdichtung (60) zu erzeugen, um eine vollständige Dichtwirkung bereitzustellen, die jeglichen Eintritt von Komponenten in die Lagereinheit (30) verhindert.
Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der feststehende Spoiler (54) in der Labyrinthdichtung (60) einen ersten Labyrinthabschnitt (60a) in einer axialen Richtung, einen zweiten Labyrinthabschnitt (60b) in einer radialen Richtung und ein ringförmiges Verbindungsfenster (60c) in einer axialen Richtung zum Verbinden des ersten Labyrinthabschnitts (60a) und des zweiten Labyrinthabschnitts (60b) definiert, wobei das Fenster (60c) den engsten Punkt der Labyrinthdichtung (60) bildet.
Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Komponente (58) durch einen geformten metallischen Schirm (58) definiert ist und zwei zylindrische röhrenförmige Abschnitte (81a, 81b) aufweist, die sich in Richtung der statischen Komponente (70) erstrecken, wobei der Spoiler (54) mit dem ersten zylindrischen röhrenförmigen Abschnitt (81b) der zwei zylindrischen röhrenförmigen Abschnitte (81a, 81b) einstückig ist und daran befestigt ist, und sich radial nach außen erstreckt, um um die Achse (X) der Lagereinheit (30) herum zu rotieren.
Lagereinheit (30), die mit einer Dichtvorrichtung (50) gemäß einem der vorherigen Ansprüche versehen ist.
Radnabenanordnung (10) für Kraftfahrzeuge, die eine Nabe (20) und eine Lagereinheit (30) gemäß Anspruch 4 aufweist.